CN104020050A - 粗粒土真三轴试验机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了粗粒土真三轴试验机，包括，侧向加载装置、侧向力感应装置、控制器，侧向加载装置的加载端为柔性加载端，控制器的输入端与所述侧向力感应装置连接，输出端与侧向加载装置连接，根据初始测力值及二次测力值获取待测量粗粒土样本的侧向力。解决了上述现有技术中三轴测试过程中，精度低误差大的问题。因此在对待检测粗粒土样本进行较好固定的同时，可保证较好的检测精度，提高了测量数据的精度及可靠性。

Description

粗粒土真三轴试验机

技术领域

本发明涉及岩土工程、建筑材料、地质灾害研究与应用的技术领域，尤其是粗粒土真三轴试验机。

背景技术

随着现代化经济进程的推进、基础设施的完善及新型材料的应用。土石及地质岩体的性能测试已经广泛应用于岩土工程、建筑材料、地质灾害研究与应用等领域。在实施地质岩体等物质的测试过程中，广泛采用了CT扫描、三轴剪切渗流及三轴试验等测试设备。在应用较多的岩土工程领域中，由于可通过岩石三轴测试进行边坡稳定、巷道(隧道)围岩维护、冲击地压、地震效应等方面的研究，因此，三轴测试在实际的工程应用较为普遍。上述三轴测试多采用测试机给予实现，在实现过程中，三轴测试机从多个方向对试样进行施力，通过传感器获得试样的性能参数。在施力过程中，为了使施力测试结果更为准确，而不受到样本性状特征的影响，通常需要将试样外形加工成测试所要求的性状，但在实际应用中，特别是对于混合试样，在测试过程中由于试样的多方受力，试样本身会产生变形，而该在变形过程中所产生预紧力，会造成待检测粗粒土样本的测试应力结果产生较大误差，从而使测试造成偏差、测试数据失真。降低了测试的精度及测试数据的可靠性，提高了测试的成本。使后续的具体分析精度降低。

发明内容

本发明的目的是提供粗粒土真三轴试验机，解决了上述现有技术中三轴测试过程中，精度低误差大的问题。

为了达到上述目的，本发明提供了粗粒土真三轴试验机，包括，侧向加载装置、侧向力感应装置、控制器，其特征在于，所述侧向加载装置的加载端为柔性加载端，所述控制器的输入端与所述侧向力感应装置连接，输出端与所述侧向加载装置连接，驱动所述侧向加载装置对待测量粗粒土样本施加初始侧向力，使所述柔性加载端产生柔性变形后，接收所述侧向力感应装置的初始测力值，驱动所述侧向加载装置对待测量粗粒土样本施加检测侧向力，使所述柔性加载端对所述待测量粗粒土样本施加检测侧向力，接收所述侧向力感应装置的二次测力值；根据所述初始测力值及二次测力值获取待测量粗粒土样本的侧向力。

在一种优选的实施方式中，所述柔性加载端为加载板，该加载板包括，加压面及施压面，在所述加压面与施压面之间设置多个加压梁，使所述加压梁的传力方向与所述加压面的加压方向一致，相邻加压梁之间固定连接柔性填料。

在一种优选的实施方式中，所述加压梁的截面形状为“工”形；所述多个加压梁沿所述加压面的加压方向平行设置。

在一种优选的实施方式中，还包括：外侧施力板；所述外侧施力板与所述加压面之间通过滚动轴承活动连接。

在一种优选的实施方式中，还包括，轴向加载装置及轴向力感应装置，所述轴向力感应装置与所述轴向加载装置的顶部固定连接，所述轴向加载装置设置于所述待测量粗粒土样本的轴向，所述控制器的输入端与所述轴向力感应装置连接，输出端与所述轴向加载装置连接，驱动所述轴向加载装置对待测量粗粒土样本施加轴向力，接收所述轴向力感应装置的轴向测力值，根据所述轴向测力值获取待测量粗粒土样本的轴向力。

在一种优选的实施方式中，所述轴向力感应装置或侧向力感应装置还包括，密封外壳，所述密封外壳密封于所述轴向力感应装置或侧向力感应装置的外侧。

在一种优选的实施方式中，还包括：侧向液位传感器及侧向注油泵，所述侧向加载装置为侧向液压加载装置；所述侧向液位传感器装配于所述液压侧向加载装置的油缸中，所述侧向注油泵的输油端与所述油缸的注入口连通；所述控制器的输入端与所述侧向液位传感器的输出端连接，输出端与所述侧向注油泵的驱动端连接；当所述二次测力值超过设定值时，若所述侧向液位传感器的液位信号小于标定值，则向所述侧向注油泵发送侧向注油泵驱动信号，驱动所述注油泵向所述侧向液压加载装置的油缸中注油。

在一种优选的实施方式中，还包括：轴向液位传感器及轴向注油泵，所述轴向加载装置为轴向液压加载装置；所述轴向液位传感器装配于所述液压轴向加载装置的油缸中，所述轴向注油泵的输油端与所述油缸的注入口连通；所述控制器的输入端与所述轴向液位传感器的输出端连接，输出端与所述轴向注油泵的驱动端连接；当所述轴向测力值超过设定值时，若所述轴向液位传感器的液位信号小于标定值，则向所述轴向注油泵发送轴向注油泵驱动信号，驱动所述注油泵向所述轴向液压加载装置的油缸中注油。

在一种优选的实施方式中，还包括：无线通信单元；所述无线通信单元与所述控制器的输出连接，当控制器30发送侧向注油泵驱动信号或轴向注油泵驱动信号时，将侧向注油泵驱动信号或轴向注油泵驱动信号发送到无线通信单元中，无线通信单元向远端进行发送。

在一种优选的实施方式中，还包括：输入装置，所述输入装置与所述控制器的输入端连接。

由此可知，本发明的有益效果为，通过两次加压，从而可对测试中的初始应力进行去除，因此在对待检测粗粒土样本进行较好固定的同时，可保证较好的检测精度，提高了测量数据的精度及可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的一种实施方式中，粗粒土真三轴试验机的结构示意图；

图2为本发明的一种实施方式中，粗粒土真三轴试验机的控制系统结构示意图；

图3为本发明的一种实施方式中，加载板的局部结构示意图；

图4为本发明的另一种实施方式中，加载板的局部结构示意图；

图5为本发明的一种实施方式中，粗粒土真三轴试验机具有侧向注油泵的结构示意图；

图6为本发明的一种实施方式中，粗粒土真三轴试验机具有侧向注油泵的控制系统结构示意图；

图7为本发明的一种实施方式中，粗粒土真三轴试验机具有轴向注油泵的结构示意图；

图8为本发明的一种实施方式中，粗粒土真三轴试验机具有轴向注油泵的控制系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1、2所示，本发明一种实施方式中的粗粒土真三轴试验机的结构包括，在水平方向的两侧设置侧向加载装置11、12，在侧向加载装置11、12的加载端固定侧向力感应装置，即侧向测力传感器21、22，其加载端为柔性加载端，即，在对测量粗粒土样本40的加载过程中，可根据待测量粗粒土样本40的外形产生柔性变形。在垂直方向包括上下设置的轴向加载装置13、14，在轴向加载装置13、14的加载端固定轴向力感应装置，即轴向测力传感器23、24。其侧向加载装置11、12通过侧梁、轴向加载装置13、14通过上下支撑梁与外主体连接、支撑。其侧向加载装置11、12及轴向加载装置13、14可采用多种驱动方式给予实现，如液压驱动方式或机械驱动方式。如图2为本发明一种实施方式中的粗粒土真三轴试验机的控制器的结构示意图所示，控制器30的输入端与侧向力测力传感器21、22及轴向测力传感器23、24的感应输出端连接。输出端与侧向加载装置11、12及轴向加载装置13、14的驱动端连接。控制器30的数据采集过程为，首次驱动侧向加载装置11、12对待测量粗粒土样本40施加初始侧向力，使柔性加载端产生柔性变形后，接收侧向力测力传感器21、22的初始测力值，驱动侧向加载装置11、12对待测量粗粒土样本40施加检测侧向力，使柔性加载端对待测量粗粒土样本40施加检测侧向力，接收侧向测力传感器21、22的二次测力值；根据从二次测力值中去除初始测力值，则可获取待测量粗粒土样本40的侧向力，从而完成了待测量粗粒土样本40的侧向力检测。

为使检测更为准确，在本发明的一种实施方式中，如图3所示，侧向加载装置11、12的加载端为加载板31、32，该加载板31、32的结构相同，以下将以加载板31为例，对其结构给予说明，加载板31包括，加压面311及施压面312，在加压面311与施压面312之间设置多个加压梁34，使加压梁34的传力方向与加压面311的加压方向一致，相邻加压梁34之间固定连接柔性填料33。其加压梁34的截面形状为“工”形。多个加压梁34为平行设置。

为使加载板31(或32)在使用过程中，对加压面311的侧向力施加更为平稳，在本发明的一种实施方式中，如图3、4所示，在加载板31、32的加压面311的外侧还设置外侧施力板50。该外侧施力板50的材料可优选为不锈钢或铝合金材料。该外侧施力板50与加压面311可采用多种连接方式进行固定连接或活动连接，其中固定连接可采用焊接、插接或螺栓连接等方式进行连接。在本发明的一种实施方式中，为使待测量粗粒土样本40在轴向的移动更为灵活，外侧施力板50与加压面311之间还可通过滚动轴承60进行活动连接。其滚动轴承60可优选为滚针轴承。在进行连接时，滚动轴承60的内圈可与外侧施力板50固定连接，其外侧施力板50与加载板31、32可外加固定罩，从而实现加载板31、32的加压面311与滚动轴承60的相对固定，并可使滚动轴承60的外圈可与加压面311产生轴向滑动。从而，当待测量粗粒土样本40处于欲施力阶段或施力阶段时，相对于外侧施力板50的轴向滑动更为灵活，从而使侧向测力传感器21、22的测量更为准确。在上述方案中，为使滚动轴承60与外侧施力板50的连接更为平稳。

为使本发明在检测中可有效防水，在本发明的一种实施方式中，轴向测力传感器23、24或侧向测力传感器21、22外部还设置密封外壳，密封外壳密封于轴向测力传感器23、24及侧向测力传感器21、22的外侧。从而可满足测试中防水的需要。

为使本发明中的粗粒土真三轴试验机在对待测量粗粒土样本40的检测中，其双侧加载测试应力时更为稳定，因此，在本发明的一种实施方式中，如图5、6所示，侧向加载装置11、12为侧向液压加载装置，该侧向液压加载装置包括，双侧油缸111、121及液压缸112、122。在双侧油缸111、121中装配侧向液位传感器113、123，在双侧油缸111、121的注入口设置侧向注油泵114、124，侧向注油泵114、124的输油端与油缸111、121的注入口连通。控制器30的输入端与侧向液位传感器113、123的输出端连接，输出端与侧向注油泵114、124的驱动端连接。当二次测力值或轴向测力值超过设定值时，若侧向液位传感器113、123的液位信号是否小于标定值，如80％的油箱液位，则向注油泵114、124发送侧向注油泵驱动信号，驱动注油泵114、124向侧向液压加载装置的油缸中注油。从而可实时控制侧向加载液压油缸的供油量，精确控制油缸移动，使加载时试样中心位置不改变。同时可准确控制油压力的稳定，保证了本发明中的粗粒土真三轴试验机能分别进行不同的应力、应变控制试验和长期试验的稳定性。确保试验精度。

为使本发明中的粗粒土真三轴试验机在对待测量粗粒土样本40的检测中，其双侧加载测试应力时更为稳定，因此，在本发明的一种实施方式中，如图7、8所示，轴向加载装置13、14为轴向液压加载装置，该轴向液压加载装置13、14包括，上下设置的轴向油缸131、141及液压缸132、142。在双轴油缸131、141中装配轴向液位传感器133、143，在双轴油缸131、141的注入口设置轴向注油泵134、144，使轴向注油泵134、144的输油端与油缸131、141的注入口连通。控制器30的输入端与轴向液位传感器133、143的输出端连接，输出端与轴向注油泵134、144的驱动端连接。当轴向测力值超过设定值时，若轴向液位传感器133、143的液位信号是否小于标定值，如80％的油箱液位，则向注油泵134、144发送轴向注油泵驱动信号，驱动注油泵134、144向轴向液压加载装置的油缸中注油。从而可实时控制轴向加载液压油缸的供油量，精确控制油缸移动，使加载时试样中心位置不改变。同时可准确控制油压力的稳定，保证了本发明中的粗粒土真三轴试验机能分别进行不同的应力、应变控制试验和长期试验的稳定性。确保试验精度。

为便于本发明中的粗粒土真三轴试验机与远端进行通信，从而更便于对本地数据进行管理及预警，因此，在本发明中的一种实施方式中，还包括：无线通信单元；无线通信单元与控制器30的输出连接，当控制器30发送侧向注油泵驱动信号或轴向注油泵驱动信号时，将侧向注油泵驱动信号或轴向注油泵驱动信号发送到无线通信单元中，无线通信单元向远端进行发送。在另一实施方式中，为便于对控制器30进行操作，该控制器30的输入端还可连接输入装置，如键盘类器件，从而便于对控制器30的控制及操作。

由此可知，本发明的有益效果为，通过两次加压，从而可对测试中的初始应力进行去除，因此在对待检测粗粒土样本进行较好固定的同时，可保证较好的检测精度，提高了测量数据的精度及可靠性。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，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，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.粗粒土真三轴试验机，包括，侧向加载装置、侧向力感应装置、控制器，其特征在于，所述侧向加载装置的加载端为柔性加载端，所述控制器的输入端与所述侧向力感应装置连接，输出端与所述侧向加载装置连接，驱动所述侧向加载装置对待测量粗粒土样本施加初始侧向力，使所述柔性加载端产生柔性变形后，接收所述侧向力感应装置的初始测力值，驱动所述侧向加载装置对待测量粗粒土样本施加检测侧向力，使所述柔性加载端对所述待测量粗粒土样本施加检测侧向力，接收所述侧向力感应装置的二次测力值；根据所述初始测力值及二次测力值获取待测量粗粒土样本的侧向力。

2.根据权利要求1所述的粗粒土真三轴试验机，其特征在于，所述柔性加载端为加载板，该加载板包括，加压面及施压面，在所述加压面与施压面之间设置多个加压梁，使所述加压梁的传力方向与所述加压面的加压方向一致，相邻加压梁之间固定连接柔性填料。

3.根据权利要求2所述的粗粒土真三轴试验机，其特征在于，所述加压梁的截面形状为“工”形；所述多个加压梁沿所述加压面的加压方向平行设置。

4.根据权利要求2所述的粗粒土真三轴试验机，其特征在于，还包括：外侧施力板；所述外侧施力板与所述加压面之间通过滚动轴承活动连接。

5.根据权利要求1或2所述的粗粒土真三轴试验机，其特征在于，还包括，轴向加载装置及轴向力感应装置，所述轴向力感应装置与所述轴向加载装置的顶部固定连接，所述轴向加载装置设置于所述待测量粗粒土样本的轴向，所述控制器的输入端与所述轴向力感应装置连接，输出端与所述轴向加载装置连接，驱动所述轴向加载装置对待测量粗粒土样本施加轴向力，接收所述轴向力感应装置的轴向测力值，根据所述轴向测力值获取待测量粗粒土样本的轴向力。

6.根据权利要求5所述的粗粒土真三轴试验机，其特征在于，所述轴向力感应装置或侧向力感应装置还包括，密封外壳，所述密封外壳密封于所述轴向力感应装置或侧向力感应装置的外侧。

7.根据权利要求1所述的粗粒土真三轴试验机，其特征在于，还包括：侧向液位传感器及侧向注油泵，所述侧向加载装置为侧向液压加载装置；所述侧向液位传感器装配于所述液压侧向加载装置的油缸中，所述侧向注油泵的输油端与所述油缸的注入口连通；所述控制器的输入端与所述侧向液位传感器的输出端连接，输出端与所述侧向注油泵的驱动端连接；当所述二次测力值超过设定值时，若所述侧向液位传感器的液位信号小于标定值，则向所述侧向注油泵发送侧向注油泵驱动信号，驱动所述注油泵向所述侧向液压加载装置的油缸中注油。

8.根据权利要求7所述的粗粒土真三轴试验机，其特征在于，还包括：轴向液位传感器及轴向注油泵，所述轴向加载装置为轴向液压加载装置；所述轴向液位传感器装配于所述液压轴向加载装置的油缸中，所述轴向注油泵的输油端与所述油缸的注入口连通；所述控制器的输入端与所述轴向液位传感器的输出端连接，输出端与所述轴向注油泵的驱动端连接；当所述轴向测力值超过设定值时，若所述轴向液位传感器的液位信号小于标定值，则向所述轴向注油泵发送轴向注油泵驱动信号，驱动所述注油泵向所述轴向液压加载装置的油缸中注油。

9.根据权利要求7或8所述的粗粒土真三轴试验机，其特征在于，还包括：无线通信单元；所述无线通信单元与所述控制器的输出连接，当控制器30发送侧向注油泵驱动信号或轴向注油泵驱动信号时，将侧向注油泵驱动信号或轴向注油泵驱动信号发送到无线通信单元中，无线通信单元向远端进行发送。

10.根据权利要求1所述的粗粒土真三轴试验机，其特征在于，还包括：输入装置，所述输入装置与所述控制器的输入端连接。