[發明專利]一種全液壓非伺服巖石蠕變試驗裝置及方法

有效

• 申請號: 201910216710.0
• 申請日: 2019-03-21
• 公開（公告）號: CN109883848B
• 公開（公告）日: 2021-04-02
• 發明（設計）人: 徐曾和;李少華;朱萬成
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: G01N3/12
• 分類號: G01N3/12
• 代理公司: 沈陽優普達知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 21234
• 代理人: 任凱

本發明屬于巖石蠕變試驗領域，具體涉及一種全液壓非伺服巖石蠕變試驗裝置及方法。本發明的技術方案如下：一種全液壓非伺服巖石蠕變試驗裝置，包括碟式密封單作用加載液缸和液壓穩壓系統。本發明提供的全液壓非伺服巖石蠕變試驗裝置及方法，以達到試驗機結構簡單，載荷控制精度高，在早晚溫差較大的試驗環境下，載荷控制精度也滿足要求，采購成本低，使用維護成本低，無環境污染的目的。

技術領域

本發明屬于巖石蠕變試驗領域，具體涉及一種全液壓非伺服巖石蠕變試驗裝置及方法。

背景技術

巖石蠕變是指在巖石應力恒定不變的情況下，隨時間的流逝，巖石變形持續增長的現象。對服務年限較長的巖石工程，巖石蠕變特性對巖體工程結構的穩定性有重要影響。室內蠕變試驗是獲取和評價巖石蠕變特性的主要手段之一，巖石蠕變試驗機是進行室內巖石蠕變試驗的基本設備，對蠕變試驗機的基本要求是提供恒定的載荷。

巖石蠕變性質的測試，一個巖石樣品一般需要15～20天。而巖石的其他力學性質，每個巖石樣品僅需15～30分鐘。因此巖石蠕變性質的測試，所需時間遠遠大于巖石其他力學性質(比如強度、變形模量、泊松比等)的測試。這是巖石蠕變性質的測試最主要的特點。因此用一臺巖石蠕變試驗機進行試驗，難以滿足科研和工程咨詢的需求，配置足夠多的巖石蠕變試驗機同時試驗，是最理想的情況。但是電液伺服式巖石蠕變試驗機采購成本很高，在預算有限的情況下，大部分實驗室不具備配備多臺這類巖石蠕變試驗機的條件。

現有的巖石蠕變試驗技術主要有兩種，電液伺服控制技術的巖石蠕變試驗機和利用重物重力不變原理的巖石蠕變試驗機。

1.基于電液伺服控制技術的巖石蠕變試驗機

基于電液伺服控制技術的巖石蠕變試驗機用加載液缸產生試驗蠕變試驗所需的載荷，可以很好地滿足巖石蠕變試驗對大載荷、高應力的需求。電液伺服控制技術是保證試驗機輸出載荷恒定的主要方法之一，技術成熟，精度可以滿足要求，但是存在控制技術復雜，試驗機結構復雜，采購成本高，使用維護難度大，使用成本高，對實驗室環境有一定污染，在非等溫環境下載荷控制難度較大的問題。利用基于重物自重產生載荷是進行巖石蠕變試驗的另一類方法。試驗機結構簡單，但理論放大倍數和實際放大倍數差距大，無法事先設定試驗條件(即試驗機載荷)，載荷控制精度較低，且難于應用到高應力、大載荷條件下的巖石蠕變試驗。

用液壓缸產生載荷的巖石蠕變試驗機的加載機構(框架)如附圖1所示。

從原理上講，只要加載液缸的壓力恒定，其活塞輸出的載荷就恒定，巖樣的應力也恒定。如附圖2所示，實際上，由于活塞和密封之間的摩擦力，不能從加載液缸的壓力直接換算得到液缸輸出載荷和巖樣應力。

而且密封產生的摩擦阻力不是恒定值，電液伺服控制技術只能將與巖樣串聯的載荷傳感器測到的力值(載荷)作為信號，反饋給試驗機的控制系統，控制系統向電液比例(伺服)閥發出相應指令，調節液缸的壓力，達到保持巖樣應力恒定的目的。由于摩擦阻力的存在，而且摩擦阻力不是定值，載荷恒定意味著加載液缸的壓力是變化的。

電液伺服閥是利用電液伺服技術控制和調節加載液缸壓力的關鍵液壓元件。采用電液伺服閥控制液缸壓力的典型流程如附圖3所示，其中(a)為加載狀態，(b)為卸載狀態，(c)為零位狀態。從圖中可以看出，電液比例(或伺服)閥和油源(包括油箱、電動機、油泵、冷卻器、其他管閥件等液壓元件)組成一個液壓油循環的通路。電液比例(或伺服)閥和加載液缸組成另一個液壓油流動的通路。這是兩個相對獨立但又以特定方式聯系的液壓流動的通路。當載荷低于設定值時，從油源輸出的高壓油進入加載缸下腔，同時上腔的低壓油流回油箱，這樣活塞伸出，載荷增加，壓縮巖樣。反之，電液比例(或伺服)閥換向，高壓油進入上腔，低壓油從下腔返回油箱，活塞縮回，載荷減小，試樣變形恢復。