中尺寸巖石伺服控制真三軸試驗(yàn)裝置制造方法及圖紙

本實(shí)用新型專利技術(shù)公開了一種中尺寸巖石伺服控制真三軸試驗(yàn)裝置，它包括頂板、底板、設(shè)置在頂板和底板之間的定位支柱、頂部傳力構(gòu)件、底部傳力構(gòu)件、設(shè)置在頂部傳力構(gòu)件下方的軸向千斤頂，側(cè)向測針、上軸向測針、下軸向測針、位移傳感器、與位移傳感器匹配的測桿、計(jì)算機(jī)、伺服控制單元、固定在軸向千斤頂上的滑輪、用于支撐滑輪的支撐架、設(shè)置在底部傳力構(gòu)件頂部四周的側(cè)向反力鋼框架、均勻布置在側(cè)向反力鋼框架四周上的多個(gè)側(cè)向千斤頂，本實(shí)用新型專利技術(shù)采用三向載荷獨(dú)立伺服控制，能進(jìn)行復(fù)雜應(yīng)力路徑的真三軸試驗(yàn)，且數(shù)據(jù)全自動(dòng)采集，能獲得全過程應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線。（*該技術(shù)在2022年保護(hù)過期，可自由使用*）

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本技術(shù)涉及巖石力學(xué)試驗(yàn)設(shè)備
，具體涉及一種中尺寸巖石伺服控制真三軸試驗(yàn)裝置。
技術(shù)介紹
目前趨于用在三向應(yīng)力狀態(tài)下巖體的變形參數(shù)和強(qiáng)度參數(shù)來研究復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下地下工程開挖過程及支護(hù)效果，尤其是深埋、高應(yīng)力條件下的超大超長隧洞、大型洞室和陡高邊坡的破壞形態(tài)、破壞機(jī)理及穩(wěn)定狀態(tài)的本構(gòu)關(guān)系研究，都必須進(jìn)行巖石的真三軸試驗(yàn)。對于其它材料如混凝土在復(fù)雜應(yīng)力路徑下的三軸強(qiáng)度及變形參數(shù)試驗(yàn)研究，常采用規(guī)范規(guī)定的立方體標(biāo)準(zhǔn)試塊，而國內(nèi)現(xiàn)有真三軸儀還無法進(jìn)行這個(gè)尺寸的真三軸試驗(yàn)。等圍壓三軸試驗(yàn)巖石試件尺寸多為Φ 50mmX 100mm,應(yīng)用較為普遍,設(shè)備也十分先進(jìn)，而不等側(cè)壓真三軸試驗(yàn)設(shè)備近幾年才出現(xiàn)，但試件斷面尺寸也多為50mmX 50mm,這種小尺寸的真三軸試驗(yàn)設(shè)備具有設(shè)備先進(jìn)、成本低和操作簡單等優(yōu)點(diǎn)，但小尺寸試件難于很好代表現(xiàn)場大尺度的工程巖體；本申請人于2009年開始自主研發(fā)多代大尺寸現(xiàn)場真三軸微機(jī)伺服控制系統(tǒng)，試驗(yàn)斷面尺寸為500mmX500mm，由于比室內(nèi)小尺寸試件體積大1000倍，其力學(xué)參數(shù)的代表性比小尺寸的室內(nèi)試驗(yàn)好，但因設(shè)備笨重且昂貴、操作復(fù)雜、成本高等不足而開展的不多。可見，室內(nèi)和現(xiàn)場真三軸試驗(yàn)僅涉及兩種試件尺寸且二者體積相差1000倍，一方面不便于研究巖石在三向應(yīng)力狀態(tài)下三軸強(qiáng)度參數(shù)的尺寸效應(yīng)，另一方面，大尺寸真三軸試驗(yàn)的成本比小尺寸試驗(yàn)成本高100倍以上，不便于廣泛應(yīng)用，而且精密儀器難于適應(yīng)濕度大于80%的環(huán)境，使可靠度和精度降低。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本技術(shù)的 目的是針對上述技術(shù)問題，提供一種中尺寸巖石伺服控制真三軸試驗(yàn)裝置，該裝置可獲得不同尺寸巖石試樣的變形和強(qiáng)度參數(shù)。解決了現(xiàn)場和室內(nèi)巖石真三軸試樣尺寸跨度大帶來的諸多問題。為實(shí)現(xiàn)此目的，本技術(shù)所設(shè)計(jì)的中尺寸巖石伺服控制真三軸試驗(yàn)裝置，它包括頂板、底板、設(shè)置在頂板和底板之間的定位支柱、頂部傳力構(gòu)件、底部傳力構(gòu)件、設(shè)置在頂部傳力構(gòu)件下方的軸向千斤頂，其特征在于它還包括側(cè)向測針、上軸向測針、下軸向測針、側(cè)向位移傳感器、上軸向位移傳感器、下軸向位移傳感器、與側(cè)向位移傳感器匹配的側(cè)向測桿、與上軸向位移傳感器匹配的上軸向測桿、與下軸向位移傳感器匹配的下軸向測桿、計(jì)算機(jī)、伺服控制單元、固定在軸向千斤頂上的滑輪、用于支撐滑輪的支撐架、設(shè)置在底部傳力構(gòu)件頂部的側(cè)向反力鋼框架、均勻布置在側(cè)向反力鋼框架內(nèi)四周上的多個(gè)側(cè)向千斤頂；其中，所述每個(gè)側(cè)向千斤頂?shù)妮S向均貫穿設(shè)置側(cè)向測針，側(cè)向測針的一端用于與試體的側(cè)面接觸，側(cè)向測針的另一端與對應(yīng)的側(cè)向位移傳感器配合；所述上軸向測針的一端用于與試體的頂部接觸，上軸向測針的另一端與對應(yīng)的上軸向位移傳感器配合；所述下軸向測針的一端用于與試體的底部接觸，下軸向測針的另一端與對應(yīng)的下軸向位移傳感器配合，每個(gè)位移傳感器的信號輸出端連接計(jì)算機(jī)；所述軸向千斤頂和側(cè)向千斤頂均通過伺服控制單元連接計(jì)算機(jī)。所述每個(gè)側(cè)向千斤頂?shù)囊欢诉B接側(cè)向反力鋼框架，每個(gè)側(cè)向千斤頂?shù)牧硪欢嗽O(shè)有側(cè)壓板。上述技術(shù)方案中，它還包括設(shè)置在軸向千斤頂?shù)撞康奶菪蝹髁w、設(shè)置在梯形傳力體底部的萬向球盤、位于萬向球盤下方用于壓住試體的軸壓板、設(shè)置在底部傳力構(gòu)件頂部與側(cè)向反力鋼框架底部之間的托板、設(shè)置在托板頂部用于托起試體的軸向墊板。所述側(cè)向測針貫穿側(cè)向反力鋼框架、側(cè)向千斤頂和側(cè)壓板，所述上軸向測針貫穿軸向千斤頂、梯形傳力體、萬向球盤和軸壓板的中心，所述下軸向測針貫穿托板和軸向墊板的中心。上述技術(shù)方案中，它還包括位移采集儀，每個(gè)位移傳感器的信號輸出端通過位移采集儀連接計(jì)算機(jī)。所述伺服控制單元包括往復(fù)式油泵、壓力傳感器、伺服電機(jī)、液壓閥和伺服控制儀，其中，所述軸向千斤頂?shù)目刂贫送ㄟ^對應(yīng)的高壓油管連接相應(yīng)的往復(fù)式油泵，側(cè)向千斤頂?shù)目刂贫艘餐ㄟ^對應(yīng)的高壓油管連接相應(yīng)的往復(fù)式油泵，所述每個(gè)高壓油管上均設(shè)有壓力傳感器和液壓閥，所述壓力傳感器的信號輸出端通過伺服控制儀連接計(jì)算機(jī)，所述伺服電機(jī)的輸出端連接往復(fù)式油泵，所述伺服電機(jī)的控制端也通過伺服控制儀連接計(jì)算機(jī)。所述伺服控制單元還包括與往復(fù)式油泵連接的限位器，所述限位器的控制端連接伺服控制儀。所述伺服控制單元還包括充溢器，所述充溢器的輸出端連接往復(fù)式油泵，充溢器的控制端通過伺服控制儀連接計(jì)算機(jī)。所述軸向千斤頂?shù)捻敹嗽O(shè)置有與定位支柱配合的定位環(huán)，所述軸向千斤頂、頂部傳力體、定位環(huán)和滑輪連接成為整體，并與定位支柱配合，使該整體能上下運(yùn)動(dòng)；且與支撐架配合，使該整體能單向水平移動(dòng)。所述側(cè)向反力鋼框架四周內(nèi)均勻布置四個(gè)側(cè)向千斤頂。本技術(shù)的有益效果是1、可實(shí)驗(yàn)試樣的尺寸介于室內(nèi)小尺寸試件和現(xiàn)場大尺寸試件之間，而且試件尺寸可變范圍大，試件尺寸范圍長8(T200mm，寬8(T200mm，高16(T400mm。解決了現(xiàn)場和室內(nèi)巖石真三軸試驗(yàn)尺寸跨度大的問題，通過進(jìn)行多種不同尺寸試件的真三軸對比試驗(yàn)，能更好的研究巖石變形及強(qiáng)度參數(shù)的尺寸效應(yīng)。解決了小尺寸試件代表性不足、尺寸不能變動(dòng)問題，和大尺寸試件設(shè)備笨重、安裝復(fù)雜、成本高問題。2、本技術(shù)采用三向載荷獨(dú)立伺服控制，能進(jìn)行復(fù)雜應(yīng)力路徑、高應(yīng)力條件下的真三軸試驗(yàn)，且數(shù)據(jù)全自動(dòng)采集，能獲得全過程應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線。3、設(shè)備簡單，自動(dòng)化程度高、安裝操作方便，系統(tǒng)剛度及測量精度高。附圖說明圖1為本技術(shù)中機(jī)械部分的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖1的A— A向剖視結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本技術(shù)中控制和測量部分的結(jié)構(gòu)框圖；其中，I一頂板、2—頂部傳力構(gòu)件、3—定位環(huán)、4一軸向千斤頂、5—滑輪、6—梯形傳力體、7—萬向球盤、8—軸壓板、9 一側(cè)向反力鋼框架、10—側(cè)向千斤頂、11 一試體、12—側(cè)壓板、13—軸向墊板、14一托板、15—底部傳力構(gòu)件、16—支撐架、17—定位支柱、18一側(cè)向測針、19一側(cè)向位移傳感器、19.1一上軸向位移傳感器、19. 2一下軸向位移傳感器、20—側(cè)向測桿、20.1—上軸向測桿、20. 2—下軸向測桿、21—高壓油管、22—壓力傳感器、23—往復(fù)式油泵、24—限位器、25—充溢器、26—伺服電機(jī)、27—伺服控制儀、28—位移米集儀、29—計(jì)算機(jī)、30—液壓閥、31—底板、32—上軸向測針、33—下軸向測針、34—表架。具體實(shí)施方式以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本技術(shù)作進(jìn)一步的詳細(xì)說明本技術(shù)包括軸向反力系統(tǒng)、側(cè)向反力系統(tǒng)、伺服加載控制系統(tǒng)、移動(dòng)系統(tǒng)和測量系統(tǒng)。適用的試樣尺寸可變，試樣尺寸范圍長8(T200mm，寬8(T200mm，高16(T400mm ;用洞室或鋼構(gòu)架提供軸向反力，軸向出力千斤頂最大載荷12000kN，用方形厚壁內(nèi)空鋼框架提供側(cè)向反力，反力框架內(nèi)置四臺空心千斤頂分別作用于試樣側(cè)面，最大載荷4000kN;通過改變試體六個(gè)面承壓板的尺寸可進(jìn)行多種尺寸的真三軸試驗(yàn)，測針穿過有通孔的傳力設(shè)備及出力設(shè)備一端直接與試體11面中心接觸，另一端與位移傳感器和采集系統(tǒng)配合，通過專用軟件同時(shí)采集六個(gè)面的變形。三個(gè)方向的壓力通過往復(fù)式油泵23、壓力傳感器22、伺服電機(jī)26和伺服控制儀27進(jìn)行獨(dú)立伺服控制與壓力采集，能獲得任意時(shí)刻的應(yīng)力應(yīng)變曲線。本技術(shù)的具體結(jié)構(gòu)為如圖f 3所示的中尺寸巖石伺服控制真三軸試驗(yàn)裝置，它包括頂板1、底板31、設(shè)置在頂板I和底板31之間的定位支柱17、本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種中尺寸巖石伺服控制真三軸試驗(yàn)裝置，它包括頂板（1）、底板（31）、設(shè)置在頂板（1）和底板（31）之間的定位支柱（17）、頂部傳力構(gòu)件（2）、底部傳力構(gòu)件（15）、設(shè)置在頂部傳力構(gòu)件（2）下方的軸向千斤頂（4），其特征在于：它還包括側(cè)向測針（18）、上軸向測針（32）、下軸向測針（33）、側(cè)向位移傳感器（19）、上軸向位移傳感器（19.1）、下軸向位移傳感器（19.2）、與側(cè)向位移傳感器（19）匹配的側(cè)向測桿（20）、與上軸向位移傳感器（19.1）匹配的上軸向測桿（20.1）、與下軸向位移傳感器（19.2）匹配的下軸向測桿（20.2）、計(jì)算機(jī)（29）、伺服控制單元、固定在軸向千斤頂（4）上的滑輪（5）、用于支撐滑輪（5）的支撐架（16）、設(shè)置在底部傳力構(gòu)件（15）頂部的側(cè)向反力鋼框架（9）、均勻布置在側(cè)向反力鋼框架（9）內(nèi)四周上的多個(gè)側(cè)向千斤頂（10）；其中，所述每個(gè)側(cè)向千斤頂（10）的軸向均貫穿設(shè)置側(cè)向測針（18），側(cè)向測針（18）的一端用于與試體（11）的側(cè)面接觸，側(cè)向測針（18）的另一端與對應(yīng)的側(cè)向位移傳感器（19）配合；所述上軸向測針（32）的一端用于與試體（11）的頂部接觸，上軸向測針（32）的另一端與對應(yīng)的上軸向位移傳感器（19.1）配合；所述下軸向測針（33）的一端用于與試體（11）的底部接觸，下軸向測針（33）的另一端與對應(yīng)的下軸向位移傳感器（19.2）配合，每個(gè)位移傳感器的信號輸出端連接計(jì)算機(jī)（29）；所述軸向千斤頂（4）和側(cè)向千斤頂（10）均通過伺服控制單元連接計(jì)算機(jī)（29）。...

【技術(shù)特征摘要】
1.一種中尺寸巖石伺服控制真三軸試驗(yàn)裝置，它包括頂板(I)、底板(31)、設(shè)置在頂板(I)和底板(31)之間的定位支柱(17)、頂部傳力構(gòu)件(2)、底部傳力構(gòu)件(15)、設(shè)置在頂部傳力構(gòu)件(2)下方的軸向千斤頂(4)，其特征在于它還包括側(cè)向測針(18)、上軸向測針(32 )、下軸向測針(33 )、側(cè)向位移傳感器(19 )、上軸向位移傳感器(19.1)、下軸向位移傳感器(19. 2)、與側(cè)向位移傳感器(19)匹配的側(cè)向測桿(20)、與上軸向位移傳感器(19.1) 匹配的上軸向測桿(20.1 )、與下軸向位移傳感器(19. 2 )匹配的下軸向測桿(20. 2 )、計(jì)算機(jī)(29)、伺服控制單元、固定在軸向千斤頂(4)上的滑輪(5)、用于支撐滑輪(5)的支撐架 (16)、設(shè)置在底部傳力構(gòu)件(15)頂部的側(cè)向反力鋼框架(9)、均勻布置在側(cè)向反力鋼框架 (9)內(nèi)四周上的多個(gè)側(cè)向千斤頂(10)；其中，所述每個(gè)側(cè)向千斤頂(10)的軸向均貫穿設(shè)置側(cè)向測針(18)，側(cè)向測針(18)的一端用于與試體(11)的側(cè)面接觸，側(cè)向測針(18)的另一端與對應(yīng)的側(cè)向位移傳感器(19)配合；所述上軸向測針(32)的一端用于與試體(11)的頂部接觸，上軸向測針(32)的另一端與對應(yīng)的上軸向位移傳感器(19.1)配合；所述下軸向測針(33)的一端用于與試體(11)的底部接觸，下軸向測針(33)的另一端與對應(yīng)的下軸向位移傳感器(19. 2)配合，每個(gè)位移傳感器的信號輸出端連接計(jì)算機(jī)(29)；所述軸向千斤頂(4 )和側(cè)向千斤頂(10 )均通過伺服控制單元連接計(jì)算機(jī)(29 )。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的中尺寸巖石伺服控制真三軸試驗(yàn)裝置，其特征在于所述每個(gè)側(cè)向千斤頂(10)的一端連接側(cè)向反力鋼框架(9)，每個(gè)側(cè)向千斤頂(10)的另一端設(shè)有側(cè)壓板(12)。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的中尺寸巖石伺服控制真三軸試驗(yàn)裝置，其特征在于它還包括設(shè)置在軸向千斤頂(4)底部的梯形傳力體(6)、設(shè)置在梯形傳力體(6)底部的萬向球盤 (7)、位于萬向球盤(7)下方用于壓住試體(11)的軸壓板(8)、設(shè)置在底部傳力構(gòu)件(15)頂部與側(cè)向反力鋼框架(9)底部之間的托板(14)、設(shè)置在托板(14)頂部用于托起試體(11)的軸向墊板(13)。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的中尺寸...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：李維樹，鄔愛清，鐘作武，丁秀麗，周火明，黃書嶺，張宜虎，郝慶澤，劉元坤，陜亮，熊詩湖，劉洋，李通，李會(huì)中，葉圣生，段偉峰，韓軍，
申請(專利權(quán))人：長江水利委員會(huì)長江科學(xué)院，
類型：實(shí)用新型
國別省市：