專利名稱：真三軸流變試驗系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種真三軸流變試驗系統(tǒng)，尤其適用于巖土材料流變力學(xué)性質(zhì)試驗。
背景技術(shù)：
常規(guī)三軸流變儀的根本缺點在于它只能對圓柱形狀巖土材料施加軸向應(yīng)力、相同側(cè)向應(yīng)力(圍壓)，因此只能反映巖土試樣在軸對稱應(yīng)力狀態(tài)下的強度和變形規(guī)律，并不能代表巖土材料實際所受到的一般的應(yīng)力狀態(tài)。真三軸儀是一種真實模擬主應(yīng)力狀態(tài)，且在任意應(yīng)力路徑下測試巖土力學(xué)特性的試驗儀器。為了真實描述巖土材料的三維應(yīng)力狀態(tài)，國內(nèi)外己經(jīng)研制了多種真三軸儀。雖然它們都能模擬巖土的三向受力狀態(tài)及進行復(fù)雜應(yīng)力路徑的試驗，但它們存在著以下缺點難以獲得全過程流變曲線，即無法獲得加速流變階段曲線。此外，未見到關(guān)于真三軸流變試驗裝置的公開專利。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題就在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種評價巖土材料真三軸流變試驗系統(tǒng)。本發(fā)明專利的目的在于對巖土材料在長期三維應(yīng)力狀態(tài)下的流變-強度特性，第二主應(yīng)力(中間主應(yīng)力)對于巖土材料流變-強度特性的影響。實現(xiàn)實際工程中復(fù)雜條件下三個方向分別重力加載，三個方向獨立量測變形的模擬手段，能夠測試復(fù)雜應(yīng)力條件下巖土的力性狀反應(yīng)。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的所述的三向應(yīng)力加載通過儲液罐(7)里的水或其它液體經(jīng)過往復(fù)式泵(30)、四位六通電磁閥(24)、注液管(6)分別注入最小主應(yīng)力前加載砝碼(I)、中間主應(yīng)力左加載砝碼
(4)、最大主應(yīng)力右加載砝碼(17)、最大主應(yīng)力左加載砝碼(11)、再經(jīng)過一級加載杠桿(5)、球形鉸鏈支座(2)、載荷緩沖裝置(3)、二級加載杠桿(8)擴力后，分別作用于最小主應(yīng)力前加載塊(9)、中間主應(yīng)力左加載塊(10)、最大主應(yīng)力加載塊(12)最終施加在試件(28)上。所述的真三軸流變試驗系統(tǒng)，其特征在于所述的控制系統(tǒng)通過三位四通電磁閥
(23)控制往復(fù)式泵(30)從而調(diào)節(jié)最小主應(yīng)力前加載砝碼(I)、中間主應(yīng)力左加載砝碼(4)、最大主應(yīng)力左加載砝碼(11)、最大主應(yīng)力右加載砝碼(17)中注入液體的重量，從而為真三軸儀提供了三向加載的重力源。安裝在真三軸儀上的載荷測量儀(21)、應(yīng)變測量儀(22)、通過數(shù)據(jù)采集儀(31)輸入計算機(24)，反饋檢測元件將檢測到的應(yīng)變、應(yīng)力和液體注入重量信號反饋回控制系統(tǒng)，可以獨立地在三個方向上分別進行應(yīng)力、應(yīng)變的閉環(huán)數(shù)字伺服控制。中間主應(yīng)力左加載塊(10)、最大主應(yīng)力加載塊(12)、最小主應(yīng)力如加載塊(9)、最小王應(yīng)力后加載塊(18)、中間王應(yīng)力右加載塊(19與橡I父塊(32)粘合在一起，從而加載端摩擦系數(shù)小至O. 03以下時，最大減小端部摩擦效應(yīng)的影響。本發(fā)明的有益效果實現(xiàn)了軸向重力加載、側(cè)向雙軸重力加載的三向加載方式；軸向、側(cè)向采用外包柔性復(fù)合材料鋼塊壓塊施加杠桿重力載荷；獨立施加三向恒定主應(yīng)力的自動控制系統(tǒng)。真正實現(xiàn)了三向獨立加載、互不干擾。采用液體砝碼精細加載、反饋檢測元件以及四位六通電磁閥獲得全過程載荷流變曲線，提高了巖土力學(xué)性質(zhì)測試技術(shù)水平。


圖1是本發(fā)明真三軸流變試驗系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。圖1中真三軸流變試驗系統(tǒng)由最小主應(yīng)力前加載砝碼(I)、球形鉸鏈支座(2)、載荷緩沖裝置(3)、中間主應(yīng)力加載砝碼(4)、一級加載杠桿(5)、注液管￠)、儲液罐(7)、二級加載杠桿(8)、最小主應(yīng)力加載塊(9)、中間主應(yīng)力左加載塊(10)、最大主應(yīng)力左加載砝碼(11)、最大主應(yīng)力加載塊(12)、承載框架(13)、輪盤軸(14)、傳力軸(15)、輪盤(16)、最大主應(yīng)力右加載砝碼(17)、最小主應(yīng)力承壓板(18)、中間主應(yīng)力右承壓板(19)、機座(20)、載荷測量儀(21)、應(yīng)變測量儀(22)、三位四通電磁閥(23)、計算機(24)組成。圖2是本發(fā)明真三軸流變試驗裝置側(cè)視圖。圖2中球形鉸鏈支座(25)、應(yīng)變傳感器(26)、載荷傳感器(27)。圖3是本發(fā)明三軸壓力室A-A剖面圖。圖3中試件(28)、橡膠塊(32)。圖4是本發(fā)明的控制系統(tǒng)原理圖。圖4中包括分 流器(29)、數(shù)據(jù)采集儀(31)、往復(fù)式泵(30)。
具體實施例方式本發(fā)明結(jié)合附圖詳細說明如下加載過程首先將試件(28)放入半敞開式三軸壓力室后，啟動往復(fù)式泵(30)將儲液罐(7)中液體通過注液管(6)分別向最小主應(yīng)力前加載砝碼(I)、中間主應(yīng)力加載砝碼
(4)、最大主應(yīng)力左加載砝碼(11)、最大主應(yīng)力右加載砝碼(17)注入液體；通過三位四通電磁閥(23)控制液體流量從而施加不同重力加載，可以對每個加載剛性塊進行獨立控制；最后通過一級加載杠桿(5)、二級加載杠桿(8)擴力加載，進行流變試驗。圖4中，本發(fā)明真三軸流變試驗系統(tǒng)的控制系統(tǒng)由載荷測控儀(21)、應(yīng)變測控儀(22)、三位四通電磁閥(23)、計算機(24)、分流器(29)、數(shù)據(jù)采集儀(31)、往復(fù)式泵(30)組成。其中載荷測量儀(21)、應(yīng)變測量儀(22)、與應(yīng)變傳感器(26)、載荷傳感器(27)輸出應(yīng)變、載荷作為反饋的信號與給定的信號閉環(huán)負反饋調(diào)節(jié)，載荷控制與應(yīng)變控制由切換開關(guān)轉(zhuǎn)換，相應(yīng)的傳感器輸出信號經(jīng)放大后輸入Α/D卡中，由計算機(24)完成試驗數(shù)據(jù)的高速采集，以數(shù)據(jù)文件方式存放。本發(fā)明真三軸流變試驗系統(tǒng)的載荷、應(yīng)變測量是由載荷測量儀(21)、應(yīng)變測量儀、應(yīng)變傳感器(26)、載荷傳感器(27)來實施的。最大主應(yīng)力方向為剛性塊加壓，應(yīng)變傳感器(26)、載荷傳感器(27)安裝加載塊內(nèi)。所述的數(shù)據(jù)采集儀(31)與計算機(24)相連接實施數(shù)據(jù)采集。以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式
，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種真三軸流變試驗系統(tǒng)，主要由最小主應(yīng)力前加載砝碼(I)、球形鉸鏈支座(2)、緩沖裝置(3)、中間主應(yīng)力左加載砝碼(4)、一級加載杠桿(5)、注液管￠)、儲液罐(7)、二級加載杠桿(8)、最小主應(yīng)力如加載塊(9)、中間主應(yīng)力左加載塊(10)、最大主應(yīng)力左加載砝碼(11)、最大主應(yīng)力加載塊(12)、承載框架(13)、輪盤軸(14)、傳力軸(15)、輪盤(16)、最大主應(yīng)力右加載砝碼(17)、最小主應(yīng)力后加載塊(18)、中間主應(yīng)力右加載塊(19)、機座(20)、載荷測量儀(21)、應(yīng)變測量儀(22)、三位四通電磁閥(23)、計算機(24)組成；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的真三軸流變試驗系統(tǒng)，其特征在于所述的三向應(yīng)力加載通過儲液罐(7)里的水或其它液體經(jīng)過往復(fù)式泵(30)、四位六通電磁閥(23)、注液管(6)分別注入最小主應(yīng)力前加載砝碼(I)、中間主應(yīng)力左加載砝碼(4)、最大主應(yīng)力右加載砝碼(17)、最大主應(yīng)力左加載砝碼(11)、再經(jīng)過一級加載杠桿(5)、球形鉸鏈支座(2)、緩沖裝置(3)、二級加載杠桿(8)擴力后，分別作用于最小主應(yīng)力加載塊(9)、中間主應(yīng)力加載塊(10)、最大主應(yīng)力加載塊(12)最終施加在試件(28)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的真三軸流變試驗系統(tǒng)，其特征在于所述的控制系統(tǒng)通過四位六通電磁閥(23)控制往復(fù)式泵(30)從而調(diào)節(jié)最小主應(yīng)力前加載砝碼(I)、中間主應(yīng)力左加載砝碼(4)、最大主應(yīng)力左加載砝碼(11)、最大主應(yīng)力右加載砝碼(17)中注入液體的重量，從而為真三軸儀提供三向加載重力源。真三軸儀上的位移傳感器(26)、載荷傳感器(27)通過數(shù)據(jù)采集儀(31)輸入計算機(24)，反饋檢測元件將檢測到的應(yīng)變、應(yīng)力和液體注入重量信號反饋回控制系統(tǒng)，可以獨立地在三個軸上分別進行應(yīng)力、應(yīng)變的閉環(huán)數(shù)字伺服控制。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的真三軸流變試驗系統(tǒng)，其特征在于所述的最小主應(yīng)力前加載塊(9)、中間主應(yīng)力左加載塊(10)、最大主應(yīng)力加載塊(12)、最小主應(yīng)力后加載塊(18)、中間主應(yīng)力右加載塊(19)與橡膠塊(32)粘合在一起，從而最大限度減小端部摩擦效應(yīng)的影響。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的真三軸流變試驗系統(tǒng),其特征在于所述的最小主應(yīng)力后加載塊(18)、中間主應(yīng)力右加載塊(19)固定在機座(20)上，最小主應(yīng)力后加載塊(18)、中間主應(yīng)力右加載塊(19)為試件(28)提供反力。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種真三軸流變試驗系統(tǒng)。本發(fā)明具有軸向重力加載、側(cè)向雙軸重力加載的三向加載方式；軸向、側(cè)向采用加載塊施加杠桿重力載荷；獨立施加三向恒定主應(yīng)力的自動控制系統(tǒng)。真正實現(xiàn)了三向獨立加載、互不干擾。采用注液砝碼精細加載、反饋檢測元件以及四位六通電磁閥獲得全過程流變曲線。本發(fā)明具有應(yīng)力狀態(tài)真實，應(yīng)變測試準確，試驗過程易于控制的特點。
文檔編號G01N3/02GK103033423SQ20111031462
公開日2013年4月10日 申請日期2011年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月30日
發(fā)明者付志亮, 李術(shù)才, 張慶松, 高召寧, 王漢鵬, 劉元雪 申請人:付志亮