專利名稱：伺服控制巖體真三軸試驗(yàn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種巖體力學(xué)試驗(yàn)設(shè)備，尤其涉及一種大尺寸、高應(yīng)力伺服控制
巖體真三軸試驗(yàn)裝置。
背景技術(shù)：
由于大型地下洞群的規(guī)模逐漸增大，所處的地下地質(zhì)環(huán)境也愈加復(fù)雜。因此，存在深埋、高地應(yīng)力條件下，洞群圍巖的穩(wěn)定性狀況、破壞形態(tài)和破壞機(jī)制等問(wèn)題。現(xiàn)場(chǎng)巖體力學(xué)試驗(yàn)是解決這類問(wèn)題的主要研究方法。當(dāng)前主要采用直剪試驗(yàn)獲取現(xiàn)場(chǎng)巖體強(qiáng)度，直剪試驗(yàn)需要預(yù)設(shè)剪切面，試驗(yàn)結(jié)果只能反映剪切面強(qiáng)度，無(wú)法揭示巖體綜合強(qiáng)度，直剪試驗(yàn)只能與Mohr-Coulomb等少數(shù)強(qiáng)度準(zhǔn)則配套，不能考慮中間主應(yīng)力影響。開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)巖體三軸試驗(yàn)是了解巖體綜合強(qiáng)度的有效途徑。從參考文獻(xiàn)可知，長(zhǎng)江科學(xué)院于1972年在葛洲壩開(kāi)展了現(xiàn)場(chǎng)巖體三軸試驗(yàn)，中科院武漢巖土力學(xué)研究所針對(duì)國(guó)投新集煤礦區(qū)軟巖，開(kāi)展了現(xiàn)場(chǎng)巖體三軸蠕變?cè)囼?yàn)，日本電力工業(yè)研究中心利用其自行研制的設(shè)備，針對(duì)凝灰?guī)r開(kāi)展了等圍壓三軸試驗(yàn)。目前已開(kāi)展的三軸試驗(yàn)巖體試樣尺寸小，無(wú)法揭示巖體綜合強(qiáng)度，與工程巖體實(shí)際綜合狀況相距較大，尺寸效應(yīng)明顯。已開(kāi)展的現(xiàn)場(chǎng)巖體三軸試驗(yàn)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(cè)試巖體綜合強(qiáng)度不準(zhǔn)確。已開(kāi)展的現(xiàn)場(chǎng)巖體三軸試驗(yàn)應(yīng)力水平普遍不高，圍壓不超過(guò)5MPa，且開(kāi)展的都是等圍壓試驗(yàn)。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種地下洞室現(xiàn)場(chǎng)巖體大尺寸試樣、加載液壓枕提供高圍壓且能承載復(fù)雜應(yīng)力的巖體真三軸試驗(yàn)設(shè)備，可獨(dú)立加載伺服控制獲得巖體綜合強(qiáng)度。本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)題采用以下技術(shù)方案一種伺服控制高應(yīng)力巖體真三軸試驗(yàn)裝置，包括反力框架、軸壓加載系統(tǒng)、圍壓加載系統(tǒng)、測(cè)量及采集控制系統(tǒng)，主要是矩形反力框架內(nèi)面四周安裝液壓枕，并套置在現(xiàn)場(chǎng)柱狀巖體試樣外，柱狀巖體試樣尺寸范圍長(zhǎng) 30cm至100cm，寬30cm至100cm，高60cm至150cm，測(cè)桿一端設(shè)置在柱狀巖體試樣側(cè)面中心內(nèi)，測(cè)桿另一端穿過(guò)反力框架接測(cè)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(jì)算機(jī)接轉(zhuǎn)換器EDC，轉(zhuǎn)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(duì)應(yīng)面的液壓枕。而且，矩形反力框架每個(gè)內(nèi)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(nèi)面每對(duì)液壓枕對(duì)柱狀巖體試樣加載最高圍壓25MPa。而且，測(cè)量及采集控制系統(tǒng)為測(cè)桿接徑向變形測(cè)表，徑向變形測(cè)表接入計(jì)算機(jī)。本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比還具有以下的主要優(yōu)點(diǎn)1、利用現(xiàn)場(chǎng)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(yàn)臺(tái)架的剛度及出力問(wèn)題，現(xiàn)場(chǎng)巖體大尺寸試樣試驗(yàn)全面揭示巖體綜合強(qiáng)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(yīng)。2、通過(guò)矩形體反力框架四周內(nèi)面安裝液壓枕，并內(nèi)套置柱狀巖體試樣，液壓枕對(duì)柱狀巖體試樣可進(jìn)行高圍壓加載試驗(yàn)，而且，液壓枕對(duì)柱狀巖體試樣加載均勻柔和應(yīng)力，使試驗(yàn)巖體綜合強(qiáng)度結(jié)果更趨于準(zhǔn)確。3、液壓枕對(duì)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(guò)二套圍壓加載伺服控制系統(tǒng)獨(dú)立控制柱狀巖體試樣對(duì)應(yīng)面的圍壓，由于接入伺服閥，控制增壓器可以試驗(yàn)不同圍壓加載，以揭示巖體綜合強(qiáng)度。4、測(cè)量及采集控制系統(tǒng)由測(cè)桿接變形測(cè)表，并接入計(jì)算機(jī)，從而使測(cè)量與采集試驗(yàn)數(shù)據(jù)由計(jì)算機(jī)控制，使采集試驗(yàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)、精確。5、柱狀巖體試樣尺寸范圍長(zhǎng)30cm至100cm，寬30cm至100cm，高60cm至150cm，，
適用于一定范圍內(nèi)變化的樣品尺寸，也可在實(shí)驗(yàn)室做巖體真三軸壓縮試驗(yàn)，擴(kuò)大了試驗(yàn)儀器使用范圍，適用范圍更廣泛。

圖1是本實(shí)用新型的伺服控制巖體真三軸試驗(yàn)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(cè)表，7'.測(cè)桿，8.軸向變形測(cè)表，8'.測(cè)桿，9、9'.液壓枕，10.現(xiàn)場(chǎng)柱狀巖體試樣，11.增壓器，12.伺服閥，13.伺服油源，14.轉(zhuǎn)換器EDC，15.計(jì)算機(jī)，15'.測(cè)量及采集控制系統(tǒng)，12'.圍壓加載伺服控制系統(tǒng)。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說(shuō)明。如圖1所示，一種伺服控制高應(yīng)力巖體真三軸試驗(yàn)裝置，由反力框架、軸壓加載系統(tǒng)、圍壓加載系統(tǒng)、測(cè)量及采集控制系統(tǒng)組成。利用現(xiàn)場(chǎng)巖體直接做成柱狀大尺寸試樣，尺寸范圍長(zhǎng)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(nèi)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(duì)應(yīng)面液壓枕(9) (9)對(duì)巖體試樣(10)加載，一套圍壓加載伺服控制系統(tǒng)(12')單獨(dú)控制柱狀巖體試樣(10)側(cè)面的兩對(duì)應(yīng)面液壓枕(9) (9)；每個(gè)內(nèi)面沿中心位置上下安裝兩個(gè)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(duì)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(cè)面兩對(duì)應(yīng)面液壓枕(9) (9)、(9' )(9')，在矩形反力框架(6)四周內(nèi)面有八對(duì)液壓枕，每對(duì)液壓枕對(duì)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(jì)算機(jī)(15)接轉(zhuǎn)換器 EDC (14)，轉(zhuǎn)換器EDC (14)接入伺服閥(12)，伺服閥(12)通過(guò)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(cè)面中心內(nèi)置測(cè)桿(7')，測(cè)桿(7')另一端穿過(guò)反力框架(6)接測(cè)量及采集控制系統(tǒng)(15')，測(cè)量及采集控制系統(tǒng)(15')將測(cè)桿(7')由數(shù)據(jù)線分別接徑向變形測(cè)表(7)，徑向變形測(cè)表(7)接入計(jì)算機(jī)(15)，計(jì)算機(jī)(1 分別輸出試樣四周側(cè)面變形數(shù)據(jù)。利用現(xiàn)場(chǎng)巖體做成柱狀大尺寸試樣，便于提供一定范圍內(nèi)變化的樣品尺寸，反力框架套置柱狀巖體試樣，克服試驗(yàn)臺(tái)架的剛度問(wèn)題及出力問(wèn)題，利用現(xiàn)場(chǎng)巖體大尺寸試樣試驗(yàn)全面揭示巖體綜合強(qiáng)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(yīng)，也可在實(shí)驗(yàn)室做巖體真三軸壓縮試驗(yàn)，擴(kuò)大了試驗(yàn)儀器使用范圍。巖體真三軸壓縮試驗(yàn)裝置，柱狀大尺寸試樣頂面的鋼板( 上設(shè)置多個(gè)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(dú)控制柱狀巖體試樣頂面軸壓加載，軸壓控制系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)(15)接轉(zhuǎn)換器EDC(14)，轉(zhuǎn)換器EDC(14)接入伺服閥(12)，伺服閥(1 通過(guò)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(cè)桿(8')接測(cè)量及采集控制系統(tǒng)的軸向變形測(cè)表(8)，軸向變形測(cè)表(8)接計(jì)算機(jī)(15)，單獨(dú)測(cè)得試樣軸向變形。巖體真三軸壓縮試驗(yàn)裝置安裝完成，開(kāi)啟計(jì)算機(jī)(15)、轉(zhuǎn)換器EDC(14)，啟動(dòng)伺服油源(1 。試驗(yàn)人員將試驗(yàn)指令輸入計(jì)算機(jī)(15)，然后開(kāi)始試驗(yàn)。試驗(yàn)人員的指令由轉(zhuǎn)換器EDC(14)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，發(fā)送給伺服閥(12)，伺服閥(12)依據(jù)轉(zhuǎn)換器EDC(14)的指令，將伺服油源(1 提供的壓力進(jìn)行調(diào)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(guò)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(dú)控制柱狀巖體試樣(10) 側(cè)面兩對(duì)應(yīng)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(guò)測(cè)桿傳遞，然后被軸向變形測(cè)表(8)和徑向變形測(cè)表(7)采集，并通過(guò)數(shù)據(jù)線傳遞給計(jì)算機(jī)(15)，計(jì)算機(jī)(15)按試驗(yàn)人員要求繪制實(shí)時(shí)試驗(yàn)曲線。
權(quán)利要求1.一種伺服控制高應(yīng)力巖體真三軸試驗(yàn)裝置，包括反力框架、軸壓加載系統(tǒng)、圍壓加載系統(tǒng)、測(cè)量及采集控制系統(tǒng)，其特征在于矩形反力框架(6)內(nèi)面四周安裝液壓枕(9)，并套置在現(xiàn)場(chǎng)柱狀巖體試樣(10)外，柱狀巖體試樣(10)尺寸范圍長(zhǎng)30cm至100cm，寬30cm 至100cm，高60cm至150cm，測(cè)桿(7') 一端設(shè)置在柱狀巖體試樣(10)側(cè)面中心內(nèi)，測(cè)桿 (7')另一端穿過(guò)反力框架(6)接測(cè)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(quán)利要求1所述一種伺服控制高應(yīng)力巖體真三軸試驗(yàn)裝置，其特征在于圍壓加載伺服控制系統(tǒng)(12')為計(jì)算機(jī)(15)接轉(zhuǎn)換器EDC(14)，轉(zhuǎn)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(quán)利要求1或2所述一種伺服控制高應(yīng)力巖體真三軸試驗(yàn)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(duì)應(yīng)面的液壓枕(9)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種伺服控制高應(yīng)力巖體真三軸試驗(yàn)裝置，其特征在于矩形反力框架(6)每個(gè)內(nèi)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(quán)利要求1或2所述一種伺服控制高應(yīng)力巖體真三軸試驗(yàn)裝置，其特征在于 矩形反力框架(6)內(nèi)面每對(duì)液壓枕(9) (9),(9' )(9')對(duì)柱狀巖體試樣(10)加載最高圍壓 25MPa。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種伺服控制高應(yīng)力巖體真三軸試驗(yàn)裝置，其特征在于測(cè)量及采集控制系統(tǒng)(15')為測(cè)桿(7')接徑向變形測(cè)表(7)，徑向變形測(cè)表(7)接入計(jì)算機(jī) (15)。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種伺服控制高應(yīng)力巖體真三軸試驗(yàn)裝置，包括反力框架、軸壓加載系統(tǒng)、圍壓加載系統(tǒng)、測(cè)量及采集控制系統(tǒng)，主要是矩形反力框架內(nèi)面四周安裝液壓枕，并套置在現(xiàn)場(chǎng)柱狀巖體試樣外，柱狀巖體試樣尺寸范圍長(zhǎng)30cm至100cm，寬30cm至100cm，高60cm至150cm，測(cè)桿一端設(shè)置在柱狀巖體試樣側(cè)面中心內(nèi)，測(cè)桿另一端穿過(guò)反力框架接測(cè)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(chǎng)巖體大尺寸試樣、加載液壓枕提供高圍壓，且能承載復(fù)雜應(yīng)力，可獨(dú)立加載伺服控制獲得巖體綜合強(qiáng)度。
文檔編號(hào)G01N3/12GK202101906SQ20112019465
公開(kāi)日2012年1月4日 申請(qǐng)日期2011年6月10日 優(yōu)先權(quán)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(shù), 楊宜, 楊漢良, 熊詩(shī)湖, 王玉明, 范雷, 謝斌, 趙仁義, 鄔愛(ài)清, 郝慶澤, 鐘作武, 陳強(qiáng), 韓軍, 馬東輝 申請(qǐng)人:長(zhǎng)春市朝陽(yáng)試驗(yàn)儀器有限公司, 長(zhǎng)江水利委員會(huì)長(zhǎng)江科學(xué)院