CN111458214B - 一种大尺寸冻土真三轴加载试验装置 - Google Patents
一种大尺寸冻土真三轴加载试验装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111458214B CN111458214B CN202010360186.7A CN202010360186A CN111458214B CN 111458214 B CN111458214 B CN 111458214B CN 202010360186 A CN202010360186 A CN 202010360186A CN 111458214 B CN111458214 B CN 111458214B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- loading
- horizontal
- hydraulic
- hydraulic cylinder
- vertical
- 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
- 238000011068 loading method Methods 0.000 title claims abstract description 263
- 238000012360 testing method Methods 0.000 title claims abstract description 96
- 239000002689 soil Substances 0.000 title claims abstract description 32
- 230000003068 static effect Effects 0.000 claims abstract description 60
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims abstract description 22
- 239000003921 oil Substances 0.000 claims description 28
- 239000010720 hydraulic oil Substances 0.000 claims description 22
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 20
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 19
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 10
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims description 9
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 8
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims description 7
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims description 6
- 230000004044 response Effects 0.000 claims description 6
- 238000013401 experimental design Methods 0.000 claims description 5
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 5
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 5
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 claims description 5
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 3
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 3
- 238000005266 casting Methods 0.000 claims description 3
- 238000000605 extraction Methods 0.000 claims description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 3
- 231100000817 safety factor Toxicity 0.000 claims description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 abstract description 3
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 abstract description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 6
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000013461 design Methods 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 4
- 238000007710 freezing Methods 0.000 description 4
- 230000008014 freezing Effects 0.000 description 4
- 238000010257 thawing Methods 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 3
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 2
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 2
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 2
- 230000001808 coupling effect Effects 0.000 description 2
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 2
- 238000007405 data analysis Methods 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 2
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 238000012806 monitoring device Methods 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 238000011085 pressure filtration Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 230000005476 size effect Effects 0.000 description 1
Images
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
- G01N3/02—Details
-
- 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
-
- 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
- G01N3/32—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying repeated or pulsating forces
- G01N3/36—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying repeated or pulsating forces generated by pneumatic or hydraulic means
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
本发明属于土工试验设备技术领域，涉及一种大尺寸冻土真三轴加载试验装置，采用三方向主应力独立控制加载模式，能够很好模拟地质环境中实际存在的三维地应力状态；竖向主应力由一个竖向加载装置施加，水平主应力由两个水平加载装置施加，在三向主应力作用下，均允许试件在三个方向自由变形；其结构简单，操作方便，垂直加载系统采用动、静组合加载方式，水平加载四个方位全部采用液压缸加载方式，静态加载三轴方向全部独立控制，每个方向液压缸均可以同步运动和异步运动，每个加载点既可以使用位移控制加载也可以使用试验力控制加载，三轴方向试验时，可实现长时间稳压状态，保压精度达到±0.5％。
Description
技术领域:
本发明属于土工试验设备技术领域，涉及一种大尺寸冻土真三轴加载试验装置，特别是研究寒区工程地质环境开放系统三维应力状态的大尺寸真三维加载系统。
背景技术:
目前，国内外尚无集单向冻融试验功能、低温静、动三轴试验(普通三轴试验、真三轴试验)于一体的多功能试验装备，此外现行冻融试验装备只能实现系统的单向开放且为k0状态试验，实际的水平自由场地的地应力状态为σ1＞σ2＝σ3，而边坡或水平非自由场地的地应力状态为σ1＞σ2＞σ3，现行低温静、动三轴试验状态只能模拟前者，因此试验结果仅可研究水平自由场地问题，而不适用于研究边坡或非自由场地问题,同时因为试件较小而避免不了试件尺寸效应对试验结果的影响，因此完成不了实际复杂应力条件下三维开放系统冻融试验，并且更实现不了试验中对试件内部结构、温度、水分、冰晶、盐分等动态监测与实时显示，不能用于研究上述多场耦合作用与互馈效应问题。例如中国专利201811367399.1公开了桩与锚杆三轴冻融试验装置，包括支撑平台，所述支撑平台的上方设置有动载监测装置，所述支撑平台的上表面设置有土样环境模拟室，所述土样环境模拟室的内部设置有土体，所述土体中插接有试验件；201811080558.X公开了一种冻融试验中对岩石试件施加预应力的装置，包括冻融试验箱、液压系统和控制系统，所述冻融试验箱内设置有试件支撑架和冷冻管，试件支撑架顶部的左、右两侧分别设置有左压板和右压板，左压板和右压板通过液压系统推动相向靠拢或相背远离而对试件加载或卸载，所述控制系统与液压系统控制连接；201710733142.2公开了混凝土冻融试验装置及试验方法，包括试验箱，所述试验箱包括上容纳室和下容纳室；所述隔离板上固定有第三液压缸；所述第三液压缸的伸缩端固定连接有U型槽；所述上容纳室的顶面上设置有下料装置；所述试验箱的顶面固定有调节机构；所述上容纳室的侧壁上固定有第一液压缸、第二液压缸；所述第一液压缸的伸缩端固定有第一挤压块；所述第二液压缸的伸缩端固定有第二挤压块；所述第一挤压块与容纳室的内侧壁之间以及第二挤压块与容纳室的内侧壁之间分别固定有压力测量装置；所述上容纳室内固定有制冷风机；所述试验箱的上部侧壁固定有电气箱。
发明内容：
本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，设计提供一种寒区工程地质环境下多场耦合作用的大尺寸冻土真三轴加载试验装置，实现三主应力独立控制加载模式，并且实现竖向任意强度的静力加载、随机振动加载、简谐振动加载，此外还能够精确获得三主应力方向的主应变，即σ1产生的主应变ε1，σ2产生的主应变ε2，σ3产生的主应变ε3，其中σ1、σ2和σ3分别为X、Y、Z三个方向的主应力。
为了实现上述目的，本发明的主体结构包括主框架、加载系统、液压伺服系统、应力–应变测量系统和数据采集系统五大系统，其中主框架采用垂直加载系统反力架与底座铸造加工而成，垂直加载系统反力架与底座之间通过四根立柱采用固定螺母连接，框架铸造后整体正火加工处理，且所有面均进行切削加工，立柱采用45#钢材(调质HBS220-250)，其表面抛光后镀硬铬，固定螺母表面抛光后镀镍处理，保证外观光滑平整，主框架的长×宽×高为4700mm×3200mm×3400mm，重量为20吨，每根立柱的性能等级均达到12.9级，抗拉强度为1.2MPa；每个螺母性能等级达到12级，液压螺母锁紧，锁紧力达到1000kN，可消除拉伸力，水平加载系统反力架设置在垂直加载系统反力架与底座之间，水平加载系统反力架采用液压缸推出方式移动，便于试样铺设，易加工、易安装，受力结构稳定且设备紧凑，占地空间小；
加载系统由垂直加载系统和水平加载系统组成，垂直加载系统由静态加载液压缸、动态加载液压缸、垂直向压力传感器、位移传感器、加载压板、导向轴、防溢护板和护板液压缸组成，垂直加载压力为500kN，加载压板的尺寸为1000×1000mm，试样尺寸为1200×1200×1000mm，为避免水平加载边角效应问题，试样尺寸大于垂直加载板尺寸，每侧预留100mm为侧向加载空间，以防止水平加载时试样溢出；加载压板的外围设计有防溢护板，护板液压缸对称设置在防溢护板的两条边上，防溢护板随护板液压缸上下移动，加载压板上安装四支导向轴，保证加载压板无旋转，使垂直方向加载均匀，位移传感器设置在动态加载液压缸内部，动态加载液压缸安装在静态加载液压缸的活塞内，以满足并联加载方式，动、静加载方式互不干扰，可同时加载亦可分开加载，其中静态加载力为500kN，动态加载力为100kN，静态加载液压缸和动态加载液压缸的安全系数在2.5倍以上，减小试验过程中动态加载对静态加载的扰动，垂直向压力传感器安装在静态加载液压缸的底部，垂直压板设置在压力传感器下方；水平加载系统由第一水平加载液压缸、第二水平加载液压缸、水平向压力传感器、试验盒围板、直线减磨导轨、移动小车、围板导向、滚珠排、航空密封插头组成，第一水平加载液压缸和第二水平加载液压缸的加载均为液压缸加载，且为独立加载方式，每个方向的液压缸均可同步运动和异步运动，每个方向的液压缸均为500kN，水平加载系统采用框架式一体加载，前后左右均有独立的加载机构，前后两侧安装有第一水平加载液压缸，左右两侧安装第二水平加载液压缸，每一侧的试验盒围板采用滚珠排连接，结构紧凑，保证加载板沿滚珠排移动，试验盒围板组合为试验盒，底座上设有移动导轨，移动小车放置在移动导轨上，试验前用液压缸将移动小车推出，试样制备完成后，用移动小车将试样推至垂直中心位置，通过液压移动轮下降至工作台，完成试验准备工作；试验盒围板采用不锈钢板材焊接，为保证侧向加载时，试验盒围板能够随试样自由平移，在试验盒围板的侧面安装有万向滚珠排，减小摩擦，且每个滚珠均可承受一定的压力；每个试验盒围板安装八个航空密封插头，以方便试样内置传感器(温度、水分、盐分、应力和应变)数据线引出，每个航空密封插头均可承受大于3MPa的压力，保证无渗水；试验盒围板的一侧设有围板导向，直线减磨导轨安装在试验盒围板外侧的中心，分别和第一水平加载液压缸和第二水平加载液压缸相连；
所述液压伺服系统分为静态加载伺服系统和动态加载伺服系统，其中动态加载液压伺服系统和静态加载伺服系统均包括由液压油箱、吸油过滤、空气滤清器、油泵电机、高压过滤、单向阀、二位三通阀、溢流阀、压力开关、蓄能器、伺服阀、回油过滤、液压油缸和连接管路，动态加载液压伺服系统还包括液位控制计、液控单向阀和回油冷却，静态加载液压伺服系统还包括温度传感器、油冷机、蓄能器安全阀、叠加式液控单向阀和液压分流马达，各部件均采用通用连接方式进行连接，静态加载伺服系统和动态加载伺服系统均采用高精度进口元件，精度高并有可靠的稳定性，精度可达到0.05MPa，静态加载伺服系统响应频率可达100.0Hz，动态加载伺服系统响应频率高至290.0Hz，荷载加载速率最小最大分别为1.0kN/s和10.0kN/s；液压油箱采用全封闭设计，有效防止外界杂质进入液压系统对液压油污染；液压油箱采用不锈钢板制成，可有效防止金属腐蚀对液压油产生的污染；液压油箱具有低压启动、高压切换的工作模式，有效减轻液压系统的冲击；液压油箱配置直列式水冷却器，用于液压系统冷却；液压油箱配置双电液位控制计、回油冷却和回油过滤，具有油温(低于10℃、高于55℃)、液位、滤油器堵塞报警和停车保护功能；
所述应力–应变测量系统中水平静力加载、竖向静力加载和竖向动力加载均采用现有全自动应力控制加载模式，根据试验设计的加载应力条件，控制加载器力的输出，并且通过设置于土单元与土箱内侧板之间的应力传感器、土单元与承压板之间的应力传感器采集应力信号，实时反馈至加载器的控制装置，以及时调整加载器力的输出；
所述数据采集系统将竖向加载器、水平加载器的控制与监测软件集成于一个统一的工作平台上，具有跟踪动态数据采集传输－处理解调－异常识别－分析显示与实时反馈功能；为了跟踪动态监测土单元的竖向位移、竖向应力、竖向应变、水平位移、水平应力、水平应变和体积应变等一系列变形数据，并且在终端实时显示数据分析处理结果，充分考虑数据的特点，设计的数据处理解调－异常识别－分析显示软件子系统的模块分为数据库模块、异常识别模块、数据处理模块、数据计算模块、分析提取模块、结果显示模块，各模块之间建立通用的数据接口，实现模块的最终连接；数据采集系统能够直接可靠监测的土单元变形参数只有位移和应力，土单元的线应变、体应变等其他变形或力学参数根据监测的位移、应力且结合相关理论模型换算获得。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：一是试件土体的尺寸为1.2m×1.2m×1m，该试验系统为大尺寸加载系统；二是基于四方柱体土单元设计，采用三方向主应力独立控制加载模式，能够很好模拟地质环境中实际存在的三维地应力状态；三是竖向主应力σ1由一个竖向加载装置施加，根据试验的需要，既可以施加静力荷载，也可以施加简谐振动(正弦波)荷载、任意随机振动(随机波)荷载；水平主应力σ2和σ3分别由两个水平加载装置施加，只要求施加静荷载；四是在一定试验设计值的三向主应力σ1、σ2和σ3作用下，均允许试件在三个方向自由变形，对于K0状态试验，要求水平主应力σ2和σ3加载装置能够严格限制且稳定土箱四壁不发生任何滑动；其结构简单，操作方便，垂直加载系统采用动、静组合加载方式，水平加载四个方位全部采用液压缸加载方式，静态加载三轴方向全部独立控制，每个方向液压缸均可以同步运动和异步运动，每个加载点既可以使用位移控制加载也可以使用试验力控制加载，三轴方向试验时，可实现长时间稳压状态，保压精度达到±0.5％。
附图说明：
图1为本发明的主体结构原理示意图。
图2为本发明所述垂直加载动、静态加载液压缸组合结构原理示意图。
图3为本发明所述水平加载系统的滑动装置示意图。
图4为本发明所述水平加载机构移动框架示意图。
图5为本发明所述试验盒围板结构示意图。
图6为本发明所述垂直加载系统示意图。
图7为本发明所述数据采集系统示意图。
图8为本发明所述动态加载液压伺服系统示意图。
图9为本发明所述静态加载液压伺服系统示意图。
其中1为垂直向位移传感器，2为第一水平静态加载液压缸，3为第二水平静态加载液压缸，4为水平加载系统反力架，5为立柱，6为移动小车，7为垂直加载系统反力架，8为试验盒围板，9为移动导轨，10为底座，11为第一水平向位移测量点，12为垂直向压力传感器，13为垂直向静态加载液压缸，14为垂直向动态加载液压缸，15为垂直压板，16为水平向压力传感器，17为直线减磨导轨，18为围板导向，19为滚珠排，20为第二水平向位移测量点，21为航空密封插头，22为加载压板，23为防溢护板，24为导向轴，25为护板液压缸，26为液压油箱，27为吸油过滤，28为空气滤清器，29为液位控制计，30为油泵电机，31为高压过滤，32为单向阀，33为二位三通阀，34为溢流阀，35为压力开关，36为蓄能器，37为伺服阀，38为液控单向阀，39为回油冷却，40为回油过滤，41为液压油缸，42为温度传感器，43为油冷机，44为蓄能器安全阀，45为叠加式液控单向阀，46为液压分流马达。
具体实施方式：
下面通过实施例并结合附图对本发明做进一步说明。
实施例：
本实施例的主体结构包括主框架、加载系统、液压伺服系统、应力–应变测量系统和数据采集系统五大系统，其中主框架采用垂直加载系统反力架7与底座10铸造加工而成，垂直加载系统反力架7与底座10之间通过四根立柱采用固定螺母连接，框架铸造后整体正火加工处理，且所有面均进行切削加工，立柱采用45#钢材(调质HBS220-250)，其表面抛光后镀硬铬，固定螺母表面抛光后镀镍处理，保证外观光滑平整，主框架的长×宽×高为4700mm×3200mm×3400mm，重量约为20吨，每根立柱的性能等级均达到12.9级，抗拉强度为1.2MPa；每个螺母性能等级达到12级，液压螺母锁紧，锁紧力达到1000kN，可消除拉伸力，水平加载系统反力架4设置在垂直加载系统反力架7与底座之间，水平加载系统反力架4采用液压缸推出方式移动，便于试样铺设，易加工、易安装，受力结构稳定且设备紧凑，占地空间小；
加载系统由垂直加载系统和水平加载系统组成，垂直加载系统由静态加载液压缸13、动态加载液压缸14、垂直向压力传感器12、位移传感器1、加载压板22、导向轴24、防溢护板23和护板液压缸25组成，垂直加载压力为500kN，加载压板的尺寸为1000×1000(mm)，试样尺寸为1200×1200×1000(mm)，为避免水平加载边角效应问题，试样尺寸大于垂直加载板尺寸，每侧预留100mm为侧向加载空间，以防止水平加载时试样溢出；加载压板22的外围设计有防溢护板23，护板液压缸25对称设置在防溢护板23的两条边上，防溢护板23随护板液压缸25上下移动，加载压板22上安装四支导向轴24，保证加载压板22无旋转，使垂直方向加载均匀，位移传感器1设置在动态加载液压缸14内部，动态加载液压缸14安装在静态加载液压缸13的活塞内，以满足并联加载方式，动、静加载方式互不干扰，可同时加载亦可分开加载，其中静态加载力为500kN，动态加载力为100kN，静态加载液压缸13和动态加载液压缸14的安全系数在2.5倍以上，减小试验过程中动态加载对静态加载的扰动，垂直向压力传感器12安装在静态加载液压缸13的底部，垂直压板15设置在压力传感器12下方；水平加载系统由第一水平加载液压缸2、第二水平加载液压缸3、水平向压力传感器16、试验盒围板8、直线减磨导轨17、移动小车6、围板导向18、滚珠排19、航空密封插头21组成，第一水平加载液压缸2和第二水平加载液压缸3的加载均为液压缸加载，且为独立加载方式，每个方向的液压缸均可同步运动和异步运动，每个方向的液压缸均为500kN，水平加载系统采用框架式一体加载，前后左右均有独立的加载机构，前后两侧安装有第一水平加载液压缸2，左右两侧安装第二水平加载液压缸3，每一侧的试验盒围板8采用滚珠排19连接，结构紧凑，保证加载板沿滚珠排19移动，试验盒围板8组合为试验盒，底座上设有移动导轨9，移动小车6放置在移动导轨9上，试验前用液压缸将移动小车6推出，试样制备完成后，用移动小车将试样推至垂直中心位置，通过液压移动轮下降至工作台，完成试验准备工作；试验盒围板8采用不锈钢板材焊接，为保证侧向加载时，试验盒围板8能够随试样自由平移，在试验盒围板8的侧面安装有万向滚珠排19，减小摩擦，且每个滚珠均可承受一定的压力；每个试验盒围板8安装八个航空密封插头21，以方便试样内置传感器(温度、水分、盐分、应力和应变)数据线引出，每个航空密封插头21均可承受大于3MPa的压力，保证无渗水；试验盒围板8的一侧设有围板导向18，直线减磨导轨17安装在试验盒围板8外侧的中心，分别和第一水平加载液压缸2和第二水平加载液压缸3相连；
所述液压伺服系统分为静态加载伺服系统和动态加载伺服系统，其中动态加载液压伺服系统和静态加载伺服系统均包括由液压油箱26、吸油过滤27、空气滤清器28、油泵电机30、高压过滤31、单向阀32、二位三通阀33、溢流阀34、压力开关35、蓄能器36、伺服阀37、回油过滤40、液压油缸41和连接管路，动态加载液压伺服系统还包括液位控制计29、液控单向阀38和回油冷却39，静态加载液压伺服系统还包括温度传感器42、油冷机43、蓄能器安全阀44、叠加式液控单向阀45和液压分流马达46，各部件均采用通用连接方式进行连接，静态加载伺服系统和动态加载伺服系统均采用高精度进口元件，精度高并有可靠的稳定性，精度可达到0.05MPa，静态加载伺服系统响应频率可达100.0Hz，动态加载伺服系统响应频率高至290.0Hz，荷载加载速率最小最大分别为1.0kN/s和10.0kN/s；液压油箱26采用全封闭设计，有效防止外界杂质进入液压系统对液压油污染；液压油箱26采用不锈钢板制成，可有效防止金属腐蚀对液压油产生的污染；液压油箱26具有低压启动、高压切换的工作模式，有效减轻液压系统的冲击；液压油箱26配置直列式水冷却器，用于液压系统冷却；液压油箱26配置双电液位控制计29、回油冷却39和回油过滤40，具有油温(低于10℃、高于55℃)、液位、滤油器堵塞报警和停车保护功能；
所述应力–应变测量系统中水平静力加载、竖向静力加载和竖向动力加载均采用全自动应力控制加载模式，根据试验设计的加载应力条件，控制加载器力的输出，并且通过设置于土单元与土箱内侧板之间的应力传感器、土单元与承压板之间的应力传感器采集应力信号，实时反馈至加载器的控制装置，以及时调整加载器力的输出；
所述数据采集系统将竖向加载器、水平加载器的控制与监测软件集成于一个统一的工作平台上，具有跟踪动态数据采集传输－处理解调－异常识别－分析显示与实时反馈功能；为了跟踪动态监测土单元的竖向位移、竖向应力、竖向应变、水平位移、水平应力、水平应变和体积应变等一系列变形数据，并且在终端实时显示数据分析处理结果，充分考虑数据的特点，设计的数据处理解调－异常识别－分析显示软件子系统的模块分为数据库模块、异常识别模块、数据处理模块、数据计算模块、分析提取模块、结果显示模块，各模块之间建立通用的数据接口，实现模块的最终连接；数据采集系统能够直接可靠监测的土单元变形参数只有位移和应力，土单元的线应变、体应变等其他变形或力学参数根据监测的位移、应力且结合相关理论模型换算获得。
本实施例采用三方向主应力独立控制加载模式，能够很好模拟地质环境中实际存在的三维地应力状态；竖向主应力σ1由一个竖向加载装置施加，根据试验的需要，既可以施加静力荷载，也可以施加简谐振动(正弦波)荷载、任意随机振动(随机波)荷载；水平主应力σ2和σ3分别由两个水平加载装置施加，只要求施加静荷载；四是在一定试验设计值的三向主应力σ1、σ2和σ3作用下，均允许试件在三个方向自由变形，对于K0状态试验，要求水平主应力σ2和σ3加载装置能够严格限制且稳定土箱四壁不发生任何滑动；水平加载四个方位全部采用液压缸加载方式，静态加载三轴方向全部独立控制，每个方向液压缸均可以同步运动和异步运动，每个加载点既可以使用位移控制加载也可以使用试验力控制加载，三轴方向试验时，可实现长时间稳压状态，保压精度达到±0.5％。
Claims (2)
1.一种大尺寸冻土真三轴加载试验装置，其特征在于主体结构包括主框架、加载系统、液压伺服系统、应力–应变测量系统和数据采集系统五大系统，其中主框架采用垂直加载系统反力架与底座铸造加工而成，垂直加载系统反力架与底座之间通过四根立柱采用固定螺母连接，水平加载系统反力架设置在垂直加载系统反力架与底座之间，水平加载系统反力架采用液压缸推出方式移动；
加载系统由垂直加载系统和水平加载系统组成，垂直加载系统由静态加载液压缸、动态加载液压缸、垂直向压力传感器、位移传感器、加载压板、导向轴、防溢护板和护板液压缸组成，垂直加载压力为500 kN，加载压板的尺寸为1000×1000 mm，试样尺寸为1200×1200×1000mm，试样尺寸大于加载压板尺寸，每侧预留100 mm为侧向加载空间，以防止水平加载时试样溢出；加载压板的外围设计有防溢护板，护板液压缸对称设置在防溢护板的两条边上，防溢护板随护板液压缸上下移动，加载压板上安装四支导向轴，保证加载压板无旋转，使垂直方向加载均匀，位移传感器设置在动态加载液压缸内部，动态加载液压缸安装在静态加载液压缸的活塞内，以满足并联加载方式，动、静加载方式互不干扰，可同时加载亦可分开加载，其中静态加载力为500kN，动态加载力为100kN，静态加载液压缸和动态加载液压缸的安全系数在2.5倍以上，减小试验过程中动态加载对静态加载的扰动，垂直向压力传感器安装在静态加载液压缸的底部，垂直压板设置在压力传感器下方；水平加载系统由第一水平加载液压缸、第二水平加载液压缸、水平向压力传感器、试验盒围板、直线减磨导轨、移动小车、围板导向、滚珠排、航空密封插头组成，第一水平加载液压缸和第二水平加载液压缸的加载均为液压缸加载，且为独立加载方式，每个方向的液压缸均可同步运动和异步运动，每个方向的液压缸均为500kN，水平加载系统采用框架式一体加载，前后左右均有独立的加载机构，前后两侧安装有第一水平加载液压缸，左右两侧安装第二水平加载液压缸，每一侧的试验盒围板采用滚珠排连接，结构紧凑，保证加载板沿滚珠排移动，试验盒围板组合为试验盒，底座上设有移动导轨，移动小车放置在移动导轨上，试验前用液压缸将移动小车推出，试样制备完成后，用移动小车将试样推至垂直中心位置，通过液压移动轮下降至工作台，完成试验准备工作；试验盒围板采用不锈钢板材焊接，为保证侧向加载时，试验盒围板能够随试样自由平移，在试验盒围板的侧面安装有万向滚珠排；每个试验盒围板安装八个航空密封插头，以方便试样内置传感器数据线引出，每个航空密封插头均可承受大于3MPa的压力，保证无渗水；试验盒围板的一侧设有围板导向，直线减磨导轨安装在试验盒围板外侧的中心，分别和第一水平加载液压缸和第二水平加载液压缸相连；
所述液压伺服系统分为静态加载伺服系统和动态加载伺服系统，其中动态加载液压伺服系统和静态加载伺服系统均包括由液压油箱、吸油过滤、空气滤清器、油泵电机、高压过滤、单向阀、二位三通阀、溢流阀、压力开关、蓄能器、伺服阀、回油过滤、液压油缸和连接管路，动态加载液压伺服系统还包括液位控制计、液控单向阀和回油冷却，静态加载液压伺服系统还包括温度传感器、油冷机、蓄能器安全阀、叠加式液控单向阀和液压分流马达，各部件均采用通用连接方式进行连接，静态加载伺服系统和动态加载伺服系统均采用高精度进口元件，精度高并有可靠的稳定性，精度可达到0.05 MPa，静态加载伺服系统响应频率可达100.0 Hz，动态加载伺服系统响应频率高至290.0 Hz，荷载加载速率最小最大分别为1.0kN/s和10.0 kN/s；
所述应力–应变测量系统中水平静力加载、竖向静力加载和竖向动力加载均采用现有全自动应力控制加载模式，根据试验设计的加载应力条件，控制加载器力的输出，并且通过设置于土单元与土箱内侧板之间的应力传感器、土单元与承压板之间的应力传感器采集应力信号，实时反馈至加载器的控制装置，以及时调整加载器力的输出；
所述数据采集系统将竖向加载器、水平加载器的控制与监测软件集成于一个统一的工作平台上，具有跟踪动态数据采集传输－处理解调－异常识别－分析显示与实时反馈功能；处理解调－异常识别－分析显示软件子系统的模块分为数据库模块、异常识别模块、数据处理模块、数据计算模块、分析提取模块、结果显示模块，各模块之间建立通用的数据接口，实现模块的最终连接；数据采集系统能够直接可靠监测的土单元变形参数只有位移和应力，土单元的线应变、体应变根据监测的位移、应力且结合相关理论模型换算获得。
2.根据权利要求1所述大尺寸冻土真三轴加载试验装置，其特征在于主框架的长×宽×高为4700mm×3200mm×3400mm，重量为20吨，每根立柱的性能等级均达到12.9级，抗拉强度为1.2MPa；每个螺母性能等级达到12级，液压螺母锁紧，锁紧力达到1000kN，可消除拉伸力。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201911348329.6A CN110940578A (zh) | 2019-12-24 | 2019-12-24 | 一种大尺寸冻土真三轴加载试验装置 |
| CN2019113483296 | 2019-12-24 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN111458214A CN111458214A (zh) | 2020-07-28 |
| CN111458214B true CN111458214B (zh) | 2020-12-22 |
Family
ID=69912077
Family Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201911348329.6A Pending CN110940578A (zh) | 2019-12-24 | 2019-12-24 | 一种大尺寸冻土真三轴加载试验装置 |
| CN202010360186.7A Active CN111458214B (zh) | 2019-12-24 | 2020-04-30 | 一种大尺寸冻土真三轴加载试验装置 |
Family Applications Before (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201911348329.6A Pending CN110940578A (zh) | 2019-12-24 | 2019-12-24 | 一种大尺寸冻土真三轴加载试验装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (2) | CN110940578A (zh) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112303122B (zh) * | 2020-10-14 | 2022-04-05 | 中国建筑股份有限公司 | 一种用于试验系统的微摩擦静压盘 |
| CN112540004A (zh) * | 2020-12-29 | 2021-03-23 | 湖南工程学院 | 一种具有位移反馈的地下工程三向加载试验装置及加载试验方法 |
| CN113533096B (zh) * | 2021-06-29 | 2023-04-07 | 哈尔滨工业大学 | 一种循环压剪土体冻胀试验系统及试验方法 |
| CN114216786B (zh) * | 2022-02-22 | 2022-05-17 | 中国矿业大学(北京) | 一种切顶卸压无煤柱自成巷三维物理模型试验系统和方法 |
| CN114608982B (zh) * | 2022-03-31 | 2023-11-17 | 江苏奥赛体育科技有限公司 | 一种聚氨酯塑胶跑道生产工艺及检测方法 |
| CN115561083B (zh) * | 2022-11-10 | 2023-03-03 | 中国矿业大学(北京) | 深部岩体动力性能试验系统及方法 |
| CN117147278B (zh) * | 2023-08-31 | 2024-03-22 | 广西大学 | 一种长期荷载冲击耦合加载方法、系统、设备及介质 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107575432A (zh) * | 2017-09-29 | 2018-01-12 | 北京乐冶液压气动设备技术有限公司 | 具有多种加载力输出模式的液压加载装置 |
| CN108535115A (zh) * | 2018-04-13 | 2018-09-14 | 武汉理工大学 | 一种深部裂隙岩体高围压局部瞬态卸荷试验模拟系统 |
Family Cites Families (24)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN2641634Y (zh) * | 2003-07-24 | 2004-09-15 | 济南试金集团有限公司 | 电液伺服试验系统通用油源 |
| UA24609U (en) * | 2007-02-05 | 2007-07-10 | Univ Vinnytsia Nat Tech | Triaxial compression machine |
| CN101477004B (zh) * | 2009-01-16 | 2011-02-16 | 成都理工大学 | 携带式真三轴仪 |
| CN201983988U (zh) * | 2011-02-16 | 2011-09-21 | 山东大学 | 大型组合式动静多功能岩土工程模拟试验装置 |
| CN102175516B (zh) * | 2011-02-16 | 2013-03-06 | 山东大学 | 大型组合式动静多功能岩土工程模拟试验装置 |
| CN103267678B (zh) * | 2013-04-28 | 2015-08-05 | 北京大学 | 一种油气藏岩体力学地下原位模型恢复的方法及装置 |
| CN103364185B (zh) * | 2013-07-19 | 2016-01-06 | 中国建筑股份有限公司 | 百兆牛级超大型动静态多功能试验机 |
| CN103969107B (zh) * | 2014-05-06 | 2016-04-20 | 广西大学 | 高压伺服动真三轴试验机 |
| CN104535409B (zh) * | 2015-01-08 | 2017-12-08 | 中国矿业大学 | 一种真三轴多场多相耦合动力学试验系统及方法 |
| CN105547849B (zh) * | 2016-03-01 | 2018-12-04 | 安徽理工大学 | 大尺寸层状承压岩石真三轴加卸载试验装置及测试方法 |
| 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 |
| CN106918531B (zh) * | 2016-12-28 | 2021-04-13 | 山东大学 | 可用于多相耦合的动静联合加载岩石试验机及试验方法 |
| CN107515159B (zh) * | 2017-08-24 | 2019-11-01 | 河南城建学院 | 混凝土冻融试验装置及试验方法 |
| RU177646U1 (ru) * | 2017-08-31 | 2018-03-05 | Юрий Петрович Васильев | Устройство нагружения для испытаний грунтов |
| CN207456953U (zh) * | 2017-11-03 | 2018-06-05 | 广东水利电力职业技术学院（广东省水利电力技工学校） | 真三轴动态压力试验机 |
| CN107991192A (zh) * | 2017-11-14 | 2018-05-04 | 北方工业大学 | 一种粗粒土真三轴加载试验装置及方法 |
| CN108051308B (zh) * | 2017-12-29 | 2024-05-14 | 成都东华卓越科技有限公司 | 动静态三轴试验系统 |
| CN108267360A (zh) * | 2018-01-24 | 2018-07-10 | 安徽理工大学 | 微机控制真三轴冻土试验机 |
| CN108375665A (zh) * | 2018-02-02 | 2018-08-07 | 东北大学 | 一种大型深部洞室群三维物理模型试验系统及方法 |
| CN108387467A (zh) * | 2018-02-02 | 2018-08-10 | 东北大学 | 一种大型三维物理模型动力扰动试验系统及方法 |
| CN109406123A (zh) * | 2018-11-16 | 2019-03-01 | 青岛理工大学 | 动静态多功能试验伺服加载系统 |
| CN110132719A (zh) * | 2019-06-05 | 2019-08-16 | 青岛理工大学 | 土工真三轴试验可变形大尺寸土箱结构 |
| CN110132733B (zh) * | 2019-06-10 | 2020-12-01 | 中国科学院武汉岩土力学研究所 | 一种实时成像的三维高应力水力压裂物理模拟试验系统 |
| CN110595918B (zh) * | 2019-10-25 | 2024-03-29 | 安徽理工大学 | 一种动静耦合加载锚固体试验装置 |
-
2019
- 2019-12-24 CN CN201911348329.6A patent/CN110940578A/zh active Pending
-
2020
- 2020-04-30 CN CN202010360186.7A patent/CN111458214B/zh active Active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107575432A (zh) * | 2017-09-29 | 2018-01-12 | 北京乐冶液压气动设备技术有限公司 | 具有多种加载力输出模式的液压加载装置 |
| CN108535115A (zh) * | 2018-04-13 | 2018-09-14 | 武汉理工大学 | 一种深部裂隙岩体高围压局部瞬态卸荷试验模拟系统 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN110940578A (zh) | 2020-03-31 |
| CN111458214A (zh) | 2020-07-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN111458214B (zh) | 一种大尺寸冻土真三轴加载试验装置 | |
| US20220146387A1 (en) | Temperature-controllable large-size geotechnique true triaxial multi-field coupling test system and test method | |
| CN103499487B (zh) | 一种复杂荷载试验机 | |
| CN102175516B (zh) | 大型组合式动静多功能岩土工程模拟试验装置 | |
| CN103175728B (zh) | 土的动力真三轴仪 | |
| CN101344445B (zh) | 带滑动墙的自平衡式真三维加载模型试验台架 | |
| CN201983988U (zh) | 大型组合式动静多功能岩土工程模拟试验装置 | |
| CN204694560U (zh) | 一种室内冻土模型桩静力加载实验装置 | |
| CN103969107A (zh) | 高压伺服动真三轴试验机 | |
| CN104913977A (zh) | 一种室内冻土模型桩静力加载实验装置及方法 | |
| CN1609587A (zh) | 低温高压三轴蠕变试验仪 | |
| CN109386270A (zh) | 煤岩层瓦斯动力增透渗流与驱替模拟试验系统与试验方法 | |
| CN101832896B (zh) | 软弱岩土材料的单轴压缩蠕变实验装置及实验方法 | |
| CN102967506A (zh) | 中尺寸岩石伺服控制真三轴试验装置 | |
| CN103175742A (zh) | 一种冻土动载荷直剪仪 | |
| CN201266124Y (zh) | 带滑动墙的自平衡式真三维加载模型试验台架 | |
| CN109580393A (zh) | 一种双轴扰动岩石剪切蠕变试验机及试验方法 | |
| CN109580394A (zh) | 一种摆锤冲击岩石剪切蠕变试验机及试验方法 | |
| CN203798658U (zh) | 高压伺服动真三轴试验机 | |
| CN106053083A (zh) | 一种固体发动机冷气冲击实验装置 | |
| CN108318338B (zh) | 一种测试拉伸与往复弯曲混凝土耐久性的装置及方法 | |
| CN112525723A (zh) | 冻土拉剪试验仪 | |
| CN108844729A (zh) | 一种冰与导管架结构相互作用的室内模型试验系统 | |
| CN109580395B (zh) | 一种落锤冲击岩石剪切蠕变试验机及试验方法 | |
| CN202886200U (zh) | 中尺寸岩石伺服控制真三轴试验装置 |
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 | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20201218 Address after: 210000 Xiaolingwei street, Xiaolingwei street, Xuanwu District, Nanjing, Jiangsu, 200 Patentee after: NANJING University OF SCIENCE AND TECHNOLOGY Address before: 210000 Xiaolingwei street, Xiaolingwei street, Xuanwu District, Nanjing, Jiangsu, 200 Patentee before: NANJING University OF SCIENCE AND TECHNOLOGY Patentee before: Qindao University of Technology |
|
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20210322 Address after: 266000 No.2, no.966, Maoshan Road, Huangdao street, Huangdao District, Qingdao City, Shandong Province Patentee after: Qingdao qiankunxing Intelligent Technology Co.,Ltd. Address before: 210000 Xiaolingwei street, Xiaolingwei street, Xuanwu District, Nanjing, Jiangsu, 200 Patentee before: NANJING University OF SCIENCE AND TECHNOLOGY |
|
| TR01 | Transfer of patent right |