[發明專利]電液伺服巖石三軸流變試驗裝置及試驗方法

無效

• 申請號: 201210004562.4
• 申請日: 2012-01-09
• 公開（公告）號: CN102890033A
• 公開（公告）日: 2013-01-23
• 發明（設計）人: 鄔愛清;周火明;朱杰兵;汪斌;鐘作武;郝慶澤;劉小紅;蔣昱州;黃書嶺
• 申請（專利權）人: 長江水利委員會長江科學院
• 主分類號: G01N3/12
• 分類號: G01N3/12
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種巖石力學性質試驗設備，尤其涉及一種軸向承載較大、高圍壓的電液伺服巖石三軸流變試驗裝置及試驗方法。

背景技術

在水利水電、礦山、交通等領域需修建的深部地下工程日趨增多。隨著深度的增加，地應力增大、地質條件惡化、破碎巖體增多、水頭壓力和涌水量加大、地溫升高等因素顯現，為研究深部工程巖體的力學特性，尤其是高應力條件下工程巖體的長期強度及時效變形特性，最直接的、經濟的途徑是開展室內巖石三軸流變試驗，通過試驗獲得復雜地質條件下巖石的長期強度參數及時效變形特征，以便在保證工程長期穩定性及長期運營安全。

室內試驗具有能夠長期觀察、可嚴格控制試驗條件、重復次數多和耗資少等優點，受到廣泛的重視，但由于巖石工程處于復雜應力狀態下，在很多情況下，簡單應力狀態下的巖石流變試驗不能完全反映工程實際中的巖體應力狀態和巖石性態，因此，三軸應力狀態條件下的巖石流變試驗研究十分重要。

巖石的變形和應力受時間因素的影響，在外部條件不變的情況下，巖石的變形或應力隨時間而變化發生流變。巖石的流變是一種十分普遍的現象，在斜坡、地下洞室及地基中都可直接觀測到。由于流變的影響，將在巖體內及建筑物內產生應力集中或變形加劇而影響其穩定性。因而，巖石工程中巖體的長期變形及強度是工程設計和控制中不可忽視的指標，巖石流變試驗是了解巖石流變力學特性的重要手段。

采用的常規三軸試驗儀器設備來進行巖石三軸流變試驗，不是針對巖石長期三軸流變試驗而設計的。因而，針對復雜應力狀態下巖石流變特性，研究流變試驗的高剛度加載框架；尤其是針對在軸力、高圍壓長時間穩壓等技術方面，如承載有限、變形較大和環境溫度變化時，控制穩壓精度尚存欠缺，在軸向、圍壓穩壓系統采用伺服控制器和計算機進行穩壓系統控制，在測試、安裝試件、長時穩壓和數據自動采集及停電補償等方面，都存在有難以避免的問題。

發明內容

本發明的目的是為了克服現有技術的缺陷，提供一種適合變形較大且實現高圍壓能夠自動穩壓，電液伺服控制加壓和自動采集數據儲存的室內巖石單軸流變、三軸流變試驗設備。

本發明的另一個目的就是提供一種軸壓、圍壓加載系統伺服控制絲桿位移，自動穩壓、電液伺服控制加壓的室內巖石單軸流變、三軸流變試驗方法，提高控制穩壓精度，達到長時間穩壓。

本發明解決其技術問題采用以下技術方案：一種電液伺服三軸流變試驗裝置，包括主機框架、框架下置油缸及活塞組件、設置在油缸活塞組件與框架橫梁之間的壓力室裝置，主要是壓力室裝置為筒體內置油缸及平衡活塞組件，試件設置在油缸內的底座與平衡活塞組件之間，平衡活塞組件上設置軸向力傳感器，且上頂主機框架橫梁；試件軸向端面分別接軸向變形傳感器，試件的側面接徑向變形傳感器；

軸壓加載系統、圍壓加載系統分別由伺服電機帶動滾軸絲杠傳動裝置，滾軸絲杠傳動位移推動軸壓、圍壓加壓缸，軸壓加載系統上的加壓油管接入下置油缸，圍壓加載系統上的加壓油管接入壓力室裝置內置油缸底部；其中，圍壓加壓缸接圍壓傳感器，圍壓范圍：0～70Mpa，軸壓加載系統、圍壓加載系統上的滾軸絲杠分別接軸壓加載絲杠位移傳感器、圍壓加載絲杠位移傳感器；

軸向變形傳感器、徑向變形傳感器、軸向力傳感器、軸向加載絲杠位移傳感器、伺服電機分別接入軸壓控制系統，圍壓傳感器、圍壓加載絲杠位移傳感器、伺服電機分別接入圍壓控制系統。

所述壓力室裝置內的試件，其上設置有軸承，且上頂平衡活塞組件。

而且，壓力室筒體和底座由卡箍聯接；起吊裝置安裝在支架橫梁上。

而且，主機框架上安裝有軌道，帶輪小車設置在軌道上，壓力室裝置固定在小車上，小車可在軌道上移動，并且移動至油缸活塞組件與框架橫梁之間保持對中放置。

一種電液伺服三軸流變試驗方法：

1)軸壓加載系統通過加壓油管對下置油缸加壓，油缸活塞組件推舉壓力室裝置向上移動，試件上端的平衡活塞組件將承載的軸向力通過軸向力傳感器將軸壓信號傳送至軸壓控制系統；圍壓加載系統通過加壓油管對壓力室裝置內置油缸加壓，圍壓傳感器將圍壓信號傳送至圍壓控制系統，軸壓控制系統、圍壓控制系統控制軸壓和圍壓恒定；

2)試件發生形變，軸向、徑向變形傳感器輸出信號，引發軸壓、圍壓瞬時波動，軸向力傳感器、圍壓傳感器將信號分別傳送至軸壓、圍壓控制系統，軸壓、圍壓控制系統及時根據反饋信號發出指令分別啟動伺服電機控制滾軸絲杠位移前進或后退，加壓缸活塞桿移動，分別調節加壓缸輸出的軸壓、圍壓，達到長時間穩壓。