專利名稱：一種圍壓作用下巖石裂隙剪切滲流耦合試驗(yàn)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種復(fù)雜應(yīng)力條件下的試驗(yàn)系統(tǒng)，尤其涉及一種圍壓作用下巖石裂隙剪切滲流耦合試驗(yàn)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在石油礦山開(kāi)采、水利水電、煤礦生產(chǎn)、交通邊坡等工程中，地下水對(duì)巖體工程的穩(wěn)定性有著重要影響。一方面地下水可改變巖體的應(yīng)力和變形，另一方面巖體結(jié)構(gòu)面的幾何特征及其物理力學(xué)性質(zhì)對(duì)地下水滲流起決定性作用。巖體中節(jié)理裂隙的滲透和變形模量都遠(yuǎn)大于巖石基層，因此，巖體中各類(lèi)結(jié)構(gòu)面與地下水的相互作用往往直接決定著工程結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定和安全。因此，本領(lǐng)域非常需要對(duì)節(jié)理的剪切-滲流耦合特性進(jìn)行研究，而進(jìn)行巖石節(jié)理的室內(nèi)剪切-滲流耦合試驗(yàn)，是一種有效的研究手段。巖石節(jié)理剪切滲流耦合試驗(yàn)中的關(guān)鍵技術(shù)是試驗(yàn)邊界條件的實(shí)現(xiàn)，即位移、荷載邊界條件和滲流邊界條件。在巖石節(jié)理的剪切過(guò)程中，當(dāng)上、下節(jié)理面在剪切力作用下產(chǎn)生相對(duì)位移時(shí)，通過(guò)在剪切盒進(jìn)水口和出水口之間設(shè)定一定的水壓差，即滲透水壓力，來(lái)實(shí)現(xiàn)巖石節(jié)理內(nèi)的水沿指定路徑流動(dòng)，同時(shí)要保證剪切盒在垂直水流方向邊界上不發(fā)生水流滲漏，因此必須對(duì)剪切盒做良好的密封。由于試驗(yàn)條件的限制，特別是滲透密封手段，國(guó)內(nèi)關(guān)于巖石節(jié)理剪切-滲流耦合試驗(yàn)的試驗(yàn)設(shè)備還比較缺乏。在現(xiàn)有技術(shù)中，“新型數(shù)控巖石節(jié)理剪切滲流試驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用”公開(kāi)了一種巖石剪切滲流試驗(yàn)臺(tái)，使用軸向和切向加載機(jī)構(gòu)對(duì)巖石試樣施力進(jìn)行試驗(yàn)，但其沒(méi)有圍壓加載機(jī)構(gòu)，無(wú)法模擬圍壓作用下的巖石裂隙剪切滲流狀況，且其密封套結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，密封性較差，試驗(yàn)結(jié)果精度不高。

發(fā)明內(nèi)容
為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提出的一種新的巖石裂隙剪切滲流耦合試驗(yàn)系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下進(jìn)行巖石裂隙滲透性試驗(yàn)和分析。在節(jié)理試件法向方向上，試驗(yàn)臺(tái)有三類(lèi)可控邊界條件恒定法向應(yīng)力、恒定法向位移、恒定法向剛度；平行節(jié)理剪切方向， 可施加剪切力或位移，滲透壓力。在三種邊界和荷載組合條件下可進(jìn)行一系列耦合試驗(yàn)復(fù)雜應(yīng)力條件下裂隙剪切試驗(yàn)，復(fù)雜應(yīng)力條件下裂隙(可視化)滲透試驗(yàn)，復(fù)雜應(yīng)力條件下裂隙(可視化)閉合應(yīng)力-滲透耦合試驗(yàn)，復(fù)雜應(yīng)力條件下裂隙(可視化)剪切-滲透耦合試驗(yàn)， 復(fù)雜應(yīng)力條件下裂隙(可視化)的剪切滲流流變?cè)囼?yàn)。本發(fā)明所述的巖石裂隙剪切滲流耦合試驗(yàn)系統(tǒng)的具體技術(shù)方案為
一種圍壓作用下巖石裂隙剪切滲流耦合試驗(yàn)系統(tǒng)，包括剪切滲流耦合試驗(yàn)盒、軸向加載機(jī)構(gòu)、切向加載機(jī)構(gòu)、圍壓加載機(jī)構(gòu)、水壓加載機(jī)構(gòu)、伺服控制機(jī)構(gòu)、可視化系統(tǒng)；
所述剪切滲流耦合試驗(yàn)盒用于放置試樣，包括上剪切盒和下剪切盒，上剪切盒包括上密封套，下剪切盒包括下密封套；上、下密封套分別具有中空腔，由聚氨脂制材料澆注模壓成型，當(dāng)上、下剪切盒產(chǎn)生相對(duì)移動(dòng)時(shí)，上密封圈和下密封圈的接觸面在滑動(dòng)狀態(tài)下可以保持壓縮密封，上密封盒上設(shè)置有進(jìn)水孔和排氣孔；下密封盒上設(shè)置有出水孔；
所述軸向加載機(jī)構(gòu)用于給試樣加載軸向力，包括軸向加載框架、軸向加載油缸和伺服油源，軸向加載框架包括上橫梁、下橫梁和立柱，軸向加載油缸固定在下橫梁上，軸向加載油缸中的活塞通過(guò)伺服油源可對(duì)剪切滲流耦合試驗(yàn)盒中的試樣施加軸向力；
所述切向加載機(jī)構(gòu)用于給試樣加載剪切力，包括切向加載框架、切向加載油缸、力傳感器、位移傳感器，切向加載框架用于承載切向加載油缸，切向加載油缸中的活塞可對(duì)剪切滲流耦合試驗(yàn)盒中的試樣施加剪切力；
所述圍壓加載機(jī)構(gòu)用于給試樣加載圍壓以模擬地層的圍壓作用，包括交流伺服電機(jī)及交流伺服電機(jī)控制器、減速機(jī)、滾珠絲杠、加壓水缸，伺服電機(jī)通過(guò)減速機(jī)、滾珠絲杠連接加壓水缸的活塞，加壓水缸的活塞腔連接上、下密封圈的中空腔，通過(guò)控制伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)控制上、下密封圈的中空腔的壓力，以此得到所需要的試樣圍壓；
所述水壓加載機(jī)構(gòu)用于給試樣注水，包括交流伺服電機(jī)及交流伺服電機(jī)控制器、減速機(jī)、滾珠絲杠、加壓水缸，伺服電機(jī)通過(guò)減速機(jī)、滾珠絲杠連接加壓水缸的活塞，加壓水缸的活塞腔連接所述剪切滲流耦合試驗(yàn)盒，通過(guò)控制伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)控制所述剪切滲流耦合試驗(yàn)盒的水壓，產(chǎn)生試樣試驗(yàn)所需的水壓和所需的流量；
所述伺服控制機(jī)構(gòu)包括軸向控制系統(tǒng)、切向控制系統(tǒng)、圍壓控制系統(tǒng)、水壓控制系統(tǒng)和操作系統(tǒng)；軸向控制系統(tǒng)和切向壓力控制系統(tǒng)是由各自的EDC全數(shù)字伺服控制器及傳感器構(gòu)成，EDC控制器把各傳感器的信號(hào)進(jìn)行放大處理后進(jìn)行顯示和控制，并與設(shè)定的參數(shù)進(jìn)行比較，然后調(diào)整伺服閥的開(kāi)口大小，以達(dá)到設(shè)定的目標(biāo)值；并同時(shí)把這些數(shù)據(jù)送到計(jì)算機(jī)內(nèi)，由計(jì)算機(jī)進(jìn)行顯示和數(shù)據(jù)處理，畫(huà)出試驗(yàn)曲線，打印試驗(yàn)報(bào)告；水壓控制系統(tǒng)和圍壓控制系統(tǒng)分別包括EDC控制器各自直接控制一個(gè)交流伺服電機(jī)控制器，控制器各自控制一個(gè)交流伺服電機(jī)，使各自加壓水缸的活塞移動(dòng)；水壓、圍壓和活塞的位移轉(zhuǎn)換為電信號(hào)送到 EDC控制器里，經(jīng)放大處理后進(jìn)行顯示和控制，同時(shí)將這些參數(shù)送到計(jì)算機(jī)內(nèi)進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、顯示、畫(huà)曲線和打印試驗(yàn)報(bào)告；
所述可視化系統(tǒng)包括數(shù)碼攝像機(jī)和與之相連的計(jì)算機(jī)，所述剪切滲流耦合試驗(yàn)盒上設(shè)置有方形觀測(cè)孔，所述數(shù)碼攝像機(jī)設(shè)置在觀測(cè)孔的上方。


附圖1為巖石裂隙剪切滲流耦合試驗(yàn)系統(tǒng)的主視圖； 附圖2為巖石裂隙剪切滲流耦合試驗(yàn)系統(tǒng)的側(cè)視附圖3為巖石裂隙剪切滲流耦合試驗(yàn)系統(tǒng)中剪切滲流耦合試驗(yàn)盒的主視圖； 附圖4為巖石裂隙剪切滲流耦合試驗(yàn)系統(tǒng)中上密封套的正視圖； 附圖5為巖石裂隙剪切滲流耦合試驗(yàn)系統(tǒng)中上密封套的A — A向剖視圖； 附圖6為巖石裂隙剪切滲流耦合試驗(yàn)系統(tǒng)中可視化系統(tǒng)的工作簡(jiǎn)圖。附圖標(biāo)記如下
1 一剪切滲流耦合試驗(yàn)盒；2 —軸向加載機(jī)構(gòu)；3 —切向加載機(jī)構(gòu)；4 一圍壓加載機(jī)構(gòu)； 5 一水壓加載機(jī)構(gòu)；6 —可視化系統(tǒng)；7 —上剪切盒；8 —下剪切盒；9 一上密封套；10 —下密封套；11 一試樣；12—中空腔。
具體實(shí)施例方式下面參照附圖對(duì)本發(fā)明所述的巖石裂隙剪切滲流耦合試驗(yàn)系統(tǒng)做進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。參見(jiàn)附圖1 一 2，一種圍壓作用下巖石裂隙剪切滲流耦合試驗(yàn)系統(tǒng)，包括剪切滲流耦合試驗(yàn)盒、軸向加載機(jī)構(gòu)、切向加載機(jī)構(gòu)、圍壓加載機(jī)構(gòu)、水壓加載機(jī)構(gòu)、伺服控制機(jī)構(gòu)(未示出)、可視化系統(tǒng)。參見(jiàn)附圖3，剪切滲流耦合試驗(yàn)盒內(nèi)部尺寸為200mm (水滲透方向)X IOOmm (滲透寬度)XlOOmm (高度)。滲流剪切盒由上下剪切盒組成，上剪切盒包括上密封套(參見(jiàn)附圖 4 - 5)，下剪切盒包括下密封套，上密封套和下密封套形狀結(jié)構(gòu)對(duì)稱；上、下密封套分別具有中空腔。密封套由彈性及硬度適中的聚氨脂制成液體橡膠，澆注模壓成型。聚氨脂橡膠具有既軟又硬，摩擦小等特點(diǎn)。在工作時(shí)，試樣放置在密封套中間，當(dāng)試樣裝好之后，中空腔內(nèi)將注入一定壓力的液體，上密封套在壓力下緊緊貼到試樣上半部的四周，而下密封套在壓力下緊緊貼到試樣下半部的四周，從而實(shí)現(xiàn)了有效的密封。同時(shí)上密封套和下密封套的接觸面也受到了壓力緊密接觸，實(shí)現(xiàn)了密封。當(dāng)上下剪切盒產(chǎn)生相對(duì)移動(dòng)時(shí)，上密封套和下密封套的接觸面在滑動(dòng)狀態(tài)下仍然保持壓縮密封，直到密封圈脫離接觸。上剪切盒有一個(gè)進(jìn)水孔用以向巖樣剪切面滲水，另有一孔作為排氣孔；下剪切盒有一個(gè)出水孔，用以排出滲入巖樣剪切面中的水。軸向加載機(jī)構(gòu)包括軸向加載框架、伺服油源等。軸向加載框架是由上下橫梁、四立柱鑲楔組合構(gòu)成，加載油缸固定在下橫梁上，活塞向上對(duì)試樣施加試驗(yàn)力；這種結(jié)構(gòu)形式最大限度的提高了試驗(yàn)機(jī)的剛度，減小了試驗(yàn)機(jī)的間隙，設(shè)在剪切盒的上部觀察孔可實(shí)現(xiàn)裂隙試件剪切過(guò)程的可視化，而且也使得試驗(yàn)機(jī)的外型美觀。伺服油源提供動(dòng)力油給電液伺服閥，通過(guò)伺服閥的控制進(jìn)行軸向加載。切向加載機(jī)構(gòu)包括加載油缸、剪切加載框架、力傳感器、位移傳感器等。剪切加載框架采用四框組合式，油缸座和承壓梁及兩面的側(cè)板均采用高標(biāo)號(hào)球墨鑄鐵，使其框架剛度大(5000kN/mm)，工作平穩(wěn)可靠。圍壓加載機(jī)構(gòu)可采用螺旋加載的方式，并由伺服電機(jī)和控制器及測(cè)控器來(lái)控制， 可現(xiàn)實(shí)多級(jí)可控的恒定滲透圍壓控制。圍壓系統(tǒng)是由上下膠套組合，交流伺服電機(jī)及交流伺服電機(jī)控制器、減速機(jī)、滾珠絲杠、傳動(dòng)系統(tǒng)、加壓油水缸等；伺服電機(jī)按設(shè)置的控制參數(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)減速機(jī)、滾珠絲杠、傳動(dòng)系統(tǒng)移動(dòng)水缸的活塞，使油水產(chǎn)生所需的油壓。參考橡膠套和剪切盒強(qiáng)度，最高油壓可達(dá)25MPa以上。水壓加載機(jī)構(gòu)可采用螺旋加載的方式，并由伺服電機(jī)和控制器及測(cè)控器來(lái)控制， 可現(xiàn)實(shí)多級(jí)可控的恒滲透壓力和滲透量控制。水壓系統(tǒng)包括交流伺服電機(jī)及交流伺服電機(jī)控制器、減速機(jī)、滾珠絲杠、傳動(dòng)系統(tǒng)、加壓水缸等；伺服電機(jī)按設(shè)置的控制參數(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)減速機(jī)、滾珠絲杠、傳動(dòng)系統(tǒng)移動(dòng)水缸的活塞，使水產(chǎn)生所需的水壓和所需的流量。 水壓最大可達(dá)5MPa。伺服控制機(jī)構(gòu)是指試驗(yàn)機(jī)的控制中心，它包括軸向控制系統(tǒng)、切向控制系統(tǒng)、圍壓控制系統(tǒng)、水壓控制系統(tǒng)和操作系統(tǒng)。軸向控制系統(tǒng)和切向壓力控制系統(tǒng)是由各自的EDC全數(shù)字伺服控制器及傳感器構(gòu)成，在本系統(tǒng)中包括試驗(yàn)力傳感器、位移傳感器、伺服閥等，EDC控制器把各傳感器的信號(hào)進(jìn)行放大處理后進(jìn)行顯示和控制(與設(shè)定的參數(shù)進(jìn)行比較)，然后調(diào)整伺服閥的開(kāi)口大小， 以達(dá)到設(shè)定的目標(biāo)值；并同時(shí)把這些數(shù)據(jù)送到計(jì)算機(jī)內(nèi)，由計(jì)算機(jī)進(jìn)行顯示和數(shù)據(jù)處理，畫(huà)出試驗(yàn)曲線，打印試驗(yàn)報(bào)告。水壓系統(tǒng)和圍壓控制系統(tǒng)分布有各自的EDC控制器直接控制一個(gè)交流伺服電機(jī)控制器，該控制器控制交流伺服電機(jī)，電機(jī)通過(guò)減速機(jī)、齒型同步帶帶動(dòng)滾珠絲杠，使水壓缸的活塞移動(dòng)，產(chǎn)生水壓；水壓傳感器和編碼器把壓力及活塞的位移(可換算成水流量)的電信號(hào)送到EDC控制器里，經(jīng)放大處理后進(jìn)行顯示和控制，同時(shí)將這些參數(shù)送到計(jì)算機(jī)內(nèi)進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、顯示、畫(huà)曲線和打印試驗(yàn)報(bào)告。參見(jiàn)附圖6，其顯示了本發(fā)明中可視化系統(tǒng)的工作簡(jiǎn)圖。在剪切盒上部留有試驗(yàn)觀測(cè)孔，試驗(yàn)中選用適當(dāng)?shù)耐该黝?lèi)材料預(yù)制具有自然斷裂節(jié)理表面特征的裂隙試件的上半部分，用著色水代替普通水以實(shí)現(xiàn)裂隙水流動(dòng)路徑和流動(dòng)狀態(tài)的可視化。借助材料的透明性， 水在裂隙內(nèi)的流動(dòng)影像可通過(guò)上部試件的剪切盒觀察孔觀測(cè)到，并可用CCD攝像機(jī)來(lái)記錄其流動(dòng)過(guò)程。如剪切滲流耦合試驗(yàn)盒結(jié)構(gòu)圖中所示上壓頭中心留有方形觀測(cè)孔，在剪切滲流耦合試驗(yàn)中可以用透明類(lèi)巖石材料裂隙試件代替裂隙試件的上半部分，通過(guò)在剪切盒的頂部安裝數(shù)碼攝像設(shè)備并聯(lián)接計(jì)算機(jī)，可實(shí)現(xiàn)水在裂隙試件內(nèi)流動(dòng)過(guò)程的可視化，為試驗(yàn)研究提供詳實(shí)可貴的數(shù)據(jù)。本發(fā)明所述的巖石裂隙剪切滲流耦合試驗(yàn)系統(tǒng)還可以包括計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是試驗(yàn)機(jī)的控制核心，它控制四個(gè)EDC控制器，使EDC按設(shè)置的程序參數(shù)進(jìn)行工作， 并要實(shí)時(shí)存儲(chǔ)、處理EDC各通道的測(cè)量數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)畫(huà)出多種試驗(yàn)曲線；計(jì)算機(jī)系統(tǒng)還要實(shí)時(shí)處理溫度、等測(cè)量參數(shù)。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的操作軟件是在WINDOWS環(huán)境下運(yùn)行的，具有良好的人機(jī)界面和操作簡(jiǎn)便的特點(diǎn)。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)包括前面板和流程圖。前面板是控制和顯示對(duì)象的集合，包含旋鈕、按鈕、圖形和其它的控制與顯示對(duì)象等；通過(guò)鼠標(biāo)和鍵盤(pán)輸入數(shù)據(jù)、控制按鈕；同時(shí)，可在計(jì)算機(jī)屏幕上同步監(jiān)測(cè)試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)。流程圖窗口用以編輯虛擬儀器的圖形化源代碼，通過(guò)連線將輸出、接收數(shù)據(jù)的對(duì)象連接起來(lái)創(chuàng)建流程圖，就能實(shí)現(xiàn)特定的功能，控制和執(zhí)行相應(yīng)的流程
基于控制器和傳感器的測(cè)控?cái)?shù)據(jù)，采用LabVIEW圖形化編程語(yǔ)言構(gòu)建一個(gè)測(cè)控直接剪切試驗(yàn)的虛擬儀器，對(duì)垂直荷載和剪切荷載的閉合電液伺服回路系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一監(jiān)控，同時(shí)進(jìn)行多路數(shù)據(jù)采集、存貯、數(shù)據(jù)處理和曲線顯示。LabVIEW采用強(qiáng)大的圖形化語(yǔ)言編程，具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)可視化分析和儀器控制能力等特點(diǎn)。數(shù)控系統(tǒng)使用了參數(shù)自調(diào)節(jié)的PID控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)了非線性的前饋預(yù)測(cè)。系統(tǒng)采用位移型PID控制，以剪切速度恒定控制為基礎(chǔ)。垂直荷載的高精度液壓同步控制采用位移型PID控制實(shí)現(xiàn)；滲透壓力差值的高精度控制同樣采用位移型PID控制實(shí)現(xiàn)。剪切試驗(yàn)裝置通過(guò)接受反饋信號(hào)值使負(fù)載側(cè)的動(dòng)作能跟進(jìn)指令值，從而實(shí)現(xiàn)高速實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與復(fù)雜控制。與彈簧式垂直剛度一定(CNS)直接剪切試驗(yàn)相比較，新型數(shù)控直接剪切試驗(yàn)機(jī)有如下特點(diǎn)提高了試驗(yàn)結(jié)果的精度；垂直剛度值的設(shè)定和變更可簡(jiǎn)易便利地通過(guò)微機(jī)輸入；可隨時(shí)中斷進(jìn)行中的試驗(yàn)，然后繼續(xù)執(zhí)行。更可在執(zhí)行途中變更控制條件，例如CNL、CNS、CNV控制之間的任意切換，亦可實(shí)現(xiàn)多階段垂直剛度非線性CNS控制。以上所述，僅為本發(fā)明專利較佳的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明專利的保護(hù)范圍并不
6局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明專利揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明專利的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1. 一種圍壓作用下巖石裂隙剪切滲流耦合試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于包括剪切滲流耦合試驗(yàn)盒、軸向加載機(jī)構(gòu)、切向加載機(jī)構(gòu)、圍壓加載機(jī)構(gòu)、水壓加載機(jī)構(gòu)、伺服控制機(jī)構(gòu)、可視化系統(tǒng)；所述剪切滲流耦合試驗(yàn)盒用于放置試樣，包括上剪切盒和下剪切盒，上剪切盒包括上密封套，下剪切盒包括下密封套；上、下密封套分別具有中空腔，由聚氨脂制材料澆注模壓成型，當(dāng)上、下剪切盒相對(duì)移動(dòng)時(shí)，上密封圈和下密封圈的接觸面在滑動(dòng)狀態(tài)下保持壓縮密封，上密封盒上設(shè)置有進(jìn)水孔和排氣孔；下密封盒上設(shè)置有出水孔；所述軸向加載機(jī)構(gòu)用于給試樣加載軸向力，包括軸向加載框架、軸向加載油缸和伺服油源，軸向加載框架包括上橫梁、下橫梁和立柱，軸向加載油缸固定在下橫梁上，軸向加載油缸中的活塞通過(guò)伺服油源可對(duì)剪切滲流耦合試驗(yàn)盒中的試樣施加軸向力；所述切向加載機(jī)構(gòu)用于給試樣加載剪切力，包括切向加載框架、切向加載油缸、力傳感器、位移傳感器，切向加載框架用于承載切向加載油缸，切向加載油缸中的活塞可對(duì)剪切滲流耦合試驗(yàn)盒中的試樣施加剪切力；所述圍壓加載機(jī)構(gòu)用于給試樣加載圍壓以模擬地層的圍壓作用，包括交流伺服電機(jī)及交流伺服電機(jī)控制器、減速機(jī)、滾珠絲杠、加壓水缸，伺服電機(jī)通過(guò)減速機(jī)、滾珠絲杠連接加壓水缸的活塞，加壓水缸的活塞腔連接上、下密封圈的中空腔，通過(guò)控制伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)控制上、下密封圈的中空腔中的壓力，以此得到所需要的試樣圍壓；所述水壓加載機(jī)構(gòu)用于給試樣注水，包括交流伺服電機(jī)及交流伺服電機(jī)控制器、減速機(jī)、滾珠絲杠、加壓水缸，伺服電機(jī)通過(guò)減速機(jī)、滾珠絲杠連接加壓水缸的活塞，加壓水缸的活塞腔連接所述剪切滲流耦合試驗(yàn)盒，通過(guò)控制伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)控制所述剪切滲流耦合試驗(yàn)盒的水壓，產(chǎn)生試樣試驗(yàn)所需的水壓和所需的流量；所述伺服控制機(jī)構(gòu)包括軸向控制系統(tǒng)、切向控制系統(tǒng)、圍壓控制系統(tǒng)、水壓控制系統(tǒng)和操作系統(tǒng)；軸向控制系統(tǒng)和切向壓力控制系統(tǒng)是由各自的EDC全數(shù)字伺服控制器及傳感器構(gòu)成，EDC控制器把各傳感器的信號(hào)進(jìn)行放大處理后進(jìn)行顯示和控制，并與設(shè)定的參數(shù)進(jìn)行比較，然后調(diào)整伺服閥的開(kāi)口大小，以達(dá)到設(shè)定的目標(biāo)值；并同時(shí)把這些數(shù)據(jù)送到計(jì)算機(jī)內(nèi)，由計(jì)算機(jī)進(jìn)行顯示和數(shù)據(jù)處理，畫(huà)出試驗(yàn)曲線，打印試驗(yàn)報(bào)告；水壓控制系統(tǒng)和圍壓控制系統(tǒng)分別包括EDC控制器各自直接控制一個(gè)交流伺服電機(jī)控制器，控制器各自控制一個(gè)交流伺服電機(jī)，使各自加壓水缸的活塞移動(dòng)；水壓、圍壓和活塞的位移轉(zhuǎn)換為電信號(hào)送到 EDC控制器里，經(jīng)放大處理后進(jìn)行顯示和控制，同時(shí)將這些參數(shù)送到計(jì)算機(jī)內(nèi)進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、顯示、畫(huà)曲線和打印試驗(yàn)報(bào)告；所述可視化系統(tǒng)包括數(shù)碼攝像機(jī)和與之相連的計(jì)算機(jī)，所述剪切滲流耦合試驗(yàn)盒上設(shè)置有方形觀測(cè)孔，所述數(shù)碼攝像機(jī)設(shè)置在觀測(cè)孔的上方。
全文摘要
一種圍壓作用下巖石裂隙剪切滲流耦合試驗(yàn)系統(tǒng)，包括剪切滲流耦合試驗(yàn)盒、軸向加載機(jī)構(gòu)、切向加載機(jī)構(gòu)、圍壓加載機(jī)構(gòu)、水壓加載機(jī)構(gòu)、伺服控制機(jī)構(gòu)、可視化系統(tǒng)。
文檔編號(hào)G01N33/24GK102253183SQ20111017678
公開(kāi)日2011年11月23日 申請(qǐng)日期2011年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月28日
發(fā)明者付厚利, 張慶喜, 李廷春, 王剛, 蔣宇靜 申請(qǐng)人:山東科技大學(xué)