專(zhuān)利名稱(chēng)：一種五聯(lián)動(dòng)巖石單軸流變儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于巖石和混凝土的五聯(lián)動(dòng)單軸流變儀，屬于地下工程實(shí) 驗(yàn)儀器技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
巖石流變是指巖石礦物組構(gòu)、隨時(shí)間增長(zhǎng)而不斷調(diào)整重組，導(dǎo)致其應(yīng)力、 應(yīng)變狀態(tài)亦隨時(shí)間而持續(xù)地增長(zhǎng)變化。大量工程實(shí)踐與研究表明，巖體工程的 破壞與失穩(wěn)，在許多情況下并不在開(kāi)挖完成后立即發(fā)生，而是巖體的應(yīng)力與變 形將隨時(shí)間變化不斷調(diào)整，其調(diào)整的過(guò)程往往需要延續(xù)一個(gè)較長(zhǎng)的時(shí)期。因此 在描述和處理巖體介質(zhì)的力學(xué)變形特性時(shí)，不僅要考慮巖體的瞬時(shí)彈塑性特性，
而且還要高度重視巖體的流變特性。20世紀(jì)五六十年代，從巖體工程流變問(wèn)題 作為世界性難題被提出開(kāi)始，E，H，Lee和陳宗基教授[郭輝，郭斌.考慮流變效應(yīng) 巖石隧道的有限元分析.四川建筑，2008， 28(3).]率先將流變學(xué)應(yīng)用于巖土工程 領(lǐng)域研究。此后，國(guó)內(nèi)外的廣大科研工作者對(duì)巖土體的流變特性進(jìn)行了廣泛研 究，探討用流變力學(xué)的觀點(diǎn)解析和處理壩基、邊坡、隧道與地下工程等有重要 實(shí)用價(jià)值的領(lǐng)域中的各種與時(shí)間有關(guān)的現(xiàn)象和問(wèn)題，使得巖石流變力學(xué)的研究 和應(yīng)用得到了長(zhǎng)足的進(jìn)步和許多重要的成果。
隨著我國(guó)大型巖體工程建設(shè)事業(yè)的迅速發(fā)展，對(duì)巖石工程流變學(xué)的研究更 加彰顯其重要性、必要性和時(shí)效性。然而，國(guó)內(nèi)外對(duì)軟、硬巖流變的本構(gòu)方程 等理論問(wèn)題、軟巖擴(kuò)容的膨脹效應(yīng)問(wèn)題、擠壓性巖體力學(xué)性態(tài)的各有關(guān)參數(shù)的 確定問(wèn)題、深埋長(zhǎng)大隧道及軟巖隧道的巖體流變特性問(wèn)題等等領(lǐng)域還有很多不 足，研究成果尚未全面掌握巖體流變特性的一般規(guī)律。室內(nèi)試驗(yàn)對(duì)巖土體力學(xué)的發(fā)展起著十分重要的作用，近年來(lái)國(guó)內(nèi)外越來(lái)越 多的學(xué)者開(kāi)始研究、并相繼開(kāi)發(fā)了一些巖土體流變?cè)囼?yàn)儀。然而，這些試驗(yàn)儀 大都存在以下不足(l)加載的持荷時(shí)間不能持續(xù)，不能滿(mǎn)足長(zhǎng)時(shí)間流變?cè)囼?yàn)的 需要；(2)加載的持荷穩(wěn)定性不足；(3)每次試驗(yàn)僅能對(duì)單個(gè)試件進(jìn)行加載等。本 發(fā)明是一種可以同時(shí)加載5塊試件的流變?cè)囼?yàn)儀，克服現(xiàn)有流變?cè)囼?yàn)中加載不 能持久、穩(wěn)定的問(wèn)題，為研究我國(guó)長(zhǎng)大深埋隧道、軟巖隧道及鹽封石油儲(chǔ)庫(kù)等 巖土體流變特性提供新的試驗(yàn)技術(shù)，具有極其廣闊的應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。
五聯(lián)動(dòng)巖石單軸流變儀是由反力框架，伺服加載系統(tǒng)，動(dòng)力系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采 集系統(tǒng)四部分組成
(1) 反力框架是由上橫梁7、 6根光軸10、臺(tái)面12和基座17構(gòu)成，6根 光軸10上下端分別穿過(guò)上橫梁7和臺(tái)面12，由緊固螺母6a、 6b固定連接，臺(tái) 面12與基座17固定連接，其作用是提供加載所需的反力；
(2) 伺服加載系統(tǒng)包括五套并聯(lián)的加載體，每套加載體由上承壓板9、下 承壓板ll、精密絲杠13、升降機(jī)15、伺服電機(jī)16、手動(dòng)調(diào)節(jié)閥3a、 3b和試件 裝卡球座14構(gòu)成，上承壓板9與上橫梁7固定連接，下承壓板11與精密絲杠 13上端相連，精密絲杠13下端與升降機(jī)15相連，并貫穿臺(tái)面12與其轉(zhuǎn)動(dòng)活動(dòng) 連接，升降機(jī)15與伺服電機(jī)16相連，手動(dòng)調(diào)節(jié)閥3a、 3b與升降機(jī)15相連， 試件裝卡球座14位于下承壓板11上表面，其作用是保持試件的穩(wěn)定性；
(3) 動(dòng)力系統(tǒng)5與伺服電機(jī)16相連，使用動(dòng)力電起動(dòng)加載，提供伺服電 機(jī)16所需動(dòng)力，采用大容量不間斷電源即UPS技術(shù)防止斷電，電源開(kāi)關(guān)1控制 動(dòng)力系統(tǒng)開(kāi)關(guān)；
(4) 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由位移傳感器18、力傳感器8、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)測(cè)控通訊裝置4和計(jì)算機(jī)2構(gòu)成，上承壓板9上面與力傳感器8相連，測(cè)試精度為2.5N，精 密絲杠13下端與位移傳感器18相連，測(cè)試精度為lpm，位移傳感器18、力傳 感器8與計(jì)算機(jī)2通過(guò)數(shù)據(jù)線連接，其作用是記錄試件的實(shí)時(shí)位移和軸向力， 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)測(cè)控通訊裝置4與計(jì)算機(jī)2通過(guò)數(shù)據(jù)線連接，可遠(yuǎn)程?hào)丝船F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)數(shù) 據(jù)；
本發(fā)明的有益效果是
① 可同時(shí)軸向控制參數(shù)不同的五個(gè)試件的試驗(yàn)。
② 無(wú)動(dòng)力電恒定保持伺服控制和自動(dòng)檢測(cè)，不僅實(shí)現(xiàn)真正意義的長(zhǎng)久時(shí)間 的流變?cè)囼?yàn)，而且大大節(jié)省能源。
③ 軸向加載系統(tǒng)采用絲杠、變頻調(diào)速電機(jī)和大容量不間斷電源即UPS技 術(shù)，使軸向控制參數(shù)值在長(zhǎng)時(shí)間無(wú)動(dòng)力電情況下保持恒定。
④ 采用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，可在現(xiàn)場(chǎng)外隨時(shí)遙控、査看、下載和處理現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn) 數(shù)據(jù)。


圖1為本發(fā)明五聯(lián)動(dòng)巖石單軸流變儀結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖標(biāo)志l-電源開(kāi)關(guān)；2-計(jì)算機(jī)；3a、 3b-手動(dòng)調(diào)節(jié)閥；4-無(wú)線網(wǎng)絡(luò)測(cè)控通 訊裝置；5-動(dòng)力系統(tǒng)；6a、 6b-緊固螺母；7-上橫梁；8-力傳感器；9-上承壓板；
10-光軸；ll-下承壓板；12-臺(tái)面；13-精密絲杠；14-試件裝卡球座；15-升降機(jī);
16-伺服電機(jī)；17-基座；18-位移傳感器。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。 如圖1所示，本發(fā)明五聯(lián)動(dòng)單軸流變儀是由反力框架，伺服加載系統(tǒng)，動(dòng) 力系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)四部分組成。
(1)反力框架是由上橫梁7、光軸IO、臺(tái)面12和基座17構(gòu)成，6根光軸10上下端分別穿過(guò)上橫梁7和臺(tái)面12，由緊固螺母6a、 6b固定連接，臺(tái)面12 與基座17固定連接，其作用是提供加載所需的反力。
(2) 伺服加載系統(tǒng)包括五套并聯(lián)的加載體，每套加載體由上承壓板9、下 承壓板ll、精密絲杠13、升降機(jī)15、伺服電機(jī)16、手動(dòng)調(diào)節(jié)閥3a、 3b和試件 裝卡球座14構(gòu)成，上承壓板9與上橫梁7固定連接，下承壓板11與精密絲杠 13上端相連，精密絲杠13下端與升降機(jī)15相連，并貫穿臺(tái)面12與其轉(zhuǎn)動(dòng)活動(dòng) 連接，升降機(jī)15與伺服電機(jī)16相連，手動(dòng)調(diào)節(jié)閥3a、 3b與升降機(jī)15相連， 試件裝卡球座14位于下承壓板11上表面。
(3) 動(dòng)力系統(tǒng)5與伺服電機(jī)16相連，使用動(dòng)力電起動(dòng)加載，提供伺服電 機(jī)16所需動(dòng)力，采用大容量不間斷電源即UPS技術(shù)防止斷電，電源開(kāi)關(guān)l控制 動(dòng)力系統(tǒng)開(kāi)關(guān)。
(4) 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由位移傳感器18、力傳感器8、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)測(cè)控通訊裝置 4和計(jì)算機(jī)2構(gòu)成，上承壓板9上面與力傳感器8相連，精密絲杠13下端與位 移傳感器18相連，位移傳感器18、力傳感器8、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)測(cè)控通訊裝置4與計(jì) 算機(jī)2通過(guò)數(shù)據(jù)線連接。
本發(fā)明的試驗(yàn)具體操作方式描述如下
1、 試驗(yàn)前準(zhǔn)備工作準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)巖土試件、模型制備工具、各種傳感原件等 輔助材料，檢査試驗(yàn)儀各部件是否正常；
2、 運(yùn)行加載控制程序試驗(yàn)開(kāi)始前，運(yùn)行試驗(yàn)軟件，啟動(dòng)試驗(yàn)儀，軟件控 制分為五個(gè)獨(dú)立的控制系統(tǒng)，根據(jù)需求可以同時(shí)做五個(gè)試件的試驗(yàn)，也可以用 其中的一個(gè)系統(tǒng)做試驗(yàn)，軟件對(duì)五個(gè)系統(tǒng)是一一對(duì)應(yīng)的，運(yùn)行軟件后首先將試 驗(yàn)力清零，位移清零，變形清零；
3、 試件安裝在試驗(yàn)前要準(zhǔn)備標(biāo)準(zhǔn)試件，將試件放在下承載板11的中心 位置，試件安裝好后，通過(guò)手動(dòng)調(diào)節(jié)閥3a、 3b調(diào)整下承壓板ll位置使試件與上
7承壓板9接觸；
4、 精度校驗(yàn)校驗(yàn)時(shí)選擇要校驗(yàn)的傳感器，打開(kāi)校驗(yàn)界面，將數(shù)據(jù)清零后 開(kāi)始校驗(yàn)，當(dāng)傳感器到達(dá)校驗(yàn)力時(shí)、傳感器輸出值自動(dòng)錄入校驗(yàn)表，并進(jìn)入下 一校驗(yàn)點(diǎn)， 一般校驗(yàn)5個(gè)點(diǎn)，完畢后關(guān)閉；
5、 參數(shù)輸入試件準(zhǔn)備好了以后輸入試樣的規(guī)格尺寸等參數(shù)基本參數(shù)、 控制參數(shù)、校驗(yàn)數(shù)據(jù)，輸入完畢關(guān)閉此界面，試驗(yàn)過(guò)程中的試驗(yàn)數(shù)據(jù)自動(dòng)保存;
6、 試件加載選擇控制方式， 一般為位移控制，確定加荷速率。軸向加載 系統(tǒng)采用精密絲杠、伺服電機(jī)和大容量不間斷電源即UPS技術(shù)，使軸向控制參 數(shù)值在長(zhǎng)時(shí)間無(wú)動(dòng)力電情況下保持恒定；
7、 數(shù)據(jù)處理試驗(yàn)數(shù)據(jù)以電子表格方式存儲(chǔ)調(diào)用，可以以軸向力、軸向應(yīng) 變、軸向位移、和有效時(shí)間中的任意兩個(gè)參數(shù)為座標(biāo)繪制圖形，對(duì)試驗(yàn)結(jié)果曲 線分析，采用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，現(xiàn)場(chǎng)外隨時(shí)遙控、査看、下載和處理現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)數(shù) 據(jù)；
8、 五個(gè)加載系統(tǒng)操作完全一致，同樣的步驟操作其他系統(tǒng)。本發(fā)明可同時(shí) 軸向控制參數(shù)不同的五個(gè)試件的試驗(yàn)。
權(quán)利要求
1、一種五聯(lián)動(dòng)巖石單軸流變儀，它是由反力框架，伺服加載系統(tǒng)，動(dòng)力系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)四部分組成，其特征在于(1)反力框架由上橫梁[7]、6根光軸[10]、臺(tái)面[12]和基座[17]構(gòu)成，6根光軸[10]上下端分別穿過(guò)上橫梁[7]和臺(tái)面[12]，由緊固螺母[6a]、[6b]固定連接，臺(tái)面[12]與基座[17]固定連接；(2)伺服加載系統(tǒng)包括五套并聯(lián)的加載體，每套加載體由上承壓板[9]、下承壓板[11]、精密絲杠[13]、升降機(jī)[15]、伺服電機(jī)[16]、手動(dòng)調(diào)節(jié)閥[3a]、[3b]和試件裝卡球座[14]構(gòu)成，上承壓板[9]與上橫梁[7]固定連接，下承壓板[11]與精密絲杠[13]上端相連，精密絲杠[13]下端與升降機(jī)[15]相連，并貫穿臺(tái)面[12]與其轉(zhuǎn)動(dòng)活動(dòng)連接，升降機(jī)[15]與伺服電機(jī)[16]相連，手動(dòng)調(diào)節(jié)閥[3a]、[3b]與升降機(jī)[15]相連，試件裝卡球座[14]位于下承壓板[11]上表面；(3)動(dòng)力系統(tǒng)[5]與伺服電機(jī)[16]相連，使用動(dòng)力電起動(dòng)加載，提供伺服電機(jī)[16]所需動(dòng)力，采用大容量不間斷電源即UPS技術(shù)防止斷電，電源開(kāi)關(guān)[1]控制動(dòng)力系統(tǒng)開(kāi)關(guān)；(4)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由位移傳感器[18]、力傳感器[8]、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)測(cè)控通訊裝置[4]和計(jì)算機(jī)[2]構(gòu)成，上承壓板[9]上面與力傳感器[8]相連，精密絲杠[13]下端與位移傳感器[18]相連，位移傳感器[18]、力傳感器[8]、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)測(cè)控通訊裝置[4]與計(jì)算機(jī)[2]通過(guò)數(shù)據(jù)線連接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種五聯(lián)動(dòng)單軸流變儀，其特征在于所述的反 力框架是為伺服加載系統(tǒng)提供反力，保持儀器的穩(wěn)定度。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種五聯(lián)動(dòng)單軸流變儀，其特征在于所述的伺 服加載系統(tǒng)可同時(shí)軸向控制參數(shù)不同的五個(gè)試件的實(shí)驗(yàn)，可以用其中的一套或 幾套加載體進(jìn)行試驗(yàn)。
4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種五聯(lián)動(dòng)單軸流變儀，其特征在于所述位移傳感器[18]、力傳感器[8]是通過(guò)數(shù)據(jù)線與計(jì)算機(jī)[2]相連，記錄試件的實(shí)時(shí)位移 和軸力，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)測(cè)控通訊裝置[4]與計(jì)算機(jī)[2]通過(guò)數(shù)據(jù)線連接，可以遠(yuǎn)程查看 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種五聯(lián)動(dòng)巖石單軸流變儀，屬于地下工程實(shí)驗(yàn)儀器技術(shù)領(lǐng)域。它是由反力框架、伺服加載系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)四部分組成。反力框架由上橫梁、光軸、臺(tái)面和基座組成；伺服加載系統(tǒng)由五套并聯(lián)的加載體組成，每套加載體由上、下承壓板、精密絲杠、升降機(jī)、伺服電機(jī)和試件裝卡球座組成；動(dòng)力系統(tǒng)使用動(dòng)力電起動(dòng)加載，采用UPS技術(shù)防止斷電，提供伺服電機(jī)所需動(dòng)力；數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由位移、力傳感器、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)測(cè)控通訊裝置和計(jì)算機(jī)組成。本發(fā)明可同時(shí)軸向控制參數(shù)不同的五個(gè)試件的試驗(yàn)；可在無(wú)動(dòng)力電情況下保持軸向控制參數(shù)恒定；采用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，可在現(xiàn)場(chǎng)外隨時(shí)遙控、查看、下載和處理現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)。
文檔編號(hào)G01N19/00GK101498650SQ20091007823
公開(kāi)日2009年8月5日 申請(qǐng)日期2009年2月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月23日
發(fā)明者劉保國(guó), 張成平, 張頂立, 倩 房 申請(qǐng)人:北京交通大學(xué)