本發(fā)明屬于實(shí)驗(yàn)設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種試驗(yàn)設(shè)備，具體涉及一種大型MTS循環(huán)加載單次多試樣試驗(yàn)裝置及離散性鑒別方法，主要用于對(duì)巖石類材料進(jìn)行循環(huán)加載試驗(yàn)。

背景技術(shù)：

巖石力學(xué)中的大多數(shù)問題都是靜力學(xué)問題。然而，在工程的開挖和日后的運(yùn)營(yíng)期間，不可避免地要受到爆炸、沖擊、振動(dòng)、地震等其它隨時(shí)間而快速變化的荷載或具有周期變化的荷載作用，這些作用在巖體中產(chǎn)生的動(dòng)應(yīng)力或應(yīng)力脈沖，往往要比巖體承受的靜應(yīng)力大得多。因此，對(duì)巖石在這些動(dòng)力荷載作用下的疲勞特性研究顯得十分必要。

現(xiàn)有的巖石疲勞損傷研究中，有學(xué)者利用室內(nèi)MTS進(jìn)行準(zhǔn)動(dòng)態(tài)應(yīng)變率下循環(huán)加載，但是受限于加載應(yīng)變率，并不能真正達(dá)到動(dòng)態(tài)加載；大部分學(xué)者采用巖石動(dòng)態(tài)三軸儀加載，這種方法針對(duì)單個(gè)試件進(jìn)行動(dòng)態(tài)加載。雖然該方法達(dá)到了動(dòng)態(tài)加載，但受限于每次試驗(yàn)加載試樣的數(shù)量，試驗(yàn)效率欠佳。借鑒目前試驗(yàn)技術(shù)成熟的橋梁疲勞測(cè)試方法，針對(duì)其試驗(yàn)儀器——大型MTS疲勞加載機(jī)，將對(duì)構(gòu)件疲勞的試驗(yàn)方法應(yīng)用于巖石疲勞試驗(yàn)，從而將動(dòng)態(tài)循環(huán)加載和單次加載多個(gè)試件相結(jié)合，既滿足了巖石疲勞損傷試驗(yàn)又提高了試驗(yàn)效率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本專利的目的在于提供一種大型MTS循環(huán)加載單次多試樣試驗(yàn)裝置及離散性鑒別方法，保證了整個(gè)裝置處于水平狀態(tài)下，能有效固定試樣且避免了試樣受壓產(chǎn)生徑向膨脹而受到較大的圍壓作用，同時(shí)，荷載分配裝置可有效保證荷載分配的均勻性；另外，由于在試樣下端布置了軸力計(jì)，可有效鑒別試驗(yàn)過程的離散性，在循環(huán)加載試驗(yàn)完成后，對(duì)試樣進(jìn)行波速測(cè)量，可有效鑒別試驗(yàn)結(jié)果的離散性，為后續(xù)試驗(yàn)提供了一批均勻性較好的試樣。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

本發(fā)明提供的一種大型MTS循環(huán)加載單次多試樣試驗(yàn)裝置，包括在距MTS加載頭的下方一定距離固定安裝的底座，還包括：承臺(tái)，通過可伸縮的支撐桿設(shè)置在底座的上方，由下面板、上面板、腹板組成，所述支撐桿一端固定在底座上，另一端與下面板連接；試樣固定裝置，為多個(gè)，呈環(huán)形均布固定在上面板的上表面中央，由套筒、變形層組成，所述套筒用于裝載試樣，所述變形層設(shè)于套筒的內(nèi)壁上，用于包裹固定所述試樣；荷載分配裝置，位于所述MTS加載頭與所述試樣固定裝置之間，由下荷載板、上荷載板組成，所述上荷載板與所述MTS加載頭固接，所述下荷載板置放于多個(gè)所述試樣固定裝置上；數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，由軸力計(jì)、采集箱、導(dǎo)線組成，所述軸力計(jì)設(shè)置于所述套筒內(nèi)且位于試樣的下方，所述軸力計(jì)通過導(dǎo)線與采集箱電連接。

進(jìn)一步，所述承臺(tái)還包括設(shè)于腹板上的橫向加強(qiáng)肋。

進(jìn)一步，所述承臺(tái)的上面板上表面還設(shè)有用于調(diào)整水平度的水平儀。

進(jìn)一步，所述套筒由壁厚相等、內(nèi)徑不等的上、下兩個(gè)圓筒組成，下部圓筒內(nèi)徑較大，用以容納軸力計(jì)，上部圓筒內(nèi)徑較小，用以容納試樣；所述上面板的頂部設(shè)置有固定安裝所述套筒的內(nèi)凹槽，所述套筒底部設(shè)有外螺紋，所述內(nèi)凹槽設(shè)有與所述外螺紋配合的內(nèi)螺紋。

進(jìn)一步，所述上部圓筒半徑比試樣半徑大1-2mm，用以粘結(jié)所述變形層，其高度比所述試樣高度低3-4cm。

進(jìn)一步，所述下荷載板的下表面設(shè)有與多個(gè)所述試樣固定裝置一一對(duì)應(yīng)的圓形凹槽，上表面設(shè)有一個(gè)倒圓臺(tái)形凹槽，所述圓形凹槽的半徑比試樣半徑大1-2mm，用以在其內(nèi)壁粘結(jié)所述的變形層；所述上荷載板的下表面四周設(shè)有多個(gè)凹孔，其中央設(shè)有一個(gè)凸圓臺(tái)，所述凹孔用以插入螺栓將上荷載板與MTS加載頭連接，所述凸圓臺(tái)與下荷載板的倒圓臺(tái)形凹槽相互嵌合。

進(jìn)一步，所述軸力計(jì)為動(dòng)態(tài)軸力計(jì)；所述軸力計(jì)的上表面與所述試樣的下表面之間放置有一鋼板。

本發(fā)明還利用上述的大型MTS循環(huán)加載單次多試樣試驗(yàn)裝置進(jìn)行離散性鑒別的方法，具體包括如下步驟：

a、組裝：首先將荷載分配裝置的上荷載板與MTS加載頭連接；接著將底座固定，承臺(tái)的下面板通過支撐桿連接在底座上；然后將軸力計(jì)放入試樣固定裝置的套筒的下部圓筒并擰入承臺(tái)的上面板的內(nèi)凹槽中；最后放入試樣并扣蓋上荷載分配裝置的下荷載板；

b、調(diào)平：觀察水平儀中的氣泡位置，相應(yīng)調(diào)整支撐桿，直到氣泡居中；

c、循環(huán)加載試驗(yàn)：根據(jù)試驗(yàn)的需要，加載方式可分為循環(huán)靜載和循環(huán)動(dòng)載，當(dāng)達(dá)到一定的循環(huán)次數(shù)后試驗(yàn)完成；

d、過程離散性甄別：分析各個(gè)采集箱采集到的數(shù)據(jù)，若發(fā)現(xiàn)同批次所有試樣所受的荷載一致，則無離散性，若發(fā)現(xiàn)存在個(gè)別試樣所受荷載與其它試樣所受荷載存在較大差異，則存在離散性，應(yīng)將受力離散性較大的試樣剔除；

e、結(jié)果離散性甄別：將剔除后的試樣進(jìn)行波速測(cè)量，剔除波速差異較大的試樣，為后續(xù)試驗(yàn)提供均勻性較好的試樣。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)在于：本發(fā)明能夠同時(shí)對(duì)多個(gè)試樣進(jìn)行循環(huán)加載，節(jié)省時(shí)間，且只有當(dāng)相對(duì)應(yīng)的采集箱所采集到的數(shù)據(jù)一致時(shí)，方可認(rèn)為該批次試樣是在同等條件下進(jìn)行的試驗(yàn)，可有效降低試驗(yàn)的離散性，同時(shí)該裝置具有可自由拆卸、組裝，操作靈活的特點(diǎn)。

本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)、目標(biāo)和特征在某種程度上將在隨后的說明書中進(jìn)行闡述，并且在某種程度上，基于對(duì)下文的考察研究對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是顯而易見的，或者可以從本發(fā)明的實(shí)踐中得到教導(dǎo)。本發(fā)明的目標(biāo)和其他優(yōu)點(diǎn)可以通過下面的說明書來實(shí)現(xiàn)和獲得。

附圖說明

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作優(yōu)選的詳細(xì)描述，其中：

圖1為本發(fā)明一種大型MTS循環(huán)加載單次多試樣試驗(yàn)裝置的正立面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明一種大型MTS循環(huán)加載單次多試樣試驗(yàn)裝置的側(cè)立面結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖標(biāo)記：1—底座，2—支撐桿，3—下面板，4—橫向加勁肋，5—腹板，6—上面板，7—水平儀，8—軸力計(jì)，9—套筒，10—鋼板，11—變形層，12—下荷載板，13—上荷載板，14—采集箱，15—導(dǎo)線，16—MTS加載頭。

具體實(shí)施方式

以下將結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述；應(yīng)當(dāng)理解，優(yōu)選實(shí)施例僅為了說明本發(fā)明，而不是為了限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。

如圖1、2所示，本實(shí)施例提供的本發(fā)明公開了一種大型MTS循環(huán)加載單次多試樣試驗(yàn)裝置，包括底座1、承臺(tái)、試樣固定裝置、荷載分配裝置及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，所述底座1的兩端設(shè)有兩個(gè)孔洞，可通過螺栓將底座1固定于地面上，當(dāng)然在不同的實(shí)施例中，該孔洞的數(shù)量不限于此數(shù)，只要能將底座固定牢靠即可；同時(shí)在底座1上設(shè)有四個(gè)可升降的支撐桿2，同樣，該支撐桿2的數(shù)量也不限于此，如可為2、3、5個(gè)等，該支撐桿可采用油缸、氣缸等現(xiàn)有設(shè)備；所述支撐桿2為變截面圓柱形，其下部直徑較大，上部直徑較小且?guī)в新菁y，可與承臺(tái)固定，所述承臺(tái)由若干塊鋼板焊接而成，包括上面板6、下面板3、腹板5及若干塊橫向加勁肋4，所述下面板3四個(gè)角落各設(shè)一個(gè)圓形孔洞，圓形孔洞正好可保證支撐桿2上部穿過，小于支撐桿2下部，擰緊螺帽便可固定承臺(tái)，所述上面板6設(shè)有四個(gè)用于安裝試樣固定裝置的內(nèi)凹槽和水平儀7；同樣該內(nèi)凹槽的數(shù)量也不限于此，可根據(jù)試樣需要設(shè)置為其他數(shù)字，所述內(nèi)凹槽帶有內(nèi)螺紋，且圓心均勻分布在一個(gè)圓上，所述試樣固定裝置由變截面圓形套筒9及變形層11組成，所述套筒9底部帶有外螺紋，可與內(nèi)凹槽螺紋配合連接，同時(shí)套筒9下部分內(nèi)徑較大，可容納圓柱形的軸力計(jì)8，上部分內(nèi)徑較小，用于容納試樣，所述變形層11粘結(jié)在套筒9上部?jī)?nèi)壁上，厚度約為1-2mm；所述荷載分配裝置由上、下兩塊圓形鋼板組成，所述下荷載板12下表面設(shè)有四個(gè)圓形凹槽，該圓形凹槽的數(shù)量是與試樣固定裝置的數(shù)量相對(duì)應(yīng)的，圓形凹槽內(nèi)徑比試樣的直徑大1-2mm，這樣，圓形凹槽可與試樣一一對(duì)應(yīng)，且圓形凹槽內(nèi)壁也粘結(jié)有該變形層11，其上表面設(shè)有一個(gè)倒圓臺(tái)形凹槽，該倒圓臺(tái)形凹槽圓心與鋼板圓心、承臺(tái)上面板四個(gè)內(nèi)凹槽所圍成圓形的圓心在一條鉛垂線上，所述上荷載板13下表面中心部位有一個(gè)凸圓臺(tái)，正好與下荷載板上表面的倒圓臺(tái)形凹槽嵌合，同時(shí)四周設(shè)有多個(gè)凹孔，可用螺栓將其與MTS加載頭16連接，所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括軸力計(jì)8、導(dǎo)線15及采集箱14，該軸力計(jì)通過導(dǎo)線15與采集箱14連接，用于采集分析試樣的受力情況。

本實(shí)施例中，所述套筒9由壁厚相等、內(nèi)徑不等的兩個(gè)圓筒組成，下部圓筒內(nèi)徑較大，用以容納軸力計(jì)8，上部圓筒內(nèi)徑為54mm，高度為60mm，可容納直徑為50mm、高度為100mm的試件。

本實(shí)施例中的變形層粘結(jié)于套筒9上部圓筒內(nèi)壁，厚度為1-2mm。具有一定的強(qiáng)度用以包裹固定試樣，且當(dāng)試樣受到軸向壓力而徑向膨脹時(shí)，變形層可收縮，避免了試樣在試驗(yàn)過程中受到較大的圍壓作用，

本實(shí)施例中的下荷載板下表面設(shè)有的圓形凹槽直徑為54mm，內(nèi)壁粘結(jié)2mm后的變形層，所述下荷載板厚度較厚，如50mm，可避免受力產(chǎn)生較大的撓度，同時(shí)，MTS實(shí)際施加的荷載應(yīng)為預(yù)設(shè)荷載減去下荷載板的自重荷載。

本實(shí)施例中的軸力計(jì)8為動(dòng)態(tài)軸力計(jì)，為了使試樣的力均勻傳至軸力計(jì)，軸力計(jì)8上表面放置一塊鋼板10。

本發(fā)明利用上述大型MTS循環(huán)加載單次多試樣試驗(yàn)裝置進(jìn)行離散性鑒別方法，具體包括如下步驟：

a、組裝：首先將荷載分配裝置的上荷載板13與MTS加載頭16連接；接著將底座1固定，承臺(tái)的下面板3通過支撐桿2連接在底座1上；然后將軸力計(jì)8放入試樣固定裝置的套筒9的下部圓筒并擰入承臺(tái)的上面板6的內(nèi)凹槽中；最后放入試樣并扣蓋上荷載分配裝置的下荷載板12；

b、調(diào)平：觀察水平儀7中的氣泡位置，相應(yīng)調(diào)整支撐桿2，直到氣泡居中；

c、循環(huán)加載試驗(yàn)：根據(jù)試驗(yàn)的需要，加載方式可分為循環(huán)靜載和循環(huán)動(dòng)載，當(dāng)達(dá)到一定的循環(huán)次數(shù)后試驗(yàn)完成；

d、過程離散性甄別：分析各個(gè)采集箱14采集到的數(shù)據(jù)，若發(fā)現(xiàn)同批次所有試樣所受的荷載一致，則無離散性，若發(fā)現(xiàn)存在個(gè)別試樣所受荷載與其它試樣所受荷載存在較大差異，則存在離散性，應(yīng)將受力離散性較大的試樣剔除；

e、結(jié)果離散性甄別：將剔除后的試樣進(jìn)行波速測(cè)量，剔除波速差異較大的試樣，為后續(xù)試驗(yàn)提供均勻性較好的試樣。

通過采用上述方案，使得后續(xù)試驗(yàn)所用的試樣具有一致性，有效避免了前期試驗(yàn)離散性對(duì)試驗(yàn)最終結(jié)果的影響。

最后說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。