一种三轴试验机及试验系统技术方案

本发明专利技术涉及一种三轴试验机及试验系统，包括加载框架、试件盒、底座、六个作动器、升降油缸、锁紧油缸，其中，六个所述作动器的轴线相交于一点O；所述作动器用于向所述试件盒内的试件提供垂直于试件六个表面的六个载荷，使得垂直于试件表面的三个方向上具有独立加载/卸载能力；试件盒用于安装、定位试件，使得试件的几何中心0＇＇与试件盒的几何中心0＇重合，且试件盒的几何中心O＇与所述点O重合，同时试件的任意一个面与任意一个作动器的轴线垂直。本三轴试验机及试验系统，可以方便、快速的完成试件的对中过程，不仅可以对试件进行三向六面加载，完成真三轴试验，而且在三向六面加载的过程中，还可以实现单向突然卸载，完成岩爆试验。

【技术实现步骤摘要】
一种三轴试验机及试验系统
本专利技术涉及岩石力学特性的测试
，具体涉及一种三轴试验机及试验系统。
技术介绍
近年来，国家基础设施建设规模越来越大，而在基础设施建设过程中遇到的地质问题也越来越复杂，涉及的岩土力学问题也越来越多元化，这就迫使我们进一步完善和发展岩土工程的测试技术。通过科学地试验来鉴定岩石的各项性能指标，达到合理的选择、使用和开凿岩石，以及更深入地认识岩体介质在复杂环境中的力学特征，以保证施工工程的安全、经济和合理。随着测试技术的不断发展，三轴试验机已广泛应用于岩土工程、建筑材料、地质灾害研究与应用等领域；而在岩土工程领域中，用于测试岩石力学性能的三轴试验机则是主要的研究对象，因为岩石三轴试验机承担着边坡稳定、巷道(隧道)围岩维护、冲击地压、地震效应等方面的研究和工程应用的重任。通常，在利用三轴试验机测试岩石的力学特性时，主要包括岩石的抗压、抗拉、抗剪(断)强度以及岩石破坏、断裂的机理和强度准则等，强度准则通常采用的是库伦－纳维准则，这个准则假定对破坏面起作用的正应力会增加岩石的抗剪强度，其增加量与正(压)应力的大小成正比；而不同种类的岩石在外力作用下达到破坏时的极限应力不同，其破坏极限应力属于岩石力学特性的主要属性之一，需要通过三轴试验机对岩石试件的测试而获得，通常岩石试件(后面简称试件)会被加工成正方体或长方体结构，以便三轴试验机对试件施加外载荷，从而获得试件的力学特性参数；当三轴试验机只对试件的一个方向施加外载荷时，此时为普通的三轴试验，当三轴试验机分别对试件的三个相互垂直的方向施加外载荷时，此时为真三轴试验。此外，在岩土工程中，岩爆是非常复杂的动力地质现象，其发生与否以及强烈程度大小不仅仅取决于某一单一因素，而是多种因素共同作用的结果，岩爆的机制到目前为止还不十分清楚，采用数学或力学的方法建立岩爆预测系统是非常困难的；通过建立能够模拟实际工程开挖条件的实验系统，设计岩石试件的形式和尺寸，在实验室条件下再现岩爆这种灾害现象，是当前较为有效的研究岩爆机理的试验手段，而模拟岩爆现象通常还是需要用到三轴试验机。在利用三轴试验机进行试件的三轴试验或真三轴试验或岩爆试验时，试件是否与各方向的载荷对中，对试验的结果有较大的影响，故在利用三轴试验机测试试件时，需要尽量地使试件与各方向的载荷对中；然而，现有技术中的三轴试验机中，试件的安装过程复杂，且试件的对中过程繁琐，对中效果较差，从而导致测出的试件的三轴力学特性与实际情况存在较大差异，尤其是在进行岩爆试验时，通常采用的是加载荷试验方式，这与岩爆发生的应力途径并不完全吻合，从而使得模拟出的岩爆现象与实际情况不符。
技术实现思路
本专利技术的目的在于改善现有技术中所存在的不足，提供一种三轴试验机及试验系统，可以方便、快速的完成试件的对中过程，不仅可以对试件进行三向六面加载，完成真三轴试验，而且在三向六面加载的过程中，还可以实现单向突然卸载，完成岩爆试验。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种三轴试验机，包括加载框架、试件盒、底座、六个作动器，其中，所述底座包括轴向框架底座、水平框架底座、试件盒底座，所述轴向框架底座、水平框架底座以及试件盒底座分别设置在三套独立的地基基础上；所述加载框架包括轴向框架、水平框架，所述轴向框架设置于轴向框架底座，水平框架设置于水平框架底座，六个作动器分别设置于轴向框架和水平框架上，六个所述作动器的轴线相交于一点O，六个所述作动器用于向所述试件盒内的试件提供垂直于试件六个表面的六个载荷，使得垂直于试件表面的三个方向上具有独立加载/卸载能力；所述作动器上设置有载荷传感器及行程传感器；所述试件盒固定在所述试件盒底座上，所述试件盒用于安装、定位试件，使得试件的几何中心0＇＇与试件盒的几何中心0＇重合；试件盒可利用试件盒底座调整的水平度和轴向高度，使得试件盒的几何中心O＇与所述点O重合，同时使得试件的任意一个面与任意一个作动器的轴线垂直。在进行试验时，试件盒及各方向的框架均会发生微小变形，为避免相互影响，故轴向框架底座、水平框架底座以及试件盒底座分别设置在三套独立的地基基础上；在本试验机中，轴向框架和水平框架上设置有六个作动器，每个作动器都能独立的对试件的一个面施加载荷，从而使得在垂直于试件表面的三个方向上均具有独立的加载/卸载能力，从而使得本试验机能够满足真三轴实验的条件，故可以利用本试验机进行三轴试验、真三轴试验以及岩爆试验等；而在进行试验之前，一个重要的环节就是试件的对中，试件对中的好/坏对试验结果有很大的影响，甚至可能导致试验失败，现有技术的对中过程比较麻烦，对中效果也有待提高，而在本试验机中，在试验机组装完成之后，轴向框架及水平框架上的六个作动器的轴线都是相交于一点O，且不同方向上的作动器的轴线相互垂直，在进行试验之前，需要将试件装入试件盒内，此时只需将试件设置在试件盒的中心，使得试件的几何中心0＇＇与试件盒的几何中心0＇重合即可，当试件盒装入试验机内后，通过调整试件盒底座的水平度和轴向高度，就可以使试件盒的几何中心O＇与所述点O重合，此时试件的几何中心0＇＇与所述点O是重合在一起的，此后，只需水平转动试件，使得试件的任意一个面与任意一个作动器的轴线垂直，那么剩余的五个面就分别与剩余的五个作动器的轴线垂直了，此时就完成了试件与作动器的对中过程，此对中过程不仅方便、快速、简洁，而且对中准确、效果好，从而有利于本试验机顺利地完成三轴试验或真三轴试验或岩爆试验。进一步地，所述轴向框架包括上横梁、下横梁以及至少两根立柱，所述立柱相互平行且竖直地设置在下横梁上，所述下横梁连接在所述轴向框架底座上，所述上横梁设置在所述立柱上，并在升降油缸的驱动下可沿立柱上下滑动，滑动到指定位置后通过锁紧油缸锁紧固定；所述水平框架设置于所述上横梁与下横梁之间，所述水平框架由两个水平横向框架和两个水平纵向框架构成回字形结构；六个作动器分别设置于所述上横梁、下横梁、两个水平横向框架以及两个水平纵向框架上；上横梁、下横梁以及水平框架上分别设置有机架变形传感器，水平框架上还设置有定位传感器。在本试验机中，下横梁及水平框架的位置相对固定，而上横梁在升降油缸的驱动作用下，可以沿立柱上下滑动，当上横梁移动到合适的位置时，用所述锁紧油缸将上横梁锁紧在立柱上，便于试件盒的装入/取出或试件的更换过程。优选地，所述轴向框架及水平框架均采用压力锻造而成。在试验过程中，轴向框架与水平框架需要承受巨大的反力，而采用压力锻造而成的轴向框架及水平框架，通常具有足够的刚度，以保持自身不变形，从而可以尽量地降低因框架变形而带来的试验误差。优选地，所述试件盒底座包括基础板和若干支撑柱，所述基础板固定在地基基础上，所述若干支撑柱相互平行且竖直的设置在基础板上，所述支撑柱穿过所述下横梁，且不与下横梁相接触，每根所述支撑柱上均设置有一根试件柱，所述试件盒安装在所述试件柱上，既能通过试件柱调节水平度及沿轴向的高度，又能锁紧在试件柱上。由于在试验时，各框架均会发生微小变形，故所述试件盒底座不与轴向框架及水平框架相接触，以免影响试验的效果；所述试件柱上设置有外螺纹，试件盒利用垫片和螺母可以实现对试件盒水平度及轴向高度的调整，使得试件盒的几何中心O＇与所述点O重合，最后利用螺母将试件盒锁紧本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三轴试验机，其特征在于，包括加载框架、试件盒、底座、六个作动器，其中，所述底座包括轴向框架底座、水平框架底座、试件盒底座，所述轴向框架底座、水平框架底座以及试件盒底座分别设置在三套独立的地基基础上；所述加载框架包括轴向框架、水平框架，所述轴向框架设置于轴向框架底座，水平框架设置于水平框架底座，六个作动器分别设置于轴向框架和水平框架上，六个所述作动器的轴线相交于一点O，六个所述作动器用于向所述试件盒内的试件提供垂直于试件六个表面的六个载荷，使得垂直于试件表面的三个方向上具有独立加载/卸载能力；所述作动器上设置有载荷传感器及行程传感器；所述试件盒固定在所述试件盒底座上，所述试件盒用于安装、定位试件，使得试件的几何中心0＇＇与试件盒的几何中心0＇重合；试件盒可利用试件盒底座调整的水平度和轴向高度，使得试件盒的几何中心O＇与所述点O重合，同时使得试件的任意一个面与任意一个作动器的轴线垂直。

【技术特征摘要】
1.一种三轴试验机，其特征在于，包括加载框架、试件盒、底座、六个作动器，其中，所述底座包括轴向框架底座、水平框架底座、试件盒底座，所述轴向框架底座、水平框架底座以及试件盒底座分别设置在三套独立的地基基础上；所述加载框架包括轴向框架、水平框架，所述轴向框架设置于轴向框架底座，水平框架设置于水平框架底座，六个作动器分别设置于轴向框架和水平框架上，六个所述作动器的轴线相交于一点O，六个所述作动器用于向所述试件盒内的试件提供垂直于试件六个表面的六个载荷，使得垂直于试件表面的三个方向上具有独立加载/卸载能力；所述作动器上设置有载荷传感器及行程传感器；所述试件盒固定在所述试件盒底座上，所述试件盒用于安装、定位试件，使得试件的几何中心0＇＇与试件盒的几何中心0＇重合；试件盒可利用试件盒底座调整的水平度和轴向高度，使得试件盒的几何中心O＇与所述点O重合，同时使得试件的任意一个面与任意一个作动器的轴线垂直。2.根据权利要求1所述的三轴试验机，其特征在于，所述轴向框架包括上横梁、下横梁以及至少两根立柱，所述立柱相互平行且竖直地设置在下横梁上，所述下横梁连接在所述轴向框架底座上，所述上横梁设置在所述立柱上，并在升降油缸的驱动下可沿立柱上下滑动，滑动到指定位置后通过锁紧油缸锁紧固定；所述水平框架设置于所述上横梁与下横梁之间，所述水平框架由两个水平横向框架和两个水平纵向框架构成回字形结构；六个作动器分别设置于所述上横梁、下横梁、两个水平横向框架以及两个水平纵向框架上；上横梁、下横梁以及水平框架上分别设置有机架变形传感器，水平框架上还设置有定位传感器。3.根据权利要求1所述的三轴试验机，其特征在于，所述轴向框架及水平框架均采用压力锻造而成。4.根据权利要求1所述的三轴试验机，其特征在于，所述试件盒底座包括基础板和若干支撑柱，所述基础板固定在地基基础上，所述若干支撑柱相互平行且竖直的设置在基础板上，所述支撑柱穿过所述下横梁，且不与下横梁相接触，每根所述支撑柱上均设置有一根试件柱，所述试件盒安装在所述试件柱上。5.根据权利要求1-4任一所述的三轴试验机，其特征在于，所述试件盒为真三轴试件盒，所述真三轴试件盒包括自定心压头、压轴、压块、盒体、盒体支架、试件变形传感器，其中，所述盒体通过上盖、下盖以及侧壁围成长方体或正方体结构；所述盒体的每个面上都设置有一个所述自定心压头，所述自定心压头连接着所述压轴的一端，压轴的另一端穿过盒体，延伸进盒体内部，并连接在所述压块上，所述压块用于压在试件的一个面上；所述自定心压头上设置有预紧螺钉和防转导杆，所述预紧螺钉用于调整内部试件的位置，使得试件的几何中心O＇＇与试件盒的几何中心O＇重合，并将自定心压头预紧在盒体上，所述防转导杆用于防止自定心压头...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴冲，张建勋，阙永德，谢卿，
申请(专利权)人：四川德翔科创仪器有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51