專利名稱：大噸位均布-集中式加載系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種隧道、深埋水電站、深埋礦山等巖土工程地質(zhì)力學(xué)模型試驗的大噸位、均布-集中式加載系統(tǒng)，屬于巖土工程技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著中國經(jīng)濟的高速發(fā)展，國家對能源、交通、國防和生存空間等的需求日益增多，許多工程建設(shè)如采礦、引水隧洞、交通隧道、核廢料處置等都面臨高埋深、高地應(yīng)力等新特點，隨之產(chǎn)生的是一些新的地質(zhì)力學(xué)現(xiàn)象，如硬巖巖爆、軟巖大變形、圍巖分區(qū)破裂化現(xiàn)象等，而對于這些不同于淺部巖石工程的現(xiàn)象人們對于其發(fā)生的機理還把握不清，防治效果也不甚理想，而缺少合適的試驗方法是造成認(rèn)識缺乏的原因之一。由于相似材料模型實 驗可以模擬巖體的初始應(yīng)力場、模擬多樣的加載方式和開挖方式、再現(xiàn)深部巖石工程中如巖爆等破壞現(xiàn)象、便于量測物理量(位移、應(yīng)力、應(yīng)變等)的變化以及觀察材料從彈性、塑性直至破壞的全過程，因此模型實驗方法在巖土工程中獲得了廣泛的應(yīng)用。由于深部巖體處于高埋深、高應(yīng)力狀態(tài)，模型試驗?zāi)M深部巖石工程，加載系統(tǒng)必須能提供較大的荷載才能準(zhǔn)確模擬初始應(yīng)力場，而且載荷施加過程中必須保證模型表面的受力均勻，否則試驗結(jié)果將與實際巖體受力偏差較大，對實際的地下工程施工失去了指導(dǎo)意義。在模型試驗的加載方式上，國內(nèi)外研究者主要通過以下幾種方式(I)巖石力學(xué)與工程學(xué)報(2004年，第3期)設(shè)計了一種新的活塞式均布壓力加載器，9個方形小千斤頂組成一個小的方形加載單元，每個模型加載面通過布置3個加載單元施加荷載；(2)巖石力學(xué)與工程學(xué)報(2011年，第3期)提到了一種由空氣壓縮機、空氣過濾器、調(diào)壓閥和橡膠氣囊組成的氣囊式的加載系統(tǒng)；(3)巖石力學(xué)與工程學(xué)報(2010年，第I期)提到了液壓加載控制系統(tǒng)，每個面上通過幾個千斤頂直接作用模型表面。上述加載系統(tǒng)主要存在以下缺點(I)活塞式均布壓力加載器中，由于加工精度和加工誤差的原因，每一個小千斤頂表面可能存在不同的起伏和粗糙度等，都會導(dǎo)致施加在模型表面的受力不均勻；而且出力過程中也難保證每個千斤頂出力完全相同；(2)柔性囊加載則會存在加載行程偏小、荷載強度偏低等問題，不能滿足大荷載的加載要求；(3)由于施加荷載必須垂直于模型表面，否則模型將受力不均衡，影響試驗結(jié)果的準(zhǔn)確性。上文中提到的第三種加載方式也會由于小千斤頂表面的加工誤差，使千斤頂表面的平整度不同導(dǎo)致施加在模型表面的受力不均勻；而且每一個千斤頂由獨立的液壓系統(tǒng)控制，出力大小也不能保證完全相同，都會導(dǎo)致模型表面的受力不均勻，這與實際所受應(yīng)力不符。發(fā)明內(nèi)容為克服上述模型試驗加載系統(tǒng)中的缺點，本實用新型的目的在于提供一種先均布后集中的加載方式，即使千斤頂表面存在一定程度的加工誤差，也能保證最終作用在模型表面的荷載均勻，且可以提供大噸位的荷載。為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的大噸位均布-集中式加載系統(tǒng)，包括固定設(shè)置在垂直支 架上的液壓千斤頂群，承壓板，反力架及基座，所述基座上固定設(shè)置有導(dǎo)向臺架，導(dǎo)向臺架上開有水平通孔，水平通孔的兩個端口底部開有對稱的凹槽，凹槽中設(shè)置有均勻排列的滾珠，傳力柱活動地置于導(dǎo)向臺架上的水平通孔中，集力板設(shè)置在千斤頂群和傳力柱之間，集力板的下端面設(shè)置有對稱的輥軸，集力板的前端面設(shè)置有球形觸頭，球形觸頭位于傳力柱的中心線上，承壓板呈梯形狀，其底部設(shè)有輥軸，承壓板位于傳力柱的前方。設(shè)置在垂直支架上的液壓千斤頂群為四個以上。由于采用了以上技術(shù)方案，本實用新型大噸位均布-集中式加載系統(tǒng)的荷載由液壓千斤頂群作用在集力板上，荷載施加過程中，各個液壓千斤頂與集力板的接觸表面可能存在加工誤差，使接觸表面平整度不同，導(dǎo)致與之直接接觸的集力板受力不均衡，亦或集力板由于受力不均勻發(fā)生了微小的傾斜，圓形球頭的設(shè)計方法也能及時糾正，使最終通過傳力柱傳到模型表面的荷載均衡因為高強度的球形觸頭與傳力柱表面點接觸，因此傳力柱的受力方向始終與其表面垂直，即保持水平方向，因此最后與模型接觸的承壓板和模型表面受力均保持水平方向(即與接觸面垂直)。本實用新型中，圓柱形的傳力柱始終保持水平方向是荷載始終垂直于模型表面的必要條件，導(dǎo)向臺架不僅起到支撐傳力柱的作用，還起到導(dǎo)向的作用，臺架內(nèi)部開一水平通孔，圓柱形傳力柱恰好可以穿過通孔，而在通孔的底部設(shè)計有兩排對稱的凹槽，凹槽中設(shè)置有均勻排列的滾珠，起到減小摩擦作用，保證傳力柱能在水平方向自由運動。本實用新型具有以下優(yōu)點(I)可提供大噸位的荷載滿足深埋高應(yīng)力條件下的模型試驗的加載要求；(2)可彌補千斤頂由于加工誤差造成的千斤頂表面不平整度對試驗加載造成的影響；(3)可保證荷載始終垂直作用于模型表面，且使模型表面受力均勻，避免千斤頂直接作用于模型表面可能造成的模型受力不均衡，而使試驗結(jié)果具有較大的誤差。

圖I本實用新型系統(tǒng)示意圖[0021 ] 圖2本實用新型使用過程示意圖圖3本實用新型導(dǎo)向臺架左視圖
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和具體實施方式
對本實用新型的大噸位均布-集中式加載系統(tǒng)作進一步詳細(xì)說明。見附圖[0025]大噸位均布-集中式加載系統(tǒng)，加載系統(tǒng)由垂直支架1，液壓千斤頂群2，集力板3，球形觸頭4，傳力柱5，導(dǎo)向臺架6，承壓板7，待試驗的模型8，固定裝置9，底座承壓板10，凹槽11，滾珠12，反力架13，基座14，輥軸15等構(gòu)成。所述基座14上固定設(shè)置有導(dǎo)向臺架6，導(dǎo)向臺架6上開有水平通孔，水平通孔的兩個端口底部開有對稱的凹槽11，凹槽11中設(shè)置有均勻排列的滾珠12，傳力柱5活動地置于導(dǎo)向臺架6上的水平通孔中。凹槽11中的兩排滾珠12的設(shè)計，起到減小傳立柱5在水平通孔中做水平運動過程的摩擦。導(dǎo)向臺架6不僅起到固定傳立柱5的作用，還能保證力始終是水平垂直的作用于模型表面，保證模型受力均勻。千斤頂群2均布分布在垂直支架I上，并垂直作用于集力板3。設(shè)置在垂直支架I上的液壓千斤頂群2為四個以上。集力板3設(shè)置在千斤頂群2和傳力柱5之間，集力板3的下端面設(shè)置有對稱的輥軸15，集力板3的前端面設(shè)置有球形觸頭4，球形觸頭4位于傳力柱5的中心線上，承壓板7呈梯形狀，其底部設(shè)有輥軸，承壓板7位于傳力柱5的前方。球形觸頭4的設(shè)計使力的傳 遞方式為點接觸，保證了荷載始終垂直于傳力柱5的左側(cè)面。集力板3和承壓板7底部的輥軸設(shè)計保證其在力作用下可以在水平方向自由運動。本實用新型中力的傳遞過程為首先通過液壓千斤頂群2施加均布荷載作用于帶有球形觸頭4的集力板3上，此時均布荷載變?yōu)榇髧嵨坏募泻奢d，集力板3上球形觸頭4和傳立柱5 —端是點接觸，使荷載始終垂直于傳力柱5，傳力柱5依靠導(dǎo)向臺架6支撐和導(dǎo)向，保證力的傳遞始終水平的垂直于承壓板7，承壓板7將荷載垂直的傳遞于模型8，保證模型8受力垂直、均衡，進而大大提高模型試驗準(zhǔn)確程度。
權(quán)利要求1.大噸位均布-集中式加載系統(tǒng)，包括固定設(shè)置在垂直支架(I)上的液壓千斤頂群(2)，承壓板(7)，反力架(13)及基座(14)，其特征在于所述基座(14)上固定設(shè)置有導(dǎo)向臺架￠)，導(dǎo)向臺架(6)上開有水平通孔，水平通孔的兩個端口底部開有對稱的凹槽(11)，凹槽(11)中設(shè)置有均勻排列的滾珠(12)，傳力柱(5)活動地置于導(dǎo)向臺架(6)上的水平通孔中，集力板(3)設(shè)置在千斤頂群(2)和傳力柱(5)之間，集力板(3)的下端面設(shè)置有對稱的輥軸(15)，集力板(3)的前端面設(shè)置有球形觸頭(3)，球形觸頭(3)位于傳力柱(5)的中心線上，承壓板(7)呈梯形狀，其底部設(shè)有輥軸，承壓板(7)位于傳力柱(5)的前方。
2.如權(quán)利要求I所述的大噸位均布-集中式加載系統(tǒng)，其特征在于設(shè)置在垂直支架(I)上的液壓千斤頂群(2)為四個以上。
專利摘要本實用新型涉及一種用于地質(zhì)力學(xué)模型試驗的大噸位、均布-集中式加載系統(tǒng)，屬于巖土工程技術(shù)領(lǐng)域。加載系統(tǒng)包括固定設(shè)置在垂直支架上的液壓千斤頂群，承壓板，反力架及基座，基座上固定設(shè)置有導(dǎo)向臺架，傳力柱活動地置于導(dǎo)向臺架上的水平通孔中，集力板設(shè)置在千斤頂群和傳力柱之間，集力板的前端面設(shè)置有球形觸頭。本實用新型的加載系統(tǒng)可提供大噸位的荷載滿足深埋高應(yīng)力條件下的模型試驗的加載要求，球形觸頭的設(shè)計可以保證荷載始終垂直作用于模型表面，使模型受力均衡，提高模型試驗結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。
文檔編號G01N3/02GK202548005SQ20122020069
公開日2012年11月21日 申請日期2012年5月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月7日
發(fā)明者劉繼光, 周輝, 孟凡震 申請人:中國科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所