[發(fā)明專(zhuān)利]一種五聯(lián)動(dòng)巖石單軸流變儀

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910078233.2
• 申請(qǐng)日: 2009-02-23
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101498650B
• 公開(kāi)（公告）日: 2009-08-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張頂立;劉保國(guó);張成平;房倩
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 北京交通大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01N19/00
• 分類(lèi)號(hào): G01N19/00
• 代理公司: 北京市商泰律師事務(wù)所 11255
• 代理人: 吳克宇;毛燕生

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(dòng)單軸流變儀，屬于地下工程實(shí)驗(yàn)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(shí)間增長(zhǎng)而不斷調(diào)整重組，導(dǎo)致其應(yīng)力、應(yīng)變狀態(tài)亦隨時(shí)間而持續(xù)地增長(zhǎng)變化。大量工程實(shí)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(kāi)挖完成后立即發(fā)生，而是巖體的應(yīng)力與變形將隨時(shí)間變化不斷調(diào)整，其調(diào)整的過(guò)程往往需要延續(xù)一個(gè)較長(zhǎng)的時(shí)期。因此在描述和處理巖體介質(zhì)的力學(xué)變形特性時(shí)，不僅要考慮巖體的瞬時(shí)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(wèn)題作為世界性難題被提出開(kāi)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(guó)內(nèi)外的廣大科研工作者對(duì)巖土體的流變特性進(jìn)行了廣泛研究，探討用流變力學(xué)的觀點(diǎn)解析和處理壩基、邊坡、隧道與地下工程等有重要實(shí)用價(jià)值的領(lǐng)域中的各種與時(shí)間有關(guān)的現(xiàn)象和問(wèn)題，使得巖石流變力學(xué)的研究和應(yīng)用得到了長(zhǎng)足的進(jìn)步和許多重要的成果。

隨著我國(guó)大型巖體工程建設(shè)事業(yè)的迅速發(fā)展，對(duì)巖石工程流變學(xué)的研究更加彰顯其重要性、必要性和時(shí)效性。然而，國(guó)內(nèi)外對(duì)軟、硬巖流變的本構(gòu)方程等理論問(wèn)題、軟巖擴(kuò)容的膨脹效應(yīng)問(wèn)題、擠壓性巖體力學(xué)性態(tài)的各有關(guān)參數(shù)的確定問(wèn)題、深埋長(zhǎng)大隧道及軟巖隧道的巖體流變特性問(wèn)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(yàn)對(duì)巖土體力學(xué)的發(fā)展起著十分重要的作用，近年來(lái)國(guó)內(nèi)外越來(lái)越多的學(xué)者開(kāi)始研究、并相繼開(kāi)發(fā)了一些巖土體流變?cè)囼?yàn)儀。然而，這些試驗(yàn)儀大都存在以下不足：(1)加載的持荷時(shí)間不能持續(xù)，不能滿足長(zhǎng)時(shí)間流變?cè)囼?yàn)的需要；(2)加載的持荷穩(wěn)定性不足；(3)每次試驗(yàn)僅能對(duì)單個(gè)試件進(jìn)行加載等。本發(fā)明是一種可以同時(shí)加載5塊試件的流變?cè)囼?yàn)儀，克服現(xiàn)有流變?cè)囼?yàn)中加載不能持久、穩(wěn)定的問(wèn)題，為研究我國(guó)長(zhǎng)大深埋隧道、軟巖隧道及鹽封石油儲(chǔ)庫(kù)等巖土體流變特性提供新的試驗(yàn)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(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。

五聯(lián)動(dòng)巖石單軸流變儀是由反力框架，伺服加載系統(tǒng)，動(dòng)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(tái)面12和基座17構(gòu)成，6根光軸10上下端分別穿過(guò)上橫梁7和臺(tái)面12，由緊固螺母6a、6b固定連接，臺(tái)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11、精密絲杠13、升降機(jī)15、伺服電機(jī)16、手動(dòng)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(jī)15相連，并貫穿臺(tái)面12與其轉(zhuǎn)動(dòng)活動(dòng)連接，升降機(jī)15與伺服電機(jī)16相連，手動(dòng)調(diào)節(jié)閥3a、3b與升降機(jī)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(dòng)力系統(tǒng)5與伺服電機(jī)16相連，使用動(dòng)力電起動(dòng)加載，提供伺服電機(jī)16所需動(dòng)力，采用大容量不間斷電源即UPS技術(shù)防止斷電，電源開(kāi)關(guān)1控制動(dòng)力系統(tǒng)開(kāi)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(wú)線網(wǎng)絡(luò)測(cè)控通訊裝置4和計(jì)算機(jī)2構(gòu)成，上承壓板9上面與力傳感器8相連，測(cè)試精度為2.5N，精密絲杠13下端與位移傳感器18相連，測(cè)試精度為1μm，位移傳感器18、力傳感器8與計(jì)算機(jī)2通過(guò)數(shù)據(jù)線連接，其作用是記錄試件的實(shí)時(shí)位移和軸向力，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)測(cè)控通訊裝置4與計(jì)算機(jī)2通過(guò)數(shù)據(jù)線連接，可遠(yuǎn)程查看現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)；

本發(fā)明的有益效果是：

①可同時(shí)軸向控制參數(shù)不同的五個(gè)試件的試驗(yàn)。

②無(wú)動(dòng)力電恒定保持伺服控制和自動(dòng)檢測(cè)，不僅實(shí)現(xiàn)真正意義的長(zhǎng)久時(shí)間的流變?cè)囼?yàn)，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(jī)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(zhǎng)時(shí)間無(wú)動(dòng)力電情況下保持恒定。

④采用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，可在現(xiàn)場(chǎng)外隨時(shí)遙控、查看、下載和處理現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明五聯(lián)動(dòng)巖石單軸流變儀結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖標(biāo)志：1-電源開(kāi)關(guān)；2-計(jì)算機(jī)；3a、3b-手動(dòng)調(diào)節(jié)閥；4-無(wú)線網(wǎng)絡(luò)測(cè)控通訊裝置；5-動(dòng)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；11-下承壓板；12-臺(tái)面；13-精密絲杠；14-試件裝卡球座；15-升降機(jī)；16-伺服電機(jī)；17-基座；18-位移傳感器。