一种三向独立加载压力室结构的真三轴仪制造技术

本发明专利技术公开了一种三向独立加载压力室结构的真三轴仪，其中主机部分的轴向压力腔通过液压导管与轴向的压力源压力缸连接，在试样底座的四边侧压力腔都放置有一个液压囊，每个液压囊通过侧压进口导管与侧向的压力源压力缸连接；液压载荷控制部分和测信号采集及控制部分由控制装置统一控制。本发明专利技术的真三轴仪改进了现有的真三轴仪加荷时三个主应力不能完全分离及三个主应力相互影响的缺陷，具有模拟静应力条件下各种工程条件的试验的优点，使得测试条件更加符合工程实际，并且还具有制造成本低的优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于岩土工程测试设备
，涉及一种用于真三轴复杂应力 条件下土力学性质测试的装置，具体涉及一种三向独立加载压力室结构的真 三轴仪。
技术介绍
目前现有的土力学性质测试设备主要有直剪仪、常规三轴仪、平面应变 三轴仪、真三轴仪。其中直剪仪只是模拟给定剪切面上的法向应力和切向应力，可测试剪切面上的剪应力和剪应变，但不能够控制排水条件；常规三轴 仪只能模拟轴对称应力条件，不能实现一般应力条件；平面应变三轴仪尽管 可以控制三向主应力不同，但其中一个轴向的应变为零，亦不能模拟一般的 应力条件；真三轴仪可以实现三个轴向分别施加不同大小的主应力，三轴轴 向产生应变，能够模拟土体中一般的应力条件。为了实现三个轴向施加主应力，真三轴试样一般为一个立方体。现有的 真三轴仪一般采用三向平板加载或两向平板加载、 一向流体压力加载，加载 平板一般为钢板，刚性大。相对于土样，加载平板可视为刚性板。当试样发 生变形后，与试样接触的刚性板必然产生相互接触而制约它们的运动，这就 影响了三个轴向的加载和变形。除此之外，当试样发生变形后，必然产生试 样与刚性板之间的相对运动，在刚性板与试样的接触面上将产生剪应力，不 能保证接触面上只有正应力，即为主应力作用面，从而影响了真三轴试验测 试结果。因此，改善真三轴试样加载机构，消除现有真三轴仪三向加载刚性板或双向刚性板之间的相互制约及刚性板对试样变形的约束影响，使得试样 沿三个轴向独立变形，不仅可以克服现有真三轴仪存在的问题，而且使模拟 的应力与变形条件更加符合实际。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种三向独立加载压力室结构的真三轴仪，解决 了现有的土力学性质测试设备加载平板为刚性板，加载时与试样之间的相互 制约及刚性板对试样变形产生约束的问题。本专利技术所采用的技术方案是， 一种三向独立加载压力室结构的真三轴 仪，包括主机部分、液压载荷控制部分、量测信号采集及处理部分，其特点 是，所述的主机部分包括由压力室底板、压力室顶盖及侧壁构成的压力室， 在压力室底板的下端连接有轴向压力活塞，轴向压力活塞的下端连接有轴向 压力腔，轴向压力腔通过液压导管与轴向的压力源连接，压力室底板开有下排水通道，在压力室底板上设置有包裹试样的橡皮膜；所述的压力室顶盖的 中间开口，开口设置试样帽，试样帽上设置有一个上排水通道，试样帽的上 表面通过轴向传力杆与主机支架连接，轴向传力杆上设置有轴向压力传感 器，在轴向传力杆上还连接有轴向位移传感器；压力室内对称设置有四个侧 压力腔，每个侧压力腔都放置一个液压囊，每个液压囊都与侧向的压力源连 接，在相邻的液压囊之间设置有侧压力腔的挡板；所述的液压载荷控制部分 包括两个侧向步进电机执行机构和一个轴向步进电机执行机构，每个步进电 机执行机构接受量测信号采集及处理部分的控制，并与各自的压力源压力缸 连接，轴向压力源压力缸与压力室的轴向压力腔连接，侧向的压力源压力缸 与各自方向的液压囊连接。轴向步进电机执行机构包括步进电机，步进电机通过连轴器与滚珠丝杠连接，滚珠丝杠穿过安装在支架上的丝母与丝杠活塞连接，丝杠活塞与压力 源压力缸连接。侧向步进电机执行机构包括步进电机，步进电机通过连轴器与滚珠丝杠 连接，滚珠丝杠穿过安装在支架上的丝母与丝杠活塞连接，丝杠活塞与压力 源压力缸连接，压力源压力缸的出口管路上安装有侧向压力传感器，在滚珠 丝杠上还设置有侧向位移传感器。量测信号采集及控制部分包括程控放大器，程控放大器和定时与逻辑控 制器的输入端同时与轴向压力传感器、轴向位移传感器、两个侧向位移传感 器、两个侧向压力传感器连接，程控放大器的输出端与采样保持器和定时与逻辑控制器的输入端连接，采样保持器与A/D转换器连接，A/D转换器与计 算机连接，定时与逻辑控制器也与计算机连接。上排水通道和下排水通道与内体变量测量筒连接，在上排水通道和下排 水通道上分别设置有一个孔压传感器。挡板与挡板伸縮弹簧连接，挡板伸縮弹簧与挡板调节螺栓连接，挡板调 节螺栓与挡板调节弹簧连接，挡板调节弹簧与安装在压力腔外壳上的挡板调 节弹簧固定螺栓连接。本专利技术的有益效果是，实现了实际工程中一般应力条件下三个轴向正应 力独立施加，三个轴向独立量测变形，侧向变形关于竖向轴线对称的模拟手 段，能够测试包括主应力主轴偏转、应力路径旋转等复杂应力条件下土的力 性状反应，提高了土力性质测试技术水平。 附图说明图1是本专利技术的主机部分结构示意图2是本专利技术实施例的压力室的水平剖面示意图，其中62为中主应力，63为小主应力；图3是本专利技术实施例的压力室竖向剖面示意图； 图4是本专利技术实施例的步进电机执行机构示意图； 图5是本专利技术实施例的量测信号采集及处理示意图； 图6是本专利技术仪器中试样受荷应力状态示意图。图中，1、主机底座，2、细调手柄，3、粗细调开关，4、轴向调节活塞， 5、轴向压力腔，6、压力室底板，7、上排水通道，8、孔压传感器，9、轴 向传力杆，10、轴向压力传感器，11、粗调手柄，12、轴向压力活塞，13、 开关阀，14、轴向位移传感器，15、内体变量测量筒，16、挡板，17、挡板 伸縮弹簧，18、试样橡皮膜固定螺栓，19、侧压进口导管，20、液压囊，21、 侧压力腔，22、试样底座，23、下排水通道，24、挡板调节弹簧固定螺栓， 25、底板固定螺栓，26、挡板调节弹簧，27、挡板调节螺栓，28、试样，29、 压力室顶盖，30、试样帽，31、丝杠活塞，32、侧向位移传感器，33、连轴 器，34、压力源压力缸，35、丝母，36、滚珠丝杠，37、步进电机，38、侧 向压力传感器，39、程控放大器，40、采样保持器，41、 A/D转换器，42、 计算机，43、定时与逻辑控制器。具体实施方式 ，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。 本专利技术包括主机部分、液压载荷控制部分、量测信号采集及处理部分。 其中主机是实现对立方体试样施加应力和控制排水条件的核心；液压载荷控 制部分通过步进电机驱动加压系统机构施加荷载；量测信号采集及处理部分 对信号输入以及传感器量测信号的输出进行自动控制，能够自动控制竖向应 力和侧向应力。如图1所示，是本专利技术实施例的主机部分结构示意图。包括安装在主机底座1上的细调手柄2和粗调手柄11，细调手柄2和粗调手柄11通过传动 机构与轴向调节活塞4连接，细调手柄2和粗调手柄11同时与粗细调开关3 连接，由粗细调开关3控制轴向调节活塞4的细调或粗调。轴向调节活塞4 的上端连接有轴向压力腔5,轴向压力腔5通过液压导管与轴向的压力源压 力缸34连接，轴向压力腔5的上端设置有轴向压力活塞12，轴向压力活塞 12的上端连接有压力室底板6，压力室底板6的上端连接有试样底座22，压 力室底板6开有下排水通道23，下排水通道23与内体变量测量筒15连接， 压力室底板6与压力室顶盖29及侧壁构成压力室，压力室顶盖29的中间开 口，开口设置试样帽30，试样帽30上设置有一个上排水通道7，上排水通 道7也与内体变量测量筒15连接，上述两个排水通道上各设置有一个孔压 传感器8，可以得到试样的水饱和数据。试样帽30的上表面通过轴向传力杆 9与主机支架连接，轴向传力杆9上设置有轴向压力传感器10，在轴向传力 杆9上还连接有轴向位移传感器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三向独立加载压力室结构的真三轴仪，包括主机部分、液压载荷控制部分、量测信号采集及处理部分，其特征在于：所述的主机部分包括由压力室底板（６）、压力室顶盖（２９）及侧壁构成的压力室，压力室底板（６）的下端连接有轴向压力活塞（１２）， 轴向压力活塞（１２）的下端连接有轴向压力腔（５），轴向压力腔（５）通过液压导管与轴向的压力源连接，压力室底板（６）开有下排水通道（２３），在压力室底板（６）上设置有包裹试样的橡皮膜；所述的压力室顶盖（２９）的中间开口，开口设置试样帽（３０），试样帽（３０）上设置有一个上排水通道（７），试样帽（３０）的上表面通过轴向传力杆（９）与主机支架连接，轴向传力杆（９）上设置有轴向压力传感器（１０），在轴向传力杆（９）上还连接有轴向位移传感器（１４）；所述的压力室内对称设置有四个侧压力腔（２１），每个侧压力腔（２１）都放置一个液压囊（２０），每个液压囊（２０）都与侧向的压力源连接，在相邻的液压囊（２０）之间设置有侧压力腔的挡板（１６）；所述的液压载荷控制部分包括两个侧向步进电机执行机构和一个轴向步进电机执行机构，每 个步进电机执行机构接受量测信号采集及处理部分的控制，并与各自的压力缸连接，轴向压力缸与压力室的轴向压力腔（５）连接，侧向的压力缸与各自方向的液压囊（２０）连接。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：邵生俊，吴利言，罗爱忠，陶虎，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]