專利名稱：伺服控制巖體真三軸試驗裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種巖體力學試驗設(shè)備，尤其涉及一種大尺寸、高應(yīng)力伺服控制巖體真三軸試驗的裝置。
背景技術(shù)：
由于大型地下洞群的規(guī)模逐漸增大，所處的地下地質(zhì)環(huán)境也愈加復(fù)雜。因此，存在深埋、高地應(yīng)力條件下，洞群圍巖的穩(wěn)定性狀況、破壞形態(tài)和破壞機制等問題?，F(xiàn)場巖體力學試驗是解決這類問題的主要研究方法。當前主要采用直剪試驗獲取現(xiàn)場巖體強度，直剪試驗需要預(yù)設(shè)剪切面，試驗結(jié)果只能反映剪切面強度，無法揭示巖體綜合強度，直剪試驗只能與Mohr-Coulomb等少數(shù)強度準則配套，不能考慮中間主應(yīng)力影響。開展現(xiàn)場巖體三軸試驗是了解巖體綜合強度的有效途徑。從參考文獻可知，長江科學院于1972年在葛洲壩開展了現(xiàn)場巖體三軸試驗，中科院武漢巖土力學研究所針對國投新集煤礦區(qū)軟巖，開展了現(xiàn)場巖體三軸蠕變試驗，日本電力工業(yè)研究中心利用其自行研制的設(shè)備，針對凝灰?guī)r開展了等圍壓三軸試驗。目前已開展的三軸試驗巖體試樣尺寸小，無法揭示巖體綜合強度，與工程巖體實際綜合狀況相距較大，尺寸效應(yīng)明顯。已開展的現(xiàn)場巖體三軸試驗是由千斤頂加載，給試樣提供軸壓、圍壓，試樣承載的是硬性力，測試巖體綜合強度不準確。已開展的現(xiàn)場巖體三軸試驗應(yīng)力水平普遍不高，圍壓不超過5MPa，且開展的都是等圍壓試驗。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種地下洞室現(xiàn)場巖體大尺寸試樣、加載液壓枕提供高圍壓且能承載復(fù)雜應(yīng)力的巖體真三軸試驗設(shè)備，可獨立加載伺服控制獲得巖體綜合強度。本發(fā)明解決其技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案一種伺服控制高應(yīng)力巖體真三軸試驗裝置，包括反力框架、軸壓加載系統(tǒng)、圍壓加載系統(tǒng)、測量及采集控制系統(tǒng)，主要是矩形反力框架內(nèi)面四周安裝液壓枕，并套置在現(xiàn)場柱狀巖體試樣外，柱狀巖體試樣尺寸范圍長 30cm至100cm，寬30cm至100cm，高60cm至150cm，測桿一端設(shè)置在柱狀巖體試樣側(cè)面中心內(nèi)，測桿另一端穿過反力框架接測量及采集控制系統(tǒng)，液壓枕接圍壓加載伺服控制系統(tǒng)。而且，圍壓加載伺服控制系統(tǒng)為計算機接轉(zhuǎn)換器EDC，轉(zhuǎn)換器EDC接伺服閥，伺服閥一端接伺服油源，伺服閥另一端接增壓器，增壓器接入液壓枕。而且，圍壓加載伺服控制系統(tǒng)分別接柱狀巖體試樣兩對應(yīng)面的液壓枕。而且，矩形反力框架每個內(nèi)面上下分別安裝液壓枕，且上下液壓枕串聯(lián)。而且，矩形反力框架內(nèi)面每對液壓枕對柱狀巖體試樣加載最高圍壓25MPa。而且，測量及采集控制系統(tǒng)為測桿接徑向變形測表，徑向變形測表接入計算機。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比還具有以下的主要優(yōu)點1、利用現(xiàn)場巖體做成柱狀大尺寸試樣，反力框架套置柱狀巖體試樣，克服試驗臺架的剛度及出力問題，現(xiàn)場巖體大尺寸試樣試驗全面揭示巖體綜合強度，避免樣品尺寸小與工程巖體相距較大而產(chǎn)生的尺寸效應(yīng)。2、通過矩形體反力框架四周內(nèi)面安裝液壓枕，并內(nèi)套置柱狀巖體試樣，液壓枕對柱狀巖體試樣可進行高圍壓加載試驗，而且，液壓枕對柱狀巖體試樣加載均勻柔和應(yīng)力，使試驗巖體綜合強度結(jié)果更趨于準確。3、液壓枕對柱狀巖體試樣施加圍壓，液壓枕接圍壓加載伺服控制系統(tǒng)，通過二套圍壓加載伺服控制系統(tǒng)獨立控制柱狀巖體試樣對應(yīng)面的圍壓，由于接入伺服閥，控制增壓器可以試驗不同圍壓加載，以揭示巖體綜合強度。4、測量及采集控制系統(tǒng)由測桿接變形測表，并接入計算機，從而使測量與采集試驗數(shù)據(jù)由計算機控制，使采集試驗數(shù)據(jù)實時、精確。5、柱狀巖體試樣尺寸范圍長30cm至100cm，寬30cm至100cm，高60cm至150cm，
適用于一定范圍內(nèi)變化的樣品尺寸，也可在實驗室做巖體真三軸壓縮試驗，擴大了試驗儀器使用范圍，適用范圍更廣泛。


圖1是本發(fā)明的伺服控制巖體真三軸試驗裝置示意圖。1.洞室?guī)r體面，2、2'、2〃鋼墊板，3.傳力柱，4.千斤頂，5.油管，6.反力框架， 7.徑向變形測表，7'.測桿，8.軸向變形測表，8'.測桿，9、9'.液壓枕，10.現(xiàn)場柱狀巖體試樣，11.增壓器，12.伺服閥，13.伺服油源，14.轉(zhuǎn)換器EDC，15.計算機，15'.測量及采集控制系統(tǒng)，12'.圍壓加載伺服控制系統(tǒng)。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。如圖1所示，一種伺服控制高應(yīng)力巖體真三軸試驗裝置，由反力框架、軸壓加載系統(tǒng)、圍壓加載系統(tǒng)、測量及采集控制系統(tǒng)組成。利用現(xiàn)場巖體直接做成柱狀大尺寸試樣，尺寸范圍長30cm至100cm，寬30cm至100cm，高60cm至150cm，反力框架(6)做成一定厚度矩形框，反力框架(6)內(nèi)面四周安裝液壓枕(9)，并套置在柱狀巖體試樣(10)外，使液壓枕 (9)與巖體試樣(10)接觸，便于兩對應(yīng)面液壓枕(9) (9)對巖體試樣(10)加載，一套圍壓加載伺服控制系統(tǒng)(12')單獨控制柱狀巖體試樣(10)側(cè)面的兩對應(yīng)面液壓枕(9) (9)；每個內(nèi)面沿中心位置上下安裝兩個液壓枕(9)、(9')，液壓枕(9')與液壓枕(9)串聯(lián)，使液壓枕(9)、(9')分別與巖體試樣(10)接觸，便于液壓枕(9)、(9‘)對巖體試樣(10)加載， 每套圍壓加載伺服控制系統(tǒng)(12')分別接入柱狀巖體試樣(10)側(cè)面兩對應(yīng)面液壓枕(9) (9)、(9' )(9')，在矩形反力框架(6)四周內(nèi)面有八對液壓枕，每對液壓枕對柱狀巖體試樣(10)四面加載最高圍壓25MPa，圍壓加載伺服控制系統(tǒng)(12')由計算機(15)接轉(zhuǎn)換器 EDC (14)，轉(zhuǎn)換器EDC (14)接入伺服閥(12)，伺服閥(12)通過油管一端接油源(13)，另一端接入增壓器(11)，增壓器(11)接液壓枕(9)、(9')。柱狀大尺寸試樣(10)四周側(cè)面中心內(nèi)置測桿(7')，測桿(7')另一端穿過反力框架(6)接測量及采集控制系統(tǒng)(15')，測量及采集控制系統(tǒng)(15')將測桿(7')由數(shù)據(jù)線分別接徑向變形測表(7)，徑向變形測表(7)接入計算機(15)，計算機(1 分別輸出試樣四周側(cè)面變形數(shù)據(jù)。利用現(xiàn)場巖體做成柱狀大尺寸試樣，便于提供一定范圍內(nèi)變化的樣品尺寸，反力框架套置柱狀巖體試樣，克服試驗臺架的剛度問題及出力問題，利用現(xiàn)場巖體大尺寸試樣試驗全面揭示巖體綜合強度，避免樣品尺寸小與工程巖體相距較大而產(chǎn)生的尺寸效應(yīng)，也可在實驗室做巖體真三軸壓縮試驗，擴大了試驗儀器使用范圍。巖體真三軸壓縮試驗裝置，柱狀大尺寸試樣頂面的鋼板( 上設(shè)置多個大噸位千斤頂G)，千斤頂(4)接軸壓控制系統(tǒng)，軸壓控制系統(tǒng)單獨控制柱狀巖體試樣頂面軸壓加載，軸壓控制系統(tǒng)由計算機(15)接轉(zhuǎn)換器EDC(14)，轉(zhuǎn)換器EDC(14)接入伺服閥(12)，伺服閥(1 通過油管一端接油源(13)，另一端控制接入千斤頂(4)的增壓器(11)，試樣頂面測桿(8')接測量及采集控制系統(tǒng)的軸向變形測表(8)，軸向變形測表(8)接計算機(15)，單獨測得試樣軸向變形。巖體真三軸壓縮試驗裝置安裝完成，開啟計算機(15)、轉(zhuǎn)換器EDC(14)，啟動伺服油源(1 。試驗人員將試驗指令輸入計算機(15)，然后開始試驗。試驗人員的指令由轉(zhuǎn)換器EDC(14)轉(zhuǎn)換為電信號，發(fā)送給伺服閥(12)，伺服閥(12)依據(jù)轉(zhuǎn)換器EDC(14)的指令，將伺服油源(1 提供的壓力進行調(diào)節(jié)，然后將指定壓力輸送給增壓器(11)，增壓器將伺服閥 (12)的壓力放大，然后將放大的壓力通過油管( 輸送給柱狀大尺寸試樣徑向液壓枕(9) (9')、軸向千斤頂G)，圍壓加載伺服控制系統(tǒng)(12')分別單獨控制柱狀巖體試樣(10) 側(cè)面兩對應(yīng)面液壓枕(9) (9')圍壓加載，軸壓加載控制系統(tǒng)控制柱狀巖體試樣(10)軸向千斤頂(4)軸壓加載。試樣(10)受液壓枕(9) (9')和千斤頂(4)荷載作用后，所發(fā)生的變形分別通過測桿傳遞，然后被軸向變形測表(8)和徑向變形測表(7)采集，并通過數(shù)據(jù)線傳遞給計算機(15)，計算機(15)按試驗人員要求繪制實時試驗曲線。
權(quán)利要求
1.一種伺服控制高應(yīng)力巖體真三軸試驗裝置，包括反力框架、軸壓加載系統(tǒng)、圍壓加載系統(tǒng)、測量及采集控制系統(tǒng)，其特征在于矩形反力框架(6)內(nèi)面四周安裝液壓枕(9)，并套置在現(xiàn)場柱狀巖體試樣(10)外，柱狀巖體試樣(10)尺寸范圍長30cm至100cm，寬30cm 至100cm，高60cm至150cm，測桿(7') 一端設(shè)置在柱狀巖體試樣(10)側(cè)面中心內(nèi)，測桿 (7')另一端穿過反力框架(6)接測量及采集控制系統(tǒng)(15')，液壓枕(9)接圍壓加載伺服控制系統(tǒng)(12')。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種伺服控制高應(yīng)力巖體真三軸試驗裝置，其特征在于圍壓加載伺服控制系統(tǒng)(12')為計算機(15)接轉(zhuǎn)換器EDC(14)，轉(zhuǎn)換器EDC(14)接伺服閥 (12)，伺服閥(12) 一端接伺服油源(13)，伺服閥(12)另一端接增壓器(11)，增壓器(11) 接入液壓枕(9)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述一種伺服控制高應(yīng)力巖體真三軸試驗裝置，其特征在于 圍壓加載伺服控制系統(tǒng)(12')分別接柱狀巖體試樣(10)兩對應(yīng)面的液壓枕(9)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種伺服控制高應(yīng)力巖體真三軸試驗裝置，其特征在于矩形反力框架(6)每個內(nèi)面上下分別安裝有液壓枕(9)、(9')，且液壓枕(9)與液壓枕(9‘)串聯(lián)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述一種伺服控制高應(yīng)力巖體真三軸試驗裝置，其特征在于 矩形反力框架(6)內(nèi)面每對液壓枕(9) (9),(9' )(9')對柱狀巖體試樣(10)加載最高圍壓 25MPa。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種伺服控制高應(yīng)力巖體真三軸試驗裝置，其特征在于測量及采集控制系統(tǒng)(15')為測桿(7')接徑向變形測表(7)，徑向變形測表(7)接入計算機 (15)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種伺服控制高應(yīng)力巖體真三軸試驗裝置，包括反力框架、軸壓加載系統(tǒng)、圍壓加載系統(tǒng)、測量及采集控制系統(tǒng)，主要是矩形反力框架內(nèi)面四周安裝液壓枕，并套置在現(xiàn)場柱狀巖體試樣外，柱狀巖體試樣尺寸范圍長30cm至100cm，寬30cm至100cm，高60cm至150cm，測桿一端設(shè)置在柱狀巖體試樣側(cè)面中心內(nèi)，測桿另一端穿過反力框架接測量及采集控制系統(tǒng)，液壓枕接圍壓加載伺服控制系統(tǒng)。本裝置利用地下洞室現(xiàn)場巖體大尺寸試樣、加載液壓枕提供高圍壓，且能承載復(fù)雜應(yīng)力，可獨立加載伺服控制獲得巖體綜合強度。
文檔編號G01N3/10GK102252910SQ20111015566
公開日2011年11月23日 申請日期2011年6月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月10日
發(fā)明者周火明, 孫云志, 龐正江, 張宜虎, 李維樹, 楊宜, 楊漢良, 熊詩湖, 王玉明, 范雷, 謝斌, 趙仁義, 鄔愛清, 郝慶澤, 鐘作武, 陳強, 韓軍, 馬東輝 申請人:長春市朝陽試驗儀器有限公司, 長江水利委員會長江科學院