CN102353592A - 现场伺服控制岩体真三轴试验装置 - Google Patents

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周火明
邬爱清
郝庆泽
张宜虎
钟作武
李维树
韩军
赵仁义
马东辉
熊诗湖
孙云志
杨汉良
王玉明
范雷
陈强
杨宜
谢斌
庞正江
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Abstract

本发明公开了一种现场伺服控制岩体真三轴试验装置,包括轴压加载系统、围压加载系统、测量及采集控制系统,主要是在地下洞室现场柱状岩体试样顶面平置钢板,钢板上均布设置至少二个或二个以上千斤顶,每个千斤顶上平置钢板,钢板上设置传力柱,传力柱上平置钢板并上顶洞室岩体面,柱状岩体试样尺寸范围:长30cm至100cm,宽30cm至100cm,高60cm至150cm,测杆一端设置在柱状岩体试样顶面中心内,测杆另一端穿过钢板孔接测量及采集控制系统,千斤顶接轴压加载伺服控制系统。本装置利用地下洞室现场大尺寸岩体试样,大吨位千斤顶加载提供高轴压,且由现场岩体承载,开展复杂应力条件下岩体真三轴试验,可独立加载伺服控制,获得更准确的岩体综合强度。

Description

现场伺服控制岩体真三轴试验装置
技术领域
[0001] 本发明涉及一种岩体力学试验设备,尤其涉及一种利用地下洞室开展现场大尺寸、高应力岩体真三轴试验的装置。
背景技术
[0002] 由于大型地下洞群的规模逐渐增大,所处的地下地质环境条件也愈加复杂。因此, 存在深埋、高地应力条件下,洞群围岩的稳定性状况、破坏形态和破坏机制等问题。现场岩体力学试验是解决这类问题的主要研究方法。
[0003] 当前主要采用直剪试验获取现场岩体强度,直剪试验需要预设剪切面,试验结果只能反映剪切面强度,无法揭示岩体综合强度,直剪试验只能与Mohr-Coulomb等少数强度准则配套,不能考虑中间主应力影响。开展现场岩体三轴试验是了解岩体综合强度的有效途径。从参考文献可知,长江科学院于1972年在葛洲坝开展了现场岩体三轴试验,中科院武汉岩土力学研究所针对国投新集煤矿区软岩,开展了现场岩体三轴蠕变试验,日本电力工业研究中心利用其自行研制的设备,针对凝灰岩开展了等围压三轴试验。
[0004] 以往三轴试验岩体试样尺寸小,无法揭示岩体综合强度,与工程岩体实际综合状况相距较大,尺寸效应明显。
[0005] 如要开展现场大尺寸岩体试验,需要大吨位千斤顶给试样加载提供轴压,从而也需要较大反力承载,现有试验台架的刚度和出力水平难以满足要求。
发明内容
[0006] 本发明的目的是为了克服现有技术的缺陷,提供一种利用地下洞室现场大尺寸岩体试样,大吨位千斤顶加载提供高轴压,且由现场岩体提供轴压反力,适用于复杂应力条件的岩体真三轴试验设备,可独立加载伺服控制,获得准确的岩体综合强度。
[0007] 本发明解决其技术问题采用以下技术方案:一种现场伺服控制岩体真三轴试验装置,包括轴压加载系统、围压加载系统、测量及采集控制系统,主要是在地下洞室现场柱状岩体试样顶面平置钢板,钢板上均布设置至少二个或二个以上千斤顶,每个千斤顶上平置钢板,钢板上设置传力柱,传力柱上顶洞室岩体面,传力柱与洞室岩体面由钢板隔置,柱状岩体试样尺寸范围:长30cm至100cm,宽30cm至100cm,高60cm至150cm,测杆一端设置在柱状岩体试样顶面中心内,测杆另一端穿过钢板孔接测量及采集控制系统,千斤顶接轴压加载伺服控制系统。
[0008] 而且,轴压加载伺服控制系统为计算机接转换器EDC,转换器EDC接伺服阀,伺服阀一端接油源,另一端接增压器,增压器接千斤顶。
[0009] 而且,千斤顶对柱状岩体试样顶面加载最高轴压120MPa。
[0010] 而且,测量及采集控制系统为测杆接轴向变形测表,轴向变形测表接入计算机。
[0011] 本发明与现有技术相比还具有以下的主要优点:
[0012] 1、利用现场岩体做成柱状大尺寸试样,多个大吨位千斤顶加载轴压,克服试验台架的刚度和出力问题,现场岩体大尺寸试样试验全面揭示岩体综合强度,避免样品尺寸小与工程岩体相距较大而产生的尺寸效应。
[0013] 2、由于在柱状大尺寸试样顶面上设多个大吨位千斤顶加载轴压,通过传力柱将千斤顶的荷载传递给上部洞室岩体面,充分利用地下洞室现场岩体承载,产生较大反力,达到柱状大尺寸试样的轴压加载目的。
[0014] 3、千斤顶对柱状岩体试样施加轴压,千斤顶接轴压加载伺服控制系统,可以独立控制柱状岩体试样的轴压,由于接入伺服阀,控制增压器可以试验不同轴压加载,揭示岩体综合强度。
[0015] 4、测量及采集控制系统由测杆接变形测表,并接入计算机,从而使测量与采集试验数据由计算机控制,使采集试验数据实时、精确。
[0016] 5、柱状岩体试样尺寸范围:长30cm至100cm,宽30cm至100cm,高60cm至150cm, 利用地下洞室岩体现场可以提供一定范围内变化的样品尺寸,扩大了试验仪器使用范围, 适用范围更广泛。
附图说明
[0017] 图1是本发明现场伺服控制岩体真三轴试验装置示意图。
[0018] 1.洞室岩体面,2、2'、2〃 .钢垫板,2-1.钢板孔,3.传力柱,4.千斤顶,5.油管, 6.反力框架,7.径向变形测表,7'.测杆,8.轴向变形测表,8'.测杆,9、9'.液压枕, 10.现场柱状岩体试样,11.增压器,12.伺服阀,13.伺服油源,14.转换器EDC,15.计算机, 15'.测量及采集控制系统,12".轴压加载伺服控制系统。
具体实施方式
[0019] 下面结合附图对本发明进一步说明。
[0020] 如图1所示,一种现场伺服控制岩体真三轴试验装置,由反力框架、轴压加载系统、围压加载系统、测量及采集控制系统组成。利用地下洞室现场岩体直接做成柱状大尺寸试样,尺寸范围:长30cm至100cm,宽30cm至100cm,高60cm至150cm,便于提供一定范围内变化的样品尺寸,柱状岩体试样(10)顶面上平置钢板O),其上均布设置至少二个或二个以上千斤顶G),每个千斤顶(4)上平置钢板O'),传力柱C3)设置钢板O')上,传力柱(3)上面平置钢板(T ),并顶住洞室岩体顶面(1),利用地下洞室岩体强度,直接用洞室岩体面承载千斤顶轴压产生的较大反力,达到柱状大尺寸试样轴压加载效果。柱状岩体试样(10)顶面与千斤顶(4)之间、千斤顶(4)顶面与传力柱C3)之间、传力柱C3)顶面与洞室岩体面(1)之间分别由钢板O)、(2' )、(2")隔置;千斤顶(4)接轴压加载伺服控制系统(12"),轴压加载伺服控制系统(12")单独控制柱状岩体试样(10)顶面千斤顶(4) 轴压加载,轴压加载伺服控制系统(12")由数据线将计算机(1¾接转换器EDC(14),接转换器EDC (14)接入伺服阀(12),伺服阀(12)通过油管(5) —端接油源(13),另一端接入增压器(11),增压器(11)接千斤顶⑷千斤顶⑷对柱状岩体试样(10)顶面加载最高轴压 120MPao
[0021] 柱状大尺寸试样顶面中心内置测杆(8'),测杆(8')另一端穿过钢板孔
接测量及采集控制系统(15'),测量及采集控制系统(15')是测杆(8')接轴向变形测
4表(8),轴向变形测表(8)的数据通过数据线接入计算机(15),输出试样顶面变形数据。
[0022] 岩体真三轴压缩试验装置,试验装置反力框架为矩形柱体,矩形柱体反力框架(6) 四周内面安装液压枕(9) (9'),并套置在柱状岩体试样(10)外,围压加载伺服控制系统接入柱状岩体试样(10)侧面两对应面液压枕(9) (9'),并能够单独控制围压加载,围压加载伺服控制系统由数据线将计算机(15)接转换器EDC(14),转换器EDC(14)接入伺服阀 (12),伺服阀(12)通过油管(5) 一端接油源(13),另一端接入增压器(11),增压器(11)接液压枕(9) (9'),液压枕(9) (9')对柱状岩体试样(10)四面加载最高围压25MPa。
[0023] 岩体真三轴压缩试验装置安装完成,开启计算机(15)、转换器EDC(14),启动伺服油源(1¾。试验人员将试验指令输入计算机(15),然后开始试验。试验人员的指令由转换器EDC(14)转换为电信号,发送给伺服阀(12),伺服阀(12)依据转换器EDC(14)的指令,将伺服油源(1¾提供的压力进行调节,然后将指定压力输送给增压器(11),增压器将伺服阀的压力放大,然后将放大的压力通过油管(¾输送给柱状大尺寸试样轴向千斤顶,轴压加载控制系统(12")控制柱状岩体试样(10)轴向千斤顶(4)轴压加载。试样(10)受千斤顶(4)荷载作用后,所发生的变形分别通过测杆传递,然后被轴向变形测表(8)采集,并通过数据线传递给计算机(15),计算机(15)按试验人员要求绘制实时试验曲线。

Claims (4)

1. 一种现场伺服控制岩体真三轴试验装置,包括轴压加载系统、围压加载系统、测量及采集控制系统,其特征在于:地下洞室现场柱状岩体试样(10)顶面平置钢板(2),钢板 (2)上均布设置至少二个或二个以上千斤顶G),每个千斤顶(4)上平置钢板O'),钢板 (2')上设置传力柱(3),传力柱C3)上顶洞室岩体面(1),传力柱(3)与洞室岩体面(1) 由钢板、2'’ )隔置,柱状岩体试样(10)尺寸范围:长30cm至100cm,宽30cm至100cm,高 60cm至150cm,测杆(8') 一端设置在柱状岩体试样(10)顶面中心内,测杆(8')另一端穿过钢板孔(2-1)接测量及采集控制系统(15'),千斤顶(4)接轴压加载伺服控制系统 (12")。
2.根据权利要求1所述一种现场伺服控制岩体真三轴试验装置,其特征在于:轴压加载伺服控制系统(12")为计算机(15)接转换器EDC (14),转换器EDC (14)接伺服阀(12), 伺服阀(12) 一端接油源(13),另一端接增压器(11),增压器(11)接千斤顶(4)。
3.根据权利要求1或2所述一种现场伺服控制岩体真三轴试验装置,其特征在于:千斤顶(4)对柱状岩体试样(10)顶面加载最高轴压120MPa。
4.根据权利要求1所述一种现场伺服控制岩体真三轴试验装置,其特征在于:测量及采集控制系统(15')为测杆(8')接轴向变形测表(8),轴向变形测表(8)接入计算机。
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