專利名稱：伺服控制巖體真三軸試驗裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種巖體力學試驗設備，尤其涉及一種大尺寸、高應力伺服控制
巖體真三軸試驗裝置。
背景技術：
由于大型地下洞群的規(guī)模逐漸增大，所處的地下地質環(huán)境也愈加復雜。因此，存在深埋、高地應力條件下，洞群圍巖的穩(wěn)定性狀況、破壞形態(tài)和破壞機制等問題?，F(xiàn)場巖體力學試驗是解決這類問題的主要研究方法。當前主要采用直剪試驗獲取現(xiàn)場巖體強度，直剪試驗需要預設剪切面，試驗結果只能反映剪切面強度，無法揭示巖體綜合強度，直剪試驗只能與Mohr-Coulomb等少數(shù)強度準則配套，不能考慮中間主應力影響。開展現(xiàn)場巖體三軸試驗是了解巖體綜合強度的有效途徑。從參考文獻可知，長江科學院于1972年在葛洲壩開展了現(xiàn)場巖體三軸試驗，中科院武漢巖土力學研究所針對國投新集煤礦區(qū)軟巖，開展了現(xiàn)場巖體三軸蠕變試驗，日本電力工業(yè)研究中心利用其自行研制的設備，針對凝灰?guī)r開展了等圍壓三軸試驗。目前已開展的三軸試驗巖體試樣尺寸小，無法揭示巖體綜合強度，與工程巖體實際綜合狀況相距較大，尺寸效應明顯。已開展的現(xiàn)場巖體三軸試驗是由千斤頂加載，給試樣提供軸壓、圍壓，試樣承載的是硬性力，測試巖體綜合強度不準確。已開展的現(xiàn)場巖體三軸試驗應力水平普遍不高，圍壓不超過5MPa，且開展的都是等圍壓試驗。
發(fā)明內容本實用新型的目的是為了克服現(xiàn)有技術的缺陷，提供一種地下洞室現(xiàn)場巖體大尺寸試樣、加載液壓枕提供高圍壓且能承載復雜應力的巖體真三軸試驗設備，可獨立加載伺服控制獲得巖體綜合強度。本實用新型解決其技術問題采用以下技術方案一種伺服控制高應力巖體真三軸試驗裝置，包括反力框架、軸壓加載系統(tǒng)、圍壓加載系統(tǒng)、測量及采集控制系統(tǒng)，主要是矩形反力框架內面四周安裝液壓枕，并套置在現(xiàn)場柱狀巖體試樣外，柱狀巖體試樣尺寸范圍長 30cm至100cm，寬30cm至100cm，高60cm至150cm，測桿一端設置在柱狀巖體試樣側面中心內，測桿另一端穿過反力框架接測量及采集控制系統(tǒng)，液壓枕接圍壓加載伺服控制系統(tǒng)。而且，圍壓加載伺服控制系統(tǒng)為計算機接轉換器EDC，轉換器EDC接伺服閥，伺服閥一端接伺服油源，伺服閥另一端接增壓器，增壓器接入液壓枕。而且，圍壓加載伺服控制系統(tǒng)分別接柱狀巖體試樣兩對應面的液壓枕。而且，矩形反力框架每個內面上下分別安裝液壓枕，且上下液壓枕串聯(lián)。而且，矩形反力框架內面每對液壓枕對柱狀巖體試樣加載最高圍壓25MPa。而且，測量及采集控制系統(tǒng)為測桿接徑向變形測表，徑向變形測表接入計算機。本實用新型與現(xiàn)有技術相比還具有以下的主要優(yōu)點1、利用現(xiàn)場巖體做成柱狀大尺寸試樣，反力框架套置柱狀巖體試樣，克服試驗臺架的剛度及出力問題，現(xiàn)場巖體大尺寸試樣試驗全面揭示巖體綜合強度，避免樣品尺寸小與工程巖體相距較大而產(chǎn)生的尺寸效應。2、通過矩形體反力框架四周內面安裝液壓枕，并內套置柱狀巖體試樣，液壓枕對柱狀巖體試樣可進行高圍壓加載試驗，而且，液壓枕對柱狀巖體試樣加載均勻柔和應力，使試驗巖體綜合強度結果更趨于準確。3、液壓枕對柱狀巖體試樣施加圍壓，液壓枕接圍壓加載伺服控制系統(tǒng)，通過二套圍壓加載伺服控制系統(tǒng)獨立控制柱狀巖體試樣對應面的圍壓，由于接入伺服閥，控制增壓器可以試驗不同圍壓加載，以揭示巖體綜合強度。4、測量及采集控制系統(tǒng)由測桿接變形測表，并接入計算機，從而使測量與采集試驗數(shù)據(jù)由計算機控制，使采集試驗數(shù)據(jù)實時、精確。5、柱狀巖體試樣尺寸范圍長30cm至100cm，寬30cm至100cm，高60cm至150cm，，
適用于一定范圍內變化的樣品尺寸，也可在實驗室做巖體真三軸壓縮試驗，擴大了試驗儀器使用范圍，適用范圍更廣泛。

圖1是本實用新型的伺服控制巖體真三軸試驗裝置示意圖。1.洞室?guī)r體面，2.、2'、2〃 .鋼墊板，3.傳力柱，4.千斤頂，5.油管，6.反力框架， 7.徑向變形測表，7'.測桿，8.軸向變形測表，8'.測桿，9、9'.液壓枕，10.現(xiàn)場柱狀巖體試樣，11.增壓器，12.伺服閥，13.伺服油源，14.轉換器EDC，15.計算機，15'.測量及采集控制系統(tǒng)，12'.圍壓加載伺服控制系統(tǒng)。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。如圖1所示，一種伺服控制高應力巖體真三軸試驗裝置，由反力框架、軸壓加載系統(tǒng)、圍壓加載系統(tǒng)、測量及采集控制系統(tǒng)組成。利用現(xiàn)場巖體直接做成柱狀大尺寸試樣，尺寸范圍長30cm至100cm，寬30cm至100cm，高60cm至150cm，反力框架(6)做成一定厚度矩形框，反力框架(6)內面四周安裝液壓枕(9)，并套置在柱狀巖體試樣(10)外，使液壓枕 (9)與巖體試樣(10)接觸，便于兩對應面液壓枕(9) (9)對巖體試樣(10)加載，一套圍壓加載伺服控制系統(tǒng)(12')單獨控制柱狀巖體試樣(10)側面的兩對應面液壓枕(9) (9)；每個內面沿中心位置上下安裝兩個液壓枕(9)、(9')，液壓枕(9')與液壓枕(9)串聯(lián)，使液壓枕(9)、(9')分別與巖體試樣(10)接觸，便于液壓枕(9)、(9‘)對巖體試樣(10)加載， 每套圍壓加載伺服控制系統(tǒng)(12')分別接入柱狀巖體試樣(10)側面兩對應面液壓枕(9) (9)、(9' )(9')，在矩形反力框架(6)四周內面有八對液壓枕，每對液壓枕對柱狀巖體試樣(10)四面加載最高圍壓25MPa，圍壓加載伺服控制系統(tǒng)(12')由計算機(15)接轉換器 EDC (14)，轉換器EDC (14)接入伺服閥(12)，伺服閥(12)通過油管一端接油源(13)，另一端接入增壓器(11)，增壓器(11)接液壓枕(9)、(9')。柱狀大尺寸試樣(10)四周側面中心內置測桿(7')，測桿(7')另一端穿過反力框架(6)接測量及采集控制系統(tǒng)(15')，測量及采集控制系統(tǒng)(15')將測桿(7')由數(shù)據(jù)線分別接徑向變形測表(7)，徑向變形測表(7)接入計算機(15)，計算機(1 分別輸出試樣四周側面變形數(shù)據(jù)。利用現(xiàn)場巖體做成柱狀大尺寸試樣，便于提供一定范圍內變化的樣品尺寸，反力框架套置柱狀巖體試樣，克服試驗臺架的剛度問題及出力問題，利用現(xiàn)場巖體大尺寸試樣試驗全面揭示巖體綜合強度，避免樣品尺寸小與工程巖體相距較大而產(chǎn)生的尺寸效應，也可在實驗室做巖體真三軸壓縮試驗，擴大了試驗儀器使用范圍。巖體真三軸壓縮試驗裝置，柱狀大尺寸試樣頂面的鋼板( 上設置多個大噸位千斤頂G)，千斤頂(4)接軸壓控制系統(tǒng)，軸壓控制系統(tǒng)單獨控制柱狀巖體試樣頂面軸壓加載，軸壓控制系統(tǒng)由計算機(15)接轉換器EDC(14)，轉換器EDC(14)接入伺服閥(12)，伺服閥(1 通過油管一端接油源(13)，另一端控制接入千斤頂(4)的增壓器(11)，試樣頂面測桿(8')接測量及采集控制系統(tǒng)的軸向變形測表(8)，軸向變形測表(8)接計算機(15)，單獨測得試樣軸向變形。巖體真三軸壓縮試驗裝置安裝完成，開啟計算機(15)、轉換器EDC(14)，啟動伺服油源(1 。試驗人員將試驗指令輸入計算機(15)，然后開始試驗。試驗人員的指令由轉換器EDC(14)轉換為電信號，發(fā)送給伺服閥(12)，伺服閥(12)依據(jù)轉換器EDC(14)的指令，將伺服油源(1 提供的壓力進行調節(jié)，然后將指定壓力輸送給增壓器(11)，增壓器將伺服閥 (12)的壓力放大，然后將放大的壓力通過油管( 輸送給柱狀大尺寸試樣徑向液壓枕(9) (9')、軸向千斤頂G)，圍壓加載伺服控制系統(tǒng)(12')分別單獨控制柱狀巖體試樣(10) 側面兩對應面液壓枕(9) (9')圍壓加載，軸壓加載控制系統(tǒng)控制柱狀巖體試樣(10)軸向千斤頂(4)軸壓加載。試樣(10)受液壓枕(9) (9')和千斤頂(4)荷載作用后，所發(fā)生的變形分別通過測桿傳遞，然后被軸向變形測表(8)和徑向變形測表(7)采集，并通過數(shù)據(jù)線傳遞給計算機(15)，計算機(15)按試驗人員要求繪制實時試驗曲線。
權利要求1.一種伺服控制高應力巖體真三軸試驗裝置，包括反力框架、軸壓加載系統(tǒng)、圍壓加載系統(tǒng)、測量及采集控制系統(tǒng)，其特征在于矩形反力框架(6)內面四周安裝液壓枕(9)，并套置在現(xiàn)場柱狀巖體試樣(10)外，柱狀巖體試樣(10)尺寸范圍長30cm至100cm，寬30cm 至100cm，高60cm至150cm，測桿(7') 一端設置在柱狀巖體試樣(10)側面中心內，測桿 (7')另一端穿過反力框架(6)接測量及采集控制系統(tǒng)(15')，液壓枕(9)接圍壓加載伺服控制系統(tǒng)(12')。
2.根據(jù)權利要求1所述一種伺服控制高應力巖體真三軸試驗裝置，其特征在于圍壓加載伺服控制系統(tǒng)(12')為計算機(15)接轉換器EDC(14)，轉換器EDC(14)接伺服閥 (12)，伺服閥(12) 一端接伺服油源(13)，伺服閥(12)另一端接增壓器(11)，增壓器(11) 接入液壓枕(9)。
3.根據(jù)權利要求1或2所述一種伺服控制高應力巖體真三軸試驗裝置，其特征在于 圍壓加載伺服控制系統(tǒng)(12')分別接柱狀巖體試樣(10)兩對應面的液壓枕(9)。
4.根據(jù)權利要求1所述一種伺服控制高應力巖體真三軸試驗裝置，其特征在于矩形反力框架(6)每個內面上下分別安裝液壓枕(9)、(9')，且液壓枕(9)與液壓枕(9‘)串聯(lián)。
5.根據(jù)權利要求1或2所述一種伺服控制高應力巖體真三軸試驗裝置，其特征在于 矩形反力框架(6)內面每對液壓枕(9) (9),(9' )(9')對柱狀巖體試樣(10)加載最高圍壓 25MPa。
6.根據(jù)權利要求1所述一種伺服控制高應力巖體真三軸試驗裝置，其特征在于測量及采集控制系統(tǒng)(15')為測桿(7')接徑向變形測表(7)，徑向變形測表(7)接入計算機 (15)。
專利摘要本實用新型公開了一種伺服控制高應力巖體真三軸試驗裝置，包括反力框架、軸壓加載系統(tǒng)、圍壓加載系統(tǒng)、測量及采集控制系統(tǒng)，主要是矩形反力框架內面四周安裝液壓枕，并套置在現(xiàn)場柱狀巖體試樣外，柱狀巖體試樣尺寸范圍長30cm至100cm，寬30cm至100cm，高60cm至150cm，測桿一端設置在柱狀巖體試樣側面中心內，測桿另一端穿過反力框架接測量及采集控制系統(tǒng)，液壓枕接圍壓加載伺服控制系統(tǒng)。本裝置利用地下洞室現(xiàn)場巖體大尺寸試樣、加載液壓枕提供高圍壓，且能承載復雜應力，可獨立加載伺服控制獲得巖體綜合強度。
文檔編號G01N3/12GK202101906SQ20112019465
公開日2012年1月4日 申請日期2011年6月10日 優(yōu)先權日2011年6月10日
發(fā)明者周火明, 孫云志, 龐正江, 張宜虎, 李維樹, 楊宜, 楊漢良, 熊詩湖, 王玉明, 范雷, 謝斌, 趙仁義, 鄔愛清, 郝慶澤, 鐘作武, 陳強, 韓軍, 馬東輝 申請人:長春市朝陽試驗儀器有限公司, 長江水利委員會長江科學院