[實(shí)用新型]應(yīng)力式三軸儀的氣壓加荷裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201220530619.X
• 申請(qǐng)日: 2012-10-17
• 公開（公告）號(hào): CN202853970U
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王晟堂;唐文軍;陳則連;喬平
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司
• 主分類號(hào): G01N3/02
• 分類號(hào): G01N3/02
• 代理公司: 天津盛理知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 12209
• 代理人: 江增俊

技術(shù)領(lǐng)域：

本實(shí)用新型屬于土工試驗(yàn)儀器，特別是涉及一種應(yīng)力式三軸儀氣壓加荷裝置。

背景技術(shù)：

在土工力學(xué)試驗(yàn)中，由于靜三軸試驗(yàn)的軸向力、軸向變形、側(cè)向力和試樣排水可以進(jìn)行控制，試樣受力過程和各相關(guān)試驗(yàn)參數(shù)關(guān)系明確、較其它常規(guī)試驗(yàn)可測(cè)量參數(shù)多，而且更接近于實(shí)際，因而靜三軸試驗(yàn)成為當(dāng)前地基土力學(xué)試驗(yàn)的一個(gè)重要手段。

靜三軸常見的試驗(yàn)?zāi)Ｐ蜑椋簣A柱形試樣底端經(jīng)濾紙與透水石，置于帶有通孔的三軸壓力室試樣底座上，底座的各通孔與底盤邊框上的下孔隙開關(guān)及孔隙水壓力傳感器相接。圓柱形試樣頂端經(jīng)濾紙與透水石和帶有通孔的上加壓帽相接，上加壓帽通孔與底盤邊框上的上孔隙開關(guān)相聯(lián)接，由橡膠膜和束圈將試樣密封固定在上加壓帽與試樣底座之間，然后將三軸壓力室外殼移至試樣之上并與三軸壓力室底盤緊固密封。

上述試樣安裝完成后，根據(jù)需要進(jìn)行靜三軸壓縮（剪切）試驗(yàn)時(shí)依照軸向施加方式的不同分為應(yīng)變式三軸試驗(yàn)和應(yīng)力式三軸試驗(yàn)。

應(yīng)變式三軸試驗(yàn)及其應(yīng)變式三軸儀的特點(diǎn)：

裝有試樣的靜三軸壓力室置于由機(jī)電伺服控制的軸向加荷機(jī)械變速箱升降主軸頂端，并隨升降主軸作垂直升降運(yùn)動(dòng)，由于靜三軸壓力室上端加壓桿與被安裝在反力龍門架上橫梁中間的軸向測(cè)力傳感器或測(cè)力鋼環(huán)相接且被固定，當(dāng)升降主軸按照一個(gè)設(shè)計(jì)的恒定速率上升時(shí)，將使圓柱試樣受加壓桿和軸向測(cè)力傳感器的反力推擋產(chǎn)生變形而受力，直至因變形過大而破壞。在應(yīng)變式靜三軸試驗(yàn)中，由于加荷速率為一均勻的固定速率，因其加荷機(jī)械結(jié)構(gòu)、控制結(jié)構(gòu)和操作過程相對(duì)簡(jiǎn)單而得到廣泛應(yīng)用。通過應(yīng)變式靜三軸試驗(yàn)可提供以應(yīng)變（變形）為主軸的應(yīng)力應(yīng)變、孔隙水壓力與應(yīng)變、試樣排水與應(yīng)變等關(guān)系曲線和參數(shù)。

應(yīng)力式三軸試驗(yàn)及其應(yīng)力式三軸儀的特點(diǎn)：

應(yīng)力式三軸試驗(yàn)最明顯的特點(diǎn)是在一個(gè)試驗(yàn)周期內(nèi)，當(dāng)試樣的邊界條件確定后，對(duì)試樣施加的是一個(gè)恒定的軸向力，試樣在這一固定不變的軸向力作用下，在不同時(shí)段各項(xiàng)參數(shù)將出現(xiàn)明顯不同的變化，尤其是與軸向力直接對(duì)應(yīng)的軸向變形將會(huì)隨所設(shè)計(jì)恒定軸向力的加荷時(shí)間而出現(xiàn)由開始快速沉降至逐漸趨緩變形減小直至停止沉降，使軸向力與軸向變形達(dá)到平衡。一旦設(shè)計(jì)軸向力大于試樣結(jié)構(gòu)強(qiáng)度時(shí)，將出現(xiàn)試樣由受力開始的沉降速率隨時(shí)間增加逐漸增大直至因變形過大使試樣破壞，由此不難看出，如何恰當(dāng)?shù)貙?duì)不同試樣設(shè)計(jì)合理的軸向力即需要理論又需要實(shí)踐與技巧，與應(yīng)變式三軸試驗(yàn)相比應(yīng)力式三軸試驗(yàn)參數(shù)設(shè)置難度增加，試驗(yàn)周期可能延長。

目前常見用于應(yīng)力式三軸試驗(yàn)的儀器，多為應(yīng)力應(yīng)變多功能三軸儀，其反力龍門架和三軸壓力室及軸向測(cè)力部分結(jié)構(gòu)與應(yīng)變式三軸儀相似，最大區(qū)別在于應(yīng)力式三軸儀的軸向力加荷機(jī)械裝置比較復(fù)雜，機(jī)電伺服機(jī)構(gòu)也由簡(jiǎn)單的開環(huán)控制、進(jìn)行單向啟停和速率選擇過渡為以軸向測(cè)力傳感器檢測(cè)信號(hào)作為反饋源、以設(shè)計(jì)軸向力為基準(zhǔn)的由IP組成的比較器進(jìn)行比對(duì)。當(dāng)反饋信號(hào)＜設(shè)計(jì)基準(zhǔn)時(shí)發(fā)出指令，使軸向加荷機(jī)械裝置正向運(yùn)轉(zhuǎn)，軸向加壓桿上升，對(duì)試樣施加軸向力，當(dāng)測(cè)力傳感器檢測(cè)反饋信號(hào)=設(shè)計(jì)壓力時(shí)加荷停止。

由于機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)在剛開始加荷時(shí)的慣性使加壓頭動(dòng)作滯后于比較器對(duì)反饋信號(hào)的判別和運(yùn)行指令，常會(huì)出現(xiàn)試樣實(shí)際受力超過設(shè)計(jì)值而出現(xiàn)過沖而使反饋信號(hào)大于設(shè)計(jì)壓力，此時(shí)將會(huì)出現(xiàn)加荷裝置反轉(zhuǎn)進(jìn)行減壓，并由此出現(xiàn)正、反循環(huán)動(dòng)作，在此過程中不僅由于機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作滯后，尚含有因試樣受力方向的頻繁變化可能出現(xiàn)加壓頭與試樣受力面的跟蹤脫節(jié)。雖然經(jīng)過一定時(shí)間后，將過渡至正-停、正-停的運(yùn)行方式，但由于技術(shù)原因當(dāng)前采用的比較器及電路設(shè)計(jì)其閥值電壓不可能太小，因此實(shí)測(cè)的軸向力總是設(shè)計(jì)軸向力的閥值范圍內(nèi)的一個(gè)脈動(dòng)壓力，而不是一個(gè)直線穩(wěn)定值，并且是開始波動(dòng)范圍大，需要相當(dāng)時(shí)間后才能進(jìn)入閥值范圍，由此可見采用閉環(huán)反饋控制機(jī)電加荷裝置施加的軸向力與試驗(yàn)定義要求存在距離，其軸向力因出現(xiàn)閥值范圍內(nèi)的反復(fù)正反向循環(huán)不僅使試驗(yàn)精度差，甚至對(duì)加壓方式及原理上存在置疑。真正純粹的應(yīng)力式三軸試驗(yàn)的軸向壓力應(yīng)當(dāng)是方向不變，壓力恒定（起碼要在允許范圍以內(nèi)），才符合該項(xiàng)試驗(yàn)原理及定義，而現(xiàn)有的應(yīng)力應(yīng)變多功能三軸儀在進(jìn)行應(yīng)力式三軸試驗(yàn)時(shí)受機(jī)械加荷執(zhí)行機(jī)構(gòu)技術(shù)條件限制不可能做到足夠的精細(xì)與較高的技術(shù)指標(biāo)，因此現(xiàn)有多功能應(yīng)力三軸儀的控制精度與軸向壓力波動(dòng)范圍以及起始剪切時(shí)的加荷過沖出現(xiàn)的反復(fù)循環(huán)加荷已經(jīng)成為需要認(rèn)真對(duì)待的技術(shù)問題。

由于多功能應(yīng)力三軸儀的控制方式、控制設(shè)備與機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)均比應(yīng)變式三軸儀要笨重復(fù)雜，操作與設(shè)置參數(shù)多而難于掌握，因此難于推廣，僅在少數(shù)情況下的特定場(chǎng)合使用。

發(fā)明內(nèi)容