一种三向独立加载的大型真三轴仪制造技术

本发明专利技术公开的一种三向独立加载的大型真三轴仪，包括了主机部分、液压加载机构、同步数据采集与处理的控制系统。本发明专利技术的三向独立加载的大型真三轴仪能够对长方体大尺寸试样进行竖轴向和水平面内正交两个方向侧向的加载，通过轴向荷载传感器、轴向位移传感器、孔隙水压力传感器可量测到试样固结和剪切过程中的应力、变形、孔压。本发明专利技术机构简单、轻便以及易于操作，是一种较好的大尺寸试样复杂应力加载机构。本发明专利技术不仅限于静力应力应变加载，还可实现某一频率范围内的动荷施加以及随着时间的蠕变试验。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于岩土工程测试设备
，具体涉及一种三向独立加载的大型真三轴仪。
技术介绍
由于岩土工程的复杂性、多样性和高要求，以及一些新型岩土工程施工技术和施工材料的产生，导致如高填方工程、高土石坝工程，对于岩土工程测试技术的挑战愈来愈大，常规尺寸下的固结仪、直剪仪、三轴仪、平面应变仪以及较小尺寸真三轴仪已经远远不能满足工程的需要。因此，国内外很多研究学者在几十年的时间里开发出不同尺寸的大型固结仪、大型直剪仪、大型三轴仪，试图来研究岩土工程测试的尺寸效应问题，也已取得了很多可靠的研究成果。然而，对于岩土材料在真三维应力条件下尺寸效应问题研究及其缺乏，普遍存在的问题主要有：(1)填筑工程中的粗粒土等具有粒径大和颗粒破碎的问题，常规的土工试验仪器无法对其原型颗粒粒径的土石料进行力学性质的测试，要进行不同程度的缩尺处理。(2)对已经开发的大型常规土工仪器而言，由于其测试的范围的限制，无法测试得到较为复杂的应力路径下大颗粒岩土材料的力学特性。(3)国内外关于粗粒土的研究表明，进行不同程度的缩尺测试得到的对其峰值强度的影响较小，而对于轴向应变(包括侧向的压缩量)和体积变化的影响较为明显。因此，为准确测试得到较大粒径土的在真三维应力条件下的强度变形特性，对现有的真三轴进行技术革新，研制一种大尺寸的大型真三轴仪是非常必要的。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种三向独立加载的大型真三轴仪，能实现对粗粒土进行三向独立加载并进行复杂应力路径下的强度变形测试。本专利技术所采用的技术方案是：一种三向独立加载的大型真三轴仪，包括了主机部分、液压加载机构、同步数据采集与处理的控制系统；主机部分包括加力架底盘、立柱和横梁，加力架底盘、立柱和横梁构成的主机支架，主机支架中上座总成、压力室底板箱、第三压力室侧箱和第二压力室侧箱构成压力室；上座总成的四角处分别设置有扭力平衡机构，上座总成的中间开口且在开口内设置试样帽，试样帽的底部设置上透水板，试样帽的中间连接轴向传力杆，轴向传力杆上穿有与试样帽连接的轴向传力杆辅助机构，轴向传力杆上部连接轴向荷载传感器；压力室底板箱内部设置支撑结构，压力室底板箱侧面连接有上部结构支撑机构，压力室底板箱底部连接轴向压力腔，压力室底板箱的顶部设置有下透水板；压力室内设置有液压囊腔，液压囊腔内设置有液压囊，试样四边设置有四个液压囊，四个液压囊分别位于第三压力室侧箱和第二压力室侧箱的对称方向，四个液压囊连接各个方向的液压加载系统，两个方向的液压囊通过转柱挡板隔离；液压加载机构包括液压源和三向的伺服液压缸组合、电磁阀控制开关、液压连通管开关、轴向压力腔或侧向的液压囊；同步数据采集与处理的控制系统包括程控放大器和定时与逻辑控制器，程控放大器和定时与逻辑控制器的输入端均与轴向位移传感器、轴向荷载传感器、液压传感器、侧向位移传感器连接，程控放大器和定时与逻辑控制器的输出端与采样保持器连接，采样保持器连接A/D转换器，A/D转换器和定时与逻辑控制器均与连接计算机。本专利技术的特点还在于，第三压力室侧箱和第二压力室侧箱与压力室底板箱的顶部连接，第三压力室侧箱和第二压力室侧箱与上座总成的底部连接，轴向压力腔连接油缸基座，油缸基座两侧设置有梁轨组合，上座总成上设置八个加筋板，加筋板上通过锚固螺栓、拉簧和扭力板固定扭力平衡机构。压力室位于主机支架内，主机支架包括加力架底盘，加力架底盘上连接有立柱，立柱上穿有横梁和大螺帽，油缸基座和梁轨组合均与加力架底盘连接。轴向传力杆与轴向位移传感器的一端连接，轴向位移传感器的另一端与上座总成连接。扭力平衡机构中间部分为扭力平衡机构立柱，扭力平衡机构立柱上设置有转柱挡板，转柱挡板通过压簧连座固定在扭力平衡机构立柱的外侧；扭力平衡机构立柱的下部通过支撑结构固定在压力底板箱底部。液压源与分流接头连接，分流接头上连接有压力表，分流接头通过连通管连接电磁阀控制开关的一个接头，电磁阀控制开关另外的两个接头分别连接伺服液压缸组合和液压连通管开关，伺服液压缸组合侧面连接侧向位移传感器，液压连通管开关连接液压传感器。本专利技术的有益效果是：一种三向独立加载的大型真三轴仪能够对立方体大尺寸试样进行轴向和侧向的加载，通过轴向荷载传感器、轴向位移传感器、孔隙水压力传感器可量测到试样固结和剪切过程中的应力、变形、孔压。本专利技术机构简单、轻便以及易于操作，是一种较好的大尺寸试样复杂应力加载机构。本专利技术不仅限于静力应力应变加载，还可实现某一频率范围内的动荷施加以及随着时间的蠕变试验。附图说明图1是本专利技术一种三向独立加载的大型真三轴仪流程图；图2是本专利技术一种三向独立加载的大型真三轴仪的左视图；图3是本专利技术一种三向独立加载的大型真三轴仪中上座总成的结构示意图；图4是本专利技术一种三向独立加载的大型真三轴仪中压力室的横截面剖面图；图5是本专利技术一种三向独立加载的大型真三轴仪中液压加载机构的原理图；图6是本专利技术一种三向独立加载的大型真三轴仪中匹配的同步数据采集与处理的控制系统的原理图。图中，1.加力架底盘，2.主机支架，3.梁轨组合，4.油缸基座，5.轴向压力腔，6.上部结构支撑机构，7.压力室底板箱，8.下透水板，9.楔形销，10.试样，11.第三压力室侧箱，12.立柱，13.扭力平衡机构，14.上透水板，15.上座总成，16.加筋板，17.试样帽，18.轴向传力杆辅助机构，19.轴向传力杆，20.轴向荷载传感器，21.轴向荷载器基座，22.横梁，23.大螺帽，24.扭力平衡机构的支撑结构，25.转柱挡板，26.压簧连座，27.第二压力室侧箱，28.轴向位移传感器，29.锚固螺栓，30.拉簧，31.扭力板，32.扭力平衡机构立柱，33.弧形钢板，34.液压囊腔，35.透水板，36.液压传感器，37.底板锚固螺栓，38.试样底座，39.液压源，40.真空泵，41.真空管，42.快速充液管，43.侧向位移传感器，44.分流接头，45.压力表，46.伺服液压缸组合，47.连通管，48.电磁阀控制开关，49.液压连通管开关，50.液压囊，51.定时与逻辑控制器，52.计算机，53.程控放大器，54.采样保持器，55.A/D转换器。具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利技术进行详细说明。本专利技术提供了一种三向独立加载的大型真三轴仪，包括了主机部分、液压加载机构、同步数据采集与处理的控制系统，主机部分主要是对长方体试样10施加荷载的主要机构；液压加载机构通过控制步进电机、电磁阀以及液压源39为试验提供动力部分；同步数据采集与处理的控制系统能够自动实现对荷载传感器和孔压传感器的信号输入和输出，控制三个方向的应力；如图1所示，主机部分包括加力架底盘1、立柱12和横梁22，加力架底盘1、立柱12和横梁22构成的主机支架2，主机支架2中上座总成15、压力室底板箱7、第三压力室侧箱11小主应力方向压力室侧箱和第二压力室侧箱27中主应力方向压力室侧箱构成压力室；压力室底板箱7内部设置支撑结构24，压力室底板箱7四周开孔，压力室底板箱7侧面连接有上部结构支撑机构6，压力室底板箱7底部连接轴向压力腔5，轴向压力腔5连接油缸基座4，油缸基座4两侧设置有梁轨组合3，轴向压力腔5与加力架底盘1连接，压力室底板箱7的顶部设置有下透水板8，压力室底板箱7上设置的下透水本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三向独立加载的大型真三轴仪，其特征在于，包括了主机部分、液压加载机构、同步数据采集与处理的控制系统；所述主机部分包括加力架底盘(1)、立柱(12)和横梁(22)，加力架底盘(1)、立柱(12)和横梁(22)构成的主机支架(2)，主机支架(2)中上座总成(15)、压力室底板箱(7)、第三压力室侧箱(11)和第二压力室侧箱(27)构成压力室；所述上座总成(15)的四角处分别设置有扭力平衡机构(13)，上座总成(15)的中间开口且在开口内设置试样帽(17)，试样帽(17)的底部设置上透水板(14)，试样帽(17)的中间连接轴向传力杆(19)，轴向传力杆(19)上穿有与试样帽(17)连接的轴向传力杆辅助机构(18)，轴向传力杆(19)上部连接轴向荷载传感器(20)；所述压力室底板箱(7)内部设置支撑结构(24)，压力室底板箱(7)侧面连接有上部结构支撑机构(6)，压力室底板箱(7)底部连接轴向压力腔(5)，压力室底板箱(7)的顶部设置有下透水板(8)；所述压力室内设置有液压囊腔(34)，液压囊腔(34)内设置有液压囊(50)，试样(10)四边设置有四个液压囊(50)，四个液压囊(50)分别位于第三压力室侧箱(11)和第二压力室侧箱(27)的对称方向，四个液压囊(50)连接各个方向的液压加载系统，两个方向的液压囊(50)通过转柱挡板(25)隔离；所述液压加载机构包括液压源(39)和三向的伺服液压缸组合(46)、电磁阀控制开关(48)、液压连通管开关(49)、轴向压力腔(5)或侧向的液压囊(50)；所述同步数据采集与处理的控制系统包括程控放大器(53)和定时与逻辑控制器(51)，程控放大器(53)和定时与逻辑控制器(51)的输入端均与轴向位移传感器(20)、轴向荷载传感器(28)、液压传感器(36)、侧向位移传感器(43)连接，程控放大器(53)和定时与逻辑控制器(51)的输出端与采样保持器(54)连接，采样保持器(54)连接A/D转换器(55)，A/D转换器(55)和定时与逻辑控制器(51)均与连接计算机(52)。...

【技术特征摘要】
1.一种三向独立加载的大型真三轴仪，其特征在于，包括了主机部分、液压加载机构、同步数据采集与处理的控制系统；所述主机部分包括加力架底盘(1)、立柱(12)和横梁(22)，加力架底盘(1)、立柱(12)和横梁(22)构成的主机支架(2)，主机支架(2)中上座总成(15)、压力室底板箱(7)、第三压力室侧箱(11)和第二压力室侧箱(27)构成压力室；所述上座总成(15)的四角处分别设置有扭力平衡机构(13)，上座总成(15)的中间开口且在开口内设置试样帽(17)，试样帽(17)的底部设置上透水板(14)，试样帽(17)的中间连接轴向传力杆(19)，轴向传力杆(19)上穿有与试样帽(17)连接的轴向传力杆辅助机构(18)，轴向传力杆(19)上部连接轴向荷载传感器(20)；所述压力室底板箱(7)内部设置支撑结构(24)，压力室底板箱(7)侧面连接有上部结构支撑机构(6)，压力室底板箱(7)底部连接轴向压力腔(5)，压力室底板箱(7)的顶部设置有下透水板(8)；所述压力室内设置有液压囊腔(34)，液压囊腔(34)内设置有液压囊(50)，试样(10)四边设置有四个液压囊(50)，四个液压囊(50)分别位于第三压力室侧箱(11)和第二压力室侧箱(27)的对称方向，四个液压囊(50)连接各个方向的液压加载系统，两个方向的液压囊(50)通过转柱挡板(25)隔离；所述液压加载机构包括液压源(39)和三向的伺服液压缸组合(46)、电磁阀控制开关(48)、液压连通管开关(49)、轴向压力腔(5)或侧向的液压囊(50)；所述同步数据采集与处理的控制系统包括程控放大器(53)和定时与逻辑控制器(51)，程控放大器(53)和定时与逻辑控制器(51)的输入端均与轴向位移传感器(20)、轴向荷载传感器(28)、液压传感器(36)、侧向位移传感器(43)连接，程控放大器(53)和定时与逻辑控制器(51)的输出端与采样保持器(54)连接，采样保持器(54)连接A/D转换器(55)，A/D转换器(...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵生俊，张建民，陈菲，邵帅，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61