CN107941615B - 一种三轴试验机及试验系统 - Google Patents
一种三轴试验机及试验系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN107941615B CN107941615B CN201711394430.6A CN201711394430A CN107941615B CN 107941615 B CN107941615 B CN 107941615B CN 201711394430 A CN201711394430 A CN 201711394430A CN 107941615 B CN107941615 B CN 107941615B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- test piece
- box
- test
- cross beam
- centering
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000012360 testing method Methods 0.000 title claims abstract description 554
- 239000011435 rock Substances 0.000 claims abstract description 73
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims description 99
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 21
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 13
- 230000009471 action Effects 0.000 claims description 10
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 39
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 37
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 11
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 6
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 6
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 4
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 4
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 3
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 3
- 238000011160 research Methods 0.000 description 3
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 2
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 238000005242 forging Methods 0.000 description 2
- 238000009440 infrastructure construction Methods 0.000 description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 2
- 239000004484 Briquette Substances 0.000 description 1
- 238000009412 basement excavation Methods 0.000 description 1
- 239000004566 building material Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000005056 compaction Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 230000008676 import Effects 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 238000012067 mathematical method Methods 0.000 description 1
- 238000010297 mechanical methods and process Methods 0.000 description 1
- 238000009497 press forging Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000004513 sizing Methods 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N3/08—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying steady tensile or compressive forces
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N3/08—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying steady tensile or compressive forces
- G01N3/10—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying steady tensile or compressive forces generated by pneumatic or hydraulic pressure
- G01N3/12—Pressure testing
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
Abstract
本发明涉及一种三轴试验机及试验系统，包括加载框架、试件盒、底座、六个作动器、升降油缸、锁紧油缸，其中，六个所述作动器的轴线相交于一点O；所述作动器用于向所述试件盒内的试件提供垂直于试件六个表面的六个载荷，使得垂直于试件表面的三个方向上具有独立加载/卸载能力；试件盒用于安装、定位试件，使得试件的几何中心0＇＇与试件盒的几何中心0＇重合，且试件盒的几何中心O＇与所述点O重合，同时试件的任意一个面与任意一个作动器的轴线垂直。本三轴试验机及试验系统，可以方便、快速的完成试件的对中过程，不仅可以对试件进行三向六面加载，完成真三轴试验，而且在三向六面加载的过程中，还可以实现单向突然卸载，完成岩爆试验。
Description
技术领域
本发明涉及岩石力学特性的测试技术领域，具体涉及一种三轴试验机及试验系统。
背景技术
近年来，国家基础设施建设规模越来越大，而在基础设施建设过程中遇到的地质问题也越来越复杂，涉及的岩土力学问题也越来越多元化，这就迫使我们进一步完善和发展岩土工程的测试技术。通过科学地试验来鉴定岩石的各项性能指标，达到合理的选择、使用和开凿岩石，以及更深入地认识岩体介质在复杂环境中的力学特征，以保证施工工程的安全、经济和合理。
随着测试技术的不断发展，三轴试验机已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；而在岩土工程领域中，用于测试岩石力学性能的三轴试验机则是主要的研究对象，因为岩石三轴试验机承担着边坡稳定、巷道(隧道)围岩维护、冲击地压、地震效应等方面的研究和工程应用的重任。
通常，在利用三轴试验机测试岩石的力学特性时，主要包括岩石的抗压、抗拉、抗剪(断)强度以及岩石破坏、断裂的机理和强度准则等，强度准则通常采用的是库伦－纳维准则，这个准则假定对破坏面起作用的正应力会增加岩石的抗剪强度，其增加量与正(压)应力的大小成正比；而不同种类的岩石在外力作用下达到破坏时的极限应力不同，其破坏极限应力属于岩石力学特性的主要属性之一，需要通过三轴试验机对岩石试件的测试而获得，通常岩石试件(后面简称试件)会被加工成正方体或长方体结构，以便三轴试验机对试件施加外载荷，从而获得试件的力学特性参数；当三轴试验机只对试件的一个方向施加外载荷时，此时为普通的三轴试验，当三轴试验机分别对试件的三个相互垂直的方向施加外载荷时，此时为真三轴试验。
此外，在岩土工程中，岩爆是非常复杂的动力地质现象，其发生与否以及强烈程度大小不仅仅取决于某一单一因素，而是多种因素共同作用的结果，岩爆的机制到目前为止还不十分清楚，采用数学或力学的方法建立岩爆预测系统是非常困难的；通过建立能够模拟实际工程开挖条件的实验系统，设计岩石试件的形式和尺寸，在实验室条件下再现岩爆这种灾害现象，是当前较为有效的研究岩爆机理的试验手段，而模拟岩爆现象通常还是需要用到三轴试验机。
在利用三轴试验机进行试件的三轴试验或真三轴试验或岩爆试验时，试件是否与各方向的载荷对中，对试验的结果有较大的影响，故在利用三轴试验机测试试件时，需要尽量地使试件与各方向的载荷对中；然而，现有技术中的三轴试验机中，试件的安装过程复杂，且试件的对中过程繁琐，对中效果较差，从而导致测出的试件的三轴力学特性与实际情况存在较大差异，尤其是在进行岩爆试验时，通常采用的是加载荷试验方式，这与岩爆发生的应力途径并不完全吻合，从而使得模拟出的岩爆现象与实际情况不符。
发明内容
本发明的目的在于改善现有技术中所存在的不足，提供一种三轴试验机及试验系统，可以方便、快速的完成试件的对中过程，不仅可以对试件进行三向六面加载，完成真三轴试验，而且在三向六面加载的过程中，还可以实现单向突然卸载，完成岩爆试验。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种三轴试验机，包括加载框架、试件盒、底座、六个作动器，其中，
所述底座包括轴向框架底座、水平框架底座、试件盒底座，所述轴向框架底座、水平框架底座以及试件盒底座分别设置在三套独立的地基基础上；
所述加载框架包括轴向框架、水平框架，所述轴向框架设置于轴向框架底座，水平框架设置于水平框架底座，六个作动器分别设置于轴向框架和水平框架上，六个所述作动器的轴线相交于一点O，六个所述作动器用于向所述试件盒内的试件提供垂直于试件六个表面的六个载荷，使得垂直于试件表面的三个方向上具有独立加载/卸载能力；所述作动器上设置有载荷传感器及行程传感器；
所述试件盒固定在所述试件盒底座上，所述试件盒用于安装、定位试件，使得试件的几何中心0＇＇与试件盒的几何中心0＇重合；试件盒可利用试件盒底座调整的水平度和轴向高度，使得试件盒的几何中心O＇与所述点O重合，同时使得试件的任意一个面与任意一个作动器的轴线垂直。
在进行试验时，试件盒及各方向的框架均会发生微小变形，为避免相互影响，故轴向框架底座、水平框架底座以及试件盒底座分别设置在三套独立的地基基础上；在本试验机中，轴向框架和水平框架上设置有六个作动器，每个作动器都能独立的对试件的一个面施加载荷，从而使得在垂直于试件表面的三个方向上均具有独立的加载/卸载能力，从而使得本试验机能够满足真三轴实验的条件，故可以利用本试验机进行三轴试验、真三轴试验以及岩爆试验等；而在进行试验之前，一个重要的环节就是试件的对中，试件对中的好/坏对试验结果有很大的影响，甚至可能导致试验失败，现有技术的对中过程比较麻烦，对中效果也有待提高，而在本试验机中，在试验机组装完成之后，轴向框架及水平框架上的六个作动器的轴线都是相交于一点O，且不同方向上的作动器的轴线相互垂直，在进行试验之前，需要将试件装入试件盒内，此时只需将试件设置在试件盒的中心，使得试件的几何中心0＇＇与试件盒的几何中心0＇重合即可，当试件盒装入试验机内后，通过调整试件盒底座的水平度和轴向高度，就可以使试件盒的几何中心O＇与所述点O重合，此时试件的几何中心0＇＇与所述点O是重合在一起的，此后，只需水平转动试件，使得试件的任意一个面与任意一个作动器的轴线垂直，那么剩余的五个面就分别与剩余的五个作动器的轴线垂直了，此时就完成了试件与作动器的对中过程，此对中过程不仅方便、快速、简洁，而且对中准确、效果好，从而有利于本试验机顺利地完成三轴试验或真三轴试验或岩爆试验。
进一步地，所述轴向框架包括上横梁、下横梁以及至少两根立柱，所述立柱相互平行且竖直地设置在下横梁上，所述下横梁连接在所述轴向框架底座上，所述上横梁设置在所述立柱上，并在升降油缸的驱动下可沿立柱上下滑动，滑动到指定位置后通过锁紧油缸锁紧固定；所述水平框架设置于所述上横梁与下横梁之间，所述水平框架由两个水平横向框架和两个水平纵向框架构成回字形结构；六个作动器分别设置于所述上横梁、下横梁、两个水平横向框架以及两个水平纵向框架上；上横梁、下横梁以及水平框架上分别设置有机架变形传感器，水平框架上还设置有定位传感器。在本试验机中，下横梁及水平框架的位置相对固定，而上横梁在升降油缸的驱动作用下，可以沿立柱上下滑动，当上横梁移动到合适的位置时，用所述锁紧油缸将上横梁锁紧在立柱上，便于试件盒的装入/取出或试件的更换过程。
优选地，所述轴向框架及水平框架均采用压力锻造而成。在试验过程中，轴向框架与水平框架需要承受巨大的反力，而采用压力锻造而成的轴向框架及水平框架，通常具有足够的刚度，以保持自身不变形，从而可以尽量地降低因框架变形而带来的试验误差。
优选地，所述试件盒底座包括基础板和若干支撑柱，所述基础板固定在地基基础上，所述若干支撑柱相互平行且竖直的设置在基础板上，所述支撑柱穿过所述下横梁，且不与下横梁相接触，每根所述支撑柱上均设置有一根试件柱，所述试件盒安装在所述试件柱上，既能通过试件柱调节水平度及沿轴向的高度，又能锁紧在试件柱上。由于在试验时，各框架均会发生微小变形，故所述试件盒底座不与轴向框架及水平框架相接触，以免影响试验的效果；所述试件柱上设置有外螺纹，试件盒利用垫片和螺母可以实现对试件盒水平度及轴向高度的调整，使得试件盒的几何中心O＇与所述点O重合，最后利用螺母将试件盒锁紧在试件柱上。
优选地，所述水平横向框架与水平纵向框架的连接，和/或轴向框架与轴向框架底座之间的连接，和/或水平框架与水平框架底座之间的连接采用的是高强度螺栓连接。
进一步地，所述试件盒为真三轴试件盒，所述真三轴试件盒包括自定心压头、压轴、压块、盒体、盒体支架、试件变形传感器，其中，
所述盒体通过上盖、下盖以及侧壁围成长方体或正方体结构；所述盒体的每个面上都设置有一个所述自定心压头，所述自定心压头连接着所述压轴的一端，压轴的另一端穿过盒体，延伸进盒体内部，并连接在所述压块上，所述压块用于压在试件的一个面上；
所述自定心压头上设置有预紧螺钉和防转导杆，所述预紧螺钉用于调整内部试件的位置，使得试件的几何中心O＇＇与试件盒的几何中心O＇重合，并将自定心压头预紧在盒体上，所述防转导杆用于防止自定心压头转动，以保持试件的对中效果；所述自定心压头上与作动器相接触的面上设置有球面凹槽，所述球面凹槽可补偿作动器的加载方向与自定心压头表面的不垂直度误差；所述自定心压头的侧面设置有两个相互对立的传感器支架，所述试件变形传感器的两端分别固定在相互对立的两个自定心压头的传感器支架上，以监测试件在三个方向上的变形值；
所述压轴与压块之间通过导向键及止口实现连接，便于快速安装或拆卸；
所述盒体设置在所述盒体支架上，所述盒体支架对所述盒体提供支撑作用，盒体支架上设置有若干通孔，所述通孔可以套在所述试件柱上，从而实现对试件盒的固定。
所述真三轴试件盒的主要功能是对试件进行安装和定位，真三轴试件盒通过六个自定心压头、六个压轴、六个压块分别对试件的六个面进行预紧，并使得试件的几何中心O＇＇与真三轴试件盒的几何中心O＇重合，便于后续的对中；由于真三轴试件盒的几何中心O＇是与试验机中六个作动器的轴线的交点O相重合的，故当真三轴试件盒装入试验机之后，所述试件的几何中心O＇＇与真三轴试件盒的几何中心O＇以及六个作动器的轴线的交点O重合为一点，由于试件已预紧在真三轴试件盒上，故此时六个作动器的轴线是分别垂直于试件的六个面的，至此已经完全地完成了试件的对中过程，可以直接开始进行真三轴试验；而在试验过程中，试件在三个方向(即垂直于试件表面的三个方向)上的变形值会被试件变形传感器探测并记录下来，便于后期试验数据的分析；此外，由于压块通过导向键和止口的形式与压轴连接在一起，不用紧固螺钉，故在更换时能实现压块的快速安装或拆卸，从而极大地简化了试件的安装流程，便于更加方便、快捷的进行试验。
进一步地，所述试件盒为岩爆试件盒，所述岩爆试件盒包括自定心压头、压轴、压块、活动压块、盒体、盒体支架，其中，
所述盒体呈长方体或正方体结构，所述盒体的一个侧面不封闭或设置有开口，便于观察岩爆现象，在所述侧面内，与之对应的作动器通过所述活动压块与试件对准，并将载荷传递到试件上，所述活动压块上设置有球面凹槽，用于补偿作动器的加载方向与活动压块表面的不垂直度误差；其余五个面均封闭，且每个面上分别设置有一个所述自定心压头，所述自定心压头连接着所述压轴的一端，压轴的另一端穿过盒体，延伸进盒体内部，并连接在所述压块上，所述压块分别压在试件的五个面上，使得试件的几何中心O＇＇与岩爆试件盒的几何中心O＇相重合；
所述自定心压头上设置有预紧螺钉和防转导杆，所述预紧螺钉用于将自定心压头预紧在盒体上，所述防转导杆用于防止自定心压头转动，以保持试件的对中效果；所述自定心压头上与作动器相接触的面上设置有球面凹槽，所述球面凹槽可补偿作动器的加载方向与自定心压头表面的不垂直度误差；
所述压轴与压块之间通过导向键及止口实现连接，便于试件的快速安装或拆卸；
所述盒体设置在所述盒体支架上，所述盒体支架对所述盒体提供支撑作用，盒体支架上设置有若干通孔，所述通孔可以套在所述试件柱上，从而实现对试件盒的固定。
所述岩爆试件盒的主要功能是对试件进行安装和定位，试件的对中过程与真三轴试件盒中试件的对中过程相同，在进行岩爆试验时，试件的五个面所对应的作动器会持续地输出载荷，以维持面上的压力，而活动压块所对应的作动器，在试件完成定位和加载之后，该作动器会快速卸载并离开活动压块，活动压块在重力的作用下自由下落，使得与之相接触到试件表面形成自由面，此时，由于突然出现的自由面，试件中积聚的能量得以突然释放，从而实现岩爆的模拟，在这个过程中，可以设置高速摄像机记录岩爆的过程，便于后期分析。
进一步地，还包括定位油缸、油缸支架，所述油缸支架设置在所述盒体支架上或所述试件柱上，所述油缸支架上设置有活动托板，所述定位油缸设置在所述油缸支架上，所述活动托板在所述定位油缸的作用下，将所述活动压块托举到合适高度，使得活动压块与试件完成对中。活动压块在试验过程中是需要自由掉落的，故在活动压块与试件对中的过程中，可以利用定位油缸的输出轴将活动压块托举到合适的位置，使得活动压块与试件对准；定位油缸通过活动托板托举活动压块，会使得载荷更均匀，能是活动压块水平、平稳地上升；对准之后，利用对应的作动器可以实现活动压块的预压紧，此时，定位油缸的输出轴及活动托板下降到最低位，从而避免影响后续活动压块的自由掉落过程。
一种试验系统，包括试验机、伺服液压单元、冷却单元、控制单元，其中，
所述伺服液压单元分别连接着试验机中的所述升降油缸、锁紧油缸、六个作动器和/或定位油缸，并为其提供压力源；
所述冷却单元用于为所述伺服液压单元中的油源进行降温；
所述控制单元分别连接着试验机中的各传感器、油缸以及作动器，控制单元从传感器中获取试验数据，并分别控制各油缸及各作动器的行程。
在本试验系统中，冷却单元能使试验系统在长时间工作时也能将温度控制在一定范围内，从而确保试验的正常进行；控制单元分别连接着机架变形传感器、试件变形传感器、定位传感器、载荷传感器以及行程传感器，便于从各传感器中获取并记录试验数据；同时控制单元还分别连接在所述升降油缸、锁紧油缸、六个作动器和/或定位油缸的伺服阀上，通过控制伺服阀，分别实现对各油缸及作动器内油源压力及流量的控制，从而实现对行程或输出载荷的控制；所述控制单元使得本试验系统的数据采集更全面，对油缸及作动器的控制更精确，有利于更加方便、精确地完成三轴试验或真三轴试验或岩爆试验。
与现有技术相比，使用本发明提供的一种三轴试验机及试验系统，具有以下有益效果：
1、本试验机及试验系统可以方便、快速的完成试件的对中过程，对中精确，对中效果好，有利于获得更加准确的岩石试件的力学特性参数。
2、本试验机及试验系统中，在试件的三个相互垂直的方向上提供了六个作动器，可以使得垂直于试件表面的三个方向上具有独立加载/卸载能力，从而可以对试件进行普通三轴试验或真三轴试验。
3、本试验机及试验系统中，在对试件进行三向六面加载的过程中，还可以实现单向突然卸载，使得岩块中积聚的能量得以突然释放，实现岩爆模拟；利用该方法模拟的岩爆更加符合实际的岩爆过程，从而有利于进一步地研究岩爆的力学问题。
4、本试验机及试验系统中，试验机的结构简单，试验机中的上横梁在升降油缸的驱动下，可以沿立柱上下滑动，便于试件盒的装入/取出或试件的更换过程，上横梁移动到合适的位置时，可以利用锁紧油缸将上横梁锁紧在立柱上，以免上横梁下滑或为作动器的输出载荷提供牢固的反力架。
5、本试验机及试验系统中，试验机上设置的六个作动器的轴线相交于一点O，试件盒装入试验机内后，试件盒的几何中心O＇与点0可以快速的重合，便于试件进行快速、准确的对中过程。
6、本试验机及试验系统中，提供了一种真三轴试验盒，该真三轴试件盒能对试件进行安装和定位，并对试件的六个面进行预紧，使得试件的几何中心O＇＇与真三轴试件盒的几何中心O＇重合，从而可以极大的方便后续的对中过程。
7、本试验机及试验系统提供的一种真三轴试验盒中，压在试件上的压块是通过导向键和止口的形式与压轴连接在一起，没有用紧固螺钉，可以实现压块的快速安装或拆卸，从而极大地简化了试件的安装或更换流程。
8、本试验机及试验系统中，提供了一种岩爆试验盒，所述岩爆试验盒结构简单，能对试件进行安装和定位，并能在三向六面加载的过程中，实现单向突然卸载，从而实现岩爆现象的模拟。
9、本试验机及试验系统中，真三轴试验盒和岩爆试验盒中的自定心压头，以及岩爆试验盒中的活动压块，均设置有球面凹槽，所述球面凹槽可补偿作动器的加载方向与自定心压头表面或活动压块的不垂直度误差，从而进一步提高试件与外加载荷的对中效果，使得本本试验机及试验系统的试验效果更好。
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1中提供的一种三轴试验机的轴向框架的结构示意图。
图2为本发明实施例1中提供的一种三轴试验机的水平框架的结构示意图。
图3为本发明实施例1中提供的一种三轴试验机的轴向框架与水平框架组合在一起的结构示意图。
图4为本发明实施例1中提供的一种三轴试验机中作动器的轴线交于一点O的原理示意图。
图5为本发明实施例1中提供的一种三轴试验机中的作动器的结构示意图。
图6为本发明实施例1中提供的一种三轴试验机中试件盒设置在试件盒底座上的结构示意图。
图7为本发明实施例1中提供的一种三轴试验机中试件盒的几何中心O＇的结构示意图。
图8为本发明实施例1中提供的一种三轴试验机中试件的几何中心O＇＇的结构示意图。
图9为本发明实施例1中提供的一种三轴试验机中的试件完成对中后，点O与O＇及O＇＇重合时的结构示意图。
图10为本发明实施例1中提供的一种三轴试验机中试件盒底座与轴向框架底座的结构示意图。
图11为本发明实施例2中提供的一种真三轴试件盒的结构示意图。
图12为本发明实施例2中提供的一种真三轴试件盒的内部结构示意图。
图13为本发明实施例2中提供的一种真三轴试件盒中压块的结构示意图。
图14为本发明实施例3中提供的一种岩爆试件盒的结构示意图。
图15为本发明实施例3中提供的一种岩爆试件盒上增设了定位油缸之后的结构示意图。
图中标记说明
加载框架100，试件盒101，底座102，作动器103，升降油缸104，锁紧油缸105，试件106，吊耳109，真三轴试件盒112，岩爆试件盒113，球面凹槽114，机架变形传感器115，定位传感器116，载荷传感器117，行程传感器118，试件变形传感器119；
轴向框架100-1，上横梁100-2，下横梁100-3，立柱100-4，水平框架100-5，水平横向框架100-6，水平纵向框架100-7；
轴向框架底座102-1，水平框架底座102-2，试件盒底座102-3，基础板102-4，支撑柱102-5，试件柱102-6，螺母102-7；
输出轴103-1；
第一伺服作动器103-1，第二伺服作动器103-2，第三伺服作动器103-3，第四伺服作动器103-4，第五伺服作动器103-5，第六伺服作动器103-6；
自定心压头112-1，压轴112-2，压块112-3，盒体112-4，盒体支架112-5，预紧螺钉112-6，防转导杆112-7，传感器支架112-8，导向键112-9，止口112-10；
定位油缸113-1，油缸支架113-2，活动压块113-3，活动托板113-4。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。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。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。
实施例1
请参阅图1、图2、图3，本实施例中提供了一种三轴试验机，包括加载框架100、试件盒101、底座102、六个作动器103、升降油缸104、锁紧油缸105；其中，
所述底座102包括轴向框架底座102-1、水平框架底座102-2、试件盒底座102-3，所述轴向框架底座102-1、水平框架底座102-2以及试件盒底座102-3分别设置在三套独立的地基基础上。由于在进行试验时，试件盒101及各方向的框架均会发生微小变形，为避免相互影响，故轴向框架底座102-1、水平框架底座102-2以及试件盒底座102-3分别设置在三套独立的地基基础上；在本实施例中，轴向框架底座102-1及水平框架底座102-2所对应的地基基础分别采用的是抗震地基基础结构，且在轴向框架底座102-1的地基基础中还设置有减振垫铁，以便对轴向的动态加载过程进行减震。
所述加载框架100包括轴向框架100-1、水平框架100-5，所述轴向框架100-1包括上横梁100-2、下横梁100-3以及至少两根立柱100-4，所述立柱100-4相互平行且竖直地设置在下横梁100-3上，所述下横梁100-3连接在所述轴向框架底座102-1上，所述上横梁100-2设置在所述立柱100-4上并可沿立柱100-4上下滑动；所述上横梁100-2与下横梁100-3之间设置着所述水平框架100-5，所述水平框架100-5由两个水平横向框架100-6和两个水平纵向框架100-7构成回字形结构，所述水平框架100-5连接在所述水平框架底座102-2上；上横梁100-2、下横梁100-3以及水平框架100-5上分别设置有机架变形传感器115，水平框架100-5上还设置有定位传感器116。在本实施例中，所述立柱100-4有四根，所述轴向框架100-1与水平框架100-5围成一个六面体框架，在进行试验时，所述试件盒101放置在六面体框架的内部；所述框架汇中，下横梁100-3及水平框架100-5的位置相对固定，而上横梁100-2可以沿立柱100-4上下滑动，当上横梁100-2移动到远离水平框架100-5的位置时，上横梁100-2与水平框架100-5之间有足够的空间，便于试件盒101的装入和取出，当试件盒101设置完毕之后，上横梁100-2可以下降到合适的位置，以便对试件盒101进行轴向加载。在本实施例中，轴向框架100-1与水平框架100-5还有一个重要作用：作为作动器103加载的反力架；作动器103的载荷是作用在试件106上的，而与此载荷相平衡的反向载荷则是作用在轴向框架100-1或水平框架100-5上的，故轴向框架100-1及水平框架100-5必须具有足够的刚度，以保持自身不变形，故在本实施例中，轴向框架100-1的刚度满足7.5GN/m，水平框架100-5的刚度满足8GN/m。
所述升降油缸104一端固定在所述下横梁100-3上，另一端固定在所述上横梁100-2上；所述升降油缸104用于实现上横梁100-2的上升/下降功能；在本实施例中，为了使得轴向框架100-1及水平框架100-5具有足够的刚度，所述轴向框架100-1及水平框架100-5均采用压力锻造而成，其中，所述轴向框架100-1的重量约为20吨，所述水平框架100-5的重量约为10吨；故调整上横梁100-2的位置时，需要采用升降油缸104来完成，在本实施例中，所述升降油缸104的行程为1200mm，最大推力为400KN，完全能推动上横梁100-2上升或下降，且上横梁100-2的升/降过程平稳、快速，有利地保证了试验的正常进行。
所述锁紧油缸105设置在所述上横梁100-2上，用于将所述上横梁100-2锁紧在所述立柱100-4上，避免上横梁100-2在重力的作用下沿着立柱100-4向下滑动。通常，利用升降油缸104将上横梁100-2抬升到一定高度时，需要将上横梁100-2固定在该位置，以免其向下滑落造成事故，在本实施例中，所述锁紧油缸105有四个，分别设置在上横梁100-2上靠近立柱100-4的位置上，具体如图1或图3所示，四个锁紧油缸105能将上横梁100-2锁紧在四根立柱100-4上，从而避免上横梁100-2自动下滑；所述锁紧油缸105主要用于两种情况，第一：当需要装入/取出试件盒101或更换试件106时，需要利用升降油缸104抬升到一定的高度，然后用锁紧油缸105将其锁紧在立柱100-4上，待下方的操作完成之后，再解除锁定；第二：当上横梁100-2上的作动器103输出载荷时，作动器103受到的反向载荷会通过作动器103传递到上横梁100-2上，若上横梁100-2未锁紧，则上横梁100-2会在此反向载荷的作用下沿立柱100-4向上滑动，从而使得作动器103的载荷加载过程失败，故此时需要利用锁紧油缸105将上横梁100-2锁紧在立柱100-4上，从而确保试验的顺利进行。
所述上横梁100-2、下横梁100-3、两个水平横向框架100-6以及两个水平纵向框架100-7上分别设置有一个所述作动器103，六个所述作动器103的轴线相交于一点O，具体如图4所示；所述作动器103用于向所述试件盒101内的试件106提供垂直于试件106六个表面的六个载荷，使得垂直于试件106表面的三个方向上具有独立加载/卸载能力；所述作动器103上设置有载荷传感器117及行程传感器118。
在进行三轴试验时，试件106是否对中对试验的结果有很大的影响，故在本实施例中，首先需要将六个作动器103进行对中，即位于同一方向上的两个作动器103的轴线需要在一条直线上，位于不同方向上的作动器103的轴线应交于一点O，这样极大的方便了后续试件盒101及试件106的对中过程，如图4所示。作动器103的作用就是为试件106提供某一方向的载荷，在进行三轴试验时，只需在一个方向上为试件106提供载荷；在进行真三轴试验时，需要在三个方向上为试件106提供载荷，且每个方向上的载荷大小可以不相同，在本实施例中，设置有6个作动器103，分别对应试件106的六个平面，即试件106的三个方向上均有一对相互对立的作动器103，每个作动器103都能为试件106提供不同的载荷，从而使得本试验机可以对试件106的三个方向进行独立的加载或卸载操作，有利于进行各种载荷大小的三轴试验或真三轴试验或岩爆试验。在本实施例中，如图5所示，所述每个作动器103上均设置有行程传感器118设置，用于监测和控制作动器103的行程；所述载荷传感器117设置在作动器103的输出轴103-1上，用于监测并记录每个作动器103输出的载荷大小，以便精确的控制实验的进行，在本实施例中，所述行程传感器118采用的是美国MTS磁致伸缩位移传感器，其行程为150mm或300mm，所述载荷传感器117选用的是美国进口interface 1200系列高精度力传感器，该系列载荷传感器117最大额定载荷达到9000KN，精度高，重复性好，能够最大限度的减小误差，精确地记录数据，从而保证良好的试验效果。
具体而言，在本实施例中，所述上横梁100-2上设置的是频率为20Hz、振幅为0.2mm、行程为300mm、最大输出载荷为2000kN的动态第一伺服作动器103-1，所述动态伺服作动器103可输出正弦波、三角波、方波、爆破振动波/岩爆波等波形的载荷。
在本实施例中，所述下横梁100-3上设置的是行程为300mm、最大输出载荷为2000kN的静态第二伺服作动器103-2；
在本实施例中，两个所述水平横向框架100-6上分别设置的是行程为150mm、最大输出载荷为3000kN的静态第三伺服作动器103-3及第四伺服作动器103-4。
在本实施例中，两个所述水平纵向框架100-7上分别设置的是行程为150mm、最大输出载荷为2000kN的静态第五伺服作动器103-5及第六伺服作动器103-6。
如图6所示，所述试件盒101固定在所述试件盒底座102-3上，所述试件盒底座102-3固定在地基基础上，试件盒101上设置有吊耳109，便于进行吊装，所述试件盒101用于安装、定位试件106，使得试件106的几何中心0＇＇与试件盒101的几何中心0＇重合；试件盒101可利用试件盒底座102-3调整的水平度和轴向高度，使得试件盒101的几何中心O＇与所述点O重合，同时使得试件106的任意一个面与任意一个作动器103的轴线垂直。在本实施例中，在试验机组装完成之后，轴向框架100-1及水平框架100-5上的六个作动器103的轴线都是相交于一点O，且不同方向上的作动器103的轴线相互垂直，在进行试验之前，需要将试件106装入试件盒101内，此时只需将试件106设置在试件盒101的中心，使得试件106的几何中心0＇＇与试件盒101的几何中心0＇重合即可，如图7及图8所示，此时，六个作动器103的载荷方向都是向着试件盒101的几何中心的，这样有利于获得更好的试验效果；当试件盒101装入试验机内后，通过调整试件盒底座102-3的水平度和轴向高度，就可以使试件盒101的几何中心O＇与所述点O重合，此时试件106的几何中心0＇＇与所述点O是重合在一起的，此时几何中心的对中已完成，但这还不够，因为作动器103的轴线如果没有与试件106上与之接触的面相垂直，那么该试件106表面就会出现受力不均的现象，且会因为接触位置的不同，导致作动器103输出的载荷的方向偏离试件盒101的几何中心，从而使得试件106的对中效果不好，进而影响试验的效果；而在本实施例中，所有的试件106都是规则的正方体或长方体，故在本实施例中，还需水平转动试件106，使得试件106的任意一个面与任意一个作动器103的轴线垂直，那么剩余的五个面就分别与剩余的五个作动器103的轴线垂直了，这样就完成了试件106与作动器103的对中过程，如图9所示，此对中过程不仅简洁、方便，而且对中准确、对中效果好，有利于本试验机顺利地完成三轴试验或真三轴试验或岩爆试验。
在本实施例中，所述试件盒底座102-3包括基础板102-4和若干支撑柱102-5，所述基础板102-4固定在地基基础上，所述若干支撑柱102-5相互平行且竖直的设置在基础板102-4上，所述支撑柱102-5穿过所述下横梁100-3，且不与下横梁100-3相接触，每根所述支撑柱102-5上均设置有一根试件柱102-6，所述试件盒101安装在所述试件柱102-6上，所述试件盒底座102-3能通过试件柱102-6调节水平度及沿轴向的高度，并锁紧在试件柱102-6上。具体而言，在本实施例中，包括四根支撑柱102-5，如图10所示，所述基础板102-4是固定在一套独立的地基基础之上的，由于在试验时，各框架均会发生微小变形，故所述试件盒底座102-3不与轴向框架100-1及水平框架100-5相接触，以免影响试验的效果；进一步地，在本实施例中，所述试件柱102-6上设置有外螺纹，试件盒底座102-3利用垫片和螺母102-9可以实现对试件盒101水平度及轴向高度的调整，使得试件盒101的几何中心O＇与所述点O重合，最后利用螺母102-9将试件盒101锁紧在试件柱102-6上。
进一步地，在本实施例中，为了提高整个试验机的刚度，所述水平横向框架100-6与水平纵向框架100-7的连接，以及轴向框架100-1与轴向框架底座102-1之间的连接，以及水平框架100-5与水平框架底座102-2之间的连接均采用的是高强度螺栓连接。
实施例2
如图11或如图12所示，本实施例2与上述实施例1的主要区别在于，在本实施例中，所述试件盒101为真三轴试件盒112，所述真三轴试件盒112包括自定心压头112-1、压轴112-2、压块112-3、盒体112-4、盒体支架112-5、试件变形传感器119，其中，
所述盒体112-4通过上盖、下盖以及侧壁围成长方体或正方体结构；所述盒体112-4的每个面上都设置有一个所述自定心压头112-1，所述自定心压头112-1连接着所述压轴112-2的一端，压轴112-2的另一端穿过盒体112-4，延伸进盒体112-4内部，并连接在所述压块112-3上，所述压块112-3用于压在试件106的一个面上。在本实施例中，所述盒体112-4呈长方体结构，如图11所示，盒体112-4有六个面，故有六个自定心压头112-1，试件106放置在试件盒101的内部，试件106的每个面上分别压着所述压块112-3，所述压块112-3通过所述压轴112-2分别连接在所述自定心压头112-1上，当试件盒101安装在试件盒底座102-3之后，各方向的作动器103的输出轴103-1分别连接在应对的自定心压头112-1上，从而便于各作动器103的输出载荷传递到试件106上，如图12所示。
所述自定心压头112-1上设置有预紧螺钉112-6和防转导杆112-7，所述预紧螺钉112-6用于调整内部试件106的位置，使得试件106的几何中心O＇＇与试件盒101的几何中心O＇重合，并将自定心压头112-1预紧在盒体112-4上，所述防转导杆112-7用于防止自定心压头112-1转动，以保持试件106的对中效果；所述自定心压头112-1上与作动器103相接触的面上设置有球面凹槽114，所述球面凹槽114可补偿作动器103的加载方向与自定心压头112-1表面的不垂直度误差；所述自定心压头112-1的侧面设置有两个相互对立的传感器支架112-8，所述试件变形传感器119的两端分别固定在相互对立的两个自定心压头112-1的传感器支架112-8上，以监测试件106在三个方向上的变形值。具体如图12所示，通常是在试验机的外部将试件盒101内的试件106对中之后，再将其吊装进试验机中，在本实施例中，由于有六个自定心压头112-1，那么利用自定心压头112-1上的预紧螺钉112-6就可以调整内部的试件106位置，使得试件106的几何中心O＇＇与真三轴试件盒112的几何中心O＇相重合，而由前文可以，试件盒101的几何中心O＇是与试验机中六个作动器103的轴线的交点O相重合的，故当真三轴试件盒112装入试验机之后，所述试件106的几何中心O＇＇与真三轴试件盒112的几何中心O＇以及六个作动器103的轴线的交点O重合为一点，由于试件106已预紧在真三轴试件盒112上，故此时六个作动器103的轴线是分别垂直于试件106的六个面的，至此已经完全地完成了试件106的对中过程，可以直接开始进行真三轴试验；而在试验过程中，试件106在三个方向(即垂直于试件106表面的三个方向)上的变形值会被试件变形传感器119探测并记录下来，便于后期试验数据的分析。
如图13所示，所述压轴112-2与压块112-3之间通过导向键112-9及止口112-10实现连接，便于快速安装或拆卸。所述压块112-3是直接接触并压在试件106的一个面上的，试件106有六个面，故本实施例中包含六个压块112-3，并分别压在试件106的六个面上，在在更换试件106时，只需更换六个方向的试件106压块112-3即可，而试件106压块112-3通过导向键112-9和止口112-10的形式与压轴112-2连接在一起，不用紧固螺钉，故在更换时能实现压块112-3的快速安装或拆卸，从而极大地简化了试件106的安装流程。
所述盒体112-4设置在所述盒体支架112-5上，所述盒体支架112-5对所述盒体112-4提供支撑作用，盒体支架112-5上设置有若干通孔，所述通孔可以套在所述试件柱102-6上，从而实现对试件盒101的固定。在本实施例中，所述试件柱102-6上设置有外螺纹，利用垫片和螺母102-9可以实现对真三轴试件盒112水平度及轴向高度的调整，使得真三轴试件盒112的几何中心O＇与所述点O重合，最后利用螺母102-9将真三轴试件盒112锁紧在试件柱102-6上。
实施例3
如图14或如图15所示，本实施例3与上述实施例1的主要区别在于，在本实施例中，所述试件盒101为岩爆试件盒113，所述岩爆试件盒113包括自定心压头112-1、压轴112-2、压块112-3、活动压块113-3、盒体112-4、盒体支架112-5，其中，
所述盒体112-4呈长方体或正方体结构，所述盒体112-4的一个侧面不封闭或设置有开口，便于观察岩爆现象，在所述侧面内，与之对应的作动器103通过所述活动压块113-3与试件106对准，并将载荷传递到试件106上，所述活动压块113-3上设置有球面凹槽114，用于补偿作动器103的加载方向与活动压块113-3表面的不垂直度误差；其余五个面均封闭，且每个面上分别设置有一个所述自定心压头112-1，所述自定心压头112-1连接着所述压轴112-2的一端，压轴112-2的另一端穿过盒体112-4，延伸进盒体112-4内部，并连接在所述压块112-3上，所述压块112-3分别压在试件106的五个面上，使得试件106的几何中心O＇＇与试件盒101的几何中心O＇相重合。在本实施例中，所述压块112-3进行对中的过程与实施例2相同，这里不再赘述；在进行岩爆试验时，所述五个面所对应的作动器103会持续地输出载荷，以维持面上的压力；而活动压块113-3所对应的是第三伺服作动器103-3，在试件106定位完成之后，所述第三伺服作动器103-3预压在活动压块113-3上的，在试验开始之后，所述六个作动器103分别对试件106的六个面施加载荷，当载荷达到设定值后，第三伺服作动器103-3快速卸载并离开活动压块113-3，活动压块113-3在重力的作用下自由下落，使得与之相接触到试件106表面形成自由面，其余作动器103的压力保持不变或持续增加，此时，由于突然出现的自由面，试件106中积聚的能量得以突然释放，从而实现岩爆的模拟，在这个过程中，可以设置高速摄像机记录岩爆的过程，便于后期分析；在本实施例中，第三伺服作动器103-3的最大速度为7mm/s，活动滑块上的凹槽的深度可设定为3～4mm，可使活动压块113-3完全自由掉落，活动压块113-3掉落开始掉落到试件106的表面完全暴露的时间间隔约为200ms，完全不会影响岩爆过程，也不会影响对岩爆的观察。
所述自定心压头112-1上设置有预紧螺钉112-6和防转导杆112-7，所述预紧螺钉112-6用于将自定心压头112-1预紧在盒体112-4上，所述防转导杆112-7用于防止自定心压头112-1转动，以保持试件106的对中效果；所述自定心压头112-1上与作动器103相接触的面上设置有球面凹槽114，所述球面凹槽114可补偿作动器103的加载方向与自定心压头112-1表面的不垂直度误差。所述预紧螺钉112-6和防转导杆112-7分别与实施例2中的预紧螺钉112-6及防转导杆112-7的作用相同，这里不再赘述。
所述压轴112-2与压块112-3之间通过导向键112-9及止口112-10实现连接，便于试件106的快速安装或拆卸。
所述盒体112-4设置在所述盒体支架112-5上，所述盒体支架112-5对所述盒体112-4提供支撑作用，盒体支架112-5上设置有若干通孔，所述通孔可以套在所述试件柱102-6上，从而实现对试件盒101的固定。在本实施例中，所述盒体支架112-5与实施例2中的盒体支架112-5相同，试件柱102-6上设置有外螺纹，利用垫片和螺母102-9可以实现对岩爆试件盒113水平度及轴向高度的调整，使得岩爆试件盒113的几何中心O＇与所述点O重合，最后利用螺母102-9将岩爆试件盒113锁紧在试件柱102-6上。
如图15所示，还包括定位油缸113-1、油缸支架113-2，所述油缸支架113-2设置在所述盒体支架112-5上或所述试件柱102-6上，所述油缸支架113-2上设置有活动托板113-4，所述定位油缸113-1设置在所述油缸支架113-2上，所述活动托板113-4在所述定位油缸113-1的作用下，将所述活动压块113-3托举到合适高度，使得活动压块113-3与试件106完成对中。由于活动压块113-3在试验过程中是需要自由掉落的，故在活动压块113-3与试件106对中的过程中，需要利用定位油缸113-1的输出轴103-1将活动压块113-3托举到合适的位置，使得活动压块113-3与试件106对准；定位油缸113-1通过活动托板113-4托举活动压块113-3，会使得载荷更均匀，能是活动压块113-3水平、平稳地上升；当活动压块113-3与试件106对准之后，利用所述第三伺服作动器103-3将活动压块113-3预压在试件106上，可以实现活动压块113-3的固定，此时，定位油缸113-1的输出轴103-1会回缩到最低位，活动托板113-4也会因失去支撑作用而下落，从而避免影响后续活动压块113-3的自由掉落过程。
实施例4
本实施例包括一种试验系统，所述试验系统包括试验机、伺服液压单元、冷却单元、控制单元，其中，
所述伺服液压单元分别连接着试验机中的所述升降油缸104、锁紧油缸105、六个作动器103和/或定位油缸113-1，并为其提供压力源；
所述冷却单元用于为所述伺服液压单元中的油源进行降温；以使试验系统在长时间工作时也能将温度控制在一定范围内，从而确保试验的正常进行。
所述控制单元分别连接着试验机中的各传感器、油缸以及作动器103，控制单元从传感器中获取试验数据，并分别控制各油缸及各作动器103的行程。具体而言，在本实施例中，控制单元分别连接着机架变形传感器115、试件变形传感器119、定位传感器116、载荷传感器117以及行程传感器118，便于从各传感器中获取并记录试验数据；同时所述控制单元还分别连接在所述升降油缸104、锁紧油缸105、六个作动器103和/或定位油缸113-1的伺服阀上，通过控制伺服阀，分别实现对各油缸及作动器103内油源压力及流量的控制，从而实现对行程或输出载荷的控制；所述控制单元使得本试验系统的数据采集更全面，对油缸及作动器103的控制更精确，有利于更加方便、精确地完成三轴试验或真三轴试验或岩爆试验。
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。
Claims (9)
1.一种三轴试验机，其特征在于，包括加载框架、试件盒、底座、六个作动器，其中，
所述底座包括轴向框架底座、水平框架底座、试件盒底座，所述轴向框架底座、水平框架底座以及试件盒底座分别设置在三套独立的地基基础上；所述加载框架包括轴向框架、水平框架，所述轴向框架设置于轴向框架底座，水平框架设置于水平框架底座，六个作动器分别设置于轴向框架和水平框架上，六个所述作动器的轴线相交于一点O，六个所述作动器用于向所述试件盒内的试件提供垂直于试件六个表面的六个载荷，使得垂直于试件表面的三个方向上具有独立加载/卸载能力；所述作动器上设置有载荷传感器及行程传感器；所述试件盒固定在所述试件盒底座上，所述试件盒用于安装、定位试件，使得试件的几何中心O＇＇与试件盒的几何中心O＇重合；试件盒可利用试件盒底座调整的水平度和轴向高度，使得试件盒的几何中心O＇与所述点O重合，同时使得试件的任意一个面与任意一个作动器的轴线垂直；
所述轴向框架包括上横梁、下横梁以及至少两根立柱，所述立柱相互平行且竖直地设置在下横梁上，所述下横梁连接在所述轴向框架底座上，所述上横梁设置在所述立柱上，并在升降油缸的驱动下可沿立柱上下滑动，滑动到指定位置后通过锁紧油缸锁紧固定；所述水平框架设置于所述上横梁与下横梁之间，所述水平框架由两个水平横向框架和两个水平纵向框架构成回字形结构；六个作动器分别设置于所述上横梁、下横梁、两个水平横向框架以及两个水平纵向框架上；上横梁、下横梁以及水平框架上分别设置有机架变形传感器，水平框架上还设置有定位传感器；
所述试件盒为真三轴试件盒，所述真三轴试件盒包括自定心压头、压轴、压块、盒体、盒体支架、试件变形传感器，其中，所述盒体通过上盖、下盖以及侧壁围成长方体或正方体结构；所述盒体的每个面上都设置有一个所述自定心压头，所述自定心压头连接着所述压轴的一端，压轴的另一端穿过盒体，延伸进盒体内部，并连接在所述压块上，所述压块用于压在试件的一个面上；所述自定心压头上设置有预紧螺钉和防转导杆，所述预紧螺钉用于调整内部试件的位置，使得试件的几何中心O＇＇与试件盒的几何中心O＇重合，并将自定心压头预紧在盒体上，所述防转导杆用于防止自定心压头转动，以保持试件的对中效果；所述自定心压头上与作动器相接触的面上设置有球面凹槽，所述球面凹槽用于补偿作动器的加载方向与自定心压头表面的不垂直度误差；所述自定心压头的侧面设置有两个相互对立的传感器支架，所述试件变形传感器的两端分别固定在相互对立的两个自定心压头的传感器支架上，以监测试件在三个方向上的变形值；所述压轴与压块之间通过导向键及止口实现连接；所述盒体设置在所述盒体支架上，所述盒体支架对所述盒体提供支撑作用，盒体支架上设置有若干通孔，所述通孔用于套在试件柱上，从而实现对试件盒的固定。
2.根据权利要求1所述的三轴试验机，其特征在于，所述轴向框架及水平框架均采用压力锻造而成。
3.根据权利要求1所述的三轴试验机，其特征在于，所述试件盒底座包括基础板和若干支撑柱，所述基础板固定在地基基础上，所述若干支撑柱相互平行且竖直的设置在基础板上，所述支撑柱穿过所述下横梁，且不与下横梁相接触，每根所述支撑柱上均设置有一根试件柱，所述试件盒安装在所述试件柱上。
4.一种试验系统，其特征在于，包括权利要求1-3任一所述的三轴试验机，以及伺服液压单元、冷却单元、控制单元，其中，
所述伺服液压单元分别连接着三轴试验机中的升降油缸、锁紧油缸、六个作动器，并为其提供压力源；
所述冷却单元用于为所述伺服液压单元中的油源进行降温；
所述控制单元分别连接着三轴试验机中的各传感器、油缸以及作动器，控制单元从传感器中获取试验数据，并分别控制各油缸及各作动器的行程。
5.一种三轴试验机，其特征在于，包括加载框架、试件盒、底座、六个作动器，其中，
所述底座包括轴向框架底座、水平框架底座、试件盒底座，所述轴向框架底座、水平框架底座以及试件盒底座分别设置在三套独立的地基基础上；所述加载框架包括轴向框架、水平框架，所述轴向框架设置于轴向框架底座，水平框架设置于水平框架底座，六个作动器分别设置于轴向框架和水平框架上，六个所述作动器的轴线相交于一点O，六个所述作动器用于向所述试件盒内的试件提供垂直于试件六个表面的六个载荷，使得垂直于试件表面的三个方向上具有独立加载/卸载能力；所述作动器上设置有载荷传感器及行程传感器；所述试件盒固定在所述试件盒底座上，所述试件盒用于安装、定位试件，使得试件的几何中心O＇＇与试件盒的几何中心O＇重合；试件盒可利用试件盒底座调整的水平度和轴向高度，使得试件盒的几何中心O＇与所述点O重合，同时使得试件的任意一个面与任意一个作动器的轴线垂直；
所述轴向框架包括上横梁、下横梁以及至少两根立柱，所述立柱相互平行且竖直地设置在下横梁上，所述下横梁连接在所述轴向框架底座上，所述上横梁设置在所述立柱上，并在升降油缸的驱动下可沿立柱上下滑动，滑动到指定位置后通过锁紧油缸锁紧固定；所述水平框架设置于所述上横梁与下横梁之间，所述水平框架由两个水平横向框架和两个水平纵向框架构成回字形结构；六个作动器分别设置于所述上横梁、下横梁、两个水平横向框架以及两个水平纵向框架上；上横梁、下横梁以及水平框架上分别设置有机架变形传感器，水平框架上还设置有定位传感器；
所述试件盒为岩爆试件盒，所述岩爆试件盒包括自定心压头、压轴、压块、活动压块、盒体、盒体支架，其中，所述盒体呈长方体或正方体结构，所述盒体的一个侧面不封闭或设置有开口，便于观察岩爆现象，在所述侧面内，与之对应的作动器通过所述活动压块与试件对准，并将载荷传递到试件上，所述活动压块上设置有球面凹槽，用于补偿作动器的加载方向与活动压块表面的不垂直度误差；其余五个面均封闭，且每个面上分别设置有一个所述自定心压头，所述自定心压头连接着所述压轴的一端，压轴的另一端穿过盒体，延伸进盒体内部，并连接在所述压块上，所述压块分别压在试件的五个面上，使得试件的几何中心O＇＇与岩爆试件盒的几何中心O＇相重合；所述自定心压头上设置有预紧螺钉和防转导杆，所述预紧螺钉用于将自定心压头预紧在盒体上，所述防转导杆用于防止自定心压头转动，以保持试件的对中效果；所述自定心压头上与作动器相接触的面上设置有球面凹槽，所述球面凹槽可补偿作动器的加载方向与自定心压头表面的不垂直度误差；所述压轴与压块之间通过导向键及止口实现连接，便于试件的快速安装或拆卸；所述盒体设置在所述盒体支架上，所述盒体支架对所述盒体提供支撑作用，盒体支架上设置有若干通孔，所述通孔可以套在试件柱上，从而实现对试件盒的固定。
6.根据权利要求5所述的三轴试验机，其特征在于，所述轴向框架及水平框架均采用压力锻造而成。
7.根据权利要求5所述的三轴试验机，其特征在于，所述试件盒底座包括基础板和若干支撑柱，所述基础板固定在地基基础上，所述若干支撑柱相互平行且竖直的设置在基础板上，所述支撑柱穿过所述下横梁，且不与下横梁相接触，每根所述支撑柱上均设置有一根试件柱，所述试件盒安装在所述试件柱上。
8.根据权利要求5所述的三轴试验机，其特征在于，还包括定位油缸、油缸支架，所述油缸支架设置在所述盒体支架上或所述试件柱上，所述油缸支架上设置有活动托板，所述定位油缸设置在所述油缸支架上，所述活动托板在所述定位油缸的作用下，将所述活动压块托举到合适高度，使得活动压块与试件完成对中。
9.一种试验系统，其特征在于，包括权利要求5-8任一所述的三轴试验机，以及伺服液压单元、冷却单元、控制单元，其中，
所述伺服液压单元分别连接着三轴试验机中的升降油缸、锁紧油缸、六个作动器，并为其提供压力源；
所述冷却单元用于为所述伺服液压单元中的油源进行降温；
所述控制单元分别连接着三轴试验机中的各传感器、油缸以及作动器，控制单元从传感器中获取试验数据，并分别控制各油缸及各作动器的行程。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201711394430.6A CN107941615B (zh) | 2017-12-21 | 2017-12-21 | 一种三轴试验机及试验系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201711394430.6A CN107941615B (zh) | 2017-12-21 | 2017-12-21 | 一种三轴试验机及试验系统 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN107941615A CN107941615A (zh) | 2018-04-20 |
| CN107941615B true CN107941615B (zh) | 2024-03-19 |
Family
ID=61941655
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201711394430.6A Active CN107941615B (zh) | 2017-12-21 | 2017-12-21 | 一种三轴试验机及试验系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN107941615B (zh) |
Families Citing this family (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108918284A (zh) * | 2018-07-25 | 2018-11-30 | 重庆大学 | 一种可视化真三轴实验装置 |
| CN109297812A (zh) * | 2018-09-28 | 2019-02-01 | 西北工业大学 | 三轴双向压缩加载方法及其系统 |
| CN109632479A (zh) * | 2018-12-14 | 2019-04-16 | 华北水利水电大学 | 一种真三轴动态压力试验机及试验方法 |
| CN109827849A (zh) * | 2019-04-02 | 2019-05-31 | 贵州大学 | 一种携带式真三轴试验机结构及操作方法 |
| CN109916722A (zh) * | 2019-04-22 | 2019-06-21 | 东北大学 | 一种适用于真三轴试验机的双层同心式加载框架结构 |
| CN110220770A (zh) * | 2019-07-14 | 2019-09-10 | 湖南军成科技有限公司 | 一种三维地质力学模型仿真系统 |
| CN110220761A (zh) * | 2019-07-14 | 2019-09-10 | 湖南军成科技有限公司 | 一种可调式地质力学试样装配与传力系统 |
| CN110243671A (zh) * | 2019-07-14 | 2019-09-17 | 湖南军成科技有限公司 | 一种三轴受力与反作用力结构 |
| CN111077017A (zh) * | 2019-12-30 | 2020-04-28 | 黑龙江科技大学 | 一种单方向卸载煤层瓦斯突出模拟装置 |
| CN112146993A (zh) * | 2020-10-27 | 2020-12-29 | 中国科学院地质与地球物理研究所 | 岩石力学三轴试验机 |
| CN112858016A (zh) * | 2021-01-04 | 2021-05-28 | 曾令锋 | 一种建筑桩基检测装置 |
| CN113075045A (zh) * | 2021-03-29 | 2021-07-06 | 绍兴文理学院 | 一种实现应力和刚度协调控制的真三轴试验机及控制方法 |
| CN114034544A (zh) * | 2021-11-16 | 2022-02-11 | 广东科杰技术股份有限公司 | 一种导轨副的测试工装、测试机及测试方法 |
Citations (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102607950A (zh) * | 2012-03-05 | 2012-07-25 | 山东科技大学 | 一种岩石剪切渗流耦合真三轴试验系统 |
| CN102636382A (zh) * | 2012-03-31 | 2012-08-15 | 中国矿业大学(北京) | 模拟冲击型岩爆实验设备 |
| CN103969107A (zh) * | 2014-05-06 | 2014-08-06 | 广西大学 | 高压伺服动真三轴试验机 |
| CN203798658U (zh) * | 2014-05-06 | 2014-08-27 | 广西大学 | 高压伺服动真三轴试验机 |
| CN104344997A (zh) * | 2014-11-04 | 2015-02-11 | 同济大学 | 一种用于三轴试验的被动式约束加载装置 |
| CN105092449A (zh) * | 2015-07-14 | 2015-11-25 | 山东科技大学 | 基于水的热流固耦合煤体真三轴剪切渗流实验装置及其实验方法 |
| CN106198264A (zh) * | 2016-06-30 | 2016-12-07 | 安徽理工大学 | 一种真三轴岩石加卸载扰动实验装置及其使用方法 |
| CN106289995A (zh) * | 2016-10-14 | 2017-01-04 | 中南大学 | 一种岩石类材料真三轴试验系统 |
| CN106596295A (zh) * | 2017-01-13 | 2017-04-26 | 中国矿业大学(北京) | 一种变角度负温岩石直剪仪及试验操作方法 |
| CN106840892A (zh) * | 2017-03-20 | 2017-06-13 | 中国矿业大学 | 一种煤岩样真三轴竖向动静加载试验机 |
| CN207730551U (zh) * | 2017-12-21 | 2018-08-14 | 四川德翔科创仪器有限公司 | 用于真三轴试验的试件固定装置 |
| CN207798559U (zh) * | 2017-12-21 | 2018-08-31 | 四川德翔科创仪器有限公司 | 一种三轴试验机及试验系统 |
-
2017
- 2017-12-21 CN CN201711394430.6A patent/CN107941615B/zh active Active
Patent Citations (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102607950A (zh) * | 2012-03-05 | 2012-07-25 | 山东科技大学 | 一种岩石剪切渗流耦合真三轴试验系统 |
| CN102636382A (zh) * | 2012-03-31 | 2012-08-15 | 中国矿业大学(北京) | 模拟冲击型岩爆实验设备 |
| CN103969107A (zh) * | 2014-05-06 | 2014-08-06 | 广西大学 | 高压伺服动真三轴试验机 |
| CN203798658U (zh) * | 2014-05-06 | 2014-08-27 | 广西大学 | 高压伺服动真三轴试验机 |
| CN104344997A (zh) * | 2014-11-04 | 2015-02-11 | 同济大学 | 一种用于三轴试验的被动式约束加载装置 |
| CN105092449A (zh) * | 2015-07-14 | 2015-11-25 | 山东科技大学 | 基于水的热流固耦合煤体真三轴剪切渗流实验装置及其实验方法 |
| CN106198264A (zh) * | 2016-06-30 | 2016-12-07 | 安徽理工大学 | 一种真三轴岩石加卸载扰动实验装置及其使用方法 |
| CN106289995A (zh) * | 2016-10-14 | 2017-01-04 | 中南大学 | 一种岩石类材料真三轴试验系统 |
| CN106596295A (zh) * | 2017-01-13 | 2017-04-26 | 中国矿业大学(北京) | 一种变角度负温岩石直剪仪及试验操作方法 |
| CN106840892A (zh) * | 2017-03-20 | 2017-06-13 | 中国矿业大学 | 一种煤岩样真三轴竖向动静加载试验机 |
| CN207730551U (zh) * | 2017-12-21 | 2018-08-14 | 四川德翔科创仪器有限公司 | 用于真三轴试验的试件固定装置 |
| CN207798559U (zh) * | 2017-12-21 | 2018-08-31 | 四川德翔科创仪器有限公司 | 一种三轴试验机及试验系统 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 岩石真三轴扰动诱变实验系统研制及应用;杜坤;李夕兵;马春德;;实验技术与管理;20141220(第12期);P35-39 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN107941615A (zh) | 2018-04-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107941615B (zh) | 一种三轴试验机及试验系统 | |
| CN207798559U (zh) | 一种三轴试验机及试验系统 | |
| CN110595909B (zh) | 模拟深部岩体不同温度影响下的真三轴试验系统及方法 | |
| WO2020010854A1 (zh) | 一种岩石冲击加载-卸围压力学试验系统及其使用方法 | |
| CN103335895B (zh) | 多尺度岩石直剪仪 | |
| AU2020101815A4 (en) | An experimental instrument for rock mass tension and compression synergy | |
| CN110018056B (zh) | 一种砂岩储层孔眼稳定性评价实验装置及方法 | |
| CN108801804A (zh) | 一种可施加围压的竖向剪切面环剪试验仪 | |
| CN203259425U (zh) | 一种大型粗粒料叠环式水平循环单剪设备 | |
| CN103398908A (zh) | 钢-混凝土组合柱的抗震抗扭试验加载装置及制作方法 | |
| CN103645096A (zh) | 可变尺寸的真三轴试验机 | |
| CN102353592A (zh) | 现场伺服控制岩体真三轴试验装置 | |
| CN113484163B (zh) | 多层材料剪切的流变松弛耦合冲击扰动测试装置及方法 | |
| AU2021101004A4 (en) | Tensile-shear tester for frozen soil | |
| CN105466758A (zh) | 可消除摩擦影响且可对柱轴力进行控制的加载装置及方法 | |
| CN105806721A (zh) | 一种大型岩土体原位直剪试验装置 | |
| CN203376215U (zh) | 适用于大跨度载荷和多尺度试样的岩石直剪仪 | |
| CN110174304A (zh) | 一种混凝土徐变多功能试验测试系统 | |
| CN106644329B (zh) | 一种高精度动态测量的120mn桥梁支座测试机 | |
| US20240068917A1 (en) | Collaborative testing system for elastic wave and tensile damage of rock | |
| CN106950348B (zh) | 土工离心模型试验用液压固结装置和方法 | |
| CN111521364B (zh) | 近断层地震动作用下桥梁损伤破坏模拟装置及其模拟方法 | |
| CN114674688B (zh) | 适用于真三轴霍普金森压杆的瞬态卸荷试验装置及方法 | |
| CN116296868A (zh) | 深部岩石原位环境重构与三维力热声震流一体化测试方法 | |
| CN115436191A (zh) | 一种结合光弹试验研究岩石结构面剪切力学特性的试验方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |