CN206057100U - 一种水压轴压联合作用岩石三轴流变试验机轴向加载系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种水压轴压联合作用岩石三轴流变试验机轴向加载系统，该系统包括计算机控制端、动力子系统、控制子系统和执行子系统；其中，计算机控制端用于精确调控整个轴向加载系统；动力子系统用于为主路系统和支路系统提供动力；控制子系统用于调节系统压力为适用油压；执行子系统用于将适用油压转换为轴向荷载并对试件进行加载。该系统的优点是：计算机控制端、动力子系统、控制子系统和执行子系统形成闭环控制系统，能提供长期流变实验所需的稳定压力与持续时长，能得出岩石长期流变的变形破坏全过程特征，能实现相同试验环境下的多元同步加载，能与水围压系统共同作用模拟深部岩土体真实水环境下的流变特性。本实用新型提供了一种经济高效、测试准确、试验过程易于控制的水压轴压联合作用岩石三轴流变试验机轴向加载系统。

Description

一种水压轴压联合作用岩石三轴流变试验机轴向加载系统

技术领域

本实用新型涉及一种水压轴压联合作用岩石三轴流变试验机轴向加载系统。

技术背景

矿山、建筑、交通、水利等土木工程领域的工程稳定性问题通常与深部岩土体的力学性质密切相关。在地下水和各类地质因素的长期作用下，深部岩土体的变形与破坏呈现出很强的时效性。其中，长期恒定外力作用下岩石的流变特征是危及工程稳定性的重要因素。通过对岩石流变特性的研究，可以为工程的长期稳定性分析以及工程设计与施工提供必要的依据。

岩石流变实验是研究岩石流变特征的重要途径。目前用于研究岩石三轴流变的试验机主要由轴向加载系统、围压加载系统和实验控制系统组成，该种装置轴向加载系统的主要不足之处在于：一套实验控制系统只能控制一个加载装置对一个试件进行轴向加载，无法实现一套系统对多个试件同时加载；加载装置提供的压力稳定性不良，波动较大导致试验数据误差较大；加载装置提供的压力持续时间不长，无法得出岩石长期流变的变形破坏全过程特征；无法与围压加载系统共同作用模拟真实水环境下深部岩土体的流变特性。

因此，研究一种能够通过一套实验控制系统实现多个试件同步加载、能够保证提供稳定的压力与持续时长，能获取岩石长期流变的变形破坏全过程特征，能与水围压系统共同作用模拟深部岩土体真实水环境下的流变特性的岩石三轴流变试验机轴向加载系统显得尤为重要。

发明内容

本实用新型的目的是，为克服传统岩石三轴流变试验机无法实现一套系统多个试件同时加载、加载装置提供的压力不稳定而导致误差的扩大、加载持续时间不长而得不到岩石长期流变变形破坏全过程曲线以及无法与围压系统共同作用模拟深部岩土体真实水环境下的流变特性等不足，提供一种多元同步、稳定性好、精确度高的岩石三轴流变试验机轴向加载系统。

为达到上述目的，本实用新型提供了一种水压轴压联合作用岩石三轴流变试验机轴向加载系统，由计算机控制端、动力子系统、控制子系统和执行子系统组成，通过计算机控制端实现对6个试件同步进行轴向荷载的加载控制，并完成同一时段内试件在不同压力、不同流变阶段的三轴试验。

动力子系统包括介质油箱、伺服控制器、伺服电机和液压泵；伺服控制器发送指令给伺服电机，伺服电机驱动液压泵从介质油箱中吸入油液，形成压力油，为主路系统和支路系统提供动力。

控制子系统包括主路控制子系统和支路控制子系统。主路控制子系统包括两位三通电磁阀、溢流阀、单向阀、主路蓄能器和压力表，其中动力子系统中液压泵传来的高压油经溢流阀和单向阀调节油液压力、流速和流量等参数后存储于主路蓄能器中，通过压力表将主路蓄能器的压力控制在一定范围内；支路控制子系统包括手动阀、补压电磁阀、支路蓄能器、卸压电磁阀，其中主路控制子系统传来的高压油经耐压管道进入支路蓄能器稳定油压后，通过补压电磁阀和卸压电磁阀调节油压为支路所需油压，再通过各支路执行子系统将油压转换为轴向荷载对试件进行加载。

执行子系统包括刚性底座、承压盘、试件固定装置、施压盘、轴压连杆、轴压连杆托盘、垫块、加载压头、力值传感器、加载轴固定装置、立杆、加载轴、活塞和液压油缸，其中岩石试件经试件固定装置固定后置于承压桶内的承压盘上,再将承压桶置于刚性底座上，外来油压经进油耐压管道进入液压油缸的无杆舱，挤压活塞，推动由加载轴固定装置固定好的加载轴沿液压油缸的有杆舱竖向移动，通过加载压头对垫块施压，垫块将压力扩散至轴压连杆，最后推动施压盘对试件进行加载。

本实用新型具有以下优点：一套轴向加载实验控制系统即可实现多元同步加载，显著缩短试验周期，节约成本；各个试件所在的支路系统为并联，均可单独运行；能与水围压系统共同作用模拟深部岩土体真实水环境下的流变特性；通过计算机控制端、动力子系统、控制子系统和执行子系统形成闭环的控制系统，能精确地保持轴压的稳定和大小，减小试验误差。

附图说明

图1是本实用新型的组成结构总示意框图：

其中：A-动力子系统；B-控制子系统，包括：B₁、B₂、B₃、B₄、B₅和B₆共6个支路控制子系统；C-执行子系统，包括：C₁、C₂ 、C₃ 、C₄ 、C₅ 和C₆共6个支路执行子系统；D-计算机控制端。

图2是本实用新型的支路组成结构示意框图：

其中：A-动力子系统，包括：A1-介质邮箱、A2-伺服控制器、A3-伺服电机、A4-液压泵。

B-控制子系统，其中：B1-主路控制子系统，包括：B11-两位三通电磁阀、B12-溢流阀、B13-单向阀、B14-主路蓄能器、B15-压力表；B2-支路控制子系统，包括：B21-手动阀、B22-补压电磁阀、B23-支路蓄能器、B24-卸压电磁阀。

C-执行子系统，包括：C1-刚性底座、C2-承压盘、C3-试件固定装置、C4-施压盘、C5-轴压连杆、C6-轴压连杆托盘、C7-垫块、C8-加载压头、C9-力值传感器、C10-加载轴固定装置、C11-立杆、C12-加载轴、C13-活塞、C14-液压油缸。

D-计算机控制端。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的技术方案进一步说明：

计算机控制端D控制伺服控制器A2，伺服控制器A2发送指令给伺服电机A3，伺服电机A3驱动液压泵A4从介质油箱A1中吸入油液，形成压力油，高压油通过耐压管道输送至主路油压控制子系统B1，经主路油压控制子系统B1中的溢流阀B12和单向阀B13控制和调节油液压力、流速和流量等参数后存储于主路蓄能器B14中，通过压力表B15将主路蓄能器B14的压力保持在一定范围内。当支路系统需要进行实验时，主路控制子系统B1传递来的高压油经耐压管道进入支路蓄能器B23稳定油压后，通过补压电磁阀B22和卸压电磁阀B24调节油压为支路所需油压，外来油压经进油耐压管道进入液压油缸C14的无杆舱，挤压活塞C13，推动由加载轴固定装置C10固定好的加载轴C12沿液压油缸的有杆舱竖向移动，通过加载压头C8对垫块C7施压，垫块C7将压力扩散至轴压连杆C5，最后推动施压盘C4对试件进行加载；力值传感器C9安装于加载轴端部，对试件的轴向压力进行检测，并反馈给计算机控制端D，计算机控制端D根据传来的实时压力与设定压力进行分析比较，实时发送指令给伺服控制器A2，伺服控制器A2对伺服电机A3的转速进行实时调整，从而实现仅利用一套控制系统即可完成不同试验条件下对多个试件同步加载与控制的三轴试验。

Claims (4)

1.一种水压轴压联合作用岩石三轴流变试验机轴向加载系统，该系统包括计算机控制端、动力子系统、控制子系统和执行子系统；其中计算机控制端用于调控整个试验系统；动力子系统设置介质油箱、伺服控制器、伺服电机和液压泵用于为主路系统和支路系统提供动力；控制子系统设置主路控制子系统和支路控制子系统，主路控制子系统设置两位三通电磁阀、溢流阀、单向阀、主路蓄能器和压力表用于调节并存储液压泵传来的高压油，支路控制子系统设置手动阀、补压电磁阀、支路蓄能器、卸压电磁阀用于调节油压为支路所需油压；执行子系统设置刚性底座、承压盘、试件固定装置、施压盘、轴压连杆、轴压连杆托盘、垫块、加载压头、力值传感器、加载轴固定装置、立杆、加载轴、活塞和液压油缸用于将适用油压转换为轴向荷载并对试件进行加载。

2.根据权利要求1所述的一种水压轴压联合作用岩石三轴流变试验机轴向加载系统，其特征是：所述动力子系统的伺服控制器按计算机控制端的要求发送指令给伺服电机，伺服电机驱动液压泵从介质油箱中吸入油液，形成压力油，为主路系统和支路系统提供动力。

3.根据权利要求1所述的一种水压轴压联合作用岩石三轴流变试验机轴向加载系统，其特征是：所述控制子系统的溢流阀和单向阀调节高压油液压力、流速和流量等参数后，高压油存储于主路蓄能器中，经支路蓄能器稳定油压后，通过补压电磁阀和卸压电磁阀调节油压为支路所需油压。

4.根据权利要求1所述的一种水压轴压联合作用岩石三轴流变试验机轴向加载系统，其特征是：所述执行子系统中经固定好的岩石试件置于承压盘,再将承压桶置于刚性底座上，外来油压进入液压油缸的无杆舱，挤压活塞，推动加载轴沿竖向移动，通过加载压头对垫块施压并扩散至轴压连杆，最后推动施压盘对试件进行加载。