[發明專利]壓扭多軸加載試驗機

有效

• 申請號: 201010261927.2
• 申請日: 2010-08-24
• 公開（公告）號: CN101949800A
• 公開（公告）日: 2011-01-19
• 發明（設計）人: 張建民;鄭瑞華;劉超;楊利偉;肖雪宏
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G01N3/12
• 分類號: G01N3/12;G01N3/22
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 黃德海

技術領域

本發明機械加載設備，特別是涉及應用于復雜加載條件下土體材料和理想粒狀材料的力學特性測試試驗的壓扭多軸加載試驗機。

背景技術

在土木工程技術領域，各類工程建設的安全性主要取決于所采用的工程材料和結構的變形、強度與穩定性。土體作為工程建設中最為廣泛使用的材料、地基或環境，與工程建設的安全性密不可分。因此，對土體材料的單元試驗是評價土體材料的變形強度特性與力學關系的最為基本且最為重要的手段。在現有技術中，通常采用常規三軸儀來進行土體材料的試驗。但是，該三軸儀只能進行三軸壓縮和拉伸等常規的試驗路徑。而在實際的工程中，作用在土體單元上的荷載及其路徑變化是極其復雜多樣的。

為了研究土體材料在各種復雜加載條件下的變形強度特性，需要不斷發展滿足復雜加載條件要求的試驗設備。

例如，目前已經開發了空心圓柱扭剪儀和真三軸儀等來實現較為復雜的加載條件，但該空心圓柱扭剪儀和真三軸儀存在明顯的不足。已有的空心圓柱扭剪儀的試樣尺寸與試驗機出力均過小，不能針對實際工程中存在的高應力、各種復雜加載條件下粗粒土和粒徑較大的理想粒狀土體模擬材料進行試驗研究。此外，已有的真三軸儀尚不能解決好三個方向運動耦合、受力條件不均勻的缺陷。

發明內容

有鑒于此，本發明用于解決現有技術中的問題中的至少一個。相應地，本發明需要提供一種壓扭多軸加載試驗機，所述壓扭多軸加載試驗機可以提供集壓扭組合、平面應變、真三軸等復雜加載于一體，并適于在工程建設中常用的粗粒土以及理想狀土體模擬材料的靜動力單元的試驗。

根據本發明的一方面，提供了一種壓扭多軸加載試驗機，包括：機架；試樣壓力室，所述試樣壓力室設置在所述機架上，用于在其中容納試樣；軸壓控制器，所述軸壓控制器可操作用于設置在所述試樣壓力室內的試樣施加軸向載荷；圍壓控制器，所述圍壓控制器可操作用于對設置在所述試樣壓力室內的試樣施加圍壓載荷；以及油源系統，所述油源控制系統用于分別控制所述軸壓控制器和圍壓控制器以施加不同路徑的載荷，其中所述軸壓控制器與所述圍壓控制器被配置成緩沖試樣壓力室中試樣加載時軸向受力與圍壓受力耦合。

根據本發明，所述壓扭多軸加載試驗機可以提供集壓扭組合、平面應變、真三軸等復雜加載于一體，并適于在工程建設中常用的粗粒土以及理想狀土體模擬材料的靜動力單元的試驗。

根據本發明的一個實施例，所述軸壓控制器包括：軸向液壓缸，用于對所述試樣壓力室施加軸向載荷；以及軸向電液伺服閥，所述軸向電液伺服閥用于伺服控制所述軸向液壓缸。

根據本發明的一個實施例，所述圍壓控制器包括：圍壓液壓缸，所述對所述試樣壓力室施加圍壓載荷；以及側向電液伺服閥，所述側向電液伺服閥用于伺服控制所述圍壓液壓缸。

根據本發明的一個實施例，所述壓扭多軸加載試驗機進一步包括：孔壓液壓缸，所述孔壓液壓缸用于在油源系統的作用下對試樣施加孔壓載荷。

根據本發明的一個實施例，所述壓扭多軸加載試驗機進一步包括：內壓液壓缸，所述內壓液壓缸用于在油源系統的作用下對試樣的內部施加載荷。

根據本發明的一個實施例，所述壓扭多軸加載試驗機進一步包括：扭轉液壓缸，所述扭轉液壓缸用于在扭轉裝置的作用下對試樣施加扭轉載荷；以及扭轉裝置，所述扭轉液壓缸驅動所述扭轉裝置進行扭轉。

根據本發明的一個實施例，所述軸壓控制器進一步包括：軸壓串聯水缸，所述軸向串聯水缸與所述軸向液壓缸串聯連接；所述圍壓控制器進一步包括：圍壓串聯水缸，所述圍壓串聯水缸與所述圍壓液壓缸串聯連接，其中所述圍壓串聯水缸與所述軸壓串聯水缸流體連通。

根據本發明的一個實施例，所述軸向串聯水缸設置在所述機架的頂部，所述圍壓串聯水缸與所述機架相鄰水平設置。

根據本發明的一個實施例，所述軸向液壓缸的最下方的端部設置有壓扭負荷傳感器，所述壓扭負荷傳感器用于檢測施加在所述試樣壓力室上的軸向載荷和扭轉載荷。

根據本發明的一個實施例，所述試樣壓力室包括：室筒；壓力室蓋，所述壓力室蓋用于蓋住所述室筒的頂部開口；壓力室底盤，所述壓力室底盤用于密封所述室筒的底部開口；以及加荷活塞，所述加荷活塞密封地穿透所述壓力室蓋，以對壓力室內容納的試樣施加載荷。

根據本發明的一個實施例，所述機架包括：底座；設置在所述底座中的升降機構；四根支架，所述四根支架豎直設置在所述底座上；中橫梁，所述中橫梁用于水平地固定所述四根支架；兩根立柱，所述兩根立柱設置在所述中橫梁上；以及上橫梁，所述上橫梁用于水平地固定所述兩根立柱。