CN105716956A - 一种蠕变试验装置及其控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种蠕变试验装置及其控制系统，试验装置包括反力架、加载系统、控制器，反力架内设有用以对试件进行轴向加压的加载系统，加载系统通过活动承压部件对试件进行轴向加载，反力架上，沿竖向设有用以测量试件变形的标尺光栅，活动承压部件上设有与标尺光栅配合工作的光栅读数头，加载系统、压力传感器和光栅读数头均与控制器连接，控制器控制加载系统所施加的载荷，并通过光栅读数头获取试件的变形量。本发明提高了蠕变试验中加载精度和位移测量精度，保证岩石蠕变过程中压力为恒定值，实现了自动加压，工作稳定，测试精度高。

Description

一种蠕变试验装置及其控制系统

技术领域

本发明涉及一种蠕变试验装置及其控制系统，既能用于岩石的压缩蠕变试验，又适用于相似材料的压缩蠕变试验。

背景技术

在隧道施工过程中，围岩的失稳和破坏绝大多数与岩石的蠕变特性有关，为了保证隧道工程施工安全及长期稳定性，必须考虑岩石的蠕变特性。地质力学模型试验是一种研究岩体介质物理力学特性的方法,相似材料对模型试验的成功与否起着决定性作用，用相似材料模拟岩石的正常受力状态、极限荷载及破坏形态，在岩土工程研究中应用广泛，模型试验成功与否的关键在于相似材料与真实岩石之间的相似性。利用模型试验充分了解围岩的蠕变特性，掌握围岩蠕变规律，合理选择衬砌时间，可有效避免隧道施工过程中围岩的失稳破坏。

本试验装置的目的是：发明一种既能用于岩石的压缩蠕变，又适用于相似材料的压缩蠕变的试验装置，更充分的了解岩石的蠕变特性，对岩石的蠕变规律做更准确的描述，从而指导隧道施工。

传统蠕变试验装置存在以下缺点：

1、传统的蠕变试验机采用位移计测量试件的变形量，由于位移计的测量精度有限，试件变形测量不精准，无法满足试件蠕变试验中对变形测量的精度要求。

2、当能提供大吨位的轴向载荷时，不能保证小吨位轴向载荷的加载精度；当能保证小吨位轴向载荷的加载精度时，无法提供足够的大吨位轴向载荷。

3、试件所受加载力无法恒定，试验过程中试验装置所提供的轴向载荷值与设定的恒定值之间存在较大的偏差。不能保证长时间加载过程中轴向载荷的稳定性和连续性，易出现载荷垂直度或大小改变的情况。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种蠕变试验装置及其控制系统。

为了达成上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种蠕变试验装置，包括反力架、加载系统、控制器，所述反力架内设有用以对试件进行轴向加压的加载系统，所述加载系统通过活动承压部件对试件进行轴向加载，

所述反力架上，沿竖向设有用以测量所述试件变形的标尺光栅，所述活动承压部件上设有与所述标尺光栅配合工作的光栅读数头，所述加载系统、所述压力传感器和所述光栅读数头均与控制器连接，所述控制器控制所述加载系统所施加的载荷，并通过所述光栅读数头获取所述试件的变形量。

光栅尺测量输出的信号为数字脉冲，可实现移动量的精确显示，采用光栅尺替代位移计来测量试件的变形量，具有精度高，响应速度快，检测范围大的特点。

所述加载系统包括电动泵、液压千斤顶、液压油箱，所述液压油箱为所述液压千斤顶供油，所述电动泵与所述控制器连接，所述控制器通过控制所述电动泵调节所述液压油箱中压力油的输出量，进而调整所述液压千斤顶施加不同梯度的压力。

传统蠕变试验机的加载机构多采用通过杠杆进行加载的形式，在杠杆臂的端部通过配重砝码调节对试件施加的轴力。在加载过程中，杠杆加载的方式往往造成一定的偏心，无法保证载荷的垂直度。采用液压千斤顶加载的方式，可以有效保证载荷垂直加压，提高试验的准确性。

而且传统的蠕变试验机，在能提供大吨位轴向载荷的同时，无法保证小吨位轴向载荷的加载精度。本申请通过电动油泵的设计，可以使千斤顶既能提供足够大的轴向载荷，又能保证小吨位轴向载荷的加载精度，使液压千斤顶能够施加不同梯度的压力。液压油箱的设计，使结构的空间设计更加合理，提高装置的空间利用率。

所述高压油管上设有防止压力油向所述液压油箱回流的截止阀。

所述反力架包括顶盖、底座和立柱，所述立柱连接所述顶盖和所述底座；所述液压千斤顶竖直置于所述反力架的底座上，从下向上加压。

当千斤顶设置在反力架上方，从上向下加压时，结构的稳定性较差。本申请的千斤顶设置在反力架的底座上，从下向上加压，使装置的重心较低，一方面使结构的稳定性更强，另一方面更容易确保施加载荷的垂直度。

所述活动承压部件为下承压板，所述下承压板以可拆卸的方式与所述液压千斤顶的端头固定连接；在所述液压千斤顶上方设有上承压板，所述上承压板固定在所述反力架顶盖的相应位置。

所述反力架还包括四个承压钢柱，所述承压钢柱的两端分别与所述反力架顶盖和所述反力架底座固定连接；所述承压钢柱分别设在所述下承压板的四角处，所述下承压板在四角处，设有用以与所述承压钢柱的外周配合的凹部。

承压钢柱的设置，可以进一步增加装置的承载力。下承压板的凹部和承压钢柱相配合，可以进一步确保下承压板的稳定性，避免下承压板的倾斜。

所述下承压板上，设有用以测量所述试件轴向压力的压力传感器，所述压力传感器与控制器连接。

设置压力传感器，可以实时测量对试件所施加的轴向力，便于对试验过程进行监控。

所述标尺光栅设置在所述反力架的侧部。

标尺光栅固定在装置的侧部，若脆性试件突然破裂，能避免测量元件的损坏。

一种蠕变试验装置的控制系统，包括控制器、液压千斤顶和压力传感器，所述控制器与所述液压千斤顶连接，并控制所述液压千斤顶的初始压力输出值等于设定压力值，所述压力传感器测量所述液压千斤顶对试件施加的实际压力值，并将所述实际压力值反馈至所述控制器；所述控制器将所述实际压力值与所述设定压力值进行对比，当二者的差值大于设定差值时，所述控制器控制所述液压千斤顶补充加压，使补充压力后的实际压力值与所述设定压力值相等。

在岩石的蠕变试验中，往往会伴随试件的应力松弛现象，导致在压力的施加过程中，对试件施加的实际压力不断减小，无法保证轴向载荷的稳定性和连续性。采用本控制系统，可以使试件蠕变过程中所受压力为恒定值，保证试验精度。

所述控制器与测量试件变形的光栅读数头连接，所述控制器根据所施加的载荷值与所测量的试件变形值，绘制不同压力梯度下的时间-位移曲线、应力-应变曲线。

本发明提高了蠕变试验中加载精度和位移测量精度，保证岩石蠕变过程中压力为恒定值，实现了自动加压，工作稳定，测试精度高。

一种蠕变试验装置，包括由以下部分组成：控制系统，加载系统，反力台架。

控制系统包括光栅尺、控制器、压力传感器，光栅尺包括标尺光栅和光栅读数头两部分，标尺光栅竖向固定在反力台架侧部，光栅读数头安装在下承压板上；控制器与光栅读数头和压力传感器连接，可显示并绘制不同压力梯度下的时间-位移、应力-应变等曲线，具有实时显示特点；控制器根据压力传感器的压力变化控制电动泵进行补压调节，保证轴向载荷为恒定值。

加载系统包括电动油泵、液压千斤顶、高压油管，电动油泵由液压缸和电动泵组合而成，电动泵控制压力油的输出量，提供不同梯度的压力：大吨位高压和高精度低压，适用于不同强度岩石或相似材料压缩试验；液压千斤顶保证在加载过程中岩样或相似材料始终受垂直方向压力；液压千斤顶与液压缸之间采用高压油管和螺纹接头连接，使用快捷并可避免接头漏油。

反力台架主要包括承压钢柱、上承压板、下承压板、顶盖、底座、立柱，试件放置在上承压板和下承压板之间，上承压板焊接在顶盖下部，下承压板通过螺纹连接在液压千斤顶上部，承压钢柱位于上承压板和底座之间，拆卸方便，同时能保证整个试验装置能承载足够大的压力。

本发明的有益效果是：

1、采用电动油泵加压，电动泵控制压力油的输出量，从而提供不同梯度的压力，大吨位高压和高精度低压，从而既能用于岩石的压缩蠕变试验，又适用于相似材料的压缩蠕变试验。

2、采用光栅尺作位移计，其测量输出的信号为数字脉冲，可实现移动量的精确显示，具有精度高，响应速度快，检测范围大的特点。标尺光栅固定在装置的侧部，若脆性试件突然破裂，能避免测量元件的损坏。

4、控制系统可读取光栅尺监测数据，根据监测数据绘制出不同压力梯度下的时间-位移、应力-应变等曲线，具有实时显示特点。

5、控制系统可控制电动泵进行补压调节，下承压板上安装有压力传感器，当试件所受压力低于设定压力时，压力传感器反馈给控制器启动电动泵补充压力，使试件蠕变过程中所受压力为恒定值，保证试验精度。

附图说明

图1是本发明整体结构示意图；

图2是加载系统结构示意图；

图3是光栅尺结构示意图。

其中，1.上承压板；2.标尺光栅；3.光栅读数头；4.压力传感器；5.下承压板；6.试验台架；7.承压钢柱；8.液压千斤顶；9.截止阀；10.电动泵；11.液压油箱；12.控制器；13.上顶盖；14.底座；15.立柱。

具体实施方式

实施例1：

下面结合附图对本发明进一步说明。

图中，一种蠕变试验装置。包括控制系统，由标尺光栅2和光栅读数头3组成，标尺光栅2竖直固定在试验台架左侧，光栅读数头3固定在下承压板5上，在安装过程中保证尺身与导轨平行，其平行度符合安装要求(平行度不能超过0.1mm，最大平行度不能超过0.15mm)，在试件蠕变过程中光栅读数头3随下承压板5移动，从而记录位移变化，光栅读数头3通过电缆线与控制器12相连，实时记录相关数据。

加载系统由液压油箱11、电动泵10、液压千斤顶8组成，液压千斤顶8与液压油箱11之间采用高压胶管和螺纹接头连接，高压胶管上设有截止阀9，可以避免压力油从液压千斤顶向液压油箱11回流。

电动泵10通过高压胶管把液压油箱11内的液压油压入液压千斤顶8内，液压千斤顶8上部安装有下承压板5，二者通过螺纹连接，拆卸方便。

下承压板5上安装有压力传感器5，当试件所受压力低于设定压力时，压力传感器5反馈给控制器12启动电动泵10补充压力；反力台架中下承压板5和底座14之间连接承压钢柱7，下承压板5焊接在上顶盖13上，承压钢柱7、上承压板1和底座14之间通过螺纹接头连接，拆装方便，并且能够保证装置能够承载足够的压力。

实施例2：

采用液压千斤顶时，液压千斤顶也可以设在试件的上方，与反力架的顶盖固定连接，使液压千斤顶从上向下施加载荷。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现，未予以详细说明的部分，为现有技术，在此不进行赘述。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种蠕变试验装置，其特征在于：包括反力架、加载系统、控制器，所述反力架内设有用以对试件进行轴向加压的加载系统，所述加载系统通过活动承压部件对试件进行轴向加载，

所述反力架上，沿竖向设有用以测量所述试件变形的标尺光栅，所述活动承压部件上设有与所述标尺光栅配合工作的光栅读数头，所述加载系统、所述压力传感器和所述光栅读数头均与控制器连接，所述控制器控制所述加载系统所施加的载荷，并通过所述光栅读数头获取所述试件的变形量。

2.根据权利要求1所述的一种蠕变试验装置，其特征在于：所述加载系统包括电动泵、液压千斤顶、液压油箱，所述液压油箱为所述液压千斤顶供油，所述电动泵与所述控制器连接，所述控制器通过控制所述电动泵调节所述液压油箱中压力油的输出量，进而调整所述液压千斤顶施加不同梯度的压力。

3.根据权利要求2所述的一种蠕变试验装置，其特征在于：所述液压千斤顶和所述液压油箱通过高压油管连接，所述高压油管上设有防止压力油向所述液压油箱回流的截止阀。

4.根据权利要求2所述的一种蠕变试验装置，其特征在于：所述反力架包括顶盖、底座和立柱，所述立柱连接所述顶盖和所述底座；所述液压千斤顶竖直置于所述反力架的底座上，从下向上加压。

5.根据权利要求4所述的一种蠕变试验装置，其特征在于：所述活动承压部件为下承压板，所述下承压板以可拆卸的方式与所述液压千斤顶的端头固定连接；在所述液压千斤顶上方设有上承压板，所述上承压板固定在所述反力架顶盖的相应位置。

6.根据权利要求5所述的一种蠕变试验装置，其特征在于：所述反力架还包括四个承压钢柱，所述承压钢柱的两端分别与所述反力架顶盖和所述反力架底座固定连接；所述承压钢柱分别设在所述下承压板的四角处，所述下承压板在四角处，设有用以与所述承压钢柱的外周配合的凹部。

7.根据权利要求5所述的一种蠕变试验装置，其特征在于：所述下承压板上，设有用以测量所述试件轴向压力的压力传感器，所述压力传感器与控制器连接。

8.根据权利要求1所述的一种蠕变试验装置，其特征在于：所述标尺光栅设置在所述反力架的侧部。

9.一种蠕变试验装置的控制系统，其特征在于：包括控制器、液压千斤顶和压力传感器，所述控制器与所述液压千斤顶连接，并控制所述液压千斤顶的初始压力输出值等于设定压力值，所述压力传感器测量所述液压千斤顶对试件施加的实际压力值，并将所述实际压力值反馈至所述控制器；所述控制器将所述实际压力值与所述设定压力值进行对比，当二者的差值大于设定差值时，所述控制器控制所述液压千斤顶补充加压，使补充压力后的实际压力值与所述设定压力值相等。

10.根据权利要求9所述的一种蠕变试验装置的控制系统，其特征在于：所述控制器与测量试件变形的光栅读数头连接，所述控制器根据所施加的载荷值与所测量的试件变形值，绘制不同压力梯度下的时间-位移曲线、应力-应变曲线。