專利名稱：中尺寸巖石伺服控制真三軸試驗(yàn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及巖石力學(xué)試驗(yàn)設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種中尺寸巖石伺服控制
真三軸試驗(yàn)裝置。
背景技術(shù)：
目前趨于用在三向應(yīng)力狀態(tài)下巖體的變形參數(shù)和強(qiáng)度參數(shù)來(lái)研究復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下地下工程開(kāi)挖過(guò)程及支護(hù)效果，尤其是深埋、高應(yīng)力條件下的超大超長(zhǎng)隧洞、大型洞室和陡高邊坡的破壞形態(tài)、破壞機(jī)理及穩(wěn)定狀態(tài)的本構(gòu)關(guān)系研究，都必須進(jìn)行巖石的真三軸試驗(yàn)。對(duì)于其它材料如混凝土在復(fù)雜應(yīng)力路徑下的三軸強(qiáng)度及變形參數(shù)試驗(yàn)研究，常采用規(guī)范規(guī)定的立方體標(biāo)準(zhǔn)試塊，而國(guó)內(nèi)現(xiàn)有真三軸儀還無(wú)法進(jìn)行這個(gè)尺寸的真三軸試驗(yàn)。等圍壓三軸試驗(yàn)巖石試件尺寸多為Φ 50mmX 100mm,應(yīng)用較為普遍,設(shè)備也十分先進(jìn)，而不等側(cè)壓真三軸試驗(yàn)設(shè)備近幾年才出現(xiàn)，但試件斷面尺寸也多為50mmX 50mm,這種小尺寸的真三軸試驗(yàn)設(shè)備具有設(shè)備先進(jìn)、成本低和操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，但小尺寸試件難于很好代表現(xiàn)場(chǎng)大尺度的工程巖體；本申請(qǐng)人于2009年開(kāi)始自主研發(fā)多代大尺寸現(xiàn)場(chǎng)真三軸微機(jī)伺服控制系統(tǒng)，試驗(yàn)斷面尺寸為500mmX500mm，由于比室內(nèi)小尺寸試件體積大1000倍，其力學(xué)參數(shù)的代表性比小尺寸的室內(nèi)試驗(yàn)好，但因設(shè)備笨重且昂貴、操作復(fù)雜、成本高等不足而開(kāi)展的不多。可見(jiàn)，室內(nèi)和現(xiàn)場(chǎng)真三軸試驗(yàn)僅涉及兩種試件尺寸且二者體積相差1000倍，一方面不便于研究巖石在三向應(yīng)力狀態(tài)下三軸強(qiáng)度參數(shù)的尺寸效應(yīng)，另一方面，大尺寸真三軸試驗(yàn)的成本比小尺寸試驗(yàn)成本高100倍以上，不便于廣泛應(yīng)用，而且精密儀器難于適應(yīng)濕度大于80%的環(huán)境，使可靠度和精度降低。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的 目的是針對(duì)上述技術(shù)問(wèn)題，提供一種中尺寸巖石伺服控制真三軸試驗(yàn)裝置，該裝置可獲得不同尺寸巖石試樣的變形和強(qiáng)度參數(shù)。解決了現(xiàn)場(chǎng)和室內(nèi)巖石真三軸試樣尺寸跨度大帶來(lái)的諸多問(wèn)題。為實(shí)現(xiàn)此目的，本實(shí)用新型所設(shè)計(jì)的中尺寸巖石伺服控制真三軸試驗(yàn)裝置，它包括頂板、底板、設(shè)置在頂板和底板之間的定位支柱、頂部傳力構(gòu)件、底部傳力構(gòu)件、設(shè)置在頂部傳力構(gòu)件下方的軸向千斤頂，其特征在于它還包括側(cè)向測(cè)針、上軸向測(cè)針、下軸向測(cè)針、側(cè)向位移傳感器、上軸向位移傳感器、下軸向位移傳感器、與側(cè)向位移傳感器匹配的側(cè)向測(cè)桿、與上軸向位移傳感器匹配的上軸向測(cè)桿、與下軸向位移傳感器匹配的下軸向測(cè)桿、計(jì)算機(jī)、伺服控制單元、固定在軸向千斤頂上的滑輪、用于支撐滑輪的支撐架、設(shè)置在底部傳力構(gòu)件頂部的側(cè)向反力鋼框架、均勻布置在側(cè)向反力鋼框架內(nèi)四周上的多個(gè)側(cè)向千斤頂；其中，所述每個(gè)側(cè)向千斤頂?shù)妮S向均貫穿設(shè)置側(cè)向測(cè)針，側(cè)向測(cè)針的一端用于與試體的側(cè)面接觸，側(cè)向測(cè)針的另一端與對(duì)應(yīng)的側(cè)向位移傳感器配合；所述上軸向測(cè)針的一端用于與試體的頂部接觸，上軸向測(cè)針的另一端與對(duì)應(yīng)的上軸向位移傳感器配合；所述下軸向測(cè)針的一端用于與試體的底部接觸，下軸向測(cè)針的另一端與對(duì)應(yīng)的下軸向位移傳感器配合，每個(gè)位移傳感器的信號(hào)輸出端連接計(jì)算機(jī)；所述軸向千斤頂和側(cè)向千斤頂均通過(guò)伺服控制單元連接計(jì)算機(jī)。所述每個(gè)側(cè)向千斤頂?shù)囊欢诉B接側(cè)向反力鋼框架，每個(gè)側(cè)向千斤頂?shù)牧硪欢嗽O(shè)有側(cè)壓板。上述技術(shù)方案中，它還包括設(shè)置在軸向千斤頂?shù)撞康奶菪蝹髁w、設(shè)置在梯形傳力體底部的萬(wàn)向球盤、位于萬(wàn)向球盤下方用于壓住試體的軸壓板、設(shè)置在底部傳力構(gòu)件頂部與側(cè)向反力鋼框架底部之間的托板、設(shè)置在托板頂部用于托起試體的軸向墊板。所述側(cè)向測(cè)針貫穿側(cè)向反力鋼框架、側(cè)向千斤頂和側(cè)壓板，所述上軸向測(cè)針貫穿軸向千斤頂、梯形傳力體、萬(wàn)向球盤和軸壓板的中心，所述下軸向測(cè)針貫穿托板和軸向墊板的中心。上述技術(shù)方案中，它還包括位移采集儀，每個(gè)位移傳感器的信號(hào)輸出端通過(guò)位移采集儀連接計(jì)算機(jī)。所述伺服控制單元包括往復(fù)式油泵、壓力傳感器、伺服電機(jī)、液壓閥和伺服控制儀，其中，所述軸向千斤頂?shù)目刂贫送ㄟ^(guò)對(duì)應(yīng)的高壓油管連接相應(yīng)的往復(fù)式油泵，側(cè)向千斤頂?shù)目刂贫艘餐ㄟ^(guò)對(duì)應(yīng)的高壓油管連接相應(yīng)的往復(fù)式油泵，所述每個(gè)高壓油管上均設(shè)有壓力傳感器和液壓閥，所述壓力傳感器的信號(hào)輸出端通過(guò)伺服控制儀連接計(jì)算機(jī)，所述伺服電機(jī)的輸出端連接往復(fù)式油泵，所述伺服電機(jī)的控制端也通過(guò)伺服控制儀連接計(jì)算機(jī)。所述伺服控制單元還包括與往復(fù)式油泵連接的限位器，所述限位器的控制端連接伺服控制儀。所述伺服控制單元還包括充溢器，所述充溢器的輸出端連接往復(fù)式油泵，充溢器的控制端通過(guò)伺服控制儀連接計(jì)算機(jī)。所述軸向千斤頂?shù)捻敹嗽O(shè)置有與定位支柱配合的定位環(huán)，所述軸向千斤頂、頂部傳力體、定位環(huán)和滑輪連接成為整體，并與定位支柱配合，使該整體能上下運(yùn)動(dòng)；且與支撐架配合，使該整體能單向水平移動(dòng)。所述側(cè)向反力鋼框架四周內(nèi)均勻布置四個(gè)側(cè)向千斤頂。本實(shí)用新型的有益效果是1、可實(shí)驗(yàn)試樣的尺寸介于室內(nèi)小尺寸試件和現(xiàn)場(chǎng)大尺寸試件之間，而且試件尺寸可變范圍大，試件尺寸范圍長(zhǎng)8(T200mm，寬8(T200mm，高16(T400mm。解決了現(xiàn)場(chǎng)和室內(nèi)巖石真三軸試驗(yàn)尺寸跨度大的問(wèn)題，通過(guò)進(jìn)行多種不同尺寸試件的真三軸對(duì)比試驗(yàn)，能更好的研究巖石變形及強(qiáng)度參數(shù)的尺寸效應(yīng)。解決了小尺寸試件代表性不足、尺寸不能變動(dòng)問(wèn)題，和大尺寸試件設(shè)備笨重、安裝復(fù)雜、成本高問(wèn)題。2、本實(shí)用新型采用三向載荷獨(dú)立伺服控制，能進(jìn)行復(fù)雜應(yīng)力路徑、高應(yīng)力條件下的真三軸試驗(yàn)，且數(shù)據(jù)全自動(dòng)采集，能獲得全過(guò)程應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線。3、設(shè)備簡(jiǎn)單，自動(dòng)化程度高、安裝操作方便，系統(tǒng)剛度及測(cè)量精度高。

圖1為本實(shí)用新型中機(jī)械部分的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖1的A— A向剖視結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本實(shí)用新型中控制和測(cè)量部分的結(jié)構(gòu)框圖；[0024]其中，I一頂板、2—頂部傳力構(gòu)件、3—定位環(huán)、4一軸向千斤頂、5—滑輪、6—梯形傳力體、7—萬(wàn)向球盤、8—軸壓板、9 一側(cè)向反力鋼框架、10—側(cè)向千斤頂、11 一試體、12—側(cè)壓板、13—軸向墊板、14一托板、15—底部傳力構(gòu)件、16—支撐架、17—定位支柱、18一側(cè)向測(cè)針、19一側(cè)向位移傳感器、19.1一上軸向位移傳感器、19. 2一下軸向位移傳感器、20—側(cè)向測(cè)桿、20.1—上軸向測(cè)桿、20. 2—下軸向測(cè)桿、21—高壓油管、22—壓力傳感器、23—往復(fù)式油泵、24—限位器、25—充溢器、26—伺服電機(jī)、27—伺服控制儀、28—位移米集儀、29—計(jì)算機(jī)、30—液壓閥、31—底板、32—上軸向測(cè)針、33—下軸向測(cè)針、34—表架。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)用新型包括軸向反力系統(tǒng)、側(cè)向反力系統(tǒng)、伺服加載控制系統(tǒng)、移動(dòng)系統(tǒng)和測(cè)量系統(tǒng)。適用的試樣尺寸可變，試樣尺寸范圍長(zhǎng)8(T200mm，寬8(T200mm，高16(T400mm ;用洞室或鋼構(gòu)架提供軸向反力，軸向出力千斤頂最大載荷12000kN，用方形厚壁內(nèi)空鋼框架提供側(cè)向反力，反力框架內(nèi)置四臺(tái)空心千斤頂分別作用于試樣側(cè)面，最大載荷4000kN;通過(guò)改變?cè)圀w六個(gè)面承壓板的尺寸可進(jìn)行多種尺寸的真三軸試驗(yàn)，測(cè)針穿過(guò)有通孔的傳力設(shè)備及出力設(shè)備一端直接與試體11面中心接觸，另一端與位移傳感器和采集系統(tǒng)配合，通過(guò)專用軟件同時(shí)采集六個(gè)面的變形。三個(gè)方向的壓力通過(guò)往復(fù)式油泵23、壓力傳感器22、伺服電機(jī)26和伺服控制儀27進(jìn)行獨(dú)立伺服控制與壓力采集，能獲得任意時(shí)刻的應(yīng)力應(yīng)變曲線。本實(shí)用新型的具體結(jié)構(gòu)為如圖f 3所示的中尺寸巖石伺服控制真三軸試驗(yàn)裝置，它包括頂板1、底板31、設(shè)置在頂板I和底板31之間的定位支柱17、頂部傳力構(gòu)件2、底部傳力構(gòu)件15、設(shè)置在頂部傳力構(gòu)件2下方的軸向千斤頂4，它還包括側(cè)向測(cè)針18、上軸向測(cè)針32、下軸向測(cè)針33、側(cè)向位移傳感器19、上軸向位移傳感器19.1、下軸向位移傳感器19. 2、與側(cè)向位移傳感器19匹配的側(cè)向測(cè)桿20、與上軸向位移傳感器19.1匹配的上軸向測(cè)桿20.1、與下軸向位移傳感器19. 2匹配的下軸向測(cè)桿20. 2、計(jì)算機(jī)29、伺服控制單元、固定在軸向千斤頂4上的滑輪5、用于支撐滑輪5的支撐架16、設(shè)置在底部傳力構(gòu)件15頂部四周的側(cè)向反力鋼框架9、均勻布置在側(cè)向反力鋼框架9內(nèi)四周上的多個(gè)側(cè)向千斤頂10 ；其中，每個(gè)側(cè)向千斤頂10的軸向均貫穿設(shè)置側(cè)向測(cè)針18，側(cè)向測(cè)針18的一端用于與試體11的側(cè)面接觸，側(cè)向測(cè)針18的另一端與對(duì)應(yīng)的側(cè)向位移傳感器19配合；上軸向測(cè)針32的一端用于與試體11的頂部接觸，上軸向測(cè)針32的另一端與對(duì)應(yīng)的上軸向位移傳感器19.1配合；下軸向測(cè)針33的一端用于與試體11的底部接觸，下軸向測(cè)針33的另一端與對(duì)應(yīng)的下軸向位移傳感器19. 2配合，每個(gè)位移傳感器的信號(hào)輸出端連接計(jì)算機(jī)29 ;所述上軸向測(cè)針32和下軸向測(cè)針33用于檢測(cè)試體11軸向的變形，側(cè)向測(cè)針18用于檢測(cè)試體11側(cè)向的變形；上述軸向千斤頂4和側(cè)向千斤頂10均通過(guò)伺服控制單元連接計(jì)算機(jī)29 ；上述技術(shù)方案中，每個(gè)位移傳感器通過(guò)表架34與測(cè)桿20連接。上述技術(shù)方案中，每個(gè)側(cè)向千斤頂10的一端連接側(cè)向反力鋼框架9，每個(gè)側(cè)向千斤頂10的另一端連接有側(cè)壓板12。該結(jié)構(gòu)的作用是為試體11提供側(cè)向壓力。上述技術(shù)方案中，它還包括設(shè)置在軸向千斤頂4底部的梯形傳力體6、設(shè)置在梯形傳力體6底部的萬(wàn)向球盤7、位于萬(wàn)向球盤7下方用于壓住試體11的軸壓板8、設(shè)置在底部傳力構(gòu)件15頂部與側(cè)向反力鋼框架9底部之間的托板14、設(shè)置在托板14頂部用于托起試體11的軸向墊板13。該結(jié)構(gòu)的作用是為試體11提供軸向壓力。上述技術(shù)方案中，所述側(cè)向測(cè)針18貫穿側(cè)向反力鋼框架9、側(cè)向千斤頂10和側(cè)壓板12，所述上軸向測(cè)針32貫穿軸向千斤頂4、梯形傳力體6、萬(wàn)向球盤7和軸壓板8的中心，所述下軸向測(cè)針33貫穿托板14和軸向墊板13的中心。上述技術(shù)方案中，它還包括位移采集儀28，每個(gè)位移傳感器的信號(hào)輸出端通過(guò)位移采集儀28連接計(jì)算機(jī)29。測(cè)針18、位移傳感器測(cè)量試體11六個(gè)面的變形并自動(dòng)記錄。上述技術(shù)方案中，伺服控制單元包括往復(fù)式油泵23、壓力傳感器22、伺服電機(jī)26、液壓閥30和伺服控制儀27，其中，軸向千斤頂4的控制端通過(guò)對(duì)應(yīng)的高壓油管21連接相應(yīng)的往復(fù)式油泵23，側(cè)向千斤頂10的控制端也通過(guò)對(duì)應(yīng)的高壓油管21連接相應(yīng)的往復(fù)式油泵23，每個(gè)高壓油管21上均設(shè)有壓力傳感器22和液壓閥30，壓力傳感器22的信號(hào)輸出端通過(guò)伺服控制儀27連接計(jì)算機(jī)29，伺服電機(jī)26的輸出端連接往復(fù)式油泵23，伺服電機(jī)26的控制端也通過(guò)伺服控制儀27連接計(jì)算機(jī)29。伺服控制儀27將計(jì)算機(jī)29發(fā)出的弱信號(hào)指令變換為強(qiáng)電壓，驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)26傳送動(dòng)力給往復(fù)式油泵23產(chǎn)生所需要的穩(wěn)定壓力。其主要作用是伺服控制壓力并通過(guò)計(jì)算機(jī)采集壓力值。這樣設(shè)計(jì)的主要作用是通過(guò)專用軟件實(shí)時(shí)分析壓力和位移信號(hào)，并發(fā)出指令給伺服控制儀27執(zhí)行，同時(shí)采集壓力和位移值，并實(shí)時(shí)成圖。上述技術(shù)方案中，伺服控制單元還包括與往復(fù)式油泵23連接的限位器24，所述限位器24用于限制往復(fù)式油泵23的行程，限位器24的控制端連接伺服控制儀27。上述技術(shù)方案中，伺服控制單元還包括充溢器25，充溢器25的輸出端連接往復(fù)式油泵23，充溢器25的控制端通過(guò)伺服控制儀27連接計(jì)算機(jī)29。上述技術(shù)方案中，所述軸向千斤頂4的頂端設(shè)置有與定位支柱17配合的定位環(huán)3，所述軸向千斤頂4、頂部傳力體2、定位環(huán)3和滑輪5連接成為整體，并與定位支柱17配合，使該整體能上下運(yùn)動(dòng)；且與支撐架16配合，使該整體能單向水平移動(dòng)。上述技術(shù)方案中，頂部傳力構(gòu)件2、定位環(huán)3、軸向千斤頂4、滑輪5、梯形傳力體6、萬(wàn)向球盤7通過(guò)螺栓連接成整體，在非受壓狀態(tài)，它們的重量通過(guò)4個(gè)滑輪4落在支撐架16的兩根滑軌上，打開(kāi)四個(gè)定位環(huán)3后可以水平移動(dòng)。試體安裝完畢后，將它整體水平移動(dòng)至軸中心后將四個(gè)定位環(huán)3套在定位支柱17上，當(dāng)千斤頂活塞伸出使上下接觸后，滑輪5脫離支撐架16的兩根滑軌，并沿定位支柱17向上運(yùn)動(dòng)。這樣設(shè)計(jì)的主要作用是能水平移動(dòng)和升降，便于試體11的精確安裝。上述技術(shù)方案中，側(cè)向反力鋼框架9四周內(nèi)均勻布置四個(gè)側(cè)向千斤頂10。上述技術(shù)方案中，為了降低控制系統(tǒng)的壓力，考慮測(cè)針安裝及軸向上部傳力體移動(dòng)等因素，軸向千斤頂4設(shè)計(jì)為空心，活塞行程設(shè)計(jì)為200mm，保證出力12000kN。萬(wàn)向球盤7可微調(diào)軸向傳力系統(tǒng)受力中心，軸壓板8和軸墊板13內(nèi)部設(shè)有25飛4顆鋼珠以減小與試件11之間的摩擦，軸壓板8根據(jù)試件11的尺寸大小設(shè)計(jì)，內(nèi)設(shè)中心孔，上軸向測(cè)針32穿過(guò)中心孔至試體表面，中心孔內(nèi)還有彈簧，彈簧的作用是給測(cè)針一個(gè)適當(dāng)?shù)牧κ怪c試體接觸。上述技術(shù)方案中，側(cè)向反力鋼框架9外形斷面尺寸長(zhǎng)120cm，寬120cm，高450臟，內(nèi)空斷面尺寸長(zhǎng)80cm，寬80cm，側(cè)向反力鋼框架由三個(gè)尺寸相同的實(shí)體鋼框疊放構(gòu)成，單個(gè)鋼框高度16cm，能承載4000kN水平載荷，側(cè)向千斤頂10活塞行程50mm，保證出力3000kN。側(cè)壓板12根據(jù)試件尺寸大小設(shè)計(jì)，其內(nèi)部設(shè)有4(Γ90顆鋼珠以減小側(cè)向摩擦。四個(gè)面的側(cè)壓板12尺寸相同且錯(cuò)位放置，相互之間不影響。 上述技術(shù)方案中，側(cè)向測(cè)針18、上軸向測(cè)針32和下軸向測(cè)針33均通過(guò)彈簧作用與試體11面接觸。彈簧的作用是給測(cè)針一個(gè)適當(dāng)?shù)牧κ怪c試體接觸。本實(shí)用新型的工作過(guò)程為計(jì)算機(jī)29通過(guò)伺服控制儀27控制每個(gè)伺服電機(jī)26帶動(dòng)往復(fù)式油泵23工作，往復(fù)式油泵23帶動(dòng)軸向千斤頂4和側(cè)向千斤頂10動(dòng)作，擠壓試件11，試件11在六個(gè)面的變形情況由相應(yīng)的測(cè)針和位移傳感器測(cè)量，并將得到的試件11變形信號(hào)通過(guò)位移采集儀28傳遞給計(jì)算機(jī)29，壓力傳感器22將千斤頂壓力情況通過(guò)伺服控制儀27實(shí)時(shí)反饋給計(jì)算機(jī)29，計(jì)算機(jī)根據(jù)上述得到的實(shí)時(shí)變形信號(hào)和實(shí)時(shí)壓力信號(hào)進(jìn)行試驗(yàn)分析，并實(shí)時(shí)成圖。限位器24將往復(fù)式油泵23的往復(fù)行程通過(guò)伺服控制儀27實(shí)時(shí)反饋給計(jì)算機(jī)29，計(jì)算機(jī)根據(jù)上述得到的位移信號(hào)進(jìn)行分析并發(fā)出指令給伺服控制儀27，實(shí)行對(duì)往復(fù)式油泵23的保護(hù)。將梯形傳力體6以上的軸向千斤頂4、頂部傳力體2、定位環(huán)3和滑輪5連接成為整體，在千斤頂4的作用下通過(guò)定位環(huán)3使該整體沿定位支柱17上下運(yùn)動(dòng)，在千斤頂4的作用下通過(guò)滑輪5使該整體沿支撐架16能單向水平移動(dòng)。本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)與現(xiàn)有小尺寸和現(xiàn)有大尺寸試驗(yàn)結(jié)構(gòu)相比具有以下不同①與現(xiàn)有小尺寸試驗(yàn)設(shè)備結(jié)構(gòu)相比，本結(jié)構(gòu)中的試樣斷面尺寸可在80mmX 80mnT200mmX 200mm變化，僅通過(guò)改變與試體六個(gè)面接觸的壓板適應(yīng)不同試件尺寸，而不改變反力裝置結(jié)構(gòu)，能方便地安裝和取出破壞后的試樣。②與現(xiàn)有大尺寸試驗(yàn)設(shè)備相比，本結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了三向應(yīng)力獨(dú)立伺服與全過(guò)程控制，能進(jìn)行復(fù)雜路徑下巖石的變形及強(qiáng)度參數(shù)的試驗(yàn)研究，解決了現(xiàn)有伺服控制系統(tǒng)壓力不能超過(guò)40MPa，油溫逐漸升高而不能長(zhǎng)期使用問(wèn)題；解決了大尺寸真三軸裝置目前只能伺服控制兩個(gè)方向問(wèn)題，且本裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，成本低。③本實(shí)用新型裝置將現(xiàn)有小尺寸和現(xiàn)有大尺寸試件的尺寸銜接起來(lái)，可獲得不同試樣尺寸、復(fù)雜應(yīng)力路徑下巖石在三向應(yīng)力狀態(tài)下的變形和強(qiáng)度參數(shù)，有利于研究巖石在三向應(yīng)力狀態(tài)下的尺寸效應(yīng)。④本實(shí)用新型裝置由于試樣尺寸為中等，通過(guò)對(duì)同類巖石的尺寸效應(yīng)研究，可在一定程度上替代費(fèi)用昂貴、周期長(zhǎng)的現(xiàn)場(chǎng)大尺寸真三軸試驗(yàn)。本說(shuō)明書未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)。
權(quán)利要求1.一種中尺寸巖石伺服控制真三軸試驗(yàn)裝置，它包括頂板(I)、底板(31)、設(shè)置在頂板(I)和底板(31)之間的定位支柱(17)、頂部傳力構(gòu)件(2)、底部傳力構(gòu)件(15)、設(shè)置在頂部傳力構(gòu)件(2)下方的軸向千斤頂(4)，其特征在于它還包括側(cè)向測(cè)針(18)、上軸向測(cè)針(32 )、下軸向測(cè)針(33 )、側(cè)向位移傳感器(19 )、上軸向位移傳感器(19.1)、下軸向位移傳感器(19. 2)、與側(cè)向位移傳感器(19)匹配的側(cè)向測(cè)桿(20)、與上軸向位移傳感器(19.1) 匹配的上軸向測(cè)桿(20.1 )、與下軸向位移傳感器(19. 2 )匹配的下軸向測(cè)桿(20. 2 )、計(jì)算機(jī)(29)、伺服控制單元、固定在軸向千斤頂(4)上的滑輪(5)、用于支撐滑輪(5)的支撐架 (16)、設(shè)置在底部傳力構(gòu)件(15)頂部的側(cè)向反力鋼框架(9)、均勻布置在側(cè)向反力鋼框架 (9)內(nèi)四周上的多個(gè)側(cè)向千斤頂(10)；其中，所述每個(gè)側(cè)向千斤頂(10)的軸向均貫穿設(shè)置側(cè)向測(cè)針(18)，側(cè)向測(cè)針(18)的一端用于與試體(11)的側(cè)面接觸，側(cè)向測(cè)針(18)的另一端與對(duì)應(yīng)的側(cè)向位移傳感器(19)配合；所述上軸向測(cè)針(32)的一端用于與試體(11)的頂部接觸，上軸向測(cè)針(32)的另一端與對(duì)應(yīng)的上軸向位移傳感器(19.1)配合；所述下軸向測(cè)針(33)的一端用于與試體(11)的底部接觸，下軸向測(cè)針(33)的另一端與對(duì)應(yīng)的下軸向位移傳感器(19. 2)配合，每個(gè)位移傳感器的信號(hào)輸出端連接計(jì)算機(jī)(29)；所述軸向千斤頂(4 )和側(cè)向千斤頂(10 )均通過(guò)伺服控制單元連接計(jì)算機(jī)(29 )。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的中尺寸巖石伺服控制真三軸試驗(yàn)裝置，其特征在于所述每個(gè)側(cè)向千斤頂(10)的一端連接側(cè)向反力鋼框架(9)，每個(gè)側(cè)向千斤頂(10)的另一端設(shè)有側(cè)壓板(12)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的中尺寸巖石伺服控制真三軸試驗(yàn)裝置，其特征在于它還包括設(shè)置在軸向千斤頂(4)底部的梯形傳力體(6)、設(shè)置在梯形傳力體(6)底部的萬(wàn)向球盤 (7)、位于萬(wàn)向球盤(7)下方用于壓住試體(11)的軸壓板(8)、設(shè)置在底部傳力構(gòu)件(15)頂部與側(cè)向反力鋼框架(9)底部之間的托板(14)、設(shè)置在托板(14)頂部用于托起試體(11)的軸向墊板(13)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的中尺寸巖石伺服控制真三軸試驗(yàn)裝置，其特征在于所述側(cè)向測(cè)針(18)貫穿側(cè)向反力鋼框架(9)、側(cè)向千斤頂(10)和側(cè)壓板(12)，所述上軸向測(cè)針 (32)貫穿軸向千斤頂(4)、梯形傳力體(6)、萬(wàn)向球盤(7)和軸壓板(8)的中心，所述下軸向測(cè)針(33)貫穿托板(14)和軸向墊板(13)的中心。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的中尺寸巖石伺服控制真三軸試驗(yàn)裝置，其特征在于它還包括位移采集儀(28 )，每個(gè)位移傳感器的信號(hào)輸出端通過(guò)位移采集儀(28 )連接計(jì)算機(jī)(29 )。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的中尺寸巖石伺服控制真三軸試驗(yàn)裝置，其特征在于所述伺服控制單元包括往復(fù)式油泵(23)、壓力傳感器(22)、伺服電機(jī)(26)、液壓閥(30)和伺服控制儀(27)，其中，所述軸向千斤頂(4)的控制端通過(guò)對(duì)應(yīng)的高壓油管(21)連接相應(yīng)的往復(fù)式油泵(23)，側(cè)向千斤頂(10)的控制端也通過(guò)對(duì)應(yīng)的高壓油管(21)連接相應(yīng)的往復(fù)式油泵(23)，所述每個(gè)高壓油管(21)上均設(shè)有壓力傳感器(22)和液壓閥(30)，所述壓力傳感器 (22)的信號(hào)輸出端通過(guò)伺服控制儀(27)連接計(jì)算機(jī)(29)，所述伺服電機(jī)(26)的輸出端連接往復(fù)式油泵(23)，所述伺服電機(jī)(26)的控制端也通過(guò)伺服控制儀(27)連接計(jì)算機(jī)(29)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的中尺寸巖石伺服控制真三軸試驗(yàn)裝置，其特征在于所述伺服控制單元還包括與往復(fù)式油泵(23)連接的限位器(24)，所述限位器(24)的控制端連接伺服控制儀(27)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的中尺寸巖石伺服控制真三軸試驗(yàn)裝置，其特征在于所述伺服控制單元還包括充溢器(25)，所述充溢器(25)的輸出端連接往復(fù)式油泵(23)，充溢器 (25)的控制端通過(guò)伺服控制儀(27)連接計(jì)算機(jī)(29)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的中尺寸巖石伺服控制真三軸試驗(yàn)裝置，其特征在于所述軸向千斤頂(4)的頂端設(shè)置有與定位支柱(17)配合的定位環(huán)(3)，所述軸向千斤頂(4)、頂部傳力體(2)、定位環(huán)(3)和滑輪(5)連接成為整體，并與定位支柱(17)配合，使該整體能上下運(yùn)動(dòng)；且與支撐架(16)配合，使該整體能單向水平移動(dòng)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的中尺寸巖石伺服控制真三軸試驗(yàn)裝置，其特征在于所述側(cè)向反力鋼框架(9)四周內(nèi)均勻布置四個(gè)側(cè)向千斤頂(10)。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種中尺寸巖石伺服控制真三軸試驗(yàn)裝置，它包括頂板、底板、設(shè)置在頂板和底板之間的定位支柱、頂部傳力構(gòu)件、底部傳力構(gòu)件、設(shè)置在頂部傳力構(gòu)件下方的軸向千斤頂，側(cè)向測(cè)針、上軸向測(cè)針、下軸向測(cè)針、位移傳感器、與位移傳感器匹配的測(cè)桿、計(jì)算機(jī)、伺服控制單元、固定在軸向千斤頂上的滑輪、用于支撐滑輪的支撐架、設(shè)置在底部傳力構(gòu)件頂部四周的側(cè)向反力鋼框架、均勻布置在側(cè)向反力鋼框架四周上的多個(gè)側(cè)向千斤頂，本實(shí)用新型采用三向載荷獨(dú)立伺服控制，能進(jìn)行復(fù)雜應(yīng)力路徑的真三軸試驗(yàn)，且數(shù)據(jù)全自動(dòng)采集，能獲得全過(guò)程應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線。
文檔編號(hào)G01N3/08GK202886200SQ20122056456
公開(kāi)日2013年4月17日 申請(qǐng)日期2012年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月29日
發(fā)明者李維樹(shù), 鄔愛(ài)清, 鐘作武, 丁秀麗, 周火明, 黃書嶺, 張宜虎, 郝慶澤, 劉元坤, 陜亮, 熊詩(shī)湖, 劉洋, 李通, 李會(huì)中, 葉圣生, 段偉峰, 韓軍 申請(qǐng)人:長(zhǎng)江水利委員會(huì)長(zhǎng)江科學(xué)院