CN102353592A - 现场伺服控制岩体真三轴试验装置 - Google Patents
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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
技术领域
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
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。
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。
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。
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
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。
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。
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。
而且，千斤顶对柱状岩体试样顶面加载最高轴压120MPa。
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。
本发明与现有技术相比还具有以下的主要优点：
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。
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。
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。
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。
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
图1是本发明现场伺服控制岩体真三轴试验装置示意图。
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
下面结合附图对本发明进一步说明。
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(2)，其上均布设置至少二个或二个以上千斤顶(4)，每个千斤顶(4)上平置钢板(2′)，传力柱(3)设置钢板(2′)上，传力柱(3)上面平置钢板(2″)，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(3)之间、传力柱(3)顶面与洞室岩体面(1)之间分别由钢板(2)、(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(15)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)一端接油源(13)，另一端接入增压器(11)，增压器(11)接千斤顶(4)千斤顶(4)对柱状岩体试样(10)顶面加载最高轴压120MPa。
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(2-1)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。
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。
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(13)。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(13)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(5)输送给柱状大尺寸试样轴向千斤顶(4)，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(4)，每个千斤顶(4)上平置钢板(2′)，钢板(2′)上设置传力柱(3)，传力柱(3)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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