受載煤巖體熱流固耦合CT三軸壓力加載系統的制作方法

本發明涉及巖土工程領域，尤其涉及一種受載煤巖體熱流固耦合ct三軸壓力加載系統。

背景技術：

隨著城鎮化建設的推進，基礎設施的不斷完善，施工工藝的不斷改進。對三軸試驗機的需求已不僅僅局限于材料工程，已經廣泛的應用于巖土工程、建筑材料、地質災害研究與應用等領域。特別是在巖石力學領域，對巖石在應力作用下的變形及滲流特性的研究是巖石力學領域的主要方向之一，常規三軸試驗儀是試驗巖石力學領域最常見的儀器之一，后經學者們改造后能夠完成熱流固耦合條件下的三軸試驗。然而由于加載腔體需承受高強度的載荷，很難將腔體實現透明化。所以，試驗過程中試樣的變形的可視化問題一直困擾著廣大科研工作者。

現有三軸試驗中的壓力室包括通過軸壓加載和圍壓加載實現三軸加載模

擬，軸壓加載通過軸壓加載壓頭由加載油缸實現。現有軸壓加載壓頭通常為剛性結構，在加載接觸面與加載頭軸線不垂直時，存在對試件承壓面加載不均勻而導致試驗結果不準確的缺陷。因此，需要一種軸壓加載均勻加載系統。

技術實現要素：

本發明的目的是針對現有技術的不足，提供一種受載煤巖體熱流固耦合ct三軸壓力加載系統，通過將軸壓加載壓頭設置成內外球面結合的組合結構，使活動壓頭構成具有一定角度轉動的浮動壓頭結構，從而可有效確保作用于試件上軸壓與試件軸線重合，提高試件承載面的受載均勻性，提高試驗結果的準確性。

為實現前述目的，本發明采用如下技術方案。

一種受載煤巖體熱流固耦合ct三軸壓力加載系統，包括軸壓加載系統和圍壓加載系統，以形成對壓力室進行軸壓與圍壓加載，所述軸壓加載系統包括軸壓加載油缸，軸壓加載油缸的活塞桿前端設有加載壓頭，加載壓頭通過壓力室上的活動壓頭對巖石試樣實施軸壓加載，加載壓頭由加載壓頭主體和加載活動頭組成，加載活動頭和加載壓頭主體之間形成有內外球面配合結構，加載活動頭和加載壓頭主體通過螺栓和預緊彈簧連接，預緊彈簧通過彈性力使加載活動頭和加載壓頭主體之間的內外球面保持結合。

采用前述技術方案的本發明，通過將加載壓頭設置成軸向組合結構，并通過內外球面配合形成軸向連接，以利用球面實現加載活動頭的自動找正，即使壓力室的活動壓頭承載面與軸線存在一定傾斜角度時，加載活動頭通過球面自動與該承載面適應而形成一定角度的轉動，以與壓力室的活動壓頭承載面形成良好結合，確保軸向加載液壓力始終與被加載壓頭及試件軸線重合，提高試驗結果的準確性。其壓頭結構簡單、加工方便，并可有效減少試驗設備調試時間，提高試驗效率。

優選的，所述軸壓加載油缸連接有軸壓加載用電液伺服加載系統，軸壓加載油缸的缸底蓋上裝設有磁致伸縮位移傳感器，磁致伸縮位移傳感器的探頭軸向伸入軸壓加載油缸的活塞內，且磁致伸縮位移傳感器的磁環也嵌設在活塞內，軸壓加載油缸的活塞桿前端與加載壓頭還設有應力傳感器。以通過磁致伸縮位移傳感器獲得試驗階段的位移變化數據，并通過應力傳感器獲得軸壓加載載荷數據，以便控制系統通過采集這些數據進行試驗進程控制，并提高試驗結果的準確性。

優選的，所述加載油缸連接有軸壓加載用電液伺服系統，該電液伺服系統通過伺服油缸和伺服電機驅動的滾珠絲杠副加載系統加載。以通過軸壓加載電液壓伺服加載系統，形成試驗參數控制和調節方便、數據直觀可靠的軸壓加載系統，以便更深入利用試驗結果。

進一步優選的，所述壓力室通過下底盤裝設有固定壓頭組合體，固定壓頭組合體由固定壓頭主體和具有蜂窩孔結構的蜂窩孔固定壓頭軸向組合形成，蜂窩孔固定壓頭自由端用于承載巖石試樣；所述活動壓頭由活動壓頭主體和具有蜂窩孔結構的蜂窩孔活動壓頭軸向組成形成組合結構，蜂窩孔活動壓頭用于向巖石試樣施加軸向載荷；所述活動壓頭通過透蓋設置，透蓋與壓力腔體對應端形成的連接盤密封連接，活動壓頭主體自由端伸出透蓋外部；所述壓力室內部通過透蓋和下底盤形成密閉空腔。以通過簡單緊湊的結構實現試件的軸向加載，達到試驗目的，降低試驗成本。

進一步優選的，所述下底盤上和連接盤上設有與壓力室內部空腔接通的圍壓加載流體通道接口，兩個圍壓加載流體通道接口通過外接管路與圍壓加載用電液壓伺服加載系統形成圍壓加載循環回路。以在壓力室內實現試件的圍壓加載，滿足試驗要求。

本發明的有益效果是，可方便的實現試件的軸壓和圍壓加載，且結構簡單、加載均勻，試驗結果準確、可靠，試驗條件參數可控制性好。

附圖說明

圖1是本發明應用于三軸壓力室的結構示意圖。

圖2是應用本發明的三軸壓力室的結構示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明作進一步的說明，但并不因此將本發明限制在所述的實施例范圍之中。

參見圖1、圖2，一種受載煤巖體熱流固耦合ct三軸壓力加載系統，包括軸壓加載系統和圍壓加載系統，以形成對三軸壓力室進行軸壓與圍壓加載，所述軸壓加載系統包括軸壓加載油缸124，軸壓加載油缸124的活塞桿前端設有加載壓頭，加載壓頭通過壓力室上的活動壓頭對巖石試樣133實施軸壓加載，加載壓頭由加載壓頭主體126和加載活動頭127組成，加載活動頭127和加載壓頭主體126之間形成有內外球面配合結構，加載活動頭127和加載壓頭主體126通過螺栓和預緊彈簧128連接，預緊彈簧128通過彈性力使加載活動頭127和加載壓頭主體126之間的內外球面保持結合。

其中，軸壓加載油缸124連接有軸壓加載用電液伺服加載系統，軸壓加載油缸124的缸底蓋124a上裝設有磁致伸縮位移傳感器124b，磁致伸縮位移傳感器124b的探頭軸向伸入軸壓加載油缸124的活塞內，且磁致伸縮位移傳感器124b的磁環也嵌設在活塞內，軸壓加載油缸124的活塞桿前端與加載壓頭還設有應力傳感器125。加載油缸124連接有軸壓加載用電液伺服系統，該電液伺服系統通過伺服油缸和伺服電機驅動的滾珠絲杠副加載系統加載。三軸壓力室通過下底盤129裝設有固定壓頭組合體，固定壓頭組合體由固定壓頭主體131和具有蜂窩孔結構的蜂窩孔固定壓頭132軸向組合形成，蜂窩孔固定壓頭132自由端用于承載巖石試樣133；所述活動壓頭由活動壓頭主體134和具有蜂窩孔結構的蜂窩孔活動壓頭135軸向組成形成組合結構，蜂窩孔活動壓頭135用于向巖石試樣133施加軸向載荷；所述活動壓頭通過透蓋137設置，透蓋137與壓力腔體120對應端形成的連接盤120a密封連接，活動壓頭主體134自由端伸出透蓋137外部；所述三軸壓力室內部通過透蓋137和下底盤129形成密閉空腔。下底盤129上和連接盤120a上設有與壓力室內部空腔接通的圍壓加載流體通道接口，兩個圍壓加載流體通道接口通過外接管路與圍壓加載用電液壓伺服加載系統形成圍壓加載循環回路。

三軸壓力室包括筒形結構的壓力腔體120，壓力腔體120由后端的連接盤120a通過四根柱桿122和軸壓加載缸安裝板123形成反力架結構，反力架還包括通過螺栓與連接盤120a和軸壓加載缸安裝板123分別固定連接的安裝底板110上；壓力腔體120采用鈦合金制造，壓力腔體120內部兩端分別設有一盤絲加熱器138，壓力腔體120的筒形部內壁上襯有由納米氣凝膠材料制成的絕熱套121，壓力腔體120的筒部外壁在與巖石試樣133的對應區域形成壁厚減小的內凹結構。

其中，壓力腔體120的連接法蘭120b通過螺栓與下底盤129連接；下底盤129內側裝設所述固定壓頭組合體；連接盤120a中部間隙配合有所述透蓋137，透蓋137具有的法蘭盤位于連接盤120a內側，透蓋137通過其法蘭盤與連接盤120a形成端面密封結構；固定壓頭主體131和活動壓頭主體134上均設有用于捆扎鐵絲136的環形凹槽。兩個盤絲加熱器138分別固定在下底盤129和透蓋137上，并包圍在固定壓頭主體131和活動壓頭主體134一段桿部的外周。下底盤129和透蓋137之間通過至少兩個定位桿139連接，定位桿139一端固定在下底盤129上，另一端與透蓋137上的配合孔形成滑動配合的連接關系，多根定位桿139周向均布在固定壓頭主體131外周，以在巖石試樣133安裝后固定壓頭主體131和活動壓頭主體134同軸線。

以上詳細描述了本發明的較佳具體實施例。應當理解，本領域的普通技術人員無需創造性勞動就可以根據本發明的構思作出諸多修改和變化。因此，凡本技術領域中技術人員依本發明的構思在現有技術的基礎上通過邏輯分析、推理或者有限的試驗可以得到的技術方案，皆應在由權利要求書所確定的保護范圍內。