本發(fā)明涉及巖石流變?cè)囼?yàn)技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種能持續(xù)提供穩(wěn)定壓力、自動(dòng)循環(huán)施加擾動(dòng)載荷的杠桿式巖石流變?cè)囼?yàn)加載裝置。
背景技術(shù)：
巖石流變性能是指巖石的蠕變、應(yīng)力松弛、與時(shí)間有關(guān)的擴(kuò)容以及強(qiáng)度的時(shí)間效應(yīng)等特性，巖石的流變效應(yīng)是工程長(zhǎng)期穩(wěn)定的重要影響因素和變形相應(yīng)，因此研究巖石流變性能，可以分析巖石工程的長(zhǎng)期穩(wěn)定性和地學(xué)中的許多重要問(wèn)題。
巖石流變?cè)囼?yàn)特點(diǎn)在于加壓裝置要提供持久恒定的壓力，通常要連續(xù)加壓數(shù)天，目前的巖石流變?cè)囼?yàn)裝置，大多數(shù)使用剛性液壓伺服試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行加載，雖然這些儀器裝置在載荷的控制和數(shù)據(jù)采集方面性能優(yōu)越，但其也具有明顯的缺點(diǎn):一是由于巖石的不均勻性，試驗(yàn)壓力需要達(dá)到50噸才足以滿足不同強(qiáng)度的巖石試驗(yàn)要求，而現(xiàn)有儀器裝置達(dá)不到這種載荷要求；二是試驗(yàn)過(guò)程中儀器損耗大，試驗(yàn)成本高；三是伺服系統(tǒng)加載的拉壓力穩(wěn)定性不夠，導(dǎo)致試驗(yàn)精度不夠。且力學(xué)試驗(yàn)壓力機(jī)液壓伺服的加載方式，用電動(dòng)油泵給試驗(yàn)件加壓，這樣的壓力機(jī)很難用于流變?cè)囼?yàn)，流變?cè)囼?yàn)開(kāi)始后，每一級(jí)荷載施加數(shù)天到數(shù)十天，而液壓伺服的試驗(yàn)機(jī)、油泵不能連續(xù)工作過(guò)長(zhǎng)時(shí)間，而且長(zhǎng)時(shí)間加載的話，油泵工作不穩(wěn)定，導(dǎo)致壓力不恒定，試驗(yàn)數(shù)據(jù)不可靠。
而對(duì)于另外一些簡(jiǎn)易試驗(yàn)裝置，其加載原理主要是利用滑輪組或用千斤頂加載，這些裝置移動(dòng)方便、造價(jià)低廉，但簡(jiǎn)易試驗(yàn)裝置中的液壓千斤頂保持穩(wěn)定荷載的效果不理想，而滑輪組制成的儀器又無(wú)法提供較大的壓縮載荷，主要只適用于一些軟弱巖土材料的流變。
同時(shí)，巖石在流變階段易受外部擾動(dòng)載荷干擾，從而影響到巖石流變的動(dòng)力學(xué)特性，現(xiàn)有技術(shù)的巖石流變?cè)囼?yàn)機(jī)擾動(dòng)載荷控制存在沖擊耗散、能力不集中的缺點(diǎn)，無(wú)法將擾動(dòng)載荷集中傳遞至巖石試件上，造成沖擊能量的損耗，給試驗(yàn)帶來(lái)一定的誤差。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在于針對(duì)上述技術(shù)缺陷，提供一種能保證壓力垂直施加、壓力加載杠桿穩(wěn)定、自動(dòng)循環(huán)施加擾動(dòng)荷載、施加擾動(dòng)防止荷載振動(dòng)的杠桿式巖石流變?cè)囼?yàn)加載裝置。
本發(fā)明的上述目的通過(guò)以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：
一種杠桿式巖石流變?cè)囼?yàn)加載裝置，包括固定底座、主杠桿、次杠桿、主支撐桿、次支撐桿、連接裝置和加壓裝置；所述主支撐桿和次支撐桿分別垂直設(shè)于固定底座的兩端；所述主杠桿橫跨于主支撐桿與次支撐桿之間，所述主杠桿與固定底座平行，主杠桿與主支撐桿鉸接連接；所述次杠桿設(shè)于主杠桿下方，所述次杠桿一端與次支撐桿鉸接、另一端靠近主支撐桿設(shè)置為加載端，所述連接裝置連接主杠桿靠近次支撐桿的端部和次杠桿靠近次支撐桿的端部；所述加壓裝置設(shè)置于主杠桿靠近主支撐桿一端，所述加壓裝置包括同軸設(shè)置的壓頭、傳力桿、試件承接裝置，所述試件承接裝置設(shè)于固定底座上，所述壓頭與主杠桿連接，所述傳力桿一端與壓頭相連、另一端與所述試件承接裝置一起對(duì)試件施加壓力。
具體地，所述固定底座設(shè)于地面上，在次杠桿的加載端進(jìn)行加載，通過(guò)主杠桿和次杠桿的力臂作用將加載端的作用力作用于壓頭和傳力桿上，并最終傳遞至試件上對(duì)試件進(jìn)行加載，所述加載裝置可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定加壓的目的。
具體地，所述主杠桿與主支撐桿采用固定鉸的連接方式，具體為在所述主支撐桿頂端設(shè)置鋼板作為反力支撐板，所述固定鉸一端與鋼板連接，另一端與主杠桿連接，在實(shí)際使用中，主杠桿繞鉸接支點(diǎn)處有小角度轉(zhuǎn)動(dòng)，固定鉸的連接方式，可以起到固定主杠桿及允許其轉(zhuǎn)動(dòng)的作用。
具體地，所述壓頭和主杠桿的連接點(diǎn)與主杠桿在主支撐桿上的鉸接點(diǎn)存在一定的橫向垂直距離，所述次杠桿和次支撐桿的鉸接點(diǎn)與主杠桿和次杠桿的連接裝置存在一定的橫向垂直距離，保證了所述次杠桿加載端的加載力通過(guò)所述主杠桿和次杠桿的兩次放大，最終加載到試件上。
具體地，可以根據(jù)需要放大的載荷倍數(shù)來(lái)改變主杠桿與次杠桿的尺寸及所述橫向垂直距離來(lái)調(diào)整傳力比，進(jìn)而達(dá)到最大的壓力施加效果。
具體地，為節(jié)約材料，所述傳力桿設(shè)為圓柱形傳力桿，所述傳力桿在與壓頭的連接處設(shè)有與壓頭適配的凹形結(jié)構(gòu)，所述壓頭嵌于凹形結(jié)構(gòu)內(nèi)，避免壓頭方向偏倚，保證了所述加載力的精確傳遞。
具體地，所述壓頭與主杠桿的連接方式為將壓頭焊接在一塊鐵板上，然后采用螺栓將所述鐵板貼合固定在主杠桿的加壓表面上。
進(jìn)一步地，所述加載裝置還包括擾動(dòng)加載重錘，所述擾動(dòng)加載重錘中心設(shè)有能容納傳力桿輕松穿過(guò)的通孔；所述傳力桿為變截面桿，與試件接觸的一端為大截面端，所述大截面端設(shè)有加載盤(pán)供擾動(dòng)加載重錘下落施加擾動(dòng)載荷。
具體地，所述擾動(dòng)加載重錘外形為圓柱體，所述通孔為圓形通孔。
具體地，所述傳力桿設(shè)計(jì)成變截面桿，是為了方便擾動(dòng)載荷的施加，所述通孔直徑介于所述傳力桿的小截面端與大截面端之間。
具體地，所述傳力桿的變截面處為圓柱形凸臺(tái)設(shè)計(jì)，所述加載盤(pán)設(shè)于變截面處，施加擾動(dòng)載荷的擾動(dòng)加載重錘錘擊在加載盤(pán)上，通過(guò)加載盤(pán)將擾動(dòng)載荷傳遞至所述傳力桿的大截面端。
具體地，所述擾動(dòng)加載重錘的加載方式為自由落體施加擾動(dòng)載荷。
優(yōu)選地，為對(duì)所述擾動(dòng)載荷的大小進(jìn)行定量估算，所述擾動(dòng)加載重錘采用砝碼盤(pán)堆加而成，滿足加載試驗(yàn)中對(duì)不同擾動(dòng)荷載的需求。
進(jìn)一步地，所述加壓裝置還包括傳力桿固定裝置，所述傳力桿固定裝置包括相互連接的固定部與套筒部，所述固定部設(shè)于主支撐桿上，所述套筒部套設(shè)于傳力桿外表面用于減小傳力桿施加壓力時(shí)的橫向摩擦；所述傳力桿固定裝置避開(kāi)所述擾動(dòng)加載重錘行程設(shè)置。
具體地，所述傳力桿固定裝置至少設(shè)有兩個(gè)，為節(jié)約傳力桿固定裝置的使用以及減少工藝程序，優(yōu)選地只采用兩個(gè)傳力桿固定裝置，其中一個(gè)設(shè)于緊靠壓頭以下的傳力桿部分，另一個(gè)設(shè)于所述傳力桿的大截面端；這樣的設(shè)置方式使得所述傳力桿被所述傳力桿固定裝置牢牢固定，可以減小所述傳力桿的橫向摩擦風(fēng)險(xiǎn)，從而降低該橫向摩擦對(duì)載荷傳遞效率的影響，確保傳力桿的工作穩(wěn)定性。
具體地，所述套筒部外表面為圓柱形。
進(jìn)一步地，所述擾動(dòng)加載重錘內(nèi)沿通孔中心軸方向設(shè)置有軸承，所述軸承與傳力桿形成良好的配合。
具體地，所述擾動(dòng)加載重錘在自由落體施加擾動(dòng)載荷時(shí)，可能會(huì)產(chǎn)生與所述傳力桿的摩擦或被刮擦卡住，所述通孔內(nèi)的軸承設(shè)計(jì)一方面可以減少擾動(dòng)加載重錘與傳力桿的摩擦，另一方面形成了擾動(dòng)加載重錘的運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌，使擾動(dòng)加載重錘不偏離加載的中心，實(shí)現(xiàn)所述加載重錘的加載順利性及精確性。
進(jìn)一步地，為方便擾動(dòng)荷載的連續(xù)自動(dòng)施加，所述加載裝置還包括重錘提升系統(tǒng)，所述重錘提升系統(tǒng)包括電機(jī)和連接電機(jī)與擾動(dòng)加載重錘的履帶，所述履帶包括與重錘行程平行的連接段，所述連接段上設(shè)有卡栓用來(lái)實(shí)現(xiàn)重錘提升系統(tǒng)與擾動(dòng)加載重錘的連接與分離；所述電機(jī)通過(guò)履帶帶動(dòng)擾動(dòng)加載重錘，實(shí)現(xiàn)擾動(dòng)載荷的自動(dòng)施加。
優(yōu)選地，所述履帶的行程路徑為三角形，所述連接段的兩端作為三角形的兩個(gè)角點(diǎn)，連接段的兩端通過(guò)固定柱進(jìn)行定位，所述固定柱設(shè)于所述主支撐桿上，所述電機(jī)作為所述三角形的第三個(gè)角點(diǎn)，所述履帶在電機(jī)的帶動(dòng)下進(jìn)行循環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)。
進(jìn)一步優(yōu)選地，所述三角形設(shè)為直角三角形，所述連接段為第一條直角邊，所述電機(jī)設(shè)于所述擾動(dòng)加載重錘的形成起始端，所述電機(jī)與所述連接段的起始端之間的履帶作為第二條直角邊，直角三角形的履帶運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)，保證了所述履帶提升擾動(dòng)加載重錘的精確性。
具體地，自動(dòng)施加擾動(dòng)載荷的過(guò)程為連接段的卡栓在擾動(dòng)加載重錘的行程末端自動(dòng)與重錘連接，所述電機(jī)開(kāi)始工作，帶動(dòng)履帶進(jìn)行逆時(shí)針運(yùn)轉(zhuǎn)，所述履帶通過(guò)卡栓提升擾動(dòng)加載重錘，當(dāng)所述擾動(dòng)加載重錘被提升至一定高度（即行程起始端）時(shí)，所述卡栓與擾動(dòng)加載重錘分離，擾動(dòng)加載重錘則自由落下，向試件施加擾動(dòng)載荷，以上動(dòng)作周而復(fù)始進(jìn)行循環(huán)。
優(yōu)選地，為實(shí)現(xiàn)所述加載裝置的功能全面性，可通過(guò)設(shè)置一個(gè)變頻裝置與所述電機(jī)連接，通過(guò)調(diào)節(jié)所述變頻裝置的頻率，控制所述電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到設(shè)置施加擾動(dòng)載荷頻率的目的。
進(jìn)一步地，所述連接裝置包括關(guān)節(jié)軸承和剛軸，分別在所述主杠桿和次杠桿上設(shè)置u型螺桿來(lái)固定剛軸，所述關(guān)節(jié)軸承設(shè)于剛軸之間，所述關(guān)節(jié)軸承采用雙頭螺桿連接。
具體地，所述連接裝置既要能承受杠桿間的力的傳遞，又要能通過(guò)調(diào)節(jié)連接裝置的連接長(zhǎng)度來(lái)適應(yīng)主杠桿和次杠桿間的相對(duì)移動(dòng)，因此所述關(guān)節(jié)軸承能靈活滿足以上需求。
進(jìn)一步地，所述固定底座上垂直設(shè)有用來(lái)穩(wěn)定次杠桿的防跌落架，所述防跌落架位于次支撐桿與次杠桿的加載端之間。
具體地，所述防跌落架的設(shè)計(jì)是為了防止所述加載裝置在不做試驗(yàn)或者試件破壞的時(shí)候，次杠桿沒(méi)有約束而掉落，所述防跌落架靠近所述次杠桿的加載端設(shè)置，并可以隨著次杠桿的長(zhǎng)度或位置進(jìn)行調(diào)整。
進(jìn)一步地，為了增加所述主杠桿與次杠桿載荷端的橫向約束，防止主杠桿和次杠桿在遠(yuǎn)支點(diǎn)處產(chǎn)生橫向位移，所述主杠桿與次支撐桿的連接端兩側(cè)均設(shè)有軸承；所述次杠桿與次支撐桿鉸接端兩側(cè)均設(shè)置有軸承。
具體地，所述軸承的設(shè)置是為了保證主杠桿與次杠桿遠(yuǎn)支點(diǎn)端可以達(dá)到無(wú)摩擦繞支點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的效果，同時(shí)也起到約束主杠桿與次杠桿橫向移動(dòng)的作用。
更具體地，所述主杠桿與次支撐桿的連接端兩側(cè)、次杠桿與次支撐桿鉸接端兩側(cè)的每側(cè)軸承固定數(shù)量為2個(gè)。
進(jìn)一步地，所述次杠桿的加載端連接有砝碼托盤(pán)。
具體地，砝碼托盤(pán)的設(shè)置是方便給整個(gè)裝置施加加壓荷載，可以在砝碼托盤(pán)上加載加壓荷載相應(yīng)大小的砝碼，使得施加加壓荷載的方式變得簡(jiǎn)單準(zhǔn)確。
進(jìn)一步地，所述固定底座采用槽鋼制作，優(yōu)選地采用4根槽鋼兩兩腹板相對(duì)排列形成底部支撐大梁，在底部支撐大梁兩端分別用與底部支撐大梁同型號(hào)的槽鋼進(jìn)行焊接，形成底部支撐大梁的橫向連接支撐，所述橫向連接支撐的槽鋼排列方式也為腹板相對(duì)，所述固定底座通過(guò)所述橫向連接支撐固定在地面上。
優(yōu)選地，所述橫向連接支撐兩端均采用地錨錨固在地面上，從而實(shí)現(xiàn)固定底座使用時(shí)的穩(wěn)定性。
進(jìn)一步地，所述主支撐桿、次支撐桿均采用槽鋼腹板相對(duì)制作，所述主支撐桿、次支撐桿在與所述固定底座的連接端焊接有鋼板，所述主支撐桿、次支撐桿上的鋼板通過(guò)高強(qiáng)螺栓與固定底座連接。
進(jìn)一步地，所述主杠桿、次杠桿均采用中翼緣h型鋼，所述中翼緣h型鋼腹板兩側(cè)均采用鋼板焊接加固，做成組合截面協(xié)助主杠桿及次杠桿受力。
具體地，所述鋼板與腹板之間的焊接方式為在鋼板與翼緣板接觸的外側(cè)沿主杠桿和/或次杠桿的長(zhǎng)度方向施焊，邊緣處的鋼板，與h型鋼翼緣板邊緣留出一定的空間方便焊接。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：
（1）通過(guò)二級(jí)杠桿連接的方式，將二級(jí)杠桿的自由端作為加載端，結(jié)合所述固定底座、主支撐桿、次支撐桿的設(shè)置，使得本加載裝置克服了現(xiàn)有技術(shù)中力學(xué)液壓伺服試驗(yàn)機(jī)不能提供持續(xù)穩(wěn)定壓力的缺陷；
（2）主杠桿和次杠桿的關(guān)節(jié)軸承連接方式，實(shí)現(xiàn)了加載載荷時(shí)主杠桿和次杠桿的工作靈活性；主杠桿和次杠桿遠(yuǎn)支點(diǎn)處的軸承限位設(shè)計(jì)，使得杠桿傳力得到穩(wěn)定保障，進(jìn)一步為穩(wěn)定加載壓力提供輔助作用；
（3）二次杠桿的傳力設(shè)計(jì)，用戶可根據(jù)需要對(duì)主杠桿和次杠桿的長(zhǎng)度、主杠桿與次杠桿的連接位置及加壓裝置在主杠桿上的設(shè)置位置進(jìn)行調(diào)整，從而得到需要得傳力比，實(shí)現(xiàn)傳力效率最大化；
（4）所述主杠桿與主支撐桿的固定鉸連接方式以及所述加載裝置的設(shè)置方式保證了對(duì)試件壓力的垂直施加，提高了加載力的施加效率；
（5）所述固定底座采用多根槽鋼制作，在底部支撐大梁兩側(cè)設(shè)置橫向連接支撐，所述橫向連接支撐通過(guò)地錨錨固在地面上；主支撐桿、次支撐桿與所述固定底座的高強(qiáng)螺栓連接方式，確保了主杠桿、次杠桿加載過(guò)程的穩(wěn)定性；
（6）所述擾動(dòng)加載重錘以及重錘提升系統(tǒng)的設(shè)置，通過(guò)調(diào)頻裝置控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，還能按需要得頻率自動(dòng)循環(huán)施加擾動(dòng)荷載，為巖石流變?cè)囼?yàn)提供周期性的穩(wěn)定的擾動(dòng)載荷，實(shí)現(xiàn)了本加載裝置自動(dòng)循環(huán)施加擾動(dòng)載荷的功能，可根據(jù)實(shí)際情況任意進(jìn)行工況模擬試驗(yàn)；
（7）本加載裝置中各零部件的連接方式、連接位置、壓力作用點(diǎn)的設(shè)置、力的傳遞等確保了所述巖石流變?cè)囼?yàn)中試驗(yàn)數(shù)據(jù)的精確性。
附圖說(shuō)明
圖1為所述加載裝置的主視圖；
其中，1-固定底座；2-主杠桿；3-次杠桿；4-主支撐桿；5-次支撐桿；6-連接裝置；7-加壓裝置；8-擾動(dòng)加載重錘；10-防跌落架；11-底部支撐大梁；12-橫向連接支撐；13-地錨；21-主杠桿連接端；22-加壓端；23-主杠桿鉸接端；31-次杠桿連接端；32-加載端；33-次杠桿鉸接端；41-鋼板；42-固定板；61-關(guān)節(jié)軸承；71-壓頭；72-傳力桿；73-試件承接裝置；74-鐵板；91-電機(jī)；92-履帶；321-砝碼托盤(pán)；721-大截面端；722-加載盤(pán)；751-固定部；752-套筒部；921-連接段；922-卡栓。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明實(shí)施例附圖僅用于示例性說(shuō)明，不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。為了更好說(shuō)明本實(shí)施例，附圖某些部件會(huì)有省略、放大或縮小，并不代表實(shí)際產(chǎn)品的尺寸；對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，附圖中某些公知結(jié)構(gòu)及其說(shuō)明可能省略是可以理解的。下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的說(shuō)明。
實(shí)施例
如圖1所示，本實(shí)施例提供一種杠桿式巖石流變?cè)囼?yàn)加載裝置，包括固定底座1、主杠桿2、次杠桿3、主支撐桿4、次支撐桿5、連接裝置6和加壓裝置7；主支撐桿4和次支撐桿5分別垂直設(shè)于固定底座1的兩端；其中主杠桿2橫跨于主支撐桿4與次支撐桿5之間，主杠桿2與固定底座1平行設(shè)置，主杠桿2與主支撐桿4鉸接連接；次杠桿3設(shè)于主杠桿2下方，次杠桿一端與次支撐桿5鉸接作為次杠桿鉸接端33、另一端靠近主支撐桿4設(shè)置為加載端32，連接裝置6豎直連接主杠桿靠近次支撐桿的主杠桿連接端21和次杠桿靠近次支撐桿的次杠桿連接端31；加壓裝置7設(shè)置于主杠桿靠近主支撐桿的加壓端22，加壓裝置7包括同軸設(shè)置的壓頭71、傳力桿72、試件承接裝置73，試件承接裝置73設(shè)于固定底座1上，壓頭71與主杠桿2連接，傳力桿72一端與壓頭71相連、另一端與試件承接裝置73一起對(duì)試件施加壓力。
本實(shí)施例中主杠桿2與主支撐桿4采用固定鉸的連接方式，具體為在主支撐桿4的頂端設(shè)置鋼板41作為反力支撐板，固定鉸42一端與鋼板41連接，另一端與主杠桿2連接，在實(shí)際使用中，主杠桿繞鉸接支點(diǎn)處有小角度轉(zhuǎn)動(dòng)，固定鉸的連接方式，可以起到固定主杠桿及允許其轉(zhuǎn)動(dòng)的作用。
固定鉸42采用25cm×12cm×7cm的鋼質(zhì)固定鉸。
主杠桿2與主支撐桿4的鉸接處為主杠桿鉸接端23，主杠桿2上的加壓端22和主杠桿鉸接端23存在一定的橫向垂直距離，次杠桿鉸接端33與次杠桿連接端存在一定的橫向垂直距離，保證了次杠桿加載端的加載力通過(guò)主杠桿2和次杠桿3的兩次放大，最終放大數(shù)倍加載到試件上。
具體地，可以根據(jù)需要放大的載荷倍數(shù)來(lái)改變主杠桿與次杠桿的尺寸及所述橫向垂直距離來(lái)調(diào)整傳力比，進(jìn)而達(dá)到最大的壓力施加效果。
其中本實(shí)施例中主杠桿力臂比為1:12，次杠桿力臂比為1:10；即將主杠桿鉸接端23與加壓端22的橫向垂直距離設(shè)為200mm，主杠桿鉸接端23與主杠桿連接端21的橫向垂直距離為2400mm，因此傳力比為1:12；次杠桿鉸接端33與次杠桿連接端31的橫向垂直距離為150mm，次杠桿加載端32與次杠桿鉸接端33的橫向垂直距離為1550mm，因此傳力比為1:10；在次杠桿加載端32施加的加壓荷載經(jīng)過(guò)次杠桿3和主杠桿2兩次放大120倍后，最終加載到試件上。
為節(jié)約材料，傳力桿72設(shè)為圓柱形傳力桿，傳力桿72在與壓頭71的連接處設(shè)有與壓頭適配的凹形結(jié)構(gòu)(未示出），壓頭71嵌于凹形結(jié)構(gòu)內(nèi)，避免壓頭方向偏倚，保證了加載力的精確傳遞。
為使壓頭71與主杠桿實(shí)現(xiàn)穩(wěn)固連接，壓頭71與主杠桿2的連接方式為將壓頭焊接在一塊鐵板74上，然后采用螺栓將鐵板74貼合固定在主杠桿2的加壓表面上。
本加載裝置還包括外形為圓柱體的擾動(dòng)加載重錘8，其中心設(shè)有能容納傳力桿72輕松穿過(guò)的圓形通孔；傳力桿72為變截面桿，與試件接觸的一端為大截面端721，大截面端設(shè)有加載盤(pán)722供擾動(dòng)加載重錘下落施加擾動(dòng)載荷。
傳力桿72設(shè)計(jì)成變截面桿，是為了方便擾動(dòng)載荷的施加，用來(lái)限制擾動(dòng)加載重錘8的行程，擾動(dòng)加載重錘8的圓形通孔直徑介于傳力桿72的小截面端與大截面端之間。
本實(shí)施例中傳力桿的小截面端直徑為100mm，大截面端直徑為120mm。
傳力桿72的變截面處為圓柱形凸臺(tái)設(shè)計(jì)，加載盤(pán)722設(shè)于變截面處，施加擾動(dòng)載荷的擾動(dòng)加載重錘8通過(guò)自由落體的方式錘擊在加載盤(pán)722上，通過(guò)加載盤(pán)722將擾動(dòng)載荷傳遞至傳力桿72的大截面端。
為對(duì)擾動(dòng)載荷的大小進(jìn)行定量估算，擾動(dòng)加載重錘8采用砝碼盤(pán)堆加而成，以便滿足加載試驗(yàn)中對(duì)不同擾動(dòng)荷載的需求。
加壓裝置7還包括傳力桿固定裝置，傳力桿固定裝置包括相互連接的固定部751與套筒部752，固定部751設(shè)于主支撐桿4上，套筒部752套設(shè)于傳力桿72外表面用于減小傳力桿施加壓力時(shí)的橫向摩擦；傳力桿固定裝置避開(kāi)擾動(dòng)加載重錘行程設(shè)置。
其中固定部實(shí)際可采用多塊鋼板與主支撐桿4相互牢固焊接，固定部751與套筒部752也采用焊接的方式固定。
傳力桿固定裝置可以設(shè)置多個(gè)，本實(shí)施例中為節(jié)約傳力桿固定裝置的使用以及減少工藝程序，只采用兩個(gè)傳力桿固定裝置，其中一個(gè)設(shè)于緊靠壓頭71以下的傳力桿部分，另一個(gè)設(shè)于傳力桿的大截面端722外表面；這樣的設(shè)置方式使得傳力桿72被傳力桿固定裝置牢牢固定，可以減小傳力桿的橫向摩擦風(fēng)險(xiǎn)，從而降低該橫向摩擦對(duì)載荷傳遞效率的影響，確保傳力桿的工作穩(wěn)定性。
套筒部752外表面設(shè)為圓柱形，與傳力桿72、擾動(dòng)加載重錘8的外形一致，實(shí)現(xiàn)整個(gè)裝置的整體美觀性。
擾動(dòng)加載重錘8內(nèi)沿通孔中心軸方向設(shè)置有軸承（未示出），軸承與傳力桿形成良好的配合。
具體地，擾動(dòng)加載重錘8在自由落體施加擾動(dòng)載荷時(shí)，可能會(huì)產(chǎn)生與傳力桿72的摩擦或被刮擦卡住，通孔內(nèi)的軸承設(shè)計(jì)一方面可以減少擾動(dòng)加載重錘與傳力桿的摩擦，另一方面形成了擾動(dòng)加載重錘的運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌，使擾動(dòng)加載重錘8不偏離加載的中心，實(shí)現(xiàn)所述加載重錘的加載順利性及精確性。
為方便擾動(dòng)荷載的連續(xù)自動(dòng)施加，所述加載裝置還包括重錘提升系統(tǒng)，重錘提升系統(tǒng)包括電機(jī)91和連接電機(jī)與擾動(dòng)加載重錘8的履帶92，履帶包括與重錘行程平行的連接段921，連接段上設(shè)有卡栓922用來(lái)實(shí)現(xiàn)重錘提升系統(tǒng)與擾動(dòng)加載重錘的連接與分離；電機(jī)91通過(guò)履帶92帶動(dòng)擾動(dòng)加載重錘，實(shí)現(xiàn)擾動(dòng)載荷的自動(dòng)施加。
本實(shí)施例中履帶92的形成路徑為直角三角形，連接段921的兩端作為三角形的兩個(gè)角點(diǎn)，連接段的兩端通過(guò)固定柱進(jìn)行定位，固定柱設(shè)于主支撐桿4上，電機(jī)91作為直角三角形的第三個(gè)角點(diǎn)，此時(shí)連接段921為第一條直角邊，電機(jī)91設(shè)于擾動(dòng)加載重錘8的形成起始端，電機(jī)91與連接段921的起始端之間的履帶作為第二條直角邊，直角三角形的履帶運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)，保證了所述履帶提升擾動(dòng)加載重錘的精確性。
具體地，自動(dòng)施加擾動(dòng)載荷的過(guò)程為連接段的卡栓922在擾動(dòng)加載重錘8的行程末端自動(dòng)與重錘連接，電機(jī)91開(kāi)始工作，帶動(dòng)履帶92進(jìn)行逆時(shí)針運(yùn)轉(zhuǎn)，履帶通過(guò)卡栓922提升擾動(dòng)加載重錘8，當(dāng)擾動(dòng)加載重錘8被提升至一定高度（即行程起始端）時(shí)，卡栓922與擾動(dòng)加載重錘8分離，擾動(dòng)加載重錘則自由落下，向試件施加擾動(dòng)載荷，以上動(dòng)作周而復(fù)始進(jìn)行循環(huán)。
為實(shí)現(xiàn)所述加載裝置的功能全面性，還設(shè)有一個(gè)變頻裝置（未示出）與電機(jī)91連接，通過(guò)調(diào)節(jié)變頻裝置的頻率，控制電機(jī)91的轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到設(shè)置施加擾動(dòng)載荷頻率的目的。
連接裝置6包括關(guān)節(jié)軸承61和剛軸，分別在主杠桿2和次杠桿3上設(shè)置u型螺桿來(lái)固定剛軸，關(guān)節(jié)軸承61設(shè)于剛軸之間，關(guān)節(jié)軸承61采用雙頭螺桿連接。
連接裝置6既要能承受杠桿間的力的傳遞，又要能通過(guò)調(diào)節(jié)連接裝置的連接長(zhǎng)度來(lái)適應(yīng)主杠桿2和次杠桿3間的相對(duì)移動(dòng)，因此關(guān)節(jié)軸承能靈活滿足以上需求。
固定底座1上垂直設(shè)有用來(lái)穩(wěn)定次杠桿3的防跌落架10，防跌落架位于次支撐桿5與次杠桿3的加載端32之間。
防跌落架10的設(shè)計(jì)是為了防止所述加載裝置在不做試驗(yàn)或者試件破壞的時(shí)候，次杠桿3沒(méi)有約束而掉落，防跌落架靠近次杠桿的加載端設(shè)置，防跌落架與固定底座通過(guò)高強(qiáng)螺栓連接，因此防跌落架可以隨著次杠桿的長(zhǎng)度或位置進(jìn)行調(diào)整。
為了增加主杠桿與次杠桿載荷端的橫向約束，防止主杠桿2和次杠桿3在遠(yuǎn)鉸接支點(diǎn)處產(chǎn)生橫向位移，在主杠桿2與次支撐桿5的連接端兩側(cè)均各設(shè)有2個(gè)軸承（未示出）；在次杠桿3與次支撐桿5的鉸接部位兩側(cè)也各設(shè)置有2個(gè)軸承（未示出）。
具體地，上述軸承的設(shè)置是為了保證主杠桿2與次杠桿3遠(yuǎn)鉸接支點(diǎn)端可以達(dá)到無(wú)摩擦繞支點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的效果，同時(shí)也起到約束主杠桿與次杠桿橫向移動(dòng)的作用。
次杠桿的加載端32連接有砝碼托盤(pán)321，方便給整個(gè)裝置施加加壓荷載，可以在砝碼托盤(pán)上加載加壓荷載相應(yīng)大小的砝碼，使得施加加壓荷載的方式變得簡(jiǎn)單準(zhǔn)確。
固定底座1采用4根槽鋼兩兩腹板相對(duì)排列形成底部支撐大梁11，在底部支撐大梁11兩端分別用與底部支撐大梁同型號(hào)的槽鋼進(jìn)行焊接，形成底部支撐大梁的橫向連接支撐12，橫向連接支撐12的槽鋼排列方式也為腹板相對(duì)，固定底座1通過(guò)在橫向連接支撐12兩端設(shè)置地錨13錨固在地面上，從而實(shí)現(xiàn)固定底座使用時(shí)的穩(wěn)定性。
固定底座1具體地采用32a型槽鋼，底部支撐大梁的槽鋼長(zhǎng)度為3100mm，橫向連接支撐的長(zhǎng)度為1500mm。
主支撐桿4、次支撐桿5均采用32a槽鋼腹板相對(duì)制作，主支撐桿4、次支撐桿5在與固定底座1的連接端焊接有鋼板（未示出），主支撐桿、次支撐桿上的鋼板通過(guò)高強(qiáng)螺栓與固定底座1連接。
主杠桿2、次杠桿3均采用中翼緣h型鋼，中翼緣h型鋼腹板兩側(cè)均采用鋼板焊接加固，做成組合截面協(xié)助主杠桿及次杠桿受力。
具體地，主杠桿采用350mm×250mm中翼緣h型q235鋼，用來(lái)起加固作用的鋼板厚度為10mm。
具體地，鋼板與腹板之間的焊接方式為在鋼板與翼緣板接觸的外側(cè)沿主杠桿和/或次杠桿的長(zhǎng)度方向施焊，邊緣處的鋼板，與h型鋼翼緣板邊緣留出10mm的空間方便焊接。
本實(shí)施例所述加載裝置的試驗(yàn)壓力可達(dá)到50噸，從而滿足高強(qiáng)度的巖石試驗(yàn)要求，根據(jù)力學(xué)計(jì)算公式可得出主杠桿的安全系數(shù)，具體校核過(guò)程如下：
主杠桿截面特性：面積a=228cm2，其中h型鋼的截面ah=99.53cm2，截面對(duì)x軸的慣性矩：ix=250×106mm4，截面對(duì)y軸的慣性矩：iy=114.2×106mm4，截面對(duì)x軸的靜矩s*=620×103mm3。
抗彎強(qiáng)度校核：
當(dāng)主杠桿承受500kn的集中力作用時(shí)，作用點(diǎn)處承受最大的梁彎矩mmax=13205kn·m
而q235的抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值95mpa，由此可知，本加載裝置可滿足50噸試驗(yàn)壓力的要求。
本發(fā)明的加載裝置已成功運(yùn)用于巖石的流變?cè)囼?yàn)中，借鑒二級(jí)杠桿放大的原理，通過(guò)主杠桿與次杠桿兩級(jí)放大了在砝碼托盤(pán)施加的較小的加壓荷載，在加載裝置上獲得了所需要的大試驗(yàn)荷載。并且采用上述加載裝置，可以提供更加穩(wěn)定的更為持續(xù)的試驗(yàn)荷載，使得巖石流變?cè)囼?yàn)?zāi)軌虺掷m(xù)穩(wěn)定的進(jìn)行。此外，在加載裝置中設(shè)置擾動(dòng)加載重錘，其與電機(jī)配合能自動(dòng)循環(huán)施加擾動(dòng)荷載，為巖石流變?cè)囼?yàn)提供周期性的穩(wěn)定的擾動(dòng)荷載，解決了現(xiàn)有技術(shù)中未能克服的技術(shù)難題。經(jīng)對(duì)比總結(jié)發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明所述杠桿式巖石流變?cè)囼?yàn)加載裝置所得到的試驗(yàn)數(shù)據(jù)更加精準(zhǔn)。
以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的包含范圍之內(nèi)。