CN103033423A - 真三轴流变试验系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种真三轴流变试验系统。本发明具有轴向重力加载、侧向双轴重力加载的三向加载方式；轴向、侧向采用加载块施加杠杆重力载荷；独立施加三向恒定主应力的自动控制系统。真正实现了三向独立加载、互不干扰。采用注液砝码精细加载、反馈检测元件以及四位六通电磁阀获得全过程流变曲线。本发明具有应力状态真实，应变测试准确，试验过程易于控制的特点。

Description

真三轴流变试验系统

技术领域

本发明涉及一种真三轴流变试验系统，尤其适用于岩土材料流变力学性质试验。

背景技术

常规三轴流变仪的根本缺点在于它只能对圆柱形状岩土材料施加轴向应力、相同侧向应力(围压)，因此只能反映岩土试样在轴对称应力状态下的强度和变形规律，并不能代表岩土材料实际所受到的一般的应力状态。真三轴仪是一种真实模拟主应力状态，且在任意应力路径下测试岩土力学特性的试验仪器。为了真实描述岩土材料的三维应力状态，国内外己经研制了多种真三轴仪。虽然它们都能模拟岩土的三向受力状态及进行复杂应力路径的试验，但它们存在着以下缺点：难以获得全过程流变曲线，即无法获得加速流变阶段曲线。此外，未见到关于真三轴流变试验装置的公开专利。

发明内容

本发明需要解决的技术问题就在于克服现有技术的缺陷，提供一种评价岩土材料真三轴流变试验系统。

本发明专利的目的在于对岩土材料在长期三维应力状态下的流变-强度特性，第二主应力(中间主应力)对于岩土材料流变-强度特性的影响。实现实际工程中复杂条件下三个方向分别重力加载，三个方向独立量测变形的模拟手段，能够测试复杂应力条件下岩土的力性状反应。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

所述的三向应力加载通过储液罐(7)里的水或其它液体经过往复式泵(30)、四位六通电磁阀(24)、注液管(6)分别注入最小主应力前加载砝码(1)、中间主应力左加载砝码(4)、最大主应力右加载砝码(17)、最大主应力左加载砝码(11)、再经过一级加载杠杆(5)、球形铰链支座(2)、载荷缓冲装置(3)、二级加载杠杆(8)扩力后，分别作用于最小主应力前加载块(9)、中间主应力左加载块(10)、最大主应力加载块(12)最终施加在试件(28)上。

所述的真三轴流变试验系统，其特征在于：所述的控制系统通过三位四通电磁阀(23)控制往复式泵(30)从而调节最小主应力前加载砝码(1)、中间主应力左加载砝码(4)、最大主应力左加载砝码(11)、最大主应力右加载砝码(17)中注入液体的重量，从而为真三轴仪提供了三向加载的重力源。安装在真三轴仪上的载荷测量仪(21)、应变测量仪(22)、通过数据采集仪(31)输入计算机(24)，反馈检测元件将检测到的应变、应力和液体注入重量信号反馈回控制系统，可以独立地在三个方向上分别进行应力、应变的闭环数字伺服控制。

中间主应力左加载块(10)、最大主应力加载块(12)、最小主应力前加载块(9)、最小主应力后加载块(18)、中间主应力右加载块(19与橡胶块(32)粘合在一起，从而加载端摩擦系数小至0.03以下时，最大减小端部摩擦效应的影响。

本发明的有益效果：实现了轴向重力加载、侧向双轴重力加载的三向加载方式；轴向、侧向采用外包柔性复合材料钢块压块施加杠杆重力载荷；独立施加三向恒定主应力的自动控制系统。真正实现了三向独立加载、互不干扰。采用液体砝码精细加载、反馈检测元件以及四位六通电磁阀获得全过程载荷流变曲线，提高了岩土力学性质测试技术水平。

附图说明

图1是本发明真三轴流变试验系统结构示意图。

图1中真三轴流变试验系统由最小主应力前加载砝码(1)、球形铰链支座(2)、载荷缓冲装置(3)、中间主应力加载砝码(4)、一级加载杠杆(5)、注液管(6)、储液罐(7)、二级加载杠杆(8)、最小主应力加载块(9)、中间主应力左加载块(10)、最大主应力左加载砝码(11)、最大主应力加载块(12)、承载框架(13)、轮盘轴(14)、传力轴(15)、轮盘(16)、最大主应力右加载砝码(17)、最小主应力承压板(18)、中间主应力右承压板(19)、机座(20)、载荷测量仪(21)、应变测量仪(22)、三位四通电磁阀(23)、计算机(24)组成。

图2是本发明真三轴流变试验装置侧视图。

图2中球形铰链支座(25)、应变传感器(26)、载荷传感器(27)。

图3是本发明三轴压力室A-A剖面图。

图3中试件(28)、橡胶块(32)。

图4是本发明的控制系统原理图。

图4中包括分流器(29)、数据采集仪(31)、往复式泵(30)。

具体实施方式

本发明结合附图详细说明如下：

加载过程：首先将试件(28)放入半敞开式三轴压力室后，启动往复式泵(30)将储液罐(7)中液体通过注液管(6)分别向最小主应力前加载砝码(1)、中间主应力加载砝码(4)、最大主应力左加载砝码(11)、最大主应力右加载砝码(17)注入液体；通过三位四通电磁阀(23)控制液体流量从而施加不同重力加载，可以对每个加载刚性块进行独立控制；最后通过一级加载杠杆(5)、二级加载杠杆(8)扩力加载，进行流变试验。

图4中，本发明真三轴流变试验系统的控制系统由载荷测控仪(21)、应变测控仪(22)、三位四通电磁阀(23)、计算机(24)、分流器(29)、数据采集仪(31)、往复式泵(30)组成。其中：载荷测量仪(21)、应变测量仪(22)、与应变传感器(26)、载荷传感器(27)输出应变、载荷作为反馈的信号与给定的信号闭环负反馈调节，载荷控制与应变控制由切换开关转换，相应的传感器输出信号经放大后输入A/D卡中，由计算机(24)完成试验数据的高速采集，以数据文件方式存放。

本发明真三轴流变试验系统的载荷、应变测量是由载荷测量仪(21)、应变测量仪(22)、应变传感器(26)、载荷传感器(27)来实施的。最大主应力方向为刚性块加压，应变传感器(26)、载荷传感器(27)安装加载块内。

所述的数据采集仪(31)与计算机(24)相连接实施数据采集。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种真三轴流变试验系统，主要由最小主应力前加载砝码(1)、球形铰链支座(2)、缓冲装置(3)、中间主应力左加载砝码(4)、一级加载杠杆(5)、注液管(6)、储液罐(7)、二级加载杠杆(8)、最小主应力前加载块(9)、中间主应力左加载块(10)、最大主应力左加载砝码(11)、最大主应力加载块(12)、承载框架(13)、轮盘轴(14)、传力轴(15)、轮盘(16)、最大主应力右加载砝码(17)、最小主应力后加载块(18)、中间主应力右加载块(19)、机座(20)、载荷测量仪(21)、应变测量仪(22)、三位四通电磁阀(23)、计算机(24)组成；

2.根据权利要求1所述的真三轴流变试验系统，其特征在于：所述的三向应力加载通过储液罐(7)里的水或其它液体经过往复式泵(30)、四位六通电磁阀(23)、注液管(6)分别注入最小主应力前加载砝码(1)、中间主应力左加载砝码(4)、最大主应力右加载砝码(17)、最大主应力左加载砝码(11)、再经过一级加载杠杆(5)、球形铰链支座(2)、缓冲装置(3)、二级加载杠杆(8)扩力后，分别作用于最小主应力加载块(9)、中间主应力加载块(10)、最大主应力加载块(12)最终施加在试件(28)上。

3.根据权利要求1所述的真三轴流变试验系统，其特征在于：所述的控制系统通过四位六通电磁阀(23)控制往复式泵(30)从而调节最小主应力前加载砝码(1)、中间主应力左加载砝码(4)、最大主应力左加载砝码(11)、最大主应力右加载砝码(17)中注入液体的重量，从而为真三轴仪提供三向加载重力源。真三轴仪上的位移传感器(26)、载荷传感器(27)通过数据采集仪(31)输入计算机(24)，反馈检测元件将检测到的应变、应力和液体注入重量信号反馈回控制系统，可以独立地在三个轴上分别进行应力、应变的闭环数字伺服控制。

4.根据权利要求1所述的真三轴流变试验系统，其特征在于：所述的最小主应力前加载块(9)、中间主应力左加载块(10)、最大主应力加载块(12)、最小主应力后加载块(18)、中间主应力右加载块(19)与橡胶块(32)粘合在一起，从而最大限度减小端部摩擦效应的影响。

5.根据权利要求1所述的真三轴流变试验系统，其特征在于：所述的最小主应力后加载块(18)、中间主应力右加载块(19)固定在机座(20)上，最小主应力后加载块(18)、中间主应力右加载块(19)为试件(28)提供反力。

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