[發明專利]一種應力路徑全自動液壓伺服控制式剛柔性多功能三軸儀

無效

• 申請號: 201210315390.2
• 申請日: 2012-08-30
• 公開（公告）號: CN102818726A
• 公開（公告）日: 2012-12-12
• 發明（設計）人: 范永波;趙紅華;李世海;朱林劍;徐志祥;劉曉宇;侯岳峰
• 申請（專利權）人: 中國科學院力學研究所
• 主分類號: G01N3/00
• 分類號: G01N3/00
• 代理公司: 北京和信華成知識產權代理事務所(普通合伙) 11390
• 代理人: 王藝

技術領域

本發明涉及土工測試技術領域，尤其涉及一種應力路徑全自動液壓伺服控制式剛柔性多功能三軸儀。

背景技術

三軸試驗是測試巖石、土等的抗剪強度參數和變形力學特性的一種試驗技術手段。傳統的大型三軸儀一般是剛性底座(不配置陶瓷板)，只有一個壓力室，只能測試飽和試樣，試樣的體積變形通過測量試驗過程中排出水的體積確定；目前的大型三軸儀尚未采用應力路徑控制技術，難以實現復雜應力路徑下的三軸試驗，限制了大型三軸儀的應用和研究范圍。當對非飽和土石混合體等試樣進行試驗時，由于試樣中氣體的壓縮，無法準確測量試樣的體積變形；另外，剛性底座使得施加于非均質土石混合體上的應力不均勻，產生應力集中，無法正確反映土石混合體的應力-應變關系。

雖然現有技術對三軸試驗裝置進行了一些改進和探索，比如：應變控制式三軸剪切裝置(中國專利申請號為：02286391.5)，該專利在三軸主機的立柱上，放置多個壓力室支撐裝置，以實現三至四個土樣的同時固結、分別剪切的目的；一種土工三軸儀壓力室(中國專利申請號為：200810037713.X)，該專利涉及一種土工三軸儀壓力室，具有一個與壓力罩頂蓋中心滑配的活塞，活塞的斷面面積和形狀與壓力室中具體試驗的試樣斷面面積和形狀相同。實現了土樣的無側限條件，試驗土樣的種類和最大高度都得到了增加，提高了壓力室的通用性。但是，上述專利均沒有解決傳統三軸儀只能測量飽和土石混合體材料的局限，以及，傳統三軸儀中由于剛性壓頭和剛性底座對非均質材料產生局部應力集中的問題。

發明內容

本發明解決的一個技術問題就是：解決現有技術的三軸儀只能測量飽和土石混合體材料的局限，提出一種應力路徑全自動液壓伺服控制式剛柔性多功能三軸儀，可以開展非飽和土在壓縮試驗中的體積變形精確測量；

另外，本發明解決的另一個技術問題是，解決傳統三軸儀中由于剛性壓頭和剛性底座對非均質材料產生局部應力集中的問題。

為了解決現有技術的三軸儀只能測量飽和土石混合體材料的局限，本發明提供一種應力路徑全自動液壓伺服控制式剛柔性多功能三軸儀，包括：加載框架、雙室壓力室、底座、壓頭、加載系統、數據測量與采集裝置和控制裝置，其中，

雙室壓力室位于試樣的外圍，壓頭和底座分別位于所述試樣的上、下兩端；加載框架位于所述雙室壓力室的外側；所述雙室壓力室包括內壓力室和位于所述內壓力室外圍的外壓力室；

所述加載系統用于對所述試樣進行加載試驗；

所述數據測量與采集裝置用于對加載試驗數據進行采集與測量；

所述控制裝置與所述加載系統和數據測量與采集裝置分別相連，用于控制所述加載系統，以及獲取數據測量與采集裝置得到的加載試驗數據。

優選地，上述三軸儀還具有以下特點，以解決傳統三軸儀中由于剛性壓頭和剛性底座對非均質材料產生局部應力集中的問題：

所述底座和壓頭為剛性或柔性，以實現剛性或柔性加載；

當所述底座和壓頭為剛性時，所述底座為不銹鋼材料，中心嵌有陶瓷板，所述陶瓷板下面有環形水槽，以實現對試驗過程中通過陶瓷板擴散的氣泡進行沖刷；

當所述底座和壓頭為柔性時，所述底座和壓頭具有內部充滿液體的不銹鋼外殼，與試樣接觸端設置有耐高壓膠囊。

優選地，上述三軸儀還具有以下特點：

所述加載系統包括液壓動力源、軸向加壓控制裝置、內圍壓加壓控制裝置、外圍壓加壓控制裝置、孔隙水壓加壓控制裝置和孔隙氣壓加壓控制裝置；其中，

所述內圍壓加壓控制裝置包括依次相連的第一伺服驅動器、第一電液伺服閥、第一液壓油缸、第一運動活塞桿和第一水缸；所述第一水缸通過管道與所述內壓力室相連；

所述外圍壓加壓控制裝置包括依次相連的第二伺服驅動器、第二電液伺服閥、第二液壓油缸、第二運動活塞桿和第二水缸；所述第二水缸通過管道與所述外壓力室相連；

孔隙水壓加壓控制裝置包括依次相連的第三伺服驅動器、第三電液伺服閥、第三液壓油缸、第三運動活塞桿和第三水缸；所述第三水缸通過管道與所述底座相連并通到試樣內部；

孔隙氣壓加壓控制裝置包括依次相連的第四伺服驅動器、第四電液伺服閥、第四液壓油缸、第四運動活塞桿、氣缸和空氣壓縮機；所述氣缸通過管道與所述壓頭相連并通到試樣內部；

所述軸向加壓控制裝置包括依次相連的第五伺服驅動器、五電液伺服閥、軸向加壓油缸和加壓桿；所述加壓桿與所述壓頭相連；

所述液壓動力源分別與所述第一伺服驅動器、第二伺服驅動器、第三伺服驅動器、第四伺服驅動器和第五伺服驅動器相連。

優選地，上述三軸儀還具有以下特點：