專利名稱：現場伺服控制巖體真三軸試驗裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種巖體力學試驗設備，尤其涉及一種利用地下洞室開展現場大尺寸、高應力巖體真三軸試驗的裝置。
背景技術：
由于大型地下洞群的規模逐漸增大，所處的地下地質環境條件也愈加復雜。因此， 存在深埋、高地應力條件下，洞群圍巖的穩定性狀況、破壞形態和破壞機制等問題。現場巖體力學試驗是解決這類問題的主要研究方法。當前主要采用直剪試驗獲取現場巖體強度，直剪試驗需要預設剪切面，試驗結果只能反映剪切面強度，無法揭示巖體綜合強度，直剪試驗只能與Mohr-Coulomb等少數強度準則配套，不能考慮中間主應力影響。開展現場巖體三軸試驗是了解巖體綜合強度的有效途徑。從參考文獻可知，長江科學院于1972年在葛洲壩開展了現場巖體三軸試驗，中科院武漢巖土力學研究所針對國投新集煤礦區軟巖，開展了現場巖體三軸蠕變試驗，日本電力工業研究中心利用其自行研制的設備，針對凝灰巖開展了等圍壓三軸試驗。以往三軸試驗巖體試樣尺寸小，無法揭示巖體綜合強度，與工程巖體實際綜合狀況相距較大，尺寸效應明顯。如要開展現場大尺寸巖體試驗，需要大噸位千斤頂給試樣加載提供軸壓，從而也需要較大反力承載，現有試驗臺架的剛度和出力水平難以滿足要求。
發明內容本實用新型的目的是為了克服現有技術的缺陷，提供一種利用地下洞室現場大尺寸巖體試樣，大噸位千斤頂加載提供高軸壓，且由現場巖體提供軸壓反力，適用于復雜應力條件的巖體真三軸試驗設備，可獨立加載伺服控制，獲得準確的巖體綜合強度。本實用新型解決其技術問題采用以下技術方案一種現場伺服控制巖體真三軸試驗裝置，包括軸壓加載系統、圍壓加載系統、測量及采集控制系統，主要是在地下洞室現場柱狀巖體試樣頂面平置鋼板，鋼板上均布設置至少二個或二個以上千斤頂，每個千斤頂上平置鋼板，鋼板上設置傳力柱，傳力柱上頂洞室巖體面，傳力柱與洞室巖體面由鋼板隔置， 柱狀巖體試樣尺寸范圍長30cm至100cm，寬30cm至100cm，高60cm至150cm，測桿一端設置在柱狀巖體試樣頂面中心內，測桿另一端穿過鋼板孔接測量及采集控制系統，千斤頂接軸壓加載伺服控制系統。而且，軸壓加載伺服控制系統為計算機接轉換器EDC，轉換器EDC接伺服閥，伺服閥一端接油源，另一端接增壓器，增壓器接千斤頂。而且，千斤頂對柱狀巖體試樣頂面加載最高軸壓120MPa。而且，測量及采集控制系統為測桿接軸向變形測表，軸向變形測表接入計算機。本實用新型與現有技術相比還具有以下的主要優點1、利用現場巖體做成柱狀大尺寸試樣，多個大噸位千斤頂加載軸壓，克服試驗臺架的剛度和出力問題，現場巖體大尺寸試樣試驗全面揭示巖體綜合強度，避免樣品尺寸小與工程巖體相距較大而產生的尺寸效應。2、由于在柱狀大尺寸試樣頂面上設多個大噸位千斤頂加載軸壓，通過傳力柱將千斤頂的荷載傳遞給上部洞室巖體面，充分利用地下洞室現場巖體承載，產生較大反力，達到柱狀大尺寸試樣的軸壓加載目的。 3、千斤頂對柱狀巖體試樣施加軸壓，千斤頂接軸壓加載伺服控制系統，可以獨立控制柱狀巖體試樣的軸壓，由于接入伺服閥，控制增壓器可以試驗不同軸壓加載，揭示巖體綜合強度。4、測量及采集控制系統由測桿接變形測表，并接入計算機，從而使測量與采集試驗數據由計算機控制，使采集試驗數據實時、精確。5、柱狀巖體試樣尺寸范圍長30cm至100cm，寬30cm至100cm，高60cm至150cm， 利用地下洞室巖體現場可以提供一定范圍內變化的樣品尺寸，擴大了試驗儀器使用范圍， 適用范圍更廣泛。
圖1是本實用新型現場伺服控制巖體真三軸試驗裝置示意圖。1.洞室巖體面，2、2'、2〃 .鋼墊板，2-1.鋼板孔，3.傳力柱，4.千斤頂，5.油管， 6.反力框架，7.徑向變形測表，7'.測桿，8.軸向變形測表，8'.測桿，9、9'.液壓枕， 10.現場柱狀巖體試樣，11.增壓器，12.伺服閥，13.伺服油源，14.轉換器EDC，15.計算機， 15'.測量及采集控制系統，12".軸壓加載伺服控制系統。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型進一步說明。如圖1所示，一種現場伺服控制巖體真三軸試驗裝置，由反力框架、軸壓加載系統、圍壓加載系統、測量及采集控制系統組成。利用地下洞室現場巖體直接做成柱狀大尺寸試樣，尺寸范圍長30cm至100cm，寬30cm至100cm，高60cm至150cm，便于提供一定范圍內變化的樣品尺寸，柱狀巖體試樣(10)頂面上平置鋼板(2)，其上均布設置至少二個或二個以上千斤頂(4)，每個千斤頂(4)上平置鋼板(2‘)，傳力柱(3)設置鋼板(2‘)上，傳力柱(3)上面平置鋼板(2")，并頂住洞室巖體頂面(1)，利用地下洞室巖體強度，直接用洞室巖體面承載千斤頂軸壓產生的較大反力，達到柱狀大尺寸試樣軸壓加載效果。柱狀巖體試樣(10)頂面與千斤頂(4)之間、千斤頂(4)頂面與傳力柱(3)之間、傳力柱(3)頂面與洞室巖體面(1)之間分別由鋼板(2)、(2' )、(2")隔置；千斤頂(4)接軸壓加載伺服控制系統(12")，軸壓加載伺服控制系統(12")單獨控制柱狀巖體試樣(10)頂面千斤頂(4) 軸壓加載，軸壓加載伺服控制系統(12")由數據線將計算機(15)接轉換器EDC(14)，接轉換器EDC (14)接入伺服閥(12)，伺服閥(12)通過油管(5) —端接油源(13)，另一端接入增壓器(11)，增壓器(11)接千斤頂⑷千斤頂⑷對柱狀巖體試樣(10)頂面加載最高軸壓 120MPa。柱狀大尺寸試樣頂面中心內置測桿(8')，測桿(8')另一端穿過鋼板孔(2-1) 接測量及采集控制系統(15')，測量及采集控制系統(15')是測桿(8')接軸向變形測表(8)，軸向變形測表(8)的數據通過數據線接入計算機(15)，輸出試樣頂面變形數據。巖體真三軸壓縮試驗裝置，試驗裝置反力框架為矩形柱體，矩形柱體反力框架(6) 四周內面安裝液壓枕(9) (9')，并套置在柱狀巖體試樣(10)外，圍壓加載伺服控制系統接入柱狀巖體試樣(10)側面兩對應面液壓枕(9) (9')，并能夠單獨控制圍壓加載，圍壓加載伺服控制系統由數據線將計算機(15)接轉換器EDC(14)，轉換器EDC(14)接入伺服閥 (12)，伺服閥(12)通過油管(5) 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')，液壓枕(9) (9')對柱狀巖體試樣(10)四面加載最高圍壓25MPa。巖體真三軸壓縮試驗裝置安裝完成，開啟計算機(15)、轉換器EDC(14)，啟動伺服油源(1 。試驗人員將試驗指令輸入計算機(15)，然后開始試驗。試驗人員的指令由轉換器EDC(14)轉換為電信號，發送給伺服閥(12)，伺服閥(12)依據轉換器EDC(14)的指令，將伺服油源(1 提供的壓力進行調節，然后將指定壓力輸送給增壓器(11)，增壓器將伺服閥的壓力放大，然后將放大的壓力通過油管( 輸送給柱狀大尺寸試樣軸向千斤頂，軸壓加載控制系統(12")控制柱狀巖體試樣(10)軸向千斤頂(4)軸壓加載。試樣(10)受千斤頂(4)荷載作用后，所發生的變形分別通過測桿傳遞，然后被軸向變形測表(8)采集，并通過數據線傳遞給計算機(15)，計算機(15)按試驗人員要求繪制實時試驗曲線。
權利要求1.一種現場伺服控制巖體真三軸試驗裝置，包括軸壓加載系統、圍壓加載系統、測量及采集控制系統，其特征在于地下洞室現場柱狀巖體試樣(10)頂面平置鋼板(2)，鋼板 (2)上均布設置至少二個或二個以上千斤頂(4)，每個千斤頂(4)上平置鋼板(2')，鋼板 (2')上設置傳力柱(3)，傳力柱(3)上頂洞室巖體面(1)，傳力柱(3)與洞室巖體面(1) 由鋼板(2〃)隔置，柱狀巖體試樣(10)尺寸范圍長30cm至100cm，寬30cm至100cm，高 60cm至150cm，測桿(8') 一端設置在柱狀巖體試樣(10)頂面中心內，測桿(8')另一端穿過鋼板孔(2-1)接測量及采集控制系統(15')，千斤頂(4)接軸壓加載伺服控制系統 (12")。
2.根據權利要求1所述一種現場伺服控制巖體真三軸試驗裝置，其特征在于軸壓加載伺服控制系統(12")為計算機(15)接轉換器EDC (14)，轉換器EDC (14)接伺服閥(12)， 伺服閥(12) 一端接油源(13)，另一端接增壓器(11)，增壓器(11)接千斤頂(4)。
3.根據權利要求1或2所述一種現場伺服控制巖體真三軸試驗裝置，其特征在于千斤頂(4)對柱狀巖體試樣(10)頂面加載最高軸壓120MPa。
4.根據權利要求1所述一種現場伺服控制巖體真三軸試驗裝置，其特征在于測量及采集控制系統(15')為測桿(8')接軸向變形測表(8)，軸向變形測表(8)接入計算機。
專利摘要本實用新型公開了一種現場伺服控制巖體真三軸試驗裝置，包括軸壓加載系統、圍壓加載系統、測量及采集控制系統，主要是在地下洞室現場柱狀巖體試樣頂面平置鋼板，鋼板上均布設置至少二個或二個以上千斤頂，每個千斤頂上平置鋼板，鋼板上設置傳力柱，傳力柱上平置鋼板并上頂洞室巖體面，柱狀巖體試樣尺寸范圍長30cm至100cm，寬30cm至100cm，高60cm至150cm，測桿一端設置在柱狀巖體試樣頂面中心內，測桿另一端穿過鋼板孔接測量及采集控制系統，千斤頂接軸壓加載伺服控制系統。本裝置利用地下洞室現場大尺寸巖體試樣，大噸位千斤頂加載提供高軸壓，且由現場巖體承載，開展復雜應力條件下巖體真三軸試驗，可獨立加載伺服控制，獲得更準確的巖體綜合強度。
文檔編號G01N3/06GK202101905SQ20112017500
公開日2012年1月4日 申請日期2011年5月27日 優先權日2011年5月27日
發明者周火明, 孫云志, 龐正江, 張宜虎, 李維樹, 楊宜, 楊漢良, 熊詩湖, 王玉明, 范雷, 謝斌, 趙仁義, 鄔愛清, 郝慶澤, 鐘作武, 陳強, 韓軍, 馬東輝 申請人:長春市朝陽試驗儀器有限公司, 長江水利委員會長江科學院