本發(fā)明屬于地質(zhì)力學(xué)模型試驗(yàn)領(lǐng)域，具體涉及一種地質(zhì)力學(xué)模型試驗(yàn)相似材料全自動(dòng)制檢裝置與方法。

背景技術(shù)：

1、本部分的陳述僅僅是提供了與本發(fā)明相關(guān)的背景技術(shù)信息，不必然構(gòu)成在先技術(shù)。

2、地質(zhì)力學(xué)模型試驗(yàn)是分析工程問(wèn)題的一種常用手段，通常與數(shù)值試驗(yàn)、理論分析相結(jié)合，共同探索工程問(wèn)題的發(fā)生機(jī)理。相似材料配比試驗(yàn)是地質(zhì)力學(xué)模型試驗(yàn)的關(guān)鍵一步，其試驗(yàn)結(jié)果關(guān)系著試驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和研究結(jié)論的正確性。相似材料配比試驗(yàn)過(guò)程繁瑣而細(xì)致，需要制作大量不同配比的試件，然后反復(fù)進(jìn)行力學(xué)試驗(yàn)，最終才能得到符合條件的材料配比。

3、目前，配比試件制作方面主要存在以下幾個(gè)問(wèn)題：

4、1、試件制作和裝置選擇不規(guī)范：

5、配比試件制作過(guò)程中需要經(jīng)歷多道工序，在每一道工序的實(shí)施過(guò)程中，對(duì)于該工序中試驗(yàn)裝置的選擇較隨意，不夠規(guī)范，導(dǎo)致所制作的試件存在較大的誤差，制成試件的合格率較低。

6、2、試件制作效率低、成本高：

7、配比試驗(yàn)需要制作大量試件，目前試件的制作方法主要有人工夯實(shí)和機(jī)器壓實(shí)兩種，但這兩種方法每次均只能制作一個(gè)試件，且成功率難以保證。人工夯實(shí)費(fèi)時(shí)費(fèi)力，采用單軸壓力機(jī)壓實(shí)經(jīng)濟(jì)成本高。這都制約了配比試驗(yàn)的高效開(kāi)展。

8、3、試件均勻性難以保證：

9、根據(jù)巖石物理力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)規(guī)程，每種配比試件的制作數(shù)量不應(yīng)少于3個(gè)；采用現(xiàn)有的試件制作方法，同一組試件的壓實(shí)度和成型效果往往受到試驗(yàn)者、夯實(shí)工具、添料時(shí)機(jī)等多種因素的影響，進(jìn)而導(dǎo)致同一組試件的試驗(yàn)結(jié)果出現(xiàn)較大的離散性，直接影響配比試驗(yàn)的準(zhǔn)確性。

10、4、成品試件檢測(cè)受限：

11、試件制作成型后，對(duì)于試件尺寸的檢驗(yàn)一般采用人工用尺子進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量不方便，且在測(cè)量過(guò)程中極易損壞試件、測(cè)量精度較低。

12、5、不能在制樣過(guò)程中實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)檢測(cè)：

13、試樣制作過(guò)程中，往往是按照某一固定流程進(jìn)行操作，在制樣過(guò)程中無(wú)法根據(jù)實(shí)際情況實(shí)時(shí)調(diào)整，不能實(shí)現(xiàn)制樣過(guò)程中的實(shí)時(shí)檢測(cè)。

14、以上問(wèn)題制約了配比試件的制作效率和試驗(yàn)效果，降低了配比試驗(yàn)的準(zhǔn)確性，影響了模型試驗(yàn)的可靠性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明為了解決上述問(wèn)題，提出了一種地質(zhì)力學(xué)模型試驗(yàn)相似材料全自動(dòng)制檢裝置與方法，本發(fā)明能夠保證同一組試件的均勻性，提高配比試驗(yàn)的效率和準(zhǔn)確性，使得試件制作過(guò)程流程化、規(guī)范化，同時(shí)能夠有效合理對(duì)試樣進(jìn)行評(píng)價(jià)檢測(cè)；具有制作效率高、成型效果好、試件離散性小、操作便捷、制作規(guī)范化、流程化等優(yōu)點(diǎn)。

2、根據(jù)一些實(shí)施例，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

3、一種地質(zhì)力學(xué)模型試驗(yàn)相似材料全自動(dòng)制檢裝置，包括智能多級(jí)配料與均勻性檢測(cè)系統(tǒng)、自適應(yīng)伺服加壓系統(tǒng)、防粘結(jié)多規(guī)格成型與均壓檢測(cè)系統(tǒng)和可拆卸自動(dòng)烘干與含水量校核系統(tǒng)，其中：

4、所述智能多級(jí)配料與均勻性檢測(cè)系統(tǒng)，包括攪拌裝置、自動(dòng)配料組件和配料均勻性實(shí)時(shí)檢測(cè)組件，所述攪拌裝置設(shè)置于自動(dòng)配料組件內(nèi)，用于對(duì)自動(dòng)配料組件內(nèi)的原料進(jìn)行多級(jí)攪拌，其旋轉(zhuǎn)中心軸內(nèi)部連接有配料均勻性實(shí)時(shí)檢測(cè)組件，用于監(jiān)測(cè)配料的均勻性；

5、所述自適應(yīng)伺服加壓系統(tǒng)，包括伺服液壓加載組件、自適應(yīng)控制組件、承載臺(tái)和加載壓頭，所述伺服液壓加載組件和加載壓頭連接，加載壓頭和用于放置試樣的承載臺(tái)之間距離可調(diào)，所述自適應(yīng)控制組件用于控制伺服液壓加載組件的加壓參數(shù)；

6、所述防粘結(jié)多規(guī)格成型與均壓檢測(cè)系統(tǒng)包括多個(gè)設(shè)置在加載壓頭下方圓周設(shè)置的可替換模具組件，每個(gè)可替換模具組件由一獨(dú)立的液壓伸縮桿驅(qū)動(dòng)，以對(duì)試樣形態(tài)進(jìn)行更改，可替換模具組件內(nèi)部設(shè)置有壓力傳感器，用于檢測(cè)試件內(nèi)部是否存在空腔缺陷；

7、所述可拆卸自動(dòng)烘干與含水量離散度校核系統(tǒng)，包括設(shè)置在承載臺(tái)側(cè)面的烘干設(shè)備和含水量離散度校核組件，所述烘干設(shè)備的作用區(qū)域和所述承載臺(tái)/試樣的所在區(qū)域至少有部分重疊，所述含水量離散度校核組件包含用于檢測(cè)試樣質(zhì)量和含水量的組件。

8、作為可選擇的實(shí)施方式，所述自動(dòng)配料組件包括原料倉(cāng)、初級(jí)攪拌倉(cāng)、震動(dòng)篩網(wǎng)和充分?jǐn)嚢鑲}(cāng)，所述原料倉(cāng)位于自動(dòng)配料組件頂部，下端通過(guò)分離式可旋出底盤連接初級(jí)攪拌倉(cāng)，初級(jí)攪拌倉(cāng)下端通過(guò)分離式可旋出底盤連接震動(dòng)篩網(wǎng)，震動(dòng)篩網(wǎng)下端通過(guò)分離式可旋出篩網(wǎng)連接充分?jǐn)嚢鑲}(cāng)，出料口位于充分?jǐn)嚢鑲}(cāng)底端。

9、作為可選擇的實(shí)施方式，所述攪拌裝置具有至少兩組聯(lián)合攪拌葉，每組聯(lián)合攪拌葉通過(guò)中心旋轉(zhuǎn)軸與頂端電機(jī)相連，且分別位于初級(jí)攪拌倉(cāng)和充分?jǐn)嚢鑲}(cāng)。

10、作為可選擇的實(shí)施方式，所述配料均勻性實(shí)時(shí)檢測(cè)組件包括兩組動(dòng)態(tài)扭矩傳感器與信號(hào)傳輸線，分別位于初級(jí)攪拌倉(cāng)內(nèi)的聯(lián)合攪拌葉的軸心與充分?jǐn)嚢鑲}(cāng)聯(lián)合攪拌葉的軸心，通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)相應(yīng)聯(lián)合攪拌葉處扭矩實(shí)現(xiàn)攪拌倉(cāng)內(nèi)部均勻性檢測(cè)。

11、作為可選擇的實(shí)施方式，所述自適應(yīng)伺服加壓系統(tǒng)的加載壓頭為可拆卸加載壓頭，所述承載臺(tái)為可升降臺(tái)，且自適應(yīng)伺服加壓系統(tǒng)還配置有可視化控制面板，可拆卸加載壓頭與伺服液壓加載組件通過(guò)固定螺栓連接，可視化控制面板位于加載壓頭側(cè)面，試件承載臺(tái)位于可拆卸加載壓頭正下方，自適應(yīng)控制組件位于可拆卸加載壓頭與試件承載臺(tái)內(nèi)部；

12、所述可拆卸加載壓頭可替換為鉆頭，鉆頭上設(shè)置有傳感器。

13、作為可選擇的實(shí)施方式，所述自適應(yīng)控制組件包括位于可拆卸加載壓頭內(nèi)部的位移傳感器與壓力傳感器，以及位于試件承載臺(tái)內(nèi)部的質(zhì)量傳感器與信號(hào)處理裝置，所述信號(hào)處理裝置和上述傳感器連接，獲取相應(yīng)的參數(shù)，用于在壓制過(guò)程中根據(jù)預(yù)設(shè)的參數(shù)和獲取的參數(shù)對(duì)試件加壓參數(shù)進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)整。

14、作為可選擇的實(shí)施方式，所述防粘結(jié)多規(guī)格成型與均壓檢測(cè)系統(tǒng)包括四組可替換模具組件、聚四氟乙烯墊層、四組液壓伸縮桿與四組壓力傳感器，其中，可替換模具組件環(huán)繞于可拆卸加載壓頭下方，底部緊貼承載臺(tái)，聚四氟乙烯墊層位于可替換模具的試件側(cè)，液壓伸縮桿位于可替換模具組件外側(cè)，二者通過(guò)固定螺栓連接，壓力傳感器位于可替換模具組件內(nèi)部。

15、作為可選擇的實(shí)施方式，所述可拆卸自動(dòng)烘干與含水量校核系統(tǒng)包括可拆卸烘干機(jī)、試件推送裝置、單向密封門、烘干室與含水量校核組件，其中，試件推送裝置位于承載臺(tái)的底部的側(cè)面，兩臺(tái)可拆卸烘干機(jī)位于承載臺(tái)的兩側(cè)，并開(kāi)口朝向烘干室，烘干室位于試件推送裝置與承載臺(tái)的延長(zhǎng)線上，烘干室的中間由單向密封門隔離，含水量校核組件包括烘干室內(nèi)設(shè)置的質(zhì)量傳感器與含水量計(jì)算系統(tǒng)。

16、基于上述地質(zhì)力學(xué)模型試驗(yàn)相似材料全自動(dòng)制檢裝置的工作方法，包括以下步驟：

17、（1）根據(jù)所需配料比例稱重物料并分別添加至原料倉(cāng)，啟動(dòng)攪拌裝置，使原料落入初級(jí)攪拌倉(cāng)，由聯(lián)合攪拌葉對(duì)原料進(jìn)行初級(jí)攪拌；由配料均勻性實(shí)時(shí)檢測(cè)組件實(shí)時(shí)檢測(cè)聯(lián)合攪拌葉處扭矩，待扭矩值穩(wěn)定后認(rèn)為物料拌合均勻，使物料落入震動(dòng)篩網(wǎng)；對(duì)拌合后物料進(jìn)行篩分，篩分后物料落入充分?jǐn)嚢鑲}(cāng)；由聯(lián)合攪拌葉對(duì)原料進(jìn)行充分?jǐn)嚢?，配料均勻性?shí)時(shí)檢測(cè)組件實(shí)時(shí)檢測(cè)聯(lián)合攪拌葉處扭矩，待扭矩值再次穩(wěn)定后認(rèn)為物料拌合均勻；

18、（2）預(yù)設(shè)本次制樣所需高度、壓實(shí)度、預(yù)期質(zhì)量與保壓時(shí)間并啟動(dòng)裝置，將四塊可替換模具組件由液壓油缸推動(dòng)向內(nèi)合攏成完整模具；

19、（3）按照輸入預(yù)期質(zhì)量添加拌合后原料，原料質(zhì)量由承載臺(tái)內(nèi)部質(zhì)量傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)；可拆卸加載壓頭向下移動(dòng)并按照設(shè)定壓實(shí)度對(duì)模具內(nèi)原料進(jìn)行壓制；

20、（4）可替換模具組件內(nèi)部的四組壓力傳感器分別對(duì)壓力進(jìn)行實(shí)時(shí)記錄，若四組誤差值小于設(shè)定值，認(rèn)為試樣無(wú)缺陷，繼續(xù)進(jìn)行，否則認(rèn)為試樣存在缺陷，機(jī)器報(bào)警，取出試樣后重新從步驟（2）開(kāi)始操作；

21、（5）加載壓頭按照預(yù)設(shè)保壓時(shí)間對(duì)試件進(jìn)行保壓操作，可拆卸加載壓頭內(nèi)部的位移傳感器對(duì)保壓后試樣高度進(jìn)行記錄，自動(dòng)計(jì)算當(dāng)前壓力下試樣密度并根據(jù)輸入高度計(jì)算所需質(zhì)量，保壓結(jié)束后加載壓頭自動(dòng)收回，同時(shí)可替換模具組件同步收回防止試樣粘連，完成脫模；

22、（6）承載臺(tái)下降，試件下降進(jìn)入烘干室側(cè)，由試件推送裝置將試件推入烘干室，按照自適應(yīng)計(jì)算得到的實(shí)際所需質(zhì)量添加拌合后原料，原料質(zhì)量由承載臺(tái)內(nèi)部質(zhì)量傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)；

23、（7）重復(fù)步驟（3）-（6）；

24、（8）開(kāi)啟烘干機(jī)，烘干至指定時(shí)間或烘干室底部壓力傳感器數(shù)值不再發(fā)生變化時(shí)停止，烘干室底部壓力傳感器與承載臺(tái)內(nèi)部質(zhì)量傳感器實(shí)時(shí)記錄試樣質(zhì)量，進(jìn)行含水量離散度計(jì)算，根據(jù)需求決定該批次試樣是否合格；

25、（9）可替換模具組件由液壓加載裝置推動(dòng)合攏，更換加載壓頭為智能鉆頭，選取制備試樣置于可替換模具組件內(nèi)部，開(kāi)始隨鉆檢測(cè)，控制面板通過(guò)推進(jìn)速度、鉆頭轉(zhuǎn)速、鉆進(jìn)推力和鉆進(jìn)扭矩計(jì)算粘聚力、內(nèi)摩擦角與單軸抗壓強(qiáng)度，完成該批次的試件的完整檢測(cè)過(guò)程。

26、作為可選擇的實(shí)施方式，自動(dòng)計(jì)算當(dāng)前壓力下試樣密度并根據(jù)輸入高度計(jì)算所需質(zhì)量的過(guò)程中，計(jì)算公式如下：

27、；

28、式中： m1為實(shí)際所需質(zhì)量， l1為預(yù)期高度， m2為理論預(yù)期質(zhì)量， l2為當(dāng)前高度。

29、作為可選擇的實(shí)施方式，進(jìn)行含水量離散度計(jì)算，計(jì)算公式如下：

30、；

31、其中，為含水量離散度，即含水量方差， n為試件數(shù)量，為烘干室底部壓力傳感器記錄質(zhì)量，為承載臺(tái)內(nèi)部質(zhì)量傳感器記錄質(zhì)量，為使用烘干室底部壓力傳感器記錄值計(jì)算的含水量，為使用承載臺(tái)內(nèi)部質(zhì)量傳感器記錄值計(jì)算的含水量，為脫水后總質(zhì)量。

32、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：

33、（1）本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了拌料、篩分、壓制、烘干的試樣制作全流程自動(dòng)化，可視化控制面板控制液壓加載裝置實(shí)現(xiàn)加壓、保壓、卸壓全過(guò)程，提高了制作效率、降低了試件之間的離散性。

34、（2）本發(fā)明可以根據(jù)不同試樣的制作要求隨意更換制作試件的尺寸與形狀，通過(guò)更換可拆卸壓頭與組合模具，可以實(shí)現(xiàn)應(yīng)對(duì)各種試樣制作需求。

35、（3）本發(fā)明的組合模具中單個(gè)模具組件與試件接觸面積小，同時(shí)內(nèi)表面涂有聚四氟乙烯材料，可以實(shí)現(xiàn)組合模具同時(shí)、勻速拆卸，最大程度降低了脫模流程中對(duì)試樣可能產(chǎn)生的破壞，減小了試件成型過(guò)程所受的摩擦力，脫模更加容易，成型率更高。

36、（4）本發(fā)明可以實(shí)時(shí)檢測(cè)試樣制備情況并根據(jù)預(yù)設(shè)制備指標(biāo)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整，在制作過(guò)程中實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)每個(gè)試件的高度、質(zhì)量與壓實(shí)度情況，最大限度的避免了不合格試樣的產(chǎn)生。

37、（5）本發(fā)明可以對(duì)試件的力學(xué)性能進(jìn)行及時(shí)檢測(cè)，通過(guò)更換壓頭，可以直接讀取制備試樣的各項(xiàng)力學(xué)參數(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)試樣的全面檢測(cè)與評(píng)估。

38、為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉較佳實(shí)施例，并配合所附附圖，作詳細(xì)說(shuō)明如下。