用于实时观测土体细观结构的三轴旋转装置，包括压力室装置、检测装置、加荷与驱动装置、底座、旋转驱动装置及自控系统；检测装置包括：围压检测接口和连接自控系统的围压检测传感器；反压接口和连接自控系统的反压检测传感器；孔隙压力接口和连接自控系统的孔隙压力检测传感器；位移传感器和位移传感器测量板装在位移传感器架上，伴随位移传感器板与螺纹减速机丝杠上下移动实现位移量数值测量；压力室装置的上螺纹孔连接轴力外传力杆及轴压加载帽；驱动装置的螺纹减速机的输出丝杠中心线与轴力外传力杆、轴压加载帽、透水石、试样、试样底座位于同一条铅垂线上，旋转驱动装置带动上部的压力室装置、检测装置、加荷与驱动装置旋转。
【技术实现步骤摘要】
本技术涉及土工试验中土体宏观强度的微观本质研究领域，是一种用于分级加载过程中土体细观结构变化的观测方法及其系统。
技术介绍
目前，国内外很多岩土工程专业的研究人员都在热衷于通过扫描电镜、光学显微镜和同步辐射等方法探究岩土样的空间结构特征，其中主要是以岩样的裂隙分布和土样的孔隙排布这两方面的研究为主。传统的土工试验主要是在静态条件下获取土体孔隙空间排列、孔隙形态、孔隙尺度变化特征等数据，而静态条件下土样的与动态条件下土样的孔隙排布还是有很大差异的。就现有的室内试验的技术条件而言，三轴试验获得的土样强度较为准确可靠，但是传统三轴仪主要是用于室内获取静态条件下，较大尺寸土样的强度参数，用以提供给各工程设计中计算地基稳定性的数值标准，其功能也仅仅只是用于获取土样的剪切强度，并不能获取与土样有关的其他信息。所以目前的研究技术都还没有进行过合适的动态土体孔隙的获取。
技术实现思路
本技术目的是，针对传统土工试验无法在动态条件下获取土样参数的变化以及提高试验观测数据的可靠性，提供一种土体细观结构的三轴旋转观测方法及其装置。将测试系统置于X光成像环境之中，可实时获得试样内部结构单元在轴力作用下的运动轨迹数据，避免了试验观测数据的单一性以及无法获取土样微观孔隙空间结构参数特征；同时，通过定时将试验进程中的机械推移轴力与轴力传感器采集的数据进行对比，及时修正传感器和机械运行误差，提高了试验数据的可靠性，这有效的提高了分析土样微观空间结构特征的水平。本技术可为土样宏观尺度参数特征的变化研究提供微观尺度的参考带来便利。为达成上述目的，本技术所采用的技术方案如下：一种用于实时观测土体细观结构的三轴旋转装置，包括压力室装置1、检测装置2、加荷与驱动装置3、底座4、旋转驱动装置5及自控系统6；检测装置2包括：围压检测接口和连接自控系统的围压检测传感器；反压接口和连接自控系统的反压检测传感器；孔隙压力接口和连接自控系统的孔隙压力检测传感器；位移传感器和位移传感器测量板装在位移传感器架上，伴随位移传感器板与螺纹减速机丝杠上下移动实现位移量数值测量；压力室装置1的上螺纹孔连接轴力外传力杆及轴压加载帽；轴压驱动装置安装在压力室装置的顶部并通过加载外联接杆对压力室装置内试样进行加载，围压/反压加载是安装在自控系统的ITV0050电气比例阀，通过电气比例阀开合度的控制实现对围压/反压加载压力的目标控制；旋转观测驱动单元包括安装于底座内的步进电机、电机联轴器、旋转限位开关部件；采用控制步进电机的转速、转向，以实现观测所需的旋转速度；加荷与驱动装置3包括电机、螺纹减速机的轴压加载装置、围压/反压加载、饱和压力加载以及旋转观测驱动单元。压力室顶部、底部分别留有围压、反压、孔隙压及排水气接口，用于联接测试参数控制接口；底座4安装在压力室装置1下部，旋转驱动装置5安装在底座4内，旋转驱动装置5的螺纹减速机的输出丝杠中心线与轴力外传力杆、轴压加载帽、透水石、试样、试样底座位于同一条铅垂线上，旋转驱动装置5带动上部的压力室装置1、检测装置2、加荷与驱动装置3旋转；自控系统6包括：数据A/D转换模块、数据存储模块、指令输入模块、控制模块、数据采集分模块；自控系统还包括计算对比分模块、校核修正分模块、LCD显示和驱动电机执行六部分。本技术装置可暴露于同步辐射X光中，得到X光图像表征的土体细观结构，在X光旋转加载，进行实时观测。测试过程中，试样下部隔一透水石装在试样的底座4上；底座4顶部隔一透水石承接压力室装置1传来的轴向压力；轴向加载帽顶部接受轴力内传力杆加载的轴向推力和反压压力；轴力内传力杆直接连在检测装置2的下螺纹孔内；检测装置2的上螺纹孔联接轴力外传力杆；压力室顶部、底部分别留有围压、反压、孔隙压及排水气接口，用于联接测试参数控制接口。检测装置2获取加载在试样上的压力值；围压传感器、反压传感器、孔隙压力传感器、位移传感器同时获取相应的压力值，并通过A/D转换模块6.1直接将数据显示在HMI显示上。有益效果：本技术测试系统置于高亮度X光环境之中，进行逐级加载，在每级荷载下，持荷并控制仪器旋转360度，获得各级荷载下土体内部细观结构断层成像图片序列。本专利技术旨在解决土工三轴试验中难以实时定量表征土体细观结构的不足，以提高表征土体物理、力学性质的能力。检测装置获取相应轴压、围压、反压目标值S1、S2、S3，比较各传感器的现时值与各自目标值，与系统预设定的允差标准值进行比较，若符合标准允差，试验继续进行，并向HMI显示输出数据，如果不符合标准允差，系统进入修正校核，首先检测传感器状态。提供一种土体细观结构的三轴旋转观测方法及其装置。本技术将测试系统置于X光成像环境之中，可实时获得试样内部结构单元在轴力作用下的运动轨迹数据，避免了试验观测数据的单一性以及无法获取土样微观孔隙空间结构参数特征；同时，通过定时将试验进程中的机械推移轴力与轴力传感器采集的数据进行对比，及时修正传感器和机械运行误差，提高了试验数据的可靠性。判断传感器的工作状态，若传感器状态异常，校正传感器。完成上述后，读取校正后的传感器读数，重复上述检测装置2获取值；校核检验完成后，试验继续进行，并向HMI显示输出显示数据；由以上本技术的技术方案可知，本技术的有益效果是与传统土工试验相比：利用步进电机运转可控性和机械加载装置本身固有的传动比，控制微观旋转三轴系统轴向载荷和对试样进行360°旋转观测，将测试系统置于X摄像环境之中，可获得侧限试样内部结构单元可靠的三维运动轨迹检测数据及试样固结性能参数。附图说明图1为本技术的自校核无侧限压缩仪系统结构示意图。图2为本技术的控制系统结构工作流程图。图3为本技术的自校核控制系统工作流程图。具体实施方式下面结合附图和具体实例对本技术做详细阐述。结合图1，一种用于实时观测土体细观结构的三轴旋转装置，主要由压力室装置1、
检测装置2、加荷与驱动装置3、底座4、旋转驱动装置5及自控系统6共同构成。位移传感器8装在上部。试样9，轴力传感器10。压力室装置包括由压力室底板、压力室筒、压力室顶盖等组成密封罩结构，压力室底板通过开槽无头轴位螺钉，定座在旋转连接盘上。试样底座通过螺纹安装在压力室底板上；测试过程中，试样下部隔一透水石装在试样底座上；试样底座中心加工2mm透孔，用于测量孔隙压力或传递饱和压力；试样底座顶部隔一透水石承接轴压加载帽传来的轴向压力,压力由轴压加载电机7传动至减速机加至加载帽；轴压加载帽中心加工2mm透孔，用于传递反压压力；轴向加载帽顶部接受轴力内传力杆加载的轴向推力和反压压力；轴力内传力杆直接联在轴力传感器的下螺纹孔内；轴力传感器的上螺纹孔联接轴力外传力杆；压力室顶部、底部分别留有围压、反压、孔隙压及排水气接口，用于联接测试参数控制接口。检测装置包括轴压、围压、反压、孔隙压/饱和控制压力检测装置和位移检测装置。其中轴压检测装置包括轴力传感器、轴压内传力杆、轴压加载帽、试样底座等，其相对安装位置如上段压力室结构所述；围压检测装置包括围压检测接口和位于控制箱内的围压检测传感器；反压检测装置包括反压接口和位于控制箱内的反压检测传感器；孔隙压力/饱和控制压力检测装置包含孔隙压本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于实时观测土体细观结构的三轴旋转装置，其特征是包括压力室装置（1）、检测装置（2）、加荷与驱动装置（3）、底座（4）、旋转驱动装置（5）及自控系统（6）；检测装置包括：围压检测接口和连接自控系统的围压检测传感器；反压接口和连接自控系统的反压检测传感器；孔隙压力接口和连接自控系统的孔隙压力检测传感器；位移传感器和位移传感器测量板装在位移传感器架上，伴随位移传感器板与螺纹减速机丝杠上下移动实现位移量数值测量；压力室装置（1）的上螺纹孔连接轴力外传力杆及轴压加载帽；加荷与驱动装置安装在压力室装置的顶部并通过加载外联接杆对压力室装置内试样进行加载，围压/反压加载是安装在自控系统的ITV0050电气比例阀，通过电气比例阀开合度的控制实现对围压/反压加载压力的目标控制；旋转驱动装置包括安装于底座内的步进电机、电机联轴器、旋转限位开关部件，采用控制步进电机的转速、转向，以实现观测所需的旋转速度，旋转驱动装置（5）安装在底座（4）内，旋转驱动装置的螺纹减速机的输出丝杠中心线与轴力外传力杆、轴压加载帽、透水石、试样、试样底座位于同一条铅垂线上，旋转驱动装置带动上部的压力室装置、检测装置、加荷与驱动装置旋转；加荷与驱动装置包括电机、螺纹减速机的轴压加载装置、围压/反压加载、饱和压力加载以及旋转观测驱动单元；压力室顶部、底部分别留有围压、反压、孔隙压及排水气接口，用于联接测试参数控制接口；底座安装在压力室装置下部。...
【技术特征摘要】
1.一种用于实时观测土体细观结构的三轴旋转装置，其特征是包括压力室装置（1）、检测装置（2）、加荷与驱动装置（3）、底座（4）、旋转驱动装置（5）及自控系统（6）；检测装置包括：围压检测接口和连接自控系统的围压检测传感器；反压接口和连接自控系统的反压检测传感器；孔隙压力接口和连接自控系统的孔隙压力检测传感器；位移传感器和位移传感器测量板装在位移传感器架上，伴随位移传感器板与螺纹减速机丝杠上下移动实现位移量数值测量；压力室装置（1）的上螺纹孔连接轴力外传力杆及轴压加载帽；加荷与驱动装置安装在压力室装置的顶部并通过加载外联接杆对压力室装置内试样进行加载，围压/反压加载是安装在自控系统的ITV0050电气比例阀...
【专利技术属性】
技术研发人员：张巍，金焕程，肖瑞，唐心煜，徐炎达，
申请(专利权)人：南京大学苏州高新技术研究院，
类型：新型
国别省市：江苏;32
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