[发明专利]一种渗流—疲劳耦合负载试验装置及方法

说明书

本发明公开了一种渗流—疲劳耦合负载试验装置及方法，该装置，包括数控系统、三轴压力室、向三轴压力室内提供设定围压的围压循环液压系统、向试样泵送渗透水的水泵、对渗透水进行计量的计量装置、垂直动态疲劳作动器、用于支撑垂直动态疲劳作动器的框架、驱动垂直动态疲劳作动器动作的加载循环液压系统、用于支撑试样的垫块、用于将传递载荷的传力构件。采用本申请的试验装置和方法，不仅能同时满足渗流—疲劳耦合动态加载的要求、从而对岩体工程中水坝、矿山和桥梁营运过程中的变形特性与渗透特现象进行模拟和测定，而且能够提供较大的测量范围及测量精度，试验结果直观可靠，以便满足不同情况下的试验需要。

技术领域

本发明涉及岩土工程力学性能检测试验设备领域，具体涉及一种渗流—疲劳耦合负载试验装置及方法。

背景技术

随着我国的大型岩体工程不断增加，岩石在复杂应力环境下的变形特性与渗透特性始终是岩土工程关注的热点。比如在水坝、矿山和桥梁营运过程中，水坝水位常年变动导致基岩所受压力呈周期性变化，或者矿山常年车辆振动堆积矿山顶底板和边坡岩体，或者桥梁车辆动荷载作用下桥梁桩基基岩的周期性荷载作用，均可近似看做岩体在疲劳载荷作用下的渗流过程，疲劳载荷引起岩体的渗流特性发生改变，进而影响了岩体的强度与破坏。

国内外现有研究多数为岩石在静态力加载作用下的渗流特性研究，比如静水压缩、三轴压缩、加卸载循环下的渗流特性，极少数学者关注岩石在动荷载加载下的渗流特性，以及岩石在不同疲劳加载形式下的渗流特性，因此，由于岩石三轴压缩过程中渗流试验的特殊性与复杂性，现有技术所使用的试验设备很难同时满足渗流—疲劳耦合加载的要求以及对该现象进行模拟和测定，国内目前尚未研发出功能完善的岩石渗流—疲劳耦合装置。此外，在三轴压缩时对岩石试样进行水平加载时，通常采用固定方向的载荷，这就导致试样周向受力存在偏差，这一定程度上影响了试验结果的精确性。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种渗流—疲劳耦合负载试验装置及方法，不仅能同时满足渗流—疲劳耦合动态加载的要求、从而对岩体工程如上述水坝、矿山和桥梁营运过程中的变形特性与渗透特现象进行模拟和测定，而且能够提供较大的测量范围及测量精度，试验结果直观可靠，以便满足不同情况下的试验需要。

本发明通过以下技术手段解决上述问题：

一种渗流—疲劳耦合负载试验装置，包括用于数据采集和分析的数控系统、三轴压力室、向三轴压力室内泵送液压油以便给放置在三轴压力室内的试样提供设定围压的围压循环液压系统、向试样泵送渗透水的水泵、对渗透水进行计量的计量装置、垂直动态疲劳作动器、用于支撑垂直动态疲劳作动器的框架、驱动垂直动态疲劳作动器动作的加载循环液压系统、设置在三轴压力室底部的用于支撑试样的垫块、设置在试样顶部的用于将垂直动态疲劳作动器的载荷传递至试样的传力构件。

进一步，所述三轴压力室的两端分别设置有与三轴压力室的内部均连通的围压入口和围压出口，所述围压循环液压系统分别通过液压油管路与围压入口和围压出口连通。

进一步，所述三轴压力室的底部和垫块的内部形成渗透水流入通道，三轴压力室的外壁设置有与渗透水流入通道连通的渗透水入口，所述渗透水入口通过水流管路与水泵连通；所述传力构件的内部形成渗透水流出通道，传力构件的外壁设置有与渗透水流出通道连通的渗透水出口，所述渗透水出口通过水流管路与计量装置连通。

进一步，所述数控系统包括数据采集模块、数据处理模块和计算机控制模块。

进一步，还包括用于围压压力实时采集的围压传感器。

进一步，所述渗透水入口和渗透水出口处均设置有水压传感器。

进一步，所述加载循环液压系统包括加载油泵、液压控制装置、油温报警器、油位报警器、滤油器和滤油器堵塞报警器。

进一步，所述传力构件包括相匹配的传力杆和上球状接头块。