[發(fā)明專利]一種三軸試驗機(jī)及試驗系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711394430.6
• 申請日: 2017-12-21
• 公開（公告）號: CN107941615A
• 公開（公告）日: 2018-04-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 吳沖;張建勛;闕永德;謝卿
• 申請（專利權(quán)）人: 四川德翔科創(chuàng)儀器有限公司
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08;G01N3/12
• 代理公司: 北京市領(lǐng)專知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司11590
• 代理人: 林輝輪,張玲

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及巖石力學(xué)特性的測試技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種三軸試驗機(jī)及試驗系統(tǒng)。

背景技術(shù)

近年來，國家基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)規(guī)模越來越大，而在基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)過程中遇到的地質(zhì)問題也越來越復(fù)雜，涉及的巖土力學(xué)問題也越來越多元化，這就迫使我們進(jìn)一步完善和發(fā)展巖土工程的測試技術(shù)。通過科學(xué)地試驗來鑒定巖石的各項性能指標(biāo)，達(dá)到合理的選擇、使用和開鑿巖石，以及更深入地認(rèn)識巖體介質(zhì)在復(fù)雜環(huán)境中的力學(xué)特征，以保證施工工程的安全、經(jīng)濟(jì)和合理。

隨著測試技術(shù)的不斷發(fā)展，三軸試驗機(jī)已廣泛應(yīng)用于巖土工程、建筑材料、地質(zhì)災(zāi)害研究與應(yīng)用等領(lǐng)域；而在巖土工程領(lǐng)域中，用于測試巖石力學(xué)性能的三軸試驗機(jī)則是主要的研究對象，因為巖石三軸試驗機(jī)承擔(dān)著邊坡穩(wěn)定、巷道(隧道)圍巖維護(hù)、沖擊地壓、地震效應(yīng)等方面的研究和工程應(yīng)用的重任。

通常，在利用三軸試驗機(jī)測試巖石的力學(xué)特性時，主要包括巖石的抗壓、抗拉、抗剪(斷)強(qiáng)度以及巖石破壞、斷裂的機(jī)理和強(qiáng)度準(zhǔn)則等，強(qiáng)度準(zhǔn)則通常采用的是庫倫－納維準(zhǔn)則，這個準(zhǔn)則假定對破壞面起作用的正應(yīng)力會增加巖石的抗剪強(qiáng)度，其增加量與正(壓)應(yīng)力的大小成正比；而不同種類的巖石在外力作用下達(dá)到破壞時的極限應(yīng)力不同，其破壞極限應(yīng)力屬于巖石力學(xué)特性的主要屬性之一，需要通過三軸試驗機(jī)對巖石試件的測試而獲得，通常巖石試件(后面簡稱試件)會被加工成正方體或長方體結(jié)構(gòu)，以便三軸試驗機(jī)對試件施加外載荷，從而獲得試件的力學(xué)特性參數(shù)；當(dāng)三軸試驗機(jī)只對試件的一個方向施加外載荷時，此時為普通的三軸試驗，當(dāng)三軸試驗機(jī)分別對試件的三個相互垂直的方向施加外載荷時，此時為真三軸試驗。

此外，在巖土工程中，巖爆是非常復(fù)雜的動力地質(zhì)現(xiàn)象，其發(fā)生與否以及強(qiáng)烈程度大小不僅僅取決于某一單一因素，而是多種因素共同作用的結(jié)果，巖爆的機(jī)制到目前為止還不十分清楚，采用數(shù)學(xué)或力學(xué)的方法建立巖爆預(yù)測系統(tǒng)是非常困難的；通過建立能夠模擬實際工程開挖條件的實驗系統(tǒng)，設(shè)計巖石試件的形式和尺寸，在實驗室條件下再現(xiàn)巖爆這種災(zāi)害現(xiàn)象，是當(dāng)前較為有效的研究巖爆機(jī)理的試驗手段，而模擬巖爆現(xiàn)象通常還是需要用到三軸試驗機(jī)。

在利用三軸試驗機(jī)進(jìn)行試件的三軸試驗或真三軸試驗或巖爆試驗時，試件是否與各方向的載荷對中，對試驗的結(jié)果有較大的影響，故在利用三軸試驗機(jī)測試試件時，需要盡量地使試件與各方向的載荷對中；然而，現(xiàn)有技術(shù)中的三軸試驗機(jī)中，試件的安裝過程復(fù)雜，且試件的對中過程繁瑣，對中效果較差，從而導(dǎo)致測出的試件的三軸力學(xué)特性與實際情況存在較大差異，尤其是在進(jìn)行巖爆試驗時，通常采用的是加載荷試驗方式，這與巖爆發(fā)生的應(yīng)力途徑并不完全吻合，從而使得模擬出的巖爆現(xiàn)象與實際情況不符。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于改善現(xiàn)有技術(shù)中所存在的不足，提供一種三軸試驗機(jī)及試驗系統(tǒng)，可以方便、快速的完成試件的對中過程，不僅可以對試件進(jìn)行三向六面加載，完成真三軸試驗，而且在三向六面加載的過程中，還可以實現(xiàn)單向突然卸載，完成巖爆試驗。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種三軸試驗機(jī)，包括加載框架、試件盒、底座、六個作動器，其中，

所述底座包括軸向框架底座、水平框架底座、試件盒底座，所述軸向框架底座、水平框架底座以及試件盒底座分別設(shè)置在三套獨立的地基基礎(chǔ)上；

所述加載框架包括軸向框架、水平框架，所述軸向框架設(shè)置于軸向框架底座，水平框架設(shè)置于水平框架底座，六個作動器分別設(shè)置于軸向框架和水平框架上，六個所述作動器的軸線相交于一點O，六個所述作動器用于向所述試件盒內(nèi)的試件提供垂直于試件六個表面的六個載荷，使得垂直于試件表面的三個方向上具有獨立加載/卸載能力；所述作動器上設(shè)置有載荷傳感器及行程傳感器；

所述試件盒固定在所述試件盒底座上，所述試件盒用于安裝、定位試件，使得試件的幾何中心0＇＇與試件盒的幾何中心0＇重合；試件盒可利用試件盒底座調(diào)整的水平度和軸向高度，使得試件盒的幾何中心O＇與所述點O重合，同時使得試件的任意一個面與任意一個作動器的軸線垂直。