CN203385621U

CN203385621U - 大型土工三轴蠕变试验系统

Info

Publication number: CN203385621U
Application number: CN201320434409.5U
Authority: CN
Inventors: 汪小刚; 温彦锋; 李海芳; 于涛; 陈宁; 张栓旺; 郑鲁平; 蔡红; 周晓光; 于浦龙
Original assignee: China Institute of Water Resources and Hydropower Research
Current assignee: China Institute of Water Resources and Hydropower Research
Priority date: 2013-07-20
Filing date: 2013-07-20
Publication date: 2014-01-08
Anticipated expiration: 2023-07-20

Abstract

本实用新型提供了一种大型土工三轴蠕变试验系统，包括：主机，该主机装有轴向加载油缸及围向加载油缸，所述轴向加载油缸装有轴压位移传感器，所述围向加载油缸装有围压位移传感器，所述轴向加载油缸下设第一负荷传感器及第二负荷传感器；三轴压力室，所述三轴压力室，置于所述主机内，并与所述第二负荷传感器连接；轴向砝码加荷装置；轴压伺服加载油缸，所述轴压伺服加载油缸上装有轴压伺服电机；轴压液压源；围向砝码加荷装置；围压伺服加载油缸，所述围压伺服加载油缸上装有围压伺服电机；围压液压源；水汽系统；及计算机测控系统。通过这种结构的大型土工三轴蠕变试验系统，其保证了恒定压力的长期保持，减小了噪音污染，同时提高了可靠性。

Description

大型土工三轴蠕变试验系统

技术领域

本实用新型涉及一种蠕变试验系统，尤其涉及一种大型土工三轴蠕变试验系统。

背景技术

在土工试验中，三轴蠕变试验仪已成为测量岩土变形指标必不可少的常用仪器。岩土工程材料的蠕变（流变）试验需要在保持长时间的恒定荷载条件下，进行试样变形特性的测量。

现有的保持恒定荷载技术一般通过空气压缩机、油源、滚珠丝杠，或设置闭环系统，提供长期恒定压力。该技术对动力依赖大，尤其是在电力不能保持的情况下，难以达到长时间保持恒载的要求，而且产生持续噪音，对周围环境造成严重噪音污染。

另外，现有的三轴蠕变试验仪，一般仅使用常规测量仪表对实验数据进行采集，可靠性不高。

有鉴于此，有必要对现有技术中的三轴蠕变试验仪予以改进，以解决上述问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种大型土工三轴蠕变试验系统，其采用砝码加荷恒定荷载技术，并设置高精度传感器，与常规仪表同时对数据进行双重采集，保证恒定压力的长期保持，减小噪音污染，同时提高可靠性。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种大型土工三轴蠕变试验系统，包括：主机，该主机装有轴向加载油缸及围向加载油缸，该轴向加载油缸装有轴压位移传感器，该围向加载油缸装有围压位移传感器，该轴向加载油缸下设第一负荷传感器及第二负荷传感器；三轴压力室，该三轴压力室，置于该主机内，并与该第二负荷传感器连接；轴向砝码加荷装置；轴压伺服加载油缸，该轴压伺服加载油缸上装有轴压伺服电机；轴压液压源；围向砝码加荷装置；围压伺服加载油缸，该围压伺服加载油缸上装有围压伺服电机；围压液压源；水汽系统；及计算机测控系统；

该轴向砝码加荷装置与该轴向加载油缸、轴压伺服加载油缸及轴压液压源连接；该轴压伺服加载油缸与该轴向加载油缸及轴压液压源连接；该轴压液压源与该轴向加载油缸连接；

该围向砝码加荷装置与该围向加载油缸、围压伺服加载油缸及围压液压源连接；该围压伺服加载油缸与该围向加载油缸及围压液压源连接；该围压液压源与该围向加载油缸连接；

该水汽系统与该三轴压力室连接；

该计算机测控系统与该轴压位移传感器、围压位移传感器、第一负荷传感器、第二负荷传感器、三轴压力室、轴压伺服电机、围压伺服电机、轴压液压源、围压液压源以及水汽系统连接。

进一步，该第一负荷传感器及第二负荷传感器分别为1000KN负荷传感器及100KN负荷传感器。

进一步，该轴向砝码加荷装置，包括：轴压加载底座、轴压立杠及轴压上横梁，该轴压加载底座、轴压上横梁及两个轴压立杠通过螺母固定，构成矩形框架结构；

该轴压加载底座，装有轴压托起砝码升降缸及轴压托起砝码升降缸控制阀，该轴压托起砝码升降缸下部，通过螺钉固定安装于该轴压加载底座内，该轴压托起砝码升降缸上端装有轴压过渡盘，该轴压过渡盘上装有轴压砝码托盘；

该轴压立杠装有轴压行程开关；

该轴压上横梁，装有轴压形成缸及轴压液控单向阀，该轴压形成缸下部，贯穿于该轴压上横梁，并用螺钉固定，该轴压形成缸上端装有轴压下球面座及轴压上球面座，该轴压下球面座及轴压上球面座之间装有轴压钢球，轴压反向器穿过该轴压上横梁，该轴压反向器上端置于该轴压上球面座之上，下端装有轴压联接杆，该轴压联接杆上装有轴压找正盘及轴压砝码吊掛，该轴压砝码吊掛，下边装有0.6Mpa轴压砝码，上边装有0.05Mpa轴压砝码及0.01Mpa轴压砝码。

进一步，该围向砝码加荷装置包括围压加载底座、围压立杠及围压上横梁，该围压加载底座、围压上横梁及两个围压立杠通过螺母固定，构成矩形框架结构；

该围压加载底座，装有围压托起砝码升降缸及围压托起砝码升降缸控制阀，该围压托起砝码升降缸下部，通过螺钉固定安装于该围压加载底座内，该围压托起砝码升降缸上端装有围压过渡盘，该围压过渡盘上装有围压砝码托盘；

该围压立杠装有围压行程开关；

该围压上横梁，装有围压形成缸及围压液控单向阀，该围压形成缸下部，贯穿于该围压上横梁，并用螺钉固定，该围压形成缸上端装有围压下球面座及围压上球面座，该围压下球面座及围压上球面座之间装有围压钢球，围压反向器穿过该围压上横梁，该围压反向器上端置于该围压上球面座之上，下端装有围压联接杆，该围压联接杆上装有围压找正盘及围压砝码吊掛，该围压砝码吊掛，下边装有0.5Mpa围压砝码，上边装有0.05Mpa围压砝码及0.01Mpa围压砝码。

进一步，该轴压托起砝码升降缸与该轴压液压源连接；该轴压形成缸与该轴压液压源、轴压伺服加载油缸及轴向加载油缸连接。

进一步，该围压托起砝码升降缸与该围压液压源连接；该围压形成缸与该围压液压源、围压伺服加载油缸及围向加载油缸连接。

进一步，该轴向加载油缸及围向加载油缸的直径分别为300mm及130mm。

进一步，该轴压形成缸及围压形成缸的直径均为35mm。

进一步，该0.05Mpa轴压砝码、0.01Mpa轴压砝码、0.05Mpa围压砝码及0.01Mpa围压砝码的数量均为四个；该0.6Mpa轴压砝码的数量为十七个；该0.5Mpa围压砝码的数量为七个。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：通过提供了一种大型土工蠕变试验系统，采用轴向砝码加荷装置及围向砝码加载装置，并设置高精度传感器，其保证了恒定压力的长期保持，减小了噪音污染，同时提高了系统的可靠性。

附图说明

图1为本实用新型大型土工三轴蠕变试验系统的示意图；

图2为轴向砝码加荷装置的结构示意图；

图3为围向砝码加荷装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图所示的各实施方式对本实用新型进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本实用新型的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本实用新型的保护范围之内。

参图1所示，图1为本实用新型大型土工三轴蠕变试验系统的示意图。

在本实施方式中，大型土工三轴蠕变试验系统，包括：

主机1，该主机1装有轴向加载油缸101及围向加载油缸102，该轴向加载油缸101装有轴压位移传感器103，该围向加载油缸102装有围压位移传感器104，该轴向加载油缸101下设第一负荷传感器105及第二负荷传感器106；三轴压力室2，该三轴压力室2，置于该主机1内，并与该第二负荷传感器106连接；轴向砝码加荷装置3；轴压伺服加载油缸4，该轴压伺服加载油缸4上装有轴压伺服电机5；轴压液压源6；围向砝码加荷装置7；围压伺服加载油缸8，该围压伺服加载油缸8上装有围压伺服电机9；围压液压源10；水汽系统11；及计算机测控系统12；

该轴向砝码加荷装置3与该轴向加载油缸101、轴压伺服加载油缸4及轴压液压源6连接；该轴压伺服加载油缸4与该轴向加载油缸101及轴压液压源6连接；该轴压液压源6与该轴向加载油缸101连接；

该围向砝码加荷装置7与该围向加载油缸102、围压伺服加载油缸8及围压液压源10连接；该围压伺服加载油缸8与该围向加载油缸102及围压液压源10连接；该围压液压源10与该围向加载油缸102连接；

该水汽系统11与该三轴压力室2连接；

该计算机测控系统12与该轴压位移传感器103、围压位移传感器104、第一负荷传感器105、第二负荷传感器106、三轴压力室2、轴压伺服电机5、围压伺服电机9、轴压液压源6、围压液压源10以及水汽系统11连接；

该轴向加载油缸101（大缸）及围向加载油缸102（大缸）的直径分别为300mm及130mm；

该第一负荷传感器105及第二负荷传感器106分别为1000KN负荷传感器及100KN负荷传感器。

参图2及图1所示，图2为轴向砝码加荷装置的结构示意图；图1为本实用新型大型土工三轴蠕变试验系统的示意图。

该轴向砝码加荷装置3，包括：轴压加载底座301、轴压立杠302及轴压上横梁303，该轴压加载底座301、轴压上横梁303及两个轴压立杠302通过螺母固定，构成矩形框架结构；

该轴压加载底座301，装有轴压托起砝码升降缸304及轴压托起砝码升降缸控制阀305，该轴压托起砝码升降缸304下部，通过螺钉固定安装于该轴压加载底座301内，该轴压托起砝码升降缸304上端装有轴压过渡盘306，该轴压过渡盘306上装有轴压砝码托盘307；

该轴压立杠302装有轴压行程开关308；

该轴压上横梁303，装有轴压形成缸309及轴压液控单向阀310，该轴压形成缸309下部，贯穿于该轴压上横梁303，并用螺钉固定，该轴压形成缸309上端装有轴压下球面座311及轴压上球面座312，该轴压下球面座311及轴压上球面座312之间装有轴压钢球313，轴压反向器314穿过该轴压上横梁303，该轴压反向器314上端置于该轴压上球面座312之上，下端装有轴压联接杆315，该轴压联接杆315上装有轴压找正盘316及轴压砝码吊掛317，该轴压砝码吊掛317，下边装有0.6Mpa轴压砝码318，上边装有0.05Mpa轴压砝码319及0.01Mpa轴压砝码320；

该轴压形成缸309（小缸）的直径为35mm；

该0.6Mpa轴压砝码318的数量为十七个；

该0.05Mpa轴压砝码319及0.01Mpa轴压砝码320的数量均为四个；

该轴压托起砝码升降缸304与该轴压液压源6连接，该轴压形成缸309与该轴压液压源6、轴压伺服加载油缸4及轴向加载油缸101连接。

参图3及图1所示，图3为围向砝码加荷装置的结构示意图；图1为本实用新型大型土工三轴蠕变试验系统的示意图。

该围向砝码加荷装置7包括围压加载底座701、围压立杠702及围压上横梁703，该围压加载底座701、围压上横梁703及两个围压立杠702通过螺母固定，构成矩形框架结构；

该围压加载底座701，装有围压托起砝码升降缸704及围压托起砝码升降缸控制阀705，该围压托起砝码升降缸704下部，通过螺钉固定安装于该围压加载底座701内，该围压托起砝码升降缸704上端装有围压过渡盘706，该围压过渡盘706上装有围压砝码托盘707；

该围压立杠702装有围压行程开关708；

该围压上横梁703，装有围压形成缸709及围压液控单向阀710，该围压形成缸709下部，贯穿于该围压上横梁703，并用螺钉固定，该围压形成缸709上端装有围压下球面座711及围压上球面座712，该围压下球面座711及围压上球面座712之间装有围压钢球713，围压反向器714穿过该围压上横梁703，该围压反向器714上端置于该围压上球面座712之上，下端装有围压联接杆715，该围压联接杆715上装有围压找正盘716及围压砝码吊掛717，该围压砝码吊掛717，下边装有0.5Mpa围压砝码718，上边装有0.05Mpa围压砝码719及0.01Mpa围压砝码720；

该围压形成缸709（小缸），的直径为35mm；

该0.5Mpa围压砝码718的数量为七个；

该0.05Mpa围压砝码719及0.01Mpa围压砝码720的数量均为四个；

该围压托起砝码升降缸704与该围压液压源10连接，该围压形成缸709与该围压液压源10、围压伺服加载油缸8及围向加载油缸102连接。

在本实施方式中，该大型土工三轴蠕变试验系统，用于测量在不变荷载作用下，土体的轴向和体积变形与时间的关系，可以测量非饱和状态下试样的体积变形，并具有应变和应力控制下的剪切功能。其通过将砾石、砂、土按规定组成圆形试样安置在该三轴压力室2内，利用该轴向砝码加荷装置3及围向砝码加荷装置7产生轴向压力及围向压力，对试样进行加荷；并利用该计算机测制系统12，控制该轴压伺服电机5及围压伺服电机9，来驱动该轴压伺服加载油缸4及围压伺服加载油缸8的闭环系统，对试样轴向压力和围向压力的微小变化进行补偿。实现在长期保持恒定压力的条件下，对试样变形特性的测量及研究。

在本实施例中，该大型土工三轴蠕变试验系统，通过“小缸带大缸”的方式，把小砝码转化为大荷载，并保持荷载长期稳定；同时，产生较大体积压力油，适应大型三轴蠕变试样的体积变化。下面分别以该轴向砝码加荷装置3及围向砝码加荷装置7为例具体说明：

该轴向砝码加荷装置3中，该轴压形成缸309（小缸），内设等直径的小活塞。该轴向加载油缸101（大缸），内设等直径的大活塞。将砝码重力F₁施加在小活塞上，该轴压形成缸309（小缸）中产生压强P₁；通过油压传递，将该压强P₁传递给该轴向加载油缸101（大缸），并对大活塞形成压力F₂；通过该三轴压力室2的活塞，该轴向加载油缸101（大缸）的大活塞将F₂传递给蠕变试样，形成轴向荷载。根据静力学原理，可知：F₂=73.469F₁。因此，通过该“小缸带大缸”装置，砝码重力F₁被放大73.469倍，轴向作用于蠕变试样，并能保持荷载长期稳定（最长加载时间能够高达6个月）。

该围向砝码加荷装置7中，该围压形成缸709（小缸），内设等直径的小活塞。该围向加载油缸102（大缸）内设等直径的大活塞。大活塞通过联杆与下部水缸（直径为130mm）中等直径活塞相连，水缸与该三轴压力室2的水体联通，以适应大型三轴试样的体积变化；通过高精度的该围压位移传感器104测量大油缸中活塞的位移，计算水缸中水量的变化，以此代表该三轴压力室2内水体的变化，并以此作为三轴蠕变试样的体积变化（当蠕变试样为非饱和时，该体变被称作非饱和体变）。将小砝码重力施加在该小活塞上，该围压形成缸709（小缸）中产生压强，并传递到该围向加载油缸102（大缸）；大活塞通过联杆及水缸活塞，将等值压强传递给水缸及该三轴压力室2的水体上，对蠕变试样形成围压，并保持荷载长期稳定。

通过这种结构的该大型土工三轴蠕变试验系统，其采用砝码加荷恒定荷载技术，通过“小缸带大缸”的方式，并设置高精度传感器，保证了恒定压力的长期保持，减小了噪音污染，适应了大型三轴蠕变试样的体积变化，同时提高了可靠性。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本实用新型的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本实用新型的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本实用新型的保护范围之内。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims

1.一种大型土工三轴蠕变试验系统，其特征在于，包括：主机（1），该主机（1）装有轴向加载油缸（101）及围向加载油缸（102），所述轴向加载油缸（101）装有轴压位移传感器（103），所述围向加载油缸（102）装有围压位移传感器（104），所述轴向加载油缸（101）下设第一负荷传感器（105）及第二负荷传感器（106）；三轴压力室（2），所述三轴压力室（2），置于所述主机（1）内，并与所述第二负荷传感器（106）连接；轴向砝码加荷装置（3）；轴压伺服加载油缸（4），所述轴压伺服加载油缸（4）上装有轴压伺服电机（5）；轴压液压源（6）；围向砝码加荷装置（7）；围压伺服加载油缸（8），所述围压伺服加载油缸（8）上装有围压伺服电机（9）；围压液压源（10）；水汽系统（11）；及计算机测控系统（12）；

所述轴向砝码加荷装置（3）与所述轴向加载油缸（101）、轴压伺服加载油缸（4）及轴压液压源（6）连接；所述轴压伺服加载油缸（4）与所述轴向加载油缸（101）及轴压液压源（6）连接；所述轴压液压源（6）与所述轴向加载油缸（101）连接；

所述围向砝码加荷装置（7）与所述围向加载油缸（102）、围压伺服加载油缸（8）及围压液压源（10）连接；所述围压伺服加载油缸（8）与所述围向加载油缸（102）及围压液压源（10）连接；所述围压液压源（10）与所述围向加载油缸（102）连接；

所述水汽系统（11）与所述三轴压力室（2）连接；

所述计算机测控系统（12）与所述轴压位移传感器（103）、围压位移传感器（104）、第一负荷传感器（105）、第二负荷传感器（106）、三轴压力室（2）、轴压伺服电机（5）、围压伺服电机（9）、轴压液压源（6）、围压液压源（10）以及水汽系统（11）连接。

2.根据权利要求1所述的大型土工三轴蠕变试验系统，其特征在于，所述第一负荷传感器（105）及第二负荷传感器（106）分别为1000KN负荷传感器及100KN负荷传感器。

3.根据权利要求1所述的大型土工三轴蠕变试验系统，其特征在于，所述轴向砝码加荷装置（3），包括：轴压加载底座（301）、轴压立杠（302）及轴压上横梁（303），所述轴压加载底座（301）、轴压上横梁（303）及两个轴压立杠302通过螺母固定，构成矩形框架结构；

所述轴压加载底座（301），装有轴压托起砝码升降缸（304）及轴压托起砝码升降缸控制阀（305），所述轴压托起砝码升降缸（304）下部，通过螺钉固定安装于所述轴压加载底座（301）内，所述轴压托起砝码升降缸（304）上端装有轴压过渡盘（306），所述轴压过渡盘（306）上装有轴压砝码托盘（307）；

所述轴压立杠（302）装有轴压行程开关（308）；

所述轴压上横梁（303），装有轴压形成缸（309）及轴压液控单向阀（310），所述轴压形成缸（309）下部，贯穿于所述轴压上横梁（303），并用螺钉固定，所述轴压形成缸（309）上端装有轴压下球面座（311）及轴压上球面座（312），所述轴压下球面座（311）及轴压上球面座（312）之间装有轴压钢球（313），轴压反向器（314）穿过所述轴压上横梁（303），所述轴压反向器（314）上端置于所述轴压上球面座（312）之上，下端装有轴压联接杆（315），所述轴压联接杆（315）上装有轴压找正盘（316）及轴压砝码吊掛（317），所述轴压砝码吊掛（317），下边装有0.6Mpa轴压砝码（318），上边装有0.05Mpa轴压砝码（319）及0.01Mpa轴压砝码（320）。

4.根据权利要求1所述的大型土工三轴蠕变试验系统，其特征在于，所述围向砝码加荷装置（7）包括围压加载底座（701）、围压立杠（702）及围压上横梁（703），所述围压加载底座（701）、围压上横梁（703）及两个围压立杠（702）通过螺母固定，构成矩形框架结构；

所述围压加载底座（701），装有围压托起砝码升降缸（704）及围压托起砝码升降缸控制阀（705），所述围压托起砝码升降缸（704）下部，通过螺钉固定安装于所述围压加载底座（701）内，所述围压托起砝码升降缸（704）上端装有围压过渡盘（706），所述围压过渡盘（706）上装有围压砝码托盘（707）；

所述围压立杠（702）装有围压行程开关（708）；

所述围压上横梁（703），装有围压形成缸（709）及围压液控单向阀（710），所述围压形成缸（709）下部，贯穿于所述围压上横梁（703），并用螺钉固定，所述围压形成缸（709）上端装有围压下球面座（711）及围压上球面座（712），所述围压下球面座（711）及围压上球面座（712）之间装有围压钢球（713），围压反向器（714）穿过所述围压上横梁（703），所述围压反向器（714）上端置于所述围压上球面座（712）之上，下端装有围压联接杆（715），所述围压联接杆（715）上装有围压找正盘（716）及围压砝码吊掛（717），所述围压砝码吊掛（717），下边装有0.5Mpa围压砝码（718），上边装有0.05Mpa围压砝码（719）及0.01Mpa围压砝码（720）。

5.根据权利要求3所述的大型土工三轴蠕变试验系统，其特征在于，所述轴压托起砝码升降缸（304）与所述轴压液压源（6）连接；所述轴压形成缸（309）与所述轴压液压源（6）、轴压伺服加载油缸（4）及轴向加载油缸（101）连接。

6.根据权利要求4所述的大型土工三轴蠕变试验系统，其特征在于，所述围压托起砝码升降缸（704）与所述围压液压源（10）连接；所述围压形成缸（709）与所述围压液压源（10）、围压伺服加载油缸（8）及围向加载油缸（102）连接。

7.根据权利要求1所述的大型土工三轴蠕变试验系统，其特征在于，所述轴向加载油缸（101）及围向加载油缸（102）的直径分别为300mm及130mm。

8.根据权利要求3所述的大型土工三轴蠕变试验系统，其特征在于，所述轴压形成缸（309）的直径为35mm。

9.根据权利要求3所述的大型土工三轴蠕变试验系统，其特征在于，所述0.05Mpa轴压砝码（319）、0.01Mpa轴压砝码（320）的数量均为四个；所述0.6Mpa轴压砝码（318）的数量为十七个。