[發明專利]一種加載剛度可調的真三軸試驗機及試驗方法

有效

• 申請號: 201910291704.1
• 申請日: 2019-04-12
• 公開（公告）號: CN110095345B
• 公開（公告）日: 2020-03-06
• 發明（設計）人: 譚云亮;趙同彬;劉彬;江山;張東曉;毛芮;尹延春
• 申請（專利權）人: 山東科技大學;長春市展拓試驗儀器有限公司
• 主分類號: G01N3/12
• 分類號: G01N3/12
• 代理公司: 青島智地領創專利代理有限公司 37252
• 代理人: 張凱

1.一種加載剛度可調的真三軸試驗機，其特征在于，包括第一主應力變剛度加載裝置、第二主應力變剛度加載裝置、第三主應力加載裝置、監測系統和控制系統，

所述第一主應力變剛度加載裝置包括外框架、內頂梁、第一內立柱、第一剛度調節油缸、第一加載油缸和第一承壓柱，第一剛度調節油缸設置在外框架的頂部，內頂梁設置在第一剛度調節油缸下方，第一剛度調節油缸下端設置有短承壓柱，短承壓柱下端與內頂梁接觸，內頂梁下方設置有第一承壓柱，第一加載油缸設置在外框架的底部，第一內立柱連接內頂梁和外框架的底部；

所述第二主應力變剛度加載裝置包括內側板、內橫柱、第二剛度調節油缸、第二加載油缸和第二承壓柱，所述第二主應力變剛度加載裝置左右兩側對稱布置，所述第二剛度調節油缸和外框架接觸，所述第二加載油缸和內側板相連，所述內側板之間連接有內橫柱，內側板上還設置有第二承壓柱；

所述第三主應力加載裝置包括第三加載油缸和第三承壓柱，所述第三加載油缸設置在外框架的后側，第三加載油缸和第三承壓柱相連；

所述監測系統包括第一剛度傳感器、第二剛度傳感器、第一壓力傳感器、第二壓力傳感器、第三壓力傳感器、第一位移傳感器和第二位移傳感器，所述第一剛度調節油缸和內頂梁之間設置有第一剛度傳感器，所述內頂梁和第一承壓柱之間設置有第一壓力傳感器，所述內頂梁和固定底座之間設置有第一位移傳感器；所述第二剛度調節油缸和內側板之間設置有第二剛度傳感器，所述第二加載油缸和第二承壓柱之間設置有第二壓力傳感器，所述內側板之間設置有第二位移傳感器；第三加載油缸和第三承壓柱之間設置有第三壓力傳感器；

所述監測系統將監測信息傳輸至控制系統，所述第一剛度調節油缸、第一加載油缸、第二剛度調節油缸、第二加載油缸和第三加載油缸受控制系統的控制。

2.根據權利要求1所述的一種加載剛度可調的真三軸試驗機，其特征在于，所述內側板下端設置有滑輪，所述外框架底部設置有固定底座，固定底座上還設置有滑輪導軌。

3.根據權利要求1所述的一種加載剛度可調的真三軸試驗機，其特征在于，所述內頂梁的剛度大于第一內立柱的剛度，所述內側板的剛度大于內橫柱的剛度。

4.一種加載剛度可調的真三軸試驗機的剛度調節方法，利用權利要求1至3任一項所述的一種加載剛度可調的真三軸試驗機，其特征在于，加載剛度的調節包括：

第一主應力加載方向上的剛度調節：第一加載油缸對試件進行加載，內頂梁帶動第一內立柱拉伸，使第一內立柱產生彈性變形，第一壓力傳感器將監測數據反饋至控制系統，控制系統控制第一剛度調節油缸進行加載或者卸載，進而調整內頂梁的位移量和第一內立柱的變形量；

第二主應力加載方向上的剛度調節：第二加載油缸對試件進行加載，內側板帶動內橫柱拉伸，使內橫柱產生彈性變形，第二壓力傳感器將監測數據反饋至控制系統，控制系統控制第二剛度調節油缸進行加載或者卸載，進而調整內側板的位移量和內橫柱的變形量。

5.根據權利要求4所述的一種加載剛度可調的真三軸試驗機的剛度調節方法，其特征在于，所述第一加載油缸對試件進行加載的過程中，控制系統控制第一剛度調節油缸加載或卸載，具體是：保持第一壓力傳感器測得的載荷值和第一位移傳感器測得的第一主應力方向上的位移值兩者的比值保持設定值不變，當第一壓力傳感器測得的載荷值和第一主應力方向上的位移值比值大于設定值時，第一剛度調節油缸卸載；當第一壓力傳感器測得的載荷值和第一主應力方向上的位移值比值小于設定值時，第一剛度調節油缸加載；

第二加載油缸對試件進行加載的過程中，控制系統控制第二剛度調節油缸加載或卸載，具體是，保持第二壓力傳感器測得的載荷值和第二位移傳感器測得的第二主應力方向上的位移值兩者的比值保持設定值不變，當第二壓力傳感器測得的載荷值和第二主應力方向上的位移值比值大于設定值時，第二剛度調節油缸卸載；當第二壓力傳感器測得的載荷值和第二主應力方向上的位移值比值小于設定值時，第二剛度調節油缸加載。

6.一種加載剛度可調的真三軸試驗方法，利用權利要求1至3任一項所述的一種加載剛度可調的真三軸試驗機，其特征在于，

第一步：確定第一主應力方向上的加載剛度和第二主應力方向上的加載剛度，計算確定第一主應力方向上的載荷值與第一主應力方向上的位移值之間的函數關系，以及第二主應力方向上的載荷值與第二主應力方向上的位移值之間的函數關系；

第二步：安放巖石試件，通過第一加載油缸、第二加載油缸以及第三加載油缸對巖石試件進行加載；

第三步：監測系統將監測數據反饋至控制系統，控制系統通過控制第一剛度調節油缸和第二剛度調節油缸加載或者卸載，滿足第一主應力方向上的載荷值與第一主應力方向上的位移值之間的函數關系，以及第二主應力方向上的載荷值與第二主應力方向上的位移值之間的函數關系，直至巖石試件失穩破壞，試驗結束。