CN209460049U - 一种新型三轴恒荷载压缩和流变试验机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种新型三轴恒荷载压缩和流变试验机。采用电机旋转压缩第一活塞缸内不可压缩液体进行传递轴向荷载作用在试样上，采用施加砝码压缩第三活塞缸内的无气水提供长期恒定围压。通过控制不可压缩液体的压强，实现轴向荷载的恒定输出以及单调变化，轴向荷载既能长时间维持某一定值，又能输出周期较大的矩形波循环荷载。当把输出围压的第三活塞缸与输出轴向荷载的第二活塞缸连通，轴向荷载与围压同步变化，则能实现双向同相位的单调加载试验和慢速往复循环荷载试验，而轴向荷载与围压比值可通过变化液压缸直径实现。试样变形测量采用的数字图像测量方法，适用性强，测量精度高。

Description

一种新型三轴恒荷载压缩和流变试验机

技术领域

本实用新型属于土工试验技术领域，涉及一种新型三轴恒荷载压缩和流变试验机。

背景技术

三轴压缩试验是研究岩土体力学性质的常规土工试验之一，是构建岩土材料的应力-应变本构模型和确定其强度的重要手段。岩土体具有应力、应变随时间不断变化的特殊工程特性——流变性，包括蠕变和应力松弛，其中蠕变特性指在受力不变的条件下变形随时间不断增加的性质，是岩土工程中较为关心的问题之一，比如地基下沉，斜坡和边坡失稳等工程问题都与土体的蠕变相关。

三轴蠕变试验是指试样在恒定围压下，轴向荷载一定时间内保持为一恒定值的试验。蠕变是一个长时间的过程，通常完成一个试验快则需要数个小时，慢则需要1～2月乃至更长时间。试验过程中要求每一级荷载长时间保持恒定。目前使用的流变仪普遍采用杠杆机构来施加剪力荷载，体积庞大，加载误差大，价格昂贵，功能单一，不能适应大多数小型土工实验室要求。国内外有很多关于三轴恒荷载压缩和蠕变仪的研制与改进，如华南理工大学建筑学院谷任国，成都理工大学胥建华等都做过这方面的工作。改进的仪器仍以杠杆结构为传力机构，加载过程中，杠杆易倾斜，垂直力的方向会因杠杆的倾斜而改变，试验中所施加荷载越大，杠杆与水平方向的夹角也随之增大，导致输入荷载和输出荷载比值(放大比)不是一个定值，从而使得加载误差越来越大，试验结果产生较大的偏差。还有一些以电机作为流变仪的动力，通过电机的频繁正反转保持输出力恒定值，不仅严重影响到电机的使用寿命，而且需要复杂的负反馈控制系统。

为此，我们设计出一种结构简单紧凑、成本低、操作方便，能适应不同土样性质要求的剪切、流变两用三轴试验仪。本实用新型主要是控制液压缸内压强的变化以及活塞杆的运动，输出设定的载荷值和活塞运动方式，实现不同功能和类型的土工加载方案。

实用新型内容

1、本实用新型的目的：

本实用新型为了解决以上问题，提供了一种新型三轴恒荷载压缩和流变试验机。

2、本实用新型的技术方案为：

本实用新型提出了一种新型三轴恒荷载压缩和流变试验机，包括电机、丝杠、第一活塞缸、第二活塞缸、第三活塞缸、压力室、砝码、机架；

所述第二活塞缸安装于机架的上端，第二活塞缸是输出轴向荷载；所述第三活塞缸直立安装于机架的一侧，并与压力室连通，通过施加在第三活塞缸活塞杆上砝码压缩第三活塞缸内的无气水产生围压。

水压强发生器是由电机、丝杠、第一活塞缸组成，通过电机旋转驱动丝杠压缩第一活塞缸内不可压缩液体，并连通到第二活塞缸内，压缩第二活塞缸的活塞，输出轴向荷载到压力室内试样上；输出荷载的大小取决于水压强发生器压缩不可压缩液体的压强；轴向力是由电机驱动丝杠压缩第一活塞缸和内的不可压缩液体，传递力到压力室内试样上，围压是由已知重力的砝码施加在第三活塞缸活塞杆上，压缩压力室内的水，输出围压。

更进一步，所述压力室形状近似于半圆形，其正面安装视窗。

更进一步，还包括遮光罩，所述遮光罩是安装在压力室正面的视窗上，用以遮蔽外部环境光源。

更进一步，还包括相机，所述相机是固定在遮光罩内，通过视窗拍摄并记录压力室内试样变形。

3、本实用新型的有益效果为：

(1)本实用新型采用电机旋转压缩液压缸内不可压缩液体进行传递轴向荷载，采用砝码压缩液压缸内的无气水提供恒定围压。

(2)本实用新型轴向荷载既能长时间维持某一定值，又能输出周期较大的矩形波循环荷载。

(3)本实用新型若把输出围压的液压缸与输出轴向荷载的液压缸连通，则能实现双向同相位的单调加载试验和慢速往复循环荷载试验。

(4)本试验机的试样变形测量技术采用的是图像测量法(标记块节点识别跟踪)，适用环境强，测量精度高。本实用新型结构简单，体积小，成本低，操作简单，是一种能适应不同试验方案需求的剪切、流变两用三轴试验仪。

附图说明

图1试验机荷载传递原理图；

图2试验机结构图。

附图标记：电机1、丝杠2、第一活塞缸3、第二活塞缸4、第三活塞缸5、压力室6、砝码7、机架8、遮光罩9、相机10。

具体实施方式

以下结合说明书附图对本实用新型做进一步阐述。

一种新型三轴恒荷载压缩和流变试验机，可用于三轴恒荷载压缩试验和流变试验。通过电机伺服控制第一活塞缸3内不可压缩液体的压强，以达到第二活塞缸4的活塞杆的输出荷载，输出荷载的大小与液压缸直径相关。不可压缩液体的压强可控为某一恒定值、周期性矩形波循环变化值和速率可控式单调变化值，以实现不同加载方案的三轴试验。

1、分级流变试验

分级流变试验，是以轴向载荷阶梯递增形式呈现的。假设一级载荷F1，对应不可压缩液体压强P1，则电机驱动丝杠压缩第一活塞缸3内不可压缩液体，通过负反馈不断调节不可压缩液体的压强，使第二活塞缸4活塞杆的输出荷载为一恒定值，并维持已设定的时间T1。同理，二级轴向荷载F2、三级轴向荷载F3…，对应液体压强P2、P3…，即可实现多级流变试验。

2、单调荷载和周期往复循环荷载试验

单调荷载试验方案是指控制第一活塞缸3内不可压缩液体压强单调变化和第一活塞缸3活塞匀速运动两种试验方案。

如果对一级荷载值F1维持时间T1，二级荷载F2维持时间T2，设定执行循环数，则可以实现周期性往复荷载试验。

3、同相位双向应力试验

若改变砝码施加围压的方法，将第三活塞缸5与第二活塞缸4连通，则轴向荷载的相位与围压相位相同，可实现同相位双向单调加载、单调卸载试验和周期性循环试验。

1、液压缸的施力原理

三轴试验中，轴向力是由电机驱动丝杠压缩第一活塞缸3和2内的不可压缩液体，传递力到压力室内试样上，围压是由已知重力的砝码施加在第三活塞缸5活塞杆上，压缩压力室内的水，输出一定的围压。

2、结构组成

一种新型三轴恒荷载压缩和流变试验机，轴向荷载和围压的输出都是控制液压缸中活塞的运动实现的，其组成部分有，机架、两个液压缸(第二活塞缸4和第三活塞缸5)、压力室、遮光罩、相机、砝码、一套水压强发生器。

所述第二活塞缸4和第三活塞缸5分别安装于机架的上端和右侧，第二活塞缸4是输出轴向荷载，第三活塞缸5是输出围压。所述一套水压强发生器是由电机、丝杠、第一活塞缸3组成，通过电机旋转驱动丝杠压缩第一活塞缸3内不可压缩液体，并连通到第二活塞缸4内，压缩第二活塞缸4的活塞，输出轴向荷载到压力室内试样上；输出荷载的大小取决于水压强发生器压缩不可压缩液体的压强，而荷载的类型可以是恒荷载、矩形波荷载、单调递增荷载等。所述第三活塞缸5是直立安装于机架的右侧，并与压力室连通，通过施加在第三活塞缸5活塞杆上砝码压缩第三活塞缸5内的无气水产生围压。所述压力室形状近似于半圆形，其正面是安装的钢化玻璃视窗，所述遮光罩是安装在压力室正面的视窗上，用以遮蔽外部环境光源；所述相机是固定在遮光罩内，通过视窗拍摄并记录压力室内试样变形。

Claims (4)

1.一种新型三轴恒荷载压缩和流变试验机，其特征在于：包括电机(1)、丝杠(2)、第一活塞缸(3)、第二活塞缸(4)、第三活塞缸(5)、压力室(6)、砝码(7)、机架(8)；

所述第二活塞缸(4)安装于机架的上端，第二活塞缸(4)是输出轴向荷载；所述第三活塞缸(5)直立安装于机架的一侧，并与压力室(6)连通，通过施加在第三活塞缸(5)活塞杆上砝码压缩第三活塞缸(5)内的无气水产生围压；

水压强发生器是由电机(1)、丝杠(2)、第一活塞缸(3)组成，通过电机旋转驱动丝杠压缩第一活塞缸(3)内不可压缩液体，并连通到第二活塞缸(4)内，压缩第二活塞缸(4)的活塞，输出轴向荷载到压力室(6)内试样上；输出荷载的大小取决于水压强发生器压缩不可压缩液体的压强；轴向力是由电机驱动丝杠压缩第一活塞缸(3)和丝杠(2)内的不可压缩液体，传递力到压力室内试样上，围压是由已知重力的砝码施加在第三活塞缸(5)活塞杆上，压缩压力室内的水，输出围压。

2.根据权利要求1所述的新型三轴恒荷载压缩和流变试验机，其特征在于：所述压力室(6)形状近似于半圆形，其正面安装视窗。

3.根据权利要求2所述的新型三轴恒荷载压缩和流变试验机，其特征在于：还包括遮光罩(9)，所述遮光罩是安装在压力室正面的视窗上，用以遮蔽外部环境光源。

4.根据权利要求1所述的新型三轴恒荷载压缩和流变试验机，其特征在于：还包括相机(10)，所述相机是固定在遮光罩内，通过视窗拍摄并记录压力室内试样变形。