[發明專利]真三軸動態壓力試驗機及方法

在審

• 申請號: 201711068553.0
• 申請日: 2017-11-03
• 公開（公告）號: CN107860663A
• 公開（公告）日: 2018-03-30
• 發明（設計）人: 周秋娟;梁志松;張芳枝;馬利嘉;張亮;朱啟安;林勤煊;李主陽;鄭鑫淼;石志娣
• 申請（專利權）人: 廣東水利電力職業技術學院(廣東省水利電力技工學校);長春市朝陽試驗儀器有限公司
• 主分類號: G01N3/12
• 分類號: G01N3/12;G01N3/02
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司44245
• 代理人: 李君

技術領域

本發明涉及一種試驗機及方法，尤其是一種真三軸動態壓力試驗機及方法，屬于土的壓力試驗領域。

背景技術

真三軸是用來進行真三軸試驗的土工儀器，根據力學原理，任何物體都受到來自X、Y、Z三個方向的力，分別叫做大主應力、中主應力和小主應力，用符號σ₁、σ₂、σ₃表示。在常規巖土環境中，巖土物體實際上處于平面應變狀態，測試這些巖土環境中的力的力學性能，常按軸對稱問題處理，即σ₂＝σ₃。常規三軸試驗就是使試樣在軸對稱的應力狀態下進行試驗。

但是實際巖土環境中，土所受到的三個主應力的大小往往是不同的，真三軸試驗是模擬土體受到荷重的情況下，土體內任一小單元所承受的應力狀態。研究在主應力方向固定的條件下，主應力與應變的關系及強度特性，即土的本構關系。試樣一般為正立方體或矩形體。試驗時對試樣各個互相垂直的主應力面(即X、Y、Z)分別施加大主應力σ₁、中主應力σ₂及小主應力σ₃(主應力的關系是σ₁>σ₂>σ₃)，即試樣在三個互相垂直面上施加各自獨立的三個主應力σ₁、σ₂、σ₃，測定相應的主應變ε₁、ε₂、ε₃和體積變化等。目前，常規真三軸試驗由于存在邊界缺陷，導致試樣變形不完整。

發明內容

本發明的目的是為了解決上述現有技術的缺陷，提供一種真三軸動態壓力試驗機，該試驗機結構簡單、使用方便，可以避免在動態真三軸壓力試驗過程中的邊界缺陷，使試樣完整、試驗數據完整。

本發明的另一目的在于提供一種基于上述試驗機的真三軸動態壓力試驗方法。

本發明的目的可以通過采取如下技術方案達到：

一種真三軸動態壓力試驗機，包括真三軸壓力室、控制系統、大主應力加載系統、中主應力加載系統和小主應力加載系統，大主應力加載系統設置在真三軸壓力室的垂直方向上，中主應力加載系統設置在真三軸壓力室的水平方向上，小主應力加載系統設置在真三軸壓力室內；

所述大主應力加載系統和中主應力加載系統均包括依次連接的作動器、負荷傳感器和壓頭，所述作動器和負荷傳感器分別與控制系統連接；

所述小主應力加載系統包括兩個試驗膠囊、至少兩塊導向壓板和至少兩個導向槽，導向壓板、導向槽和壓頭之間一一對應；每塊導向壓板與對應的壓頭相接觸，其固定在兩個試驗膠囊外側，并可在對應的導向槽內滑動，兩個試驗膠囊分別與控制系統連接。

進一步的，所述大主應力加載系統為兩個，兩個大主應力加載系統設置在真三軸壓力室的垂直方向相對位置上。

進一步的，所述中主應力加載系統為兩個，兩個中主應力加載系統設置在真三軸壓力室的水平方向相對位置上。

進一步的，所述大主應力加載系統和中主應力加載系統還包括導向測控附件，所述導向測控附件設置在作動器上，并與控制系統連接。

進一步的，所述導向測控附件包括導向桿和位移傳感器。

進一步的，所述真三軸壓力室上還設有穿線孔。

進一步的，所述真三軸壓力室與大主應力加載系統的作動器活塞、中主應力加載系統的作動器活塞之間分別通過密封套連接。

進一步的，每塊導向壓板與對應的壓頭通過滾珠相接觸。

進一步的，每塊導向壓板內側涂有潤滑脂。

本發明的另一目的可以通過采取如下技術方案達到：

基于上述試驗機的真三軸動態壓力試驗方法，所述方法包括：

當試樣裝進試驗膠囊后，控制系統控制伺服缸向試驗膠囊充液，從而實現向試驗膠囊中的試樣施加壓力，并通過壓力傳感器進行反饋，實現對小主應力的自動控制；同時，控制系統控制伺服閥開口方向，通過液壓帶動作動器對試驗膠囊中的試樣施加試驗力，并通過負荷傳感器進行反饋，實現對大主應力和中主應力的自動控制。

本發明相對于現有技術具有如下的有益效果：