CN106813994B - 大型mts循环加载单次多试样试验装置的离散性鉴别方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大型MTS循环加载单次多试样试验装置及离散性鉴别方法，属于实验设备领域，包括在距MTS加载头下方一定距离固定安装的底座；承台，通过可伸缩的支撑杆设置在底座上方，由下面板、上面板、腹板组成；试样固定装置，为多个，呈环形均布固定在上面板的上表面中央，由套筒、变形层组成；荷载分配装置，位于MTS加载头与试样固定装置之间，由下荷载板、上荷载板组成；数据采集系统，由轴力计、采集箱、导线组成。该发明能够同时对多个试样进行循环加载，节省时间，且只有当相对应的采集箱所采集到的数据一致时，方可认为该批次试样是在同等条件下进行的试验，可有效降低试验的离散性，同时该装置具有可自由拆卸、组装，操作灵活的特点。

Description

大型MTS循环加载单次多试样试验装置的离散性鉴别方法

技术领域

本发明属于实验设备技术领域，涉及一种试验设备，具体涉及一种大型MTS循环加载单次多试样试验装置及离散性鉴别方法，主要用于对岩石类材料进行循环加载试验。

背景技术

岩石力学中的大多数问题都是静力学问题。然而，在工程的开挖和日后的运营期间，不可避免地要受到爆炸、冲击、振动、地震等其它随时间而快速变化的荷载或具有周期变化的荷载作用，这些作用在岩体中产生的动应力或应力脉冲，往往要比岩体承受的静应力大得多。因此，对岩石在这些动力荷载作用下的疲劳特性研究显得十分必要。

现有的岩石疲劳损伤研究中，有学者利用室内MTS进行准动态应变率下循环加载，但是受限于加载应变率，并不能真正达到动态加载；大部分学者采用岩石动态三轴仪加载，这种方法针对单个试件进行动态加载。虽然该方法达到了动态加载，但受限于每次试验加载试样的数量，试验效率欠佳。借鉴目前试验技术成熟的桥梁疲劳测试方法，针对其试验仪器——大型MTS疲劳加载机，将对构件疲劳的试验方法应用于岩石疲劳试验，从而将动态循环加载和单次加载多个试件相结合，既满足了岩石疲劳损伤试验又提高了试验效率。

发明内容

有鉴于此，本专利的目的在于提供一种大型MTS循环加载单次多试样试验装置及离散性鉴别方法，保证了整个装置处于水平状态下，能有效固定试样且避免了试样受压产生径向膨胀而受到较大的围压作用，同时，荷载分配装置可有效保证荷载分配的均匀性；另外，由于在试样下端布置了轴力计，可有效鉴别试验过程的离散性，在循环加载试验完成后，对试样进行波速测量，可有效鉴别试验结果的离散性，为后续试验提供了一批均匀性较好的试样。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明提供的一种大型MTS循环加载单次多试样试验装置，包括在距MTS加载头的下方一定距离固定安装的底座，还包括：承台，通过可伸缩的支撑杆设置在底座的上方，由下面板、上面板、腹板组成，所述支撑杆一端固定在底座上，另一端与下面板连接；试样固定装置，为多个，呈环形均布固定在上面板的上表面中央，由套筒、变形层组成，所述套筒用于装载试样，所述变形层设于套筒的内壁上，用于包裹固定所述试样；荷载分配装置，位于所述MTS加载头与所述试样固定装置之间，由下荷载板、上荷载板组成，所述上荷载板与所述MTS加载头固接，所述下荷载板置放于多个所述试样固定装置上；数据采集系统，由轴力计、采集箱、导线组成，所述轴力计设置于所述套筒内且位于试样的下方，所述轴力计通过导线与采集箱电连接。

进一步，所述承台还包括设于腹板上的横向加强肋。

进一步，所述承台的上面板上表面还设有用于调整水平度的水平仪。

进一步，所述套筒由壁厚相等、内径不等的上、下两个圆筒组成，下部圆筒内径较大，用以容纳轴力计，上部圆筒内径较小，用以容纳试样；所述上面板的顶部设置有固定安装所述套筒的内凹槽，所述套筒底部设有外螺纹，所述内凹槽设有与所述外螺纹配合的内螺纹。

进一步，所述上部圆筒半径比试样半径大1-2mm，用以粘结所述变形层，其高度比所述试样高度低3-4cm。

进一步，所述下荷载板的下表面设有与多个所述试样固定装置一一对应的圆形凹槽，上表面设有一个倒圆台形凹槽，所述圆形凹槽的半径比试样半径大1-2mm，用以在其内壁粘结所述的变形层；所述上荷载板的下表面四周设有多个凹孔，其中央设有一个凸圆台，所述凹孔用以插入螺栓将上荷载板与MTS加载头连接，所述凸圆台与下荷载板的倒圆台形凹槽相互嵌合。

进一步，所述轴力计为动态轴力计；所述轴力计的上表面与所述试样的下表面之间放置有一钢板。

本发明还利用上述的大型MTS循环加载单次多试样试验装置进行离散性鉴别的方法，具体包括如下步骤：

a、组装：首先将荷载分配装置的上荷载板与MTS加载头连接；接着将底座固定，承台的下面板通过支撑杆连接在底座上；然后将轴力计放入试样固定装置的套筒的下部圆筒并拧入承台的上面板的内凹槽中；最后放入试样并扣盖上荷载分配装置的下荷载板；

b、调平：观察水平仪中的气泡位置，相应调整支撑杆，直到气泡居中；

c、循环加载试验：根据试验的需要，加载方式可分为循环静载和循环动载，当达到一定的循环次数后试验完成；

d、过程离散性甄别：分析各个采集箱采集到的数据，若发现同批次所有试样所受的荷载一致，则无离散性，若发现存在个别试样所受荷载与其它试样所受荷载存在较大差异，则存在离散性，应将受力离散性较大的试样剔除；

e、结果离散性甄别：将剔除后的试样进行波速测量，剔除波速差异较大的试样，为后续试验提供均匀性较好的试样。

本发明与现有技术相比，其显著优点在于：本发明能够同时对多个试样进行循环加载，节省时间，且只有当相对应的采集箱所采集到的数据一致时，方可认为该批次试样是在同等条件下进行的试验，可有效降低试验的离散性，同时该装置具有可自由拆卸、组装，操作灵活的特点。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：

图1为本发明一种大型MTS循环加载单次多试样试验装置的正立面结构示意图；

图2为本发明一种大型MTS循环加载单次多试样试验装置的侧立面结构示意图。

附图标记：1—底座，2—支撑杆，3—下面板，4—横向加劲肋，5—腹板，6—上面板，7 —水平仪，8—轴力计，9—套筒，10—钢板，11—变形层，12—下荷载板，13—上荷载板，14—采集箱，15—导线，16—MTS加载头。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述；应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。

如图1、2所示，本实施例提供的本发明公开了一种大型MTS循环加载单次多试样试验装置，包括底座1、承台、试样固定装置、荷载分配装置及数据采集系统，所述底座1的两端设有两个孔洞，可通过螺栓将底座1固定于地面上，当然在不同的实施例中，该孔洞的数量不限于此数，只要能将底座固定牢靠即可；同时在底座1上设有四个可升降的支撑杆2，同样，该支撑杆2的数量也不限于此，如可为2、3、5个等，该支撑杆可采用油缸、气缸等现有设备；所述支撑杆2为变截面圆柱形，其下部直径较大，上部直径较小且带有螺纹，可与承台固定，所述承台由若干块钢板焊接而成，包括上面板6、下面板3、腹板5及若干块横向加劲肋4，所述下面板3四个角落各设一个圆形孔洞，圆形孔洞正好可保证支撑杆2上部穿过，小于支撑杆2下部，拧紧螺帽便可固定承台，所述上面板6设有四个用于安装试样固定装置的内凹槽和水平仪7；同样该内凹槽的数量也不限于此，可根据试样需要设置为其他数字，所述内凹槽带有内螺纹，且圆心均匀分布在一个圆上，所述试样固定装置由变截面圆形套筒9及变形层11组成，所述套筒9底部带有外螺纹，可与内凹槽螺纹配合连接，同时套筒 9下部分内径较大，可容纳圆柱形的轴力计8，上部分内径较小，用于容纳试样，所述变形层 11粘结在套筒9上部内壁上，厚度约为1-2mm；所述荷载分配装置由上、下两块圆形钢板组成，所述下荷载板12下表面设有四个圆形凹槽，该圆形凹槽的数量是与试样固定装置的数量相对应的，圆形凹槽内径比试样的直径大1-2mm，这样，圆形凹槽可与试样一一对应，且圆形凹槽内壁也粘结有该变形层11，其上表面设有一个倒圆台形凹槽，该倒圆台形凹槽圆心与钢板圆心、承台上面板四个内凹槽所围成圆形的圆心在一条铅垂线上，所述上荷载板13下表面中心部位有一个凸圆台，正好与下荷载板上表面的倒圆台形凹槽嵌合，同时四周设有多个凹孔，可用螺栓将其与MTS加载头16连接，所述数据采集系统包括轴力计8、导线15及采集箱14，该轴力计通过导线15与采集箱14连接，用于采集分析试样的受力情况。

本实施例中，所述套筒9由壁厚相等、内径不等的两个圆筒组成，下部圆筒内径较大，用以容纳轴力计8，上部圆筒内径为54mm，高度为60mm，可容纳直径为50mm、高度为100mm的试件。

本实施例中的变形层粘结于套筒9上部圆筒内壁，厚度为1-2mm。具有一定的强度用以包裹固定试样，且当试样受到轴向压力而径向膨胀时，变形层可收缩，避免了试样在试验过程中受到较大的围压作用，

本实施例中的下荷载板下表面设有的圆形凹槽直径为54mm，内壁粘结2mm后的变形层，所述下荷载板厚度较厚，如50mm，可避免受力产生较大的挠度，同时，MTS实际施加的荷载应为预设荷载减去下荷载板的自重荷载。

本实施例中的轴力计8为动态轴力计，为了使试样的力均匀传至轴力计，轴力计8上表面放置一块钢板10。

本发明利用上述大型MTS循环加载单次多试样试验装置进行离散性鉴别方法，具体包括如下步骤：

a、组装：首先将荷载分配装置的上荷载板13与MTS加载头16连接；接着将底座1固定，承台的下面板3通过支撑杆2连接在底座1上；然后将轴力计8放入试样固定装置的套筒9的下部圆筒并拧入承台的上面板6的内凹槽中；最后放入试样并扣盖上荷载分配装置的下荷载板12；

b、调平：观察水平仪7中的气泡位置，相应调整支撑杆2，直到气泡居中；

c、循环加载试验：根据试验的需要，加载方式可分为循环静载和循环动载，当达到一定的循环次数后试验完成；

d、过程离散性甄别：分析各个采集箱14采集到的数据，若发现同批次所有试样所受的荷载一致，则无离散性，若发现存在个别试样所受荷载与其它试样所受荷载存在较大差异，则存在离散性，应将受力离散性较大的试样剔除；

e、结果离散性甄别：将剔除后的试样进行波速测量，剔除波速差异较大的试样，为后续试验提供均匀性较好的试样。

通过采用上述方案，使得后续试验所用的试样具有一致性，有效避免了前期试验离散性对试验最终结果的影响。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.大型MTS循环加载单次多试样试验装置的离散性鉴别方法，所述试验装置包括：底座(1)，在距MTS加载头(16)的下方一定距离固定安装；承台，通过可伸缩的支撑杆(2)设置在底座的上方，由下面板(3)、上面板(6)、腹板(5)组成，所述支撑杆一端固定在底座上，另一端与下面板连接；试样固定装置，为多个，呈环形均布固定在上面板的上表面中央，由套筒(9)、变形层(11)组成，所述套筒用于装载试样，所述变形层设于套筒的内壁上，用于包裹固定所述试样；荷载分配装置，位于所述MTS加载头与所述试样固定装置之间，由下荷载板(12)、上荷载板(13)组成，所述上荷载板与所述MTS加载头固接，所述下荷载板置放于多个所述试样固定装置上，所述下荷载板的下表面设有与多个所述试样固定装置一一对应的圆形凹槽，上表面设有一个倒圆台形凹槽，所述上荷载板的下表面中央设有一个凸圆台，所述凸圆台与下荷载板的倒圆台形凹槽相互嵌合；数据采集系统，由轴力计(8)、采集箱(14)、导线(15)组成，所述轴力计设置于所述套筒内且位于试样的下方，所述轴力计通过导线与采集箱电连接，其特征在于，所述离散性鉴别方法包括如下步骤：

a、组装：首先将荷载分配装置的上荷载板与MTS加载头连接；接着将底座固定，承台的下面板通过支撑杆连接在底座上；然后将轴力计放入试样固定装置的套筒的下部圆筒并拧入承台的上面板的内凹槽中；最后放入试样并扣盖上荷载分配装置的下荷载板；

b、调平：观察水平仪中的气泡位置，相应调整支撑杆，直到气泡居中；

c、循环加载试验：根据试验的需要，加载方式可分为循环静载和循环动载，当达到一定的循环次数后试验完成；

d、过程离散性甄别：分析各个采集箱采集到的数据，若发现同批次所有试样所受的荷载一致，则无离散性，若发现存在个别试样所受荷载与其它试样所受荷载存在较大差异，则存在离散性，应将受力离散性较大的试样剔除；

e、结果离散性甄别：将剔除后的试样进行波速测量，剔除波速差异较大的试样，为后续试验提供均匀性较好的试样。

2.根据权利要求1所述的离散性鉴别方法，其特征在于，所述承台还包括设于腹板上的横向加强肋(4)。

3.根据权利要求1所述的离散性鉴别方法，其特征在于，所述承台的上面板上表面还设有用于调整水平度的水平仪。

4.根据权利要求1所述的离散性鉴别方法，其特征在于，所述套筒由壁厚相等、内径不等的上、下两个圆筒组成，下部圆筒内径较大，用以容纳轴力计，上部圆筒内径较小，用以容纳试样；所述上面板的顶部设置有固定安装所述套筒的内凹槽，所述套筒底部设有外螺纹，所述内凹槽设有与所述外螺纹配合的内螺纹。

5.根据权利要求4所述的离散性鉴别方法，其特征在于，所述上部圆筒半径比试样半径大1-2mm，用以粘结所述变形层，其高度比所述试样高度低3-4cm。

6.根据权利要求1所述的离散性鉴别方法，其特征在于，所述圆形凹槽的半径比试样半径大1-2mm，用以在其内壁粘结所述的变形层；所述上荷载板的下表面四周设有多个凹孔，用以插入螺栓将上荷载板与MTS加载头连接。

7.根据权利要求1所述的离散性鉴别方法，其特征在于，所述轴力计为动态轴力计；所述轴力计的上表面与所述试样的下表面之间放置有一钢板(10)。