中尺寸岩石伺服控制真三轴试验装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种中尺寸岩石伺服控制真三轴试验装置，它包括顶板、底板、设置在顶板和底板之间的定位支柱、顶部传力构件、底部传力构件、设置在顶部传力构件下方的轴向千斤顶，侧向测针、上轴向测针、下轴向测针、位移传感器、与位移传感器匹配的测杆、计算机、伺服控制单元、固定在轴向千斤顶上的滑轮、用于支撑滑轮的支撑架、设置在底部传力构件顶部四周的侧向反力钢框架、均匀布置在侧向反力钢框架四周上的多个侧向千斤顶，本实用新型专利技术采用三向载荷独立伺服控制，能进行复杂应力路径的真三轴试验，且数据全自动采集，能获得全过程应力应变关系曲线。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及岩石力学试验设备
，具体涉及一种中尺寸岩石伺服控制真三轴试验装置。
技术介绍
目前趋于用在三向应力状态下岩体的变形参数和强度参数来研究复杂应力状态下地下工程开挖过程及支护效果，尤其是深埋、高应力条件下的超大超长隧洞、大型洞室和陡高边坡的破坏形态、破坏机理及稳定状态的本构关系研究，都必须进行岩石的真三轴试验。对于其它材料如混凝土在复杂应力路径下的三轴强度及变形参数试验研究，常采用规范规定的立方体标准试块，而国内现有真三轴仪还无法进行这个尺寸的真三轴试验。等围压三轴试验岩石试件尺寸多为Φ 50mmX 100mm,应用较为普遍,设备也十分先进，而不等侧压真三轴试验设备近几年才出现，但试件断面尺寸也多为50mmX 50mm,这种小尺寸的真三轴试验设备具有设备先进、成本低和操作简单等优点，但小尺寸试件难于很好代表现场大尺度的工程岩体；本申请人于2009年开始自主研发多代大尺寸现场真三轴微机伺服控制系统，试验断面尺寸为500mmX500mm，由于比室内小尺寸试件体积大1000倍，其力学参数的代表性比小尺寸的室内试验好，但因设备笨重且昂贵、操作复杂、成本高等不足而开展的不多。可见，室内和现场真三轴试验仅涉及两种试件尺寸且二者体积相差1000倍，一方面不便于研究岩石在三向应力状态下三轴强度参数的尺寸效应，另一方面，大尺寸真三轴试验的成本比小尺寸试验成本高100倍以上，不便于广泛应用，而且精密仪器难于适应湿度大于80%的环境，使可靠度和精度降低。
技术实现思路
本技术的 目的是针对上述技术问题，提供一种中尺寸岩石伺服控制真三轴试验装置，该装置可获得不同尺寸岩石试样的变形和强度参数。解决了现场和室内岩石真三轴试样尺寸跨度大带来的诸多问题。为实现此目的，本技术所设计的中尺寸岩石伺服控制真三轴试验装置，它包括顶板、底板、设置在顶板和底板之间的定位支柱、顶部传力构件、底部传力构件、设置在顶部传力构件下方的轴向千斤顶，其特征在于它还包括侧向测针、上轴向测针、下轴向测针、侧向位移传感器、上轴向位移传感器、下轴向位移传感器、与侧向位移传感器匹配的侧向测杆、与上轴向位移传感器匹配的上轴向测杆、与下轴向位移传感器匹配的下轴向测杆、计算机、伺服控制单元、固定在轴向千斤顶上的滑轮、用于支撑滑轮的支撑架、设置在底部传力构件顶部的侧向反力钢框架、均匀布置在侧向反力钢框架内四周上的多个侧向千斤顶；其中，所述每个侧向千斤顶的轴向均贯穿设置侧向测针，侧向测针的一端用于与试体的侧面接触，侧向测针的另一端与对应的侧向位移传感器配合；所述上轴向测针的一端用于与试体的顶部接触，上轴向测针的另一端与对应的上轴向位移传感器配合；所述下轴向测针的一端用于与试体的底部接触，下轴向测针的另一端与对应的下轴向位移传感器配合，每个位移传感器的信号输出端连接计算机；所述轴向千斤顶和侧向千斤顶均通过伺服控制单元连接计算机。所述每个侧向千斤顶的一端连接侧向反力钢框架，每个侧向千斤顶的另一端设有侧压板。上述技术方案中，它还包括设置在轴向千斤顶底部的梯形传力体、设置在梯形传力体底部的万向球盘、位于万向球盘下方用于压住试体的轴压板、设置在底部传力构件顶部与侧向反力钢框架底部之间的托板、设置在托板顶部用于托起试体的轴向垫板。所述侧向测针贯穿侧向反力钢框架、侧向千斤顶和侧压板，所述上轴向测针贯穿轴向千斤顶、梯形传力体、万向球盘和轴压板的中心，所述下轴向测针贯穿托板和轴向垫板的中心。上述技术方案中，它还包括位移采集仪，每个位移传感器的信号输出端通过位移采集仪连接计算机。所述伺服控制单元包括往复式油泵、压力传感器、伺服电机、液压阀和伺服控制仪，其中，所述轴向千斤顶的控制端通过对应的高压油管连接相应的往复式油泵，侧向千斤顶的控制端也通过对应的高压油管连接相应的往复式油泵，所述每个高压油管上均设有压力传感器和液压阀，所述压力传感器的信号输出端通过伺服控制仪连接计算机，所述伺服电机的输出端连接往复式油泵，所述伺服电机的控制端也通过伺服控制仪连接计算机。所述伺服控制单元还包括与往复式油泵连接的限位器，所述限位器的控制端连接伺服控制仪。所述伺服控制单元还包括充溢器，所述充溢器的输出端连接往复式油泵，充溢器的控制端通过伺服控制仪连接计算机。所述轴向千斤顶的顶端设置有与定位支柱配合的定位环，所述轴向千斤顶、顶部传力体、定位环和滑轮连接成为整体，并与定位支柱配合，使该整体能上下运动；且与支撑架配合，使该整体能单向水平移动。所述侧向反力钢框架四周内均匀布置四个侧向千斤顶。本技术的有益效果是1、可实验试样的尺寸介于室内小尺寸试件和现场大尺寸试件之间，而且试件尺寸可变范围大，试件尺寸范围长8(T200mm，宽8(T200mm，高16(T400mm。解决了现场和室内岩石真三轴试验尺寸跨度大的问题，通过进行多种不同尺寸试件的真三轴对比试验，能更好的研究岩石变形及强度参数的尺寸效应。解决了小尺寸试件代表性不足、尺寸不能变动问题，和大尺寸试件设备笨重、安装复杂、成本高问题。2、本技术采用三向载荷独立伺服控制，能进行复杂应力路径、高应力条件下的真三轴试验，且数据全自动采集，能获得全过程应力应变关系曲线。3、设备简单，自动化程度高、安装操作方便，系统刚度及测量精度高。附图说明图1为本技术中机械部分的结构示意图；图2为图1的A— A向剖视结构示意图；图3为本技术中控制和测量部分的结构框图；其中，I一顶板、2—顶部传力构件、3—定位环、4一轴向千斤顶、5—滑轮、6—梯形传力体、7—万向球盘、8—轴压板、9 一侧向反力钢框架、10—侧向千斤顶、11 一试体、12—侧压板、13—轴向垫板、14一托板、15—底部传力构件、16—支撑架、17—定位支柱、18一侧向测针、19一侧向位移传感器、19.1一上轴向位移传感器、19. 2一下轴向位移传感器、20—侧向测杆、20.1—上轴向测杆、20. 2—下轴向测杆、21—高压油管、22—压力传感器、23—往复式油泵、24—限位器、25—充溢器、26—伺服电机、27—伺服控制仪、28—位移米集仪、29—计算机、30—液压阀、31—底板、32—上轴向测针、33—下轴向测针、34—表架。具体实施方式以下结合附图和实施例对本技术作进一步的详细说明本技术包括轴向反力系统、侧向反力系统、伺服加载控制系统、移动系统和测量系统。适用的试样尺寸可变，试样尺寸范围长8(T200mm，宽8(T200mm，高16(T400mm ;用洞室或钢构架提供轴向反力，轴向出力千斤顶最大载荷12000kN，用方形厚壁内空钢框架提供侧向反力，反力框架内置四台空心千斤顶分别作用于试样侧面，最大载荷4000kN;通过改变试体六个面承压板的尺寸可进行多种尺寸的真三轴试验，测针穿过有通孔的传力设备及出力设备一端直接与试体11面中心接触，另一端与位移传感器和采集系统配合，通过专用软件同时采集六个面的变形。三个方向的压力通过往复式油泵23、压力传感器22、伺服电机26和伺服控制仪27进行独立伺服控制与压力采集，能获得任意时刻的应力应变曲线。本技术的具体结构为如图f 3所示的中尺寸岩石伺服控制真三轴试验装置，它包括顶板1、底板31、设置在顶板I和底板31之间的定位支柱17、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种中尺寸岩石伺服控制真三轴试验装置，它包括顶板（1）、底板（31）、设置在顶板（1）和底板（31）之间的定位支柱（17）、顶部传力构件（2）、底部传力构件（15）、设置在顶部传力构件（2）下方的轴向千斤顶（4），其特征在于：它还包括侧向测针（18）、上轴向测针（32）、下轴向测针（33）、侧向位移传感器（19）、上轴向位移传感器（19.1）、下轴向位移传感器（19.2）、与侧向位移传感器（19）匹配的侧向测杆（20）、与上轴向位移传感器（19.1）匹配的上轴向测杆（20.1）、与下轴向位移传感器（19.2）匹配的下轴向测杆（20.2）、计算机（29）、伺服控制单元、固定在轴向千斤顶（4）上的滑轮（5）、用于支撑滑轮（5）的支撑架（16）、设置在底部传力构件（15）顶部的侧向反力钢框架（9）、均匀布置在侧向反力钢框架（9）内四周上的多个侧向千斤顶（10）；其中，所述每个侧向千斤顶（10）的轴向均贯穿设置侧向测针（18），侧向测针（18）的一端用于与试体（11）的侧面接触，侧向测针（18）的另一端与对应的侧向位移传感器（19）配合；所述上轴向测针（32）的一端用于与试体（11）的顶部接触，上轴向测针（32）的另一端与对应的上轴向位移传感器（19.1）配合；所述下轴向测针（33）的一端用于与试体（11）的底部接触，下轴向测针（33）的另一端与对应的下轴向位移传感器（19.2）配合，每个位移传感器的信号输出端连接计算机（29）；所述轴向千斤顶（4）和侧向千斤顶（10）均通过伺服控制单元连接计算机（29）。...

【技术特征摘要】
1.一种中尺寸岩石伺服控制真三轴试验装置，它包括顶板(I)、底板(31)、设置在顶板(I)和底板(31)之间的定位支柱(17)、顶部传力构件(2)、底部传力构件(15)、设置在顶部传力构件(2)下方的轴向千斤顶(4)，其特征在于它还包括侧向测针(18)、上轴向测针(32 )、下轴向测针(33 )、侧向位移传感器(19 )、上轴向位移传感器(19.1)、下轴向位移传感器(19. 2)、与侧向位移传感器(19)匹配的侧向测杆(20)、与上轴向位移传感器(19.1) 匹配的上轴向测杆(20.1 )、与下轴向位移传感器(19. 2 )匹配的下轴向测杆(20. 2 )、计算机(29)、伺服控制单元、固定在轴向千斤顶(4)上的滑轮(5)、用于支撑滑轮(5)的支撑架 (16)、设置在底部传力构件(15)顶部的侧向反力钢框架(9)、均匀布置在侧向反力钢框架 (9)内四周上的多个侧向千斤顶(10)；其中，所述每个侧向千斤顶(10)的轴向均贯穿设置侧向测针(18)，侧向测针(18)的一端用于与试体(11)的侧面接触，侧向测针(18)的另一端与对应的侧向位移传感器(19)配合；所述上轴向测针(32)的一端用于与试体(11)的顶部接触，上轴向测针(32)的另一端与对应的上轴向位移传感器(19.1)配合；所述下轴向测针(33)的一端用于与试体(11)的底部接触，下轴向测针(33)的另一端与对应的下轴向位移传感器(19. 2)配合，每个位移传感器的信号输出端连接计算机(29)；所述轴向千斤顶(4 )和侧向千斤顶(10 )均通过伺服控制单元连接计算机(29 )。2.根据权利要求1所述的中尺寸岩石伺服控制真三轴试验装置，其特征在于所述每个侧向千斤顶(10)的一端连接侧向反力钢框架(9)，每个侧向千斤顶(10)的另一端设有侧压板(12)。3.根据权利要求2所述的中尺寸岩石伺服控制真三轴试验装置，其特征在于它还包括设置在轴向千斤顶(4)底部的梯形传力体(6)、设置在梯形传力体(6)底部的万向球盘 (7)、位于万向球盘(7)下方用于压住试体(11)的轴压板(8)、设置在底部传力构件(15)顶部与侧向反力钢框架(9)底部之间的托板(14)、设置在托板(14)顶部用于托起试体(11)的轴向垫板(13)。4.根据权利要求3所述的中尺寸...

【专利技术属性】
技术研发人员：李维树，邬爱清，钟作武，丁秀丽，周火明，黄书岭，张宜虎，郝庆泽，刘元坤，陕亮，熊诗湖，刘洋，李通，李会中，叶圣生，段伟峰，韩军，
申请(专利权)人：长江水利委员会长江科学院，
类型：实用新型
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