CN106706499A - 真三轴试验装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及试验设备技术领域，具体涉及一种真三轴试验装置及系统，真三轴试验装置包括真三轴加载装置及真三轴施力装置。真三轴加载装置包括加载装置本体及多个计量泵。真三轴施力装置包括底板、限位千斤顶、限位部件、多个施力活塞和与所述多个施力活塞分别匹配的多个施力缸筒，以及具有容纳空间的施力框架。通过上述设置使得真三轴试验装置及系统进行耦合渗流试验的实施性强，实现真三轴试验。

Description

真三轴试验装置及系统

技术领域

本发明涉及试验装置技术领域，具体而言，涉及一种真三轴实验装置及系统。

背景技术

现有技术中的真三轴试验装置通常只能进行单轴试验或常规三轴试验，无法实现真三轴试验，若需要同时进行单轴、常规三轴和真三轴试验，则需要购置两套试验设备，在空间与经费上都构成很大的浪费，且实施性不强。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种真三轴试验装置，通过设置加载装置本体、多个计量泵、底板、限位千斤顶、限位部件、多个施力活塞和与所述多个施力活塞分别匹配的多个施力缸筒，以及具有容纳空间的施力框架，使得进行耦合试验的实施性强，并实现真三轴试验。

本发明的另一目的在于提供一种真三轴试验系统，通过设置加载装置本体、多个计量泵、底板、限位千斤顶、限位部件、多个施力活塞和与所述多个施力活塞分别匹配的多个施力缸筒，以及具有容纳空间的施力框架使得进行耦合试验的实施性强，并实现真三轴试验。

为实现上述目的，本发明是这样实现的：

一种真三轴试验装置，包括真三轴施力装置和真三轴加载装置。

所述真三轴施力装置包括底板、限位千斤顶、限位部件、多个施力活塞和与所述多个施力活塞分别匹配的多个施力缸筒，以及具有容纳空间的施力框架。所述真三轴加载装置包括加载装置本体和多个计量泵。

所述多个施力活塞包括第一活塞、第二活塞和升降活塞，所述多个施力缸筒包括第一缸筒、第二缸筒和升降缸筒，所述多个计量泵包括第一计量泵、第二计量泵、第三计量泵和升降计量泵，所述第一活塞与所述第一缸筒匹配且所述第一活塞设置于所述第一缸筒内，所述第一计量泵与所述第一缸筒连通，所述第二活塞与所述第二缸筒匹配且所述第二活塞设置于所述第二缸筒内，所述第二计量泵与所述第二缸筒连通，所述升降活塞与所述升降缸筒匹配且所述升降活塞设置于所述升降缸筒内，所述升降计量泵与所述升降缸筒连通，所述第三计量泵通过管道与所述施力框架的容纳空间连通。

所述第一缸筒设置于所述施力框架的顶部，所述第二缸筒设置于所述施力框架的侧壁，所述升降缸筒设置于所述施力框架的底部，所述底板设置于所述升降活塞靠近所述第一活塞的一侧，所述加载装置本体设置于所述底板，所述限位部件设置于所述底板与所述施力框架的顶部之间，所述限位千斤顶设置于所述施力框架的侧壁。

可选的，在上述真三轴试验装置中，所述多个计量泵还包括渗透压计量泵，所述渗透压计量泵与所述加载装置本体通过管道连通，所述管道上设置有阀控装置。

可选的，在上述真三轴试验装置中，所述管道上还设置有压力容器，所述管道设置的所述阀控装置为两个，两个所述阀控装置分别设置于所述压力容器与所述加载装置本体之间和所述压力容器与所述渗透压计量泵之间。

可选的，在上述真三轴试验装置中，所述第一计量泵与所述第一缸筒通过管道连通，所述第二计量泵与所述第二缸筒通过管道连通，所述升降计量泵与所述升降缸筒通过管道连接。

可选的，在上述真三轴试验装置中，所述第一缸筒与所述第一计量泵通过两根管道连通，所述两根管道的一端与所述第一计量泵连接，另一端分别连接于所述第一缸筒的两端。

所述第二缸筒与所述第二计量泵通过两根管道连通，所述两根管道的一端与第二计量泵连接，另一端分别连接于所述第二缸筒的两端。

所述升降缸筒与所述升降计量泵通过两根管道连通，所述两根管道的一端与所述升降计量泵连接，另一端分别连接于所述升降缸筒的两端。

所述第三计量泵通过两根管道与所述施力框架连通。

可选的，在上述真三轴试验装置中，所述限位部件为限位杆，所述限位杆一端设置于所述施力框架顶部，另一端与所述加载装置本体连接，所述限位杆为多个，所述限位千斤顶一端穿过相邻两个限位杆。

可选的，在上述真三轴试验装置中，所述限位杆的数量为4-8个，相邻两个限位杆之间的距离相同。

可选的，在上述真三轴试验装置中，所述限位杆与所述施力框架和真三轴加载装置本体分别通过螺栓连接。

本发明还提供一种真三轴试验系统，包括数控装置及上述的真三轴试验装置，所述数控装置与所述真三轴试验装置连接。

可选的，在上述真三轴试验系统中，所述数控装置与所述限位千斤顶连接。

本发明提供的一种真三轴试验装置及系统，通过设置加载装置本体、多个计量泵、底板、限位千斤顶、限位部件、多个施力活塞和与所述多个施力活塞分别匹配的多个施力缸筒，以及具有容纳空间的施力框架使得进行渗流试验的实施性强，并能够实现真三轴试验。

进一步的，真三轴试验系统通过设置数控装置，数控装置与真三轴试验装置连接，使得该系统的自动化程度高，操作简便。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本发明实施例提供的一种真三轴试验装置的结构示意图。

图2为本发明实施例提供的一种真三轴试验装置的另一结构示意图。

图3为本发明实施例提供的一种真三轴试验装置的另一结构示意图。

图4为本发明实施例提供的一种真三轴试验系统的连接框图。

图标：10-真三轴加载装置；30-真三轴施力装置；50-数控装置；110-加载装置本体；120-第一计量泵；130-第二计量泵；140-第三计量泵；150-渗透压计量泵；160-压力容器；170-升降计量泵；310-施力框架；320-底板；330-限位千斤顶；340-限位部件；350-第一活塞；360-第二活塞；370-升降活塞；380-第一缸筒；390-第二缸筒；400-升降缸筒；410-阀控装置；420-管道。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“内”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

如图1所示，本发明提供一种真三轴试验装置的结构示意图，所述真三轴试验装置包括：真三轴加载装置10和真三轴施力装置30。

请结合图2，所述真三轴加载装置10包括加载装置本体110和多个计量泵。所述真三轴施力装置30包括：底板320、限位千斤顶330、限位部件340、多个施力活塞和与所述多个施力活塞分别匹配的多个施力缸筒，以及具有容纳空间的施力框架310。

具体的，所述多个施力活塞包括第一活塞350、第二活塞360和升降活塞370，所述多个施力缸筒包括第一缸筒380、第二缸筒390和升降缸筒400。请结合图3，所述多个计量泵包括第一计量泵120、第二计量泵130、第三计量泵140和升降计量泵170。

所述第一活塞350与所述第一缸筒380匹配且所述第一活塞350设置于所述第一缸筒380内，所述第一计量泵120与所述第一缸筒380连通，所述第二活塞360与所述第二缸筒390匹配且所述第二活塞360设置于所述第二缸筒390内，所述第二计量泵130与所述第二缸筒390连通，所述升降活塞370与所述升降缸筒400匹配且所述升降活塞370设置于所述升降缸筒400内，所述升降计量泵170与所述升降缸筒400连通，所述第三计量泵140通过管道420与所述施力框架310的容纳空间连通。

所述第一缸筒380设置于所述施力框架310的顶部，所述第二缸筒390设置于所述施力框架310的侧壁，所述升降缸筒400设置于所述施力框架310的底部，所述底板320设置于所述升降活塞370靠近所述第一活塞350的一侧，所述加载装置本体110设置于所述底板320，所述限位部件340设置于所述底板320与所述施力框架310的顶部之间，所述限位千斤顶330设置于所述施力框架310的侧壁。

所述底板320的形状可以是长方形、正方形或圆形等，只要能对所述加载装置本体110起到支撑作用即可，在此不做具体限定。所述限位千斤顶330可以是手动限位千斤顶330也可以是通过数控装置50进行控制限位的自动限位千斤顶330，在此不做具体限定。所述限位部件340可以是限位杆也可以是限位块，只要能够使所述底板320的位置固定以使所述加载装置本体110的位置固定即可，在此不做具体限定。

所述第一缸筒380、第二缸筒390和升降缸筒400的大小可以是相同的，也可以是不同的。在本实施例中，所述第一缸筒380与所述第二缸筒390的大小相同，所述升降缸筒400与所述第一缸筒380的大小不同。所述升降缸筒400、第一缸筒380及第二缸筒390的大小不做具体限定，根据实际需求进行设置即可。

在本实施例中所述施力框架310为具有容纳空间的长方体。在进行渗流试验时，所述施力框架310的容纳空间为密闭空间，所述施力框架310的容纳空间大小是任意的，根据实际需求进行设置即可。

可选的，各所述计量泵的种类可以是柱塞式计量泵、隔膜式计量泵或折叠JMW型隔膜式计量泵等，在此不做具体限定，只要能实现液体输送即可。

可选的，所述第一计量泵120与所述第一缸筒380通过管道420连通，所述第二计量泵130与所述第二缸筒390通过管道420连通，所述升降计量泵170与所述升降缸筒400通过管道420连接。

所述第一计量泵120、第二计量泵130、第三计量泵140以及升降计量泵170中盛放有承压流体，所述承压流体可以是水、油或溶液，在本实施例中，所述承压流体为油。

所述第一计量泵120通过设置有所述第一活塞350的所述第一缸筒380向所述施力框架310的容纳空间中加载或取出承压流体，所述第二计量泵130通过设置有所述第二活塞360的所述第二缸筒390向所述容纳空间中加载或取出承压流体，所述升降计量泵170向设置有所述升降活塞370的所述升降缸筒400中加载或取出承压流体，使所述升降缸筒400内的活塞上下移动进而使所述底板320及加载装置本体110上下移动。

具体的，所述第一缸筒380与所述第一计量泵120通过两根管道420连通，所述两根管道420的一端与所述第一计量泵120连接，另一端分别连接于所述第一缸筒380的两端。所述第二缸筒390与所述第二计量泵130通过两根管道420连通，所述两根管道420的一端与第二计量泵130连接，另一端分别连接于所述第二缸筒390的两端。所述升降缸筒400与所述升降计量泵170通过两根管道420连通，所述两根管道420的一端与升降计量泵170连接，另一端分别连接于所述升降缸筒400的两端。所述第三计量泵140通过两根管道420与所述施力框架310连通。

具体的，所述第一计量泵120通过连通所述第一活塞350远离所述容纳空间一端的管道420向所述施力框架310的容纳空间加入承压流体，通过连通所述第一活塞350靠近所述容纳空间一端的管道420取出承压流体。所述第二计量泵130通过连通所述第二活塞360远离所述容纳空间一端的管道420向所述施力框架310的容纳空间加入承压流体，通过连通所述第二活塞360靠近所述容纳空间一端的管道420取出承压流体。通过上述设置使得所述承压流体可以循环使用，从而有效避免承压流体浪费的情况。

在进行真三轴试验时，所述升降活塞370相对于所述升降缸筒400向上移动以使所述加载装置本体110分别与所述第一活塞350、第二活塞360和限位千斤顶330接触。从而实现加载三轴应力实现真三轴试验。通过向所述加载装置本体110中加入不同的化学试剂实现真三轴耦合试验。

可选的，上述各部件的连接方式均为可拆卸连接，且各部件的连接处的密闭性良好。通过将各部件设置为可拆卸式连接使得部分部件在试验过程中发生损毁时，修理维护简单方便。

可选的，所述多个计量泵还包括渗透压计量泵150，所述渗透压计量泵150与所述加载装置本体110通过管道420连通，所述管道420上设置有阀控装置410。通过控制各阀控装置410及各计量泵可以得到在不同压力下的检测结果。

所述渗透压计量泵150用于向所述加载装置本体110的腔室中加载渗透液，所述渗透液可以是HCl溶液、NaOH溶液、NaCl溶液、H₂CO₃溶液和NH₄NO₃溶液等，在此不做具体限定。所述加载装置本体110的腔室中盛放有待检测物品，通过加载不同的化学试剂实现化学腐蚀检测。

可选的，所述管道420上还设置有压力容器160，所述管道420设置的所述阀控装置410为两个，两个所述阀控装置410分别设置于所述压力容器160与所述加载装置本体110之间和所述压力容器160与所述渗透压计量泵150之间。

通过设置所述压力容器160可以对所述加载装置本体110中的待检测物品进行渗透压检测，此外在所述限位千斤顶330、第一计量泵120、第二计量泵130、第一活塞350、第二活塞360、第一缸筒380和第二缸筒390的作用下实现对待检测物品实现耦合渗透压检测，使得在不同应力作用下实现渗透压检测，并且使得得到的结果更加精确。并使得所述真三轴试验装置对待检测物品进行渗流试验时可操作性强。

可选的，所述限位杆的数量为多个，各所述限位杆的一端分别与所述底座连接，另一端分别与所述施力框架310的顶部连接。相邻两个限位杆之间的间距相同。在本实施例中，所述限位杆的数量为4-8个。所述限位杆为空心限位杆，通过将所述限位杆设置为空心限位杆，使得所述限位杆可实现伸缩，以使所述加载装置本体110在竖直方向上实现上升或下降，从而有效避免所述加载装置本体110与所述施力框架310发生水平方向的相对移动，影响试验结果。

可选的，所述限位部件340与所述加载装置本体110和施力框架310顶部的连接方式可以是固定连接也可以使可拆卸连接。在本实施例中，所述限位部件340与所述加载装置本体110和施力框架310顶部的为可拆卸连接。具体的，所述限位杆与所述施力框架310和加载装置本体110通过螺栓连接。通过采用螺栓连接方式可以使所述真三轴试验装置在进行不同试验时，更换不同的加载装置本体110，以完成不同待检测物品的耦合渗透率检测。

在进行真三轴试验时，所述升降计量泵170通过管道420向所述升降缸筒400中加入承压流体，使所述升降活塞370上升带动所述底板320及所述加载装置本体110上升，以使所述施力框架310的容纳空间处于密封状态，同时实现第一活塞350、第二活塞360以及限位千斤顶330与所述加载装置本体110接触。向存放有待检测物品的所述加载装置本体110中加入渗流液体，通过加载不同的渗流液体实现不同化学腐蚀下的渗透率检测。所述第一计量泵120、第二计量泵130及第三计量泵140分别通过管道420向所述施力框架310的容纳空间中加载承压流体，使得所述加载装置本体110受到的三个方向的压力以实现三轴应力作用下的渗透率检测。通过所述第一压力容器160及第二压力容器160检测在不同体积的承压流体时受到的压力，并根据所述压力及预存的算法计算得到不同渗流液体下及不同应力作用下待检测物品的渗透压。

通过上述方式有效解决现有技术中仅仅通过对圆柱形试样施加围压和轴压，只能实现假三轴应力下待检测物品的应力、渗流和化学三场耦合的模拟，不能完全模拟出工程实际中的围岩体真实受力特征下的耦合效应的问题。在本发明的真三轴试验装置中实现真三轴应力加载、渗流和化学腐蚀同时作用下的耦合渗透率检测，从而实现了真三轴耦合试验。

为方便移动所述真三轴试验装置，在本实施例中，可选的，所述施力框架310底部设置有滑轮。所述滑轮的个数可以是任意的，在此不做具体限定，只要方便移动所述真三轴试验装置即可。

如图4所示，在上述基础上，本发明还提供一种真三轴试验系统，所述真三轴试验系统包括数控装置50及上述的真三轴试验装置。所述数控装置50与所述真三轴试验装置连接。由于所述真三轴试验系统包括真三轴试验装置，因此所述真三轴试验系统具有上述真三轴试验装置的所有特征，在此不做具体赘述。可选的，所述数控装置50与所述限位千斤顶330连接以控制所述限位千斤顶330移动以达到更佳的自动控制效果。

综上，本发明提供了一种真三轴试验装置及系统，通过设置底板320、限位千斤顶330、限位部件340、第一活塞350、第二活塞360、升降活塞370、第一缸筒380、第二缸筒390、升降缸筒400、第一计量泵120、第二计量泵130、第三计量泵140、升降计量泵170以及渗透压计量泵150使得所述真三轴试验装置及系统进行耦合渗流试验的实施性强，并实现真三轴试验。

在本发明的描。通过将各部件的连接方式设置为可拆卸连接使得所述真三轴试验装置及系统的修理维护简单方便。通过加载不同种类及不同体积的化学试剂实现不同耦合情况下的渗透率检测。述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种真三轴试验装置，其特征在于，包括：真三轴施力装置和真三轴加载装置；

所述真三轴施力装置包括底板、限位千斤顶、限位部件、多个施力活塞和与所述多个施力活塞分别匹配的多个施力缸筒，以及具有容纳空间的施力框架；

所述真三轴加载装置包括加载装置本体和多个计量泵；

所述多个施力活塞包括第一活塞、第二活塞和升降活塞，所述多个施力缸筒包括第一缸筒、第二缸筒和升降缸筒，所述多个计量泵包括第一计量泵、第二计量泵、第三计量泵和升降计量泵，所述第一活塞与所述第一缸筒匹配且所述第一活塞设置于所述第一缸筒内，所述第一计量泵与所述第一缸筒连通，所述第二活塞与所述第二缸筒匹配且所述第二活塞设置于所述第二缸筒内，所述第二计量泵与所述第二缸筒连通，所述升降活塞与所述升降缸筒匹配且所述升降活塞设置于所述升降缸筒内，所述升降计量泵与所述升降缸筒连通，所述第三计量泵通过管道与所述施力框架的容纳空间连通；

所述第一缸筒设置于所述施力框架的顶部，所述第二缸筒设置于所述施力框架的侧壁，所述升降缸筒设置于所述施力框架的底部，所述底板设置于所述升降活塞靠近所述第一活塞的一侧，所述加载装置本体设置于所述底板，所述限位部件设置于所述底板与所述施力框架的顶部之间，所述限位千斤顶设置于所述施力框架的侧壁。

2.根据权利要求1所述的真三轴试验装置，其特征在于，所述多个计量泵还包括渗透压计量泵，所述渗透压计量泵与所述加载装置本体通过管道连通，所述管道上设置有阀控装置。

3.根据权利要求2所述的真三轴试验装置，其特征在于，所述管道上还设置有压力容器，所述管道设置的所述阀控装置为两个，两个所述阀控装置分别设置于所述压力容器与所述加载装置本体之间和所述压力容器与所述渗透压计量泵之间。

4.根据权利要求2所述的真三轴试验装置，其特征在于，所述第一计量泵与所述第一缸筒通过管道连通，所述第二计量泵与所述第二缸筒通过管道连通，所述升降计量泵与所述升降缸筒通过管道连接。

5.根据权利要求2所述的真三轴试验装置，其特征在于，所述第一缸筒与所述第一计量泵通过两根管道连通，所述两根管道的一端与所述第一计量泵连接，另一端分别连接于所述第一缸筒的两端；

所述第二缸筒与所述第二计量泵通过两根管道连通，所述两根管道的一端与第二计量泵连接，另一端分别连接于所述第二缸筒的两端；

所述升降缸筒与所述升降计量泵通过两根管道连通，所述两根管道的一端与所述升降计量泵连接，另一端分别连接于所述升降缸筒的两端；

所述第三计量泵通过两根管道与所述施力框架连通。

6.根据权利要求1所述的真三轴试验装置，其特征在于，所述限位部件为限位杆，所述限位杆一端设置于所述施力框架顶部，另一端与所述加载装置本体连接，所述限位杆为多个，所述限位千斤顶一端穿过相邻两个限位杆。

7.根据权利要求6所述的真三轴试验装置，其特征在于，所述限位杆的数量为4-8个，相邻两个限位杆之间的距离相同。

8.根据权利要求6所述的真三轴试验装置，其特征在于，所述限位杆与所述施力框架和真三轴加载装置本体分别通过螺栓连接。

9.一种真三轴试验系统，其特征在于，包括数控装置及权利要求1-8任意一条所述的真三轴试验装置，所述数控装置与所述真三轴试验装置连接。

10.根据权利要求9所述的真三轴试验系统，其特征在于，所述数控装置与所述限位千斤顶连接。