專利名稱：一種五聯(lián)動巖石單軸流變儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于巖石和混凝土的五聯(lián)動單軸流變儀，屬于地下工程實 驗儀器技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
巖石流變是指巖石礦物組構(gòu)、隨時間增長而不斷調(diào)整重組，導(dǎo)致其應(yīng)力、 應(yīng)變狀態(tài)亦隨時間而持續(xù)地增長變化。大量工程實踐與研究表明，巖體工程的 破壞與失穩(wěn)，在許多情況下并不在開挖完成后立即發(fā)生，而是巖體的應(yīng)力與變 形將隨時間變化不斷調(diào)整，其調(diào)整的過程往往需要延續(xù)一個較長的時期。因此 在描述和處理巖體介質(zhì)的力學(xué)變形特性時，不僅要考慮巖體的瞬時彈塑性特性，
而且還要高度重視巖體的流變特性。20世紀(jì)五六十年代，從巖體工程流變問題 作為世界性難題被提出開始，E，H，Lee和陳宗基教授[郭輝，郭斌.考慮流變效應(yīng) 巖石隧道的有限元分析.四川建筑，2008， 28(3).]率先將流變學(xué)應(yīng)用于巖土工程 領(lǐng)域研究。此后，國內(nèi)外的廣大科研工作者對巖土體的流變特性進行了廣泛研 究，探討用流變力學(xué)的觀點解析和處理壩基、邊坡、隧道與地下工程等有重要 實用價值的領(lǐng)域中的各種與時間有關(guān)的現(xiàn)象和問題，使得巖石流變力學(xué)的研究 和應(yīng)用得到了長足的進步和許多重要的成果。
隨著我國大型巖體工程建設(shè)事業(yè)的迅速發(fā)展，對巖石工程流變學(xué)的研究更 加彰顯其重要性、必要性和時效性。然而，國內(nèi)外對軟、硬巖流變的本構(gòu)方程 等理論問題、軟巖擴容的膨脹效應(yīng)問題、擠壓性巖體力學(xué)性態(tài)的各有關(guān)參數(shù)的 確定問題、深埋長大隧道及軟巖隧道的巖體流變特性問題等等領(lǐng)域還有很多不 足，研究成果尚未全面掌握巖體流變特性的一般規(guī)律。室內(nèi)試驗對巖土體力學(xué)的發(fā)展起著十分重要的作用，近年來國內(nèi)外越來越 多的學(xué)者開始研究、并相繼開發(fā)了一些巖土體流變試驗儀。然而，這些試驗儀 大都存在以下不足(l)加載的持荷時間不能持續(xù)，不能滿足長時間流變試驗的 需要；(2)加載的持荷穩(wěn)定性不足；(3)每次試驗僅能對單個試件進行加載等。本 發(fā)明是一種可以同時加載5塊試件的流變試驗儀，克服現(xiàn)有流變試驗中加載不 能持久、穩(wěn)定的問題，為研究我國長大深埋隧道、軟巖隧道及鹽封石油儲庫等 巖土體流變特性提供新的試驗技術(shù)，具有極其廣闊的應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的。
五聯(lián)動巖石單軸流變儀是由反力框架，伺服加載系統(tǒng)，動力系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采 集系統(tǒng)四部分組成
(1) 反力框架是由上橫梁7、 6根光軸10、臺面12和基座17構(gòu)成，6根 光軸10上下端分別穿過上橫梁7和臺面12，由緊固螺母6a、 6b固定連接，臺 面12與基座17固定連接，其作用是提供加載所需的反力；
(2) 伺服加載系統(tǒng)包括五套并聯(lián)的加載體，每套加載體由上承壓板9、下 承壓板ll、精密絲杠13、升降機15、伺服電機16、手動調(diào)節(jié)閥3a、 3b和試件 裝卡球座14構(gòu)成，上承壓板9與上橫梁7固定連接，下承壓板11與精密絲杠 13上端相連，精密絲杠13下端與升降機15相連，并貫穿臺面12與其轉(zhuǎn)動活動 連接，升降機15與伺服電機16相連，手動調(diào)節(jié)閥3a、 3b與升降機15相連， 試件裝卡球座14位于下承壓板11上表面，其作用是保持試件的穩(wěn)定性；
(3) 動力系統(tǒng)5與伺服電機16相連，使用動力電起動加載，提供伺服電 機16所需動力，采用大容量不間斷電源即UPS技術(shù)防止斷電，電源開關(guān)1控制 動力系統(tǒng)開關(guān)；
(4) 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由位移傳感器18、力傳感器8、無線網(wǎng)絡(luò)測控通訊裝置4和計算機2構(gòu)成，上承壓板9上面與力傳感器8相連，測試精度為2.5N，精 密絲杠13下端與位移傳感器18相連，測試精度為lpm，位移傳感器18、力傳 感器8與計算機2通過數(shù)據(jù)線連接，其作用是記錄試件的實時位移和軸向力， 無線網(wǎng)絡(luò)測控通訊裝置4與計算機2通過數(shù)據(jù)線連接，可遠程査看現(xiàn)場試驗數(shù) 據(jù)；
本發(fā)明的有益效果是
① 可同時軸向控制參數(shù)不同的五個試件的試驗。
② 無動力電恒定保持伺服控制和自動檢測，不僅實現(xiàn)真正意義的長久時間 的流變試驗，而且大大節(jié)省能源。
③ 軸向加載系統(tǒng)采用絲杠、變頻調(diào)速電機和大容量不間斷電源即UPS技 術(shù)，使軸向控制參數(shù)值在長時間無動力電情況下保持恒定。
④ 采用無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，可在現(xiàn)場外隨時遙控、査看、下載和處理現(xiàn)場試驗 數(shù)據(jù)。


圖1為本發(fā)明五聯(lián)動巖石單軸流變儀結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖標(biāo)志l-電源開關(guān)；2-計算機；3a、 3b-手動調(diào)節(jié)閥；4-無線網(wǎng)絡(luò)測控通 訊裝置；5-動力系統(tǒng)；6a、 6b-緊固螺母；7-上橫梁；8-力傳感器；9-上承壓板；
10-光軸；ll-下承壓板；12-臺面；13-精密絲杠；14-試件裝卡球座；15-升降機;
16-伺服電機；17-基座；18-位移傳感器。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實施例對發(fā)明作進一步說明。 如圖1所示，本發(fā)明五聯(lián)動單軸流變儀是由反力框架，伺服加載系統(tǒng)，動 力系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)四部分組成。
(1)反力框架是由上橫梁7、光軸IO、臺面12和基座17構(gòu)成，6根光軸10上下端分別穿過上橫梁7和臺面12，由緊固螺母6a、 6b固定連接，臺面12 與基座17固定連接，其作用是提供加載所需的反力。
(2) 伺服加載系統(tǒng)包括五套并聯(lián)的加載體，每套加載體由上承壓板9、下 承壓板ll、精密絲杠13、升降機15、伺服電機16、手動調(diào)節(jié)閥3a、 3b和試件 裝卡球座14構(gòu)成，上承壓板9與上橫梁7固定連接，下承壓板11與精密絲杠 13上端相連，精密絲杠13下端與升降機15相連，并貫穿臺面12與其轉(zhuǎn)動活動 連接，升降機15與伺服電機16相連，手動調(diào)節(jié)閥3a、 3b與升降機15相連， 試件裝卡球座14位于下承壓板11上表面。
(3) 動力系統(tǒng)5與伺服電機16相連，使用動力電起動加載，提供伺服電 機16所需動力，采用大容量不間斷電源即UPS技術(shù)防止斷電，電源開關(guān)l控制 動力系統(tǒng)開關(guān)。
(4) 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由位移傳感器18、力傳感器8、無線網(wǎng)絡(luò)測控通訊裝置 4和計算機2構(gòu)成，上承壓板9上面與力傳感器8相連，精密絲杠13下端與位 移傳感器18相連，位移傳感器18、力傳感器8、無線網(wǎng)絡(luò)測控通訊裝置4與計 算機2通過數(shù)據(jù)線連接。
本發(fā)明的試驗具體操作方式描述如下
1、 試驗前準(zhǔn)備工作準(zhǔn)備實驗巖土試件、模型制備工具、各種傳感原件等 輔助材料，檢査試驗儀各部件是否正常；
2、 運行加載控制程序試驗開始前，運行試驗軟件，啟動試驗儀，軟件控 制分為五個獨立的控制系統(tǒng)，根據(jù)需求可以同時做五個試件的試驗，也可以用 其中的一個系統(tǒng)做試驗，軟件對五個系統(tǒng)是一一對應(yīng)的，運行軟件后首先將試 驗力清零，位移清零，變形清零；
3、 試件安裝在試驗前要準(zhǔn)備標(biāo)準(zhǔn)試件，將試件放在下承載板11的中心 位置，試件安裝好后，通過手動調(diào)節(jié)閥3a、 3b調(diào)整下承壓板ll位置使試件與上
7承壓板9接觸；
4、 精度校驗校驗時選擇要校驗的傳感器，打開校驗界面，將數(shù)據(jù)清零后 開始校驗，當(dāng)傳感器到達校驗力時、傳感器輸出值自動錄入校驗表，并進入下 一校驗點， 一般校驗5個點，完畢后關(guān)閉；
5、 參數(shù)輸入試件準(zhǔn)備好了以后輸入試樣的規(guī)格尺寸等參數(shù)基本參數(shù)、 控制參數(shù)、校驗數(shù)據(jù)，輸入完畢關(guān)閉此界面，試驗過程中的試驗數(shù)據(jù)自動保存;
6、 試件加載選擇控制方式， 一般為位移控制，確定加荷速率。軸向加載 系統(tǒng)采用精密絲杠、伺服電機和大容量不間斷電源即UPS技術(shù)，使軸向控制參 數(shù)值在長時間無動力電情況下保持恒定；
7、 數(shù)據(jù)處理試驗數(shù)據(jù)以電子表格方式存儲調(diào)用，可以以軸向力、軸向應(yīng) 變、軸向位移、和有效時間中的任意兩個參數(shù)為座標(biāo)繪制圖形，對試驗結(jié)果曲 線分析，采用無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，現(xiàn)場外隨時遙控、査看、下載和處理現(xiàn)場試驗數(shù) 據(jù)；
8、 五個加載系統(tǒng)操作完全一致，同樣的步驟操作其他系統(tǒng)。本發(fā)明可同時 軸向控制參數(shù)不同的五個試件的試驗。
權(quán)利要求
1、一種五聯(lián)動巖石單軸流變儀，它是由反力框架，伺服加載系統(tǒng)，動力系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)四部分組成，其特征在于(1)反力框架由上橫梁[7]、6根光軸[10]、臺面[12]和基座[17]構(gòu)成，6根光軸[10]上下端分別穿過上橫梁[7]和臺面[12]，由緊固螺母[6a]、[6b]固定連接，臺面[12]與基座[17]固定連接；(2)伺服加載系統(tǒng)包括五套并聯(lián)的加載體，每套加載體由上承壓板[9]、下承壓板[11]、精密絲杠[13]、升降機[15]、伺服電機[16]、手動調(diào)節(jié)閥[3a]、[3b]和試件裝卡球座[14]構(gòu)成，上承壓板[9]與上橫梁[7]固定連接，下承壓板[11]與精密絲杠[13]上端相連，精密絲杠[13]下端與升降機[15]相連，并貫穿臺面[12]與其轉(zhuǎn)動活動連接，升降機[15]與伺服電機[16]相連，手動調(diào)節(jié)閥[3a]、[3b]與升降機[15]相連，試件裝卡球座[14]位于下承壓板[11]上表面；(3)動力系統(tǒng)[5]與伺服電機[16]相連，使用動力電起動加載，提供伺服電機[16]所需動力，采用大容量不間斷電源即UPS技術(shù)防止斷電，電源開關(guān)[1]控制動力系統(tǒng)開關(guān)；(4)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由位移傳感器[18]、力傳感器[8]、無線網(wǎng)絡(luò)測控通訊裝置[4]和計算機[2]構(gòu)成，上承壓板[9]上面與力傳感器[8]相連，精密絲杠[13]下端與位移傳感器[18]相連，位移傳感器[18]、力傳感器[8]、無線網(wǎng)絡(luò)測控通訊裝置[4]與計算機[2]通過數(shù)據(jù)線連接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種五聯(lián)動單軸流變儀，其特征在于所述的反 力框架是為伺服加載系統(tǒng)提供反力，保持儀器的穩(wěn)定度。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種五聯(lián)動單軸流變儀，其特征在于所述的伺 服加載系統(tǒng)可同時軸向控制參數(shù)不同的五個試件的實驗，可以用其中的一套或 幾套加載體進行試驗。
4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種五聯(lián)動單軸流變儀，其特征在于所述位移傳感器[18]、力傳感器[8]是通過數(shù)據(jù)線與計算機[2]相連，記錄試件的實時位移 和軸力，無線網(wǎng)絡(luò)測控通訊裝置[4]與計算機[2]通過數(shù)據(jù)線連接，可以遠程查看 現(xiàn)場試驗數(shù)據(jù)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種五聯(lián)動巖石單軸流變儀，屬于地下工程實驗儀器技術(shù)領(lǐng)域。它是由反力框架、伺服加載系統(tǒng)、動力系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)四部分組成。反力框架由上橫梁、光軸、臺面和基座組成；伺服加載系統(tǒng)由五套并聯(lián)的加載體組成，每套加載體由上、下承壓板、精密絲杠、升降機、伺服電機和試件裝卡球座組成；動力系統(tǒng)使用動力電起動加載，采用UPS技術(shù)防止斷電，提供伺服電機所需動力；數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由位移、力傳感器、無線網(wǎng)絡(luò)測控通訊裝置和計算機組成。本發(fā)明可同時軸向控制參數(shù)不同的五個試件的試驗；可在無動力電情況下保持軸向控制參數(shù)恒定；采用無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，可在現(xiàn)場外隨時遙控、查看、下載和處理現(xiàn)場試驗數(shù)據(jù)。
文檔編號G01N19/00GK101498650SQ20091007823
公開日2009年8月5日 申請日期2009年2月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月23日
發(fā)明者劉保國, 張成平, 張頂立, 倩 房 申請人:北京交通大學(xué)