[發明專利]一種靜載下高頻循環荷載同步加載的三軸儀

在審

• 申請號: 202010005429.5
• 申請日: 2020-01-03
• 公開（公告）號: CN111122350A
• 公開（公告）日: 2020-05-08
• 發明（設計）人: 周順華;郭培軍;代寧;王炳龍;陜耀;狄宏規;付龍龍;葉偉濤
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: G01N3/24
• 分類號: G01N3/24;G01N3/38;G01N3/02
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 楊宏泰

本發明涉及一種靜載下高頻循環荷載同步加載的三軸儀，其主體結構包括三軸儀底座、設置在三軸儀底座上的壓力室底座和反力架立桿、密封固定在壓力室底座上的壓力室、放置在壓力室底座上的試樣、通過反力架立桿可調節的固定在壓力室上方的反力架以及上下兩端分別與反力架底面和試樣頂面固定的加載桿，該三軸儀還包括靜力加載系統、高頻循環荷載加載系統、圍壓加載系統、反壓加載系統、用以實現控制加載的計算機以及用以實現加速度測量、變形測量和荷載測量的采集系統，與現有技術相比，本發明具有實現靜載與高頻循環荷載同步加載、荷載頻率調節范圍廣、可實現無級調速、加載方式穩定可靠、操作簡潔等優點。

技術領域

本發明涉及巖土工程測試設備技術和環境振動工程領域，尤其是涉及一種靜載下高頻循環荷載同步加載的三軸儀。

背景技術

隨著我國區域經濟呈現迅猛的發展態勢，地區之間的交通量大幅增加，高速鐵路、高速公路線路數呈急速增長趨勢，隨之而來的技術重點是針對高速鐵路及高速公路等基礎設施長期服役性能及其所屬結構在相應荷載條件下動力響應特性的研究。基于高速鐵路、高速公路路基中填土所受的高頻振動響應特性，有必要對該振動條件下的路基土體進行一定研究，以獲得相應的土體動力響應特性。

現有巖土動力學性質測試設備主要有動單剪儀、常規振動三軸儀、共振柱儀、振動扭剪三軸儀等。但均存在振動頻率低(一般低于20Hz)，需要逐級激振(需要從0開始逐級提高激振頻率以達到目標頻率，存在達到目標頻率前會擾動試樣等問題)等問題，難以滿足上述高頻循環荷載條件的實驗需求。

目前土動三軸儀主流的驅動方式有機械式、電磁液壓式和氣壓式，前幾者均存在振動頻率低下且其輸出頻率為幾種固定值，耗能巨大(液壓式驅動需要配備相應的冷卻裝置)等問題。振動臺加載方式雖能滿足高頻循環荷載需求，但是壓力室隨振動臺一起振動，容易產生圍壓波動、應力不穩定等問題。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種靜載下高頻循環荷載同步加載的三軸儀。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種靜載下高頻循環荷載同步加載的三軸儀，其主體結構包括三軸儀底座、設置在三軸儀底座上的壓力室底座和反力架立桿、密封固定在壓力室底座上的壓力室、放置在壓力室底座上的試樣、通過反力架立桿可調節的固定在壓力室上方的反力架以及上下兩端分別與反力架底面和試樣頂面固定的加載桿，該三軸儀還包括靜力加載系統、高頻循環荷載加載系統、圍壓加載系統、反壓加載系統、用以實現控制加載的計算機以及用以實現加速度測量、變形測量和荷載測量的采集系統。

所述的靜力加載系統包括設置在三軸儀底座與壓力室底座之間并且通過步進電機控制的升降臺，用以實現軸向壓縮剪切試樣。

所述的高頻循環荷載加載系統包括通過螺栓固定在加載桿上部的音圈電機，所述的音圈電機用以產生高頻振動并通過加載桿傳遞給試樣以實現高頻循環荷載加載。

所述的圍壓加載組件包括圍壓控制器，所述的圍壓控制器通過管道連接壓力室底座上的圍壓閥，用以控制試樣的圍壓水平。

所述的反壓加載組件包括反壓控制器，所述的反壓控制器通過管道連接壓力室底座上的反壓閥，用以控制試樣的反壓水平，同時使試樣達到飽和狀態。

所述的計算機分別與升降臺的步進電機、圍壓控制器、反壓控制器、圍壓閥、反壓閥以及設置在壓力室底座上的孔壓測量通道上的孔壓閥連接，并且通過音圈電機驅動器控制音圈電機。

所述的采集系統包括與計算機連接的高頻采集儀以及分別與高頻采集儀連接的孔壓傳感器、加速度傳感器、高頻荷載傳感器和位移傳感器。