專利名稱：土的動力真三軸儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于巖土工程檢測設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種土的動力真三軸儀。
背景技術(shù)：
目前現(xiàn)有巖土動力學(xué)性質(zhì)測試設(shè)備主要有動單剪儀、常規(guī)振動三軸儀、共振柱儀、振動扭剪三軸儀。其中振動扭剪三軸儀已經(jīng)由單一施加環(huán)向循環(huán)扭轉(zhuǎn)剪切應(yīng)力發(fā)展為同時施加軸向循環(huán)正應(yīng)力、環(huán)向循環(huán)扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力和側(cè)向靜壓應(yīng)力的三向振動加載機(jī)構(gòu)。但是，現(xiàn)有的動扭剪三軸儀由于儀器的成本及試驗(yàn)的復(fù)雜性，因此在工程應(yīng)用和研究中顯得相對不足，現(xiàn)有的真三軸儀由于不能模擬動荷載情況，在其應(yīng)用上就顯得不夠完善，受到了很多限制,導(dǎo)致檢測精度不夠高。因此完善現(xiàn)有的真三軸儀,使之能夠完成動荷載下的試驗(yàn)要求，不僅可以改善扭剪儀在研究應(yīng)用上的復(fù)雜性，同時能完善現(xiàn)有真三軸儀的應(yīng)用范圍。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種土的動力真三軸儀，解決了現(xiàn)有技術(shù)中的真三軸儀由于不能模擬動荷載情況，導(dǎo)致檢測精度不夠高的問題。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種土的動力真三軸儀，在底座上端面設(shè)置有機(jī)架支座，機(jī)架支座向上與頂部反力架固定連接，頂部反力架上端安裝有軸向電動缸；在機(jī)架支座中安裝有軸向調(diào)節(jié)活塞，機(jī)架支座中設(shè)置有升降控制開關(guān)、微調(diào)手柄及粗調(diào)手柄，升降控制開關(guān)、微調(diào)手柄及粗調(diào)手柄均與軸向調(diào)節(jié)活塞連接，軸向調(diào)節(jié)活塞的活塞頭向上與軸向液壓缸固定連接，軸向液壓缸設(shè)置有液壓缸控制開關(guān)；軸向液壓缸的活塞桿向上與壓力室底座連接，壓力室底座設(shè)置有底座排水管，底座排水管管路中設(shè)置有排水管閥門孔壓傳感器；壓力室底座向上通過筒壁與壓力室頂蓋之間圍成壓力室，壓力室底座上表面中間部位用于放置試樣，試樣的四面為四個壓力腔，每個壓力腔的筒壁外表面分別設(shè)置有一套側(cè)向位移量測機(jī)構(gòu)，側(cè)向位移量測機(jī)構(gòu)的外端頭與側(cè)向位移傳感器接觸；每個壓力腔的筒壁另外分別設(shè)置有一個側(cè)向加壓閥門；壓力室頂蓋的軸心開口并貫穿設(shè)置有試樣帽，試樣帽向上與軸向傳力桿固定連接，軸向傳力桿向上穿出頂部反力架與軸向電動缸同軸連接，軸向傳力桿中設(shè)置有軸向壓力傳感器；軸向傳力桿通過水平連桿安裝有軸向位移傳感器，軸向位移傳感器向下與壓力室頂蓋上表面縱向連接，試樣帽設(shè)置有試樣上排水管，該試樣上排水管管道中安裝有試樣上排水閥門孔壓傳感器，所述的各個傳感器均與信號采集部分連接，軸向電動缸、側(cè)向加壓閥門均與各自的加載機(jī)構(gòu)連接，信號采集部分和加載機(jī)構(gòu)均與加載控制部分連接。本發(fā)明的有益效果是:能夠得到三向主應(yīng)力、三向主應(yīng)變、飽和土三向有效主應(yīng)力及動荷作用過程中孔壓的變化和發(fā)展性能數(shù)據(jù)；以及用于研究非飽和土動力學(xué)特性及強(qiáng)度變形變化機(jī)理；完善了現(xiàn)有真三軸儀加載機(jī)構(gòu)及控制系統(tǒng)，提高動荷作用下土的動力學(xué)性質(zhì)測試技術(shù)水平，實(shí)現(xiàn)實(shí)際工程中一般應(yīng)力條件下三個應(yīng)力方向分別加動載，三個應(yīng)力方向自由變形的模擬手段。還能夠用于測試包括主應(yīng)力主軸偏轉(zhuǎn)、應(yīng)力路徑旋轉(zhuǎn)及不同方向動載作用等復(fù)雜應(yīng)力條件下巖土力學(xué)性狀反應(yīng)及土力學(xué)特性。


圖1是本發(fā)明土的動力真三軸儀的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明裝置中的壓力室水平剖面示意圖；圖3是本發(fā)明裝置中的壓力室軸向剖面示意圖；圖4是本發(fā)明裝置中的加壓囊58的截面形狀示意圖；圖5是本發(fā)明裝置中的側(cè)向位移量測機(jī)構(gòu)15的放大結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是本發(fā)明裝置中的液壓加壓機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7是本發(fā)明裝置中的伺服電動缸局部結(jié)構(gòu)示意圖一；圖8是本發(fā)明裝置中的伺服電動缸局部結(jié)構(gòu)示意圖二 ；圖9是本發(fā)明裝置的數(shù)據(jù)采集及控制原理框圖；圖10是本發(fā)明裝置中的動力加載及控制原理框圖。圖中，1、底座；2、機(jī)架支座；3、升降控制開關(guān)；4、微調(diào)手柄；5、粗調(diào)手柄；6、頂部反力架；7、軸向調(diào)節(jié)活塞；8、活塞頭；9、軸向液壓缸；10、液壓缸控制開關(guān)；11、底座排水管；
12、排水管閥門孔壓傳感器；13、壓力室底座；14、壓力腔；15、側(cè)向位移量測機(jī)構(gòu)；16、側(cè)向位移傳感器；17、側(cè)向加壓閥門；18、壓力室頂蓋；19、試樣帽；20、軸向傳力桿；21、軸向位移傳感器；22、試樣上排水閥門孔壓傳感器；23、軸向壓力傳感器；24、滾柱絲桿；25、軸向電動缸；26、電機(jī)座；27、伺服電機(jī)；28、側(cè)向電動缸；29、中部耳軸；30、缸體前蓋；31、活塞桿；
32、側(cè)向液壓缸；33、液壓力傳感器；34、試樣；35、限位開關(guān)；36、軸向液壓進(jìn)液通道；37、活塞桿；38、行星式滾珠環(huán)；39、側(cè)向位移傳感器支架；40、支架螺栓；41、筒壁；42、排水口 ；43、排水通道；44、下透水板；45、轉(zhuǎn)動約束彈簧；46、徑向彈性約束機(jī)構(gòu)；47、上透水板；48、轉(zhuǎn)動約束機(jī)構(gòu)；49、電動缸電源；50、隔離板；51、密封螺母；52、導(dǎo)向襯筒；53、側(cè)向收縮桿；54、定位筒連接件；55、密封墊；56、定位筒；57、內(nèi)端板；58、加壓囊；59、程控放大器；60、采樣保持器；61、A/D轉(zhuǎn)換器；62、定時與邏輯控制器；63、計算機(jī)；64、參量發(fā)生器；65、PC數(shù)控模塊；66、控制電路；67、運(yùn)動控制卡。
具體實(shí)施例方式如圖1、圖3所示，本發(fā)明的土的動力真三軸儀的結(jié)構(gòu)是，在底座I上端面設(shè)置有機(jī)架支座2，機(jī)架支座2通過連接桿向上與頂部反力架6固定連接，頂部反力架6上端安裝有軸向電動缸25 ;在機(jī)架支座2中安裝有軸向調(diào)節(jié)活塞7，機(jī)架支座2中設(shè)置有升降控制開關(guān)
3、微調(diào)手柄4及粗調(diào)手柄5，升降控制開關(guān)3、微調(diào)手柄4及粗調(diào)手柄5均與軸向調(diào)節(jié)活塞7連接，升降控制開關(guān)3、微調(diào)手柄4及粗調(diào)手柄5均用于對軸向調(diào)節(jié)活塞7的軸向高度調(diào)節(jié)，軸向調(diào)節(jié)活塞7的活塞頭8向上與軸向液壓缸9固定連接，軸向液壓缸9設(shè)置有液壓缸控制開關(guān)10 ;軸向液壓缸9的活塞桿37向上與壓力室底座13連接，壓力室底座13設(shè)置有底座排水管11，底座排水管11管路中設(shè)置有排水管閥門孔壓傳感器12 ;壓力室底座13向上通過方形筒壁41與壓力室頂蓋18之間圍成壓力室，壓力室底座13上表面中間部位用于放置需要檢測巖土的試樣34，試樣34的四面為四個壓力腔14，每個壓力腔14的筒壁分別設(shè)置有側(cè)向位移量測機(jī)構(gòu)15，側(cè)向位移量測機(jī)構(gòu)15的外端頭與側(cè)向位移傳感器16接觸；每個壓力腔14的筒壁另外分別設(shè)置有一個側(cè)向加壓閥門17 ;壓力室頂蓋18的軸心開口并貫穿設(shè)置有試樣帽19，試樣帽19向上與軸向傳力桿20固定連接，軸向傳力桿20向上穿出頂部反力架6與軸向電動缸25同軸連接，軸向傳力桿20中設(shè)置有軸向壓力傳感器23 ;軸向傳力桿20通過水平連桿安裝有軸向位移傳感器21，軸向位移傳感器21向下與壓力室頂蓋18上表面縱向連接，試樣帽19設(shè)置有試樣上排水管，該試樣上排水管管道中安裝有試樣上排水閥門孔壓傳感器22。上述的各個傳感器均與信號采集部分連接，軸向電動缸25、側(cè)向加壓閥門17均與各自的加載機(jī)構(gòu)連接，信號采集部分和加載機(jī)構(gòu)均與加載控制部分連接。參照圖2、圖3、圖4，壓力室的內(nèi)外結(jié)構(gòu)是，壓力室的四個角外表面分別設(shè)置有一套轉(zhuǎn)動約束機(jī)構(gòu)48，壓力室的四個角上分別穿出有一個隔離板50，每個隔離板50的外端分別穿出一個角與一個轉(zhuǎn)動約束機(jī)構(gòu)48連接，四個隔離板50內(nèi)端將壓力室隔離出前后左右對稱的四個壓力腔14，每個壓力腔14中安裝有一個加壓囊58，每個壓力腔14的筒壁外表面設(shè)置有一個側(cè)向位移傳感器支架39，每個側(cè)向位移傳感器支架39安裝有一個側(cè)向位移傳感器16，每個側(cè)向位移傳感器16的測頭與側(cè)向位移量測機(jī)構(gòu)15接觸，側(cè)向位移量測機(jī)構(gòu)15與各自的加壓囊58連接，側(cè)向位移傳感器支架39的連接桿通過支架螺栓40連接；參照圖3，軸向液壓缸9設(shè)置有軸向液壓進(jìn)液通道36，軸向液壓缸9設(shè)置有向上的活塞桿37，活塞桿37向上與壓力室底座13下表面頂緊接觸；試樣34的上表面與試樣帽19之間設(shè)置有上透水板47，試樣34的下表面設(shè)置有下透水板44，下透水板44設(shè)置有排水口42，壓力室底座13內(nèi)部設(shè)置有排水通道43，排水口 42與排水通道43聯(lián)通，每個隔離板50的外端頭設(shè)置有可調(diào)整的徑向彈性約束機(jī)構(gòu)46，在徑向彈性約束機(jī)構(gòu)46上下位置分別設(shè)置有一個轉(zhuǎn)動約束機(jī)構(gòu)48，每個轉(zhuǎn)動約束機(jī)構(gòu)48的橫向兩邊分別連接有一組轉(zhuǎn)動約束彈黃45。隔離板50及轉(zhuǎn)動約束機(jī)構(gòu)48用來防止四個壓力腔14互相干擾。徑向彈性約束機(jī)構(gòu)46用來輔助隔離板50適應(yīng)試樣34的徑向變形。參照圖4，是本發(fā)明裝置中的柔性的加壓囊58的俯視截面圖。參照圖5，側(cè)向位移量測機(jī)構(gòu)15的具體結(jié)構(gòu)是，在加壓囊58的內(nèi)側(cè)(靠近試樣一偵D內(nèi)表面設(shè)置有內(nèi)端板57，內(nèi)端板57上壓接有同軸對中的定位筒56，定位筒56內(nèi)套裝有定位筒連接螺栓54，定位筒連接螺栓54穿出加壓囊58的外側(cè)表面后設(shè)置有密封螺母51，密封螺母51與加壓囊58的外側(cè)外表面之間設(shè)置有密封墊55 ;定位筒連接螺栓54外端套裝有側(cè)向收縮桿53，側(cè)向收縮桿53與筒壁41之間墊襯有導(dǎo)向襯筒52。參照圖6，側(cè)向壓力機(jī)構(gòu)包括結(jié)構(gòu)一致的兩個側(cè)方向的液壓加載單元，每個液壓加載單元包括固定在電機(jī)座26上的伺服電機(jī)27和中部耳軸29，中部耳軸29中固定安裝有側(cè)向電動缸28，側(cè)向電動缸28設(shè)置有密封作用的前端蓋30，伺服電機(jī)27與側(cè)向電動缸28的絲杠傳動連接，側(cè)向電動缸28的絲杠與側(cè)向液壓缸32中的活塞桿31連接，側(cè)向液壓缸32上設(shè)置有液壓力傳感器33，側(cè)向電動缸28的前后端分別設(shè)置有一個限位開關(guān)35，用于檢測絲杠的極限移動位置。參照圖7、圖8，是本發(fā)明裝置中的軸向電動缸25和側(cè)向電動缸28的結(jié)構(gòu)，兩者均為伺服電動缸，并且結(jié)構(gòu)一致，包括在缸體外表面設(shè)置有電動缸電源49，在缸體后端設(shè)置有伺服電機(jī)27，在缸體內(nèi)腔設(shè)置有滾柱絲桿24，滾柱絲桿24與伺服電動缸缸體內(nèi)壁之間設(shè)置有行星式滾珠環(huán)38，伺服電機(jī)27旋轉(zhuǎn)運(yùn)動通過滾柱絲桿24轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動，將伺服電機(jī)27精確轉(zhuǎn)速控制、精確轉(zhuǎn)數(shù)控制和精確扭矩控制(三個最佳優(yōu)點(diǎn))轉(zhuǎn)變成精確速度控制、精確位置控制和精確推力控制(三個工作特點(diǎn))，實(shí)現(xiàn)滾柱絲桿24的高精度直線運(yùn)動。圖中所示的僅是滾柱絲桿24與試樣帽19的軸向連接方式，在試驗(yàn)過程中，滾柱絲桿24帶動試樣底座上下作直線運(yùn)動，在試樣34固結(jié)或往復(fù)運(yùn)動中提供合適的軸向荷載。參照圖9，信號采集部分的結(jié)構(gòu)是，排水管閥門孔壓傳感器12、四個側(cè)向位移傳感器16、軸向位移傳感器21、試樣上排水閥門孔壓傳感器22、軸向壓力傳感器23、兩個液壓力傳感器33 —起構(gòu)成采樣信號單元，所有采樣信號單元同時與程控放大器59和定時與邏輯控制器62連接，程控放大器59的一路輸出信號依次與采樣保持器60、A/D轉(zhuǎn)換器61及計算機(jī)63連接；程控放大器59的另一路輸出信號與定時與邏輯控制器62連接，定時與邏輯控制器62再與計算機(jī)63連接。參照圖10，本發(fā)明裝置的加載控制部分的結(jié)構(gòu)是，包括三參量發(fā)生器64，三參量發(fā)生器64與PC數(shù)控模塊65、伺服控制電路66、運(yùn)動控制卡67依次連接，運(yùn)動控制卡67再與伺服控制電路66反饋連接；運(yùn)動控制卡67另外與三個方向的伺服電機(jī)27分別連接，每個伺服電機(jī)27再通過軸向電動缸25或側(cè)向電動缸28分別與運(yùn)動控制卡67反饋連接，構(gòu)成閉合回路。本發(fā)明裝置加載控制部分的工作原理是，通過三參量發(fā)生器64確定采用加速度、速度、位移加載，通過PC數(shù)控模塊65進(jìn)行PID計算，然后將信號輸入伺服控制電路66，伺服控制電路66復(fù)合信號偏差后將控制信號輸入運(yùn)動控制卡67，運(yùn)動控制卡67將控制信號發(fā)送給所要加載方向的伺服電機(jī)27,伺服電機(jī)27驅(qū)動軸向電動缸25或側(cè)向電動缸28運(yùn)動，帶動軸向液壓缸9或側(cè)向液壓缸32運(yùn)動，進(jìn)而通過側(cè)向壓力腔及軸向電動缸25將動荷施加到試樣33上；同時，運(yùn)動控制卡67的控制信號通過位移、速度計加速度反饋又進(jìn)入伺服控制電路66進(jìn)行閉環(huán)修正。本發(fā)明裝置中的底座1、機(jī)架支座2、頂部反力架6、軸向調(diào)節(jié)活塞7、活塞頭8、軸向液壓缸9、壓力室底座13、壓力腔14、壓力室頂蓋18、試樣帽19、軸向電動缸25等部件，一起構(gòu)成主體結(jié)構(gòu)。本發(fā)明裝置中的升降控制開關(guān)3、微調(diào)手柄4、粗調(diào)手柄5、軸向調(diào)節(jié)活塞7、壓力腔14、軸向傳力桿20、軸向位移傳感器21、軸向壓力傳感器23、軸向電動缸25等部件,一起構(gòu)成軸向壓力機(jī)構(gòu)。軸向壓力機(jī)構(gòu)的工作原理是，通過伺服電機(jī)驅(qū)動軸向電動缸25,軸向電動缸25驅(qū)動液體進(jìn)入管道，管道內(nèi)的液體通過液壓缸控制開關(guān)10進(jìn)入軸向液壓缸9，軸向液壓缸9內(nèi)的液壓推動活塞桿37向上運(yùn)動，進(jìn)而將軸向壓力施加到試樣34上，軸向位移傳感器21及軸向壓力傳感器23的量測信號輸出反饋至程控放大器59和定時與邏輯控制器62，再經(jīng)計算機(jī)63的程序處理后得到所需的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。本發(fā)明裝置中的壓力腔14、側(cè)向位移量測機(jī)構(gòu)15、側(cè)向位移傳感器16、側(cè)向電動缸28、側(cè)向液壓缸32、液壓力傳感器33等部件，一起構(gòu)成側(cè)向壓力機(jī)構(gòu)。側(cè)向壓力機(jī)構(gòu)的工作原理是，通過伺服電機(jī)27驅(qū)動側(cè)向電動缸28，側(cè)向電動缸28連動側(cè)向液壓缸32的活塞向前運(yùn)動，驅(qū)動側(cè)向液壓缸32內(nèi)液體進(jìn)入管道，管道內(nèi)的液體通過側(cè)向加壓閥門17進(jìn)入壓力腔14，進(jìn)而將側(cè)向壓力通過加壓囊5858施加到試樣34上，側(cè)向位移傳感器16及液壓力傳感器33的量測信號輸出反饋至程控放大器59和定時與邏輯控制器62，經(jīng)計算機(jī)63內(nèi)的程序處理后得到所需的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)及工作情況還包括:①、筒壁41、壓力室底座13及壓力室頂蓋18，均采用不銹鋼材料制成，寬度和長度都為120cm，高度為80cm ;上透水板47、下透水板44、軸向傳力桿20也采用不銹鋼材料制成。在壓力室內(nèi)的四塊隔離板50，使得側(cè)向分為四個不同的梯形部分，使得小主應(yīng)力和中主應(yīng)力的施加互不干擾，并且在試樣變形時隔離板50還能實(shí)現(xiàn)伸縮和旋轉(zhuǎn)。②、試樣的中主應(yīng)力和小主應(yīng)力由兩個方向的兩對壓力腔14提供，兩對壓力腔14總共包括四個加壓囊58，分別安裝在四塊隔離板50之間，分為水平的直角交叉方向(X向和Y向)。試驗(yàn)時，壓力腔14內(nèi)充滿液體，壓力的施加是電動缸推動液壓來施加到試樣上。加壓囊58采用乳膠材料制成，在垂直于試樣的方向上有足夠的變形量，以便能跟蹤試樣在側(cè)向上的變形，同時也使中主應(yīng)力和小主應(yīng)力能夠均勻地施加到試樣表面上。加壓囊58在平行于試樣表面方向的尺寸在高度上略大于試樣的尺寸，在寬度方向上等于試樣的尺寸，這樣可使試樣的橡皮套在試驗(yàn)過程中始終與加壓囊58接觸，從而盡可能的消除邊角應(yīng)力的影響。實(shí)施例的加壓囊58膜厚為0.5mm，軸向長度為7.1cm，水平長度為7.0cm，深度為
3.0cm，從外向里的深度方向呈梯形狀。③、固結(jié)加壓固結(jié)壓力由電動缸推動液壓通過底座和側(cè)面兩對壓力腔施加到試樣上,在試驗(yàn)固結(jié)時能實(shí)現(xiàn)三個固結(jié)壓力的單獨(dú)施加，三個固結(jié)壓力即水平的X向壓力、Y向壓力以及豎直的Z向壓力，三個固結(jié)壓力互不干擾和影響，并且通過三個固結(jié)壓力的調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了真正的Kc固結(jié)。④、軸向加壓靜力通過軸向調(diào)節(jié)活塞7推動液壓施加到軸向液壓缸9，軸向液壓缸9的活塞上升推動壓力室底座13的上升而將應(yīng)力施加到試樣上。動力通過軸向電動缸25推動軸向傳力桿20施加到試樣上。⑤、軸向加載、兩個側(cè)向加載同時實(shí)施，進(jìn)行混合加載。上述的③、④、⑤依次為試驗(yàn)加壓的先后順序。本發(fā)明的土的動力真三軸儀，根據(jù)試驗(yàn)要求，對長方體試樣34施加靜荷載和(或)動荷載，即軸向靜力主應(yīng)力、側(cè)向中主靜應(yīng)力、側(cè)向小主靜應(yīng)力分別由軸向壓力機(jī)構(gòu)的軸向壓力腔9和側(cè)向壓力機(jī)構(gòu)的壓力腔14控制實(shí)現(xiàn)。其中，軸向壓力傳感器23、液壓力傳感器
33、軸向位移傳感器21、側(cè)向位移傳感器16的量測信號經(jīng)自動控制系統(tǒng)反饋于三個方向的伺服電機(jī)27實(shí)現(xiàn)應(yīng)力加載，動力通過軸向電動缸25及伺服電機(jī)27、伺服控制電路66共同完成。本發(fā)明不但能夠?qū)崿F(xiàn)常規(guī)動應(yīng)力應(yīng)變加載，真三軸條件下的動力應(yīng)力加載，而且能模擬工程實(shí)際中的地震、爆炸等動荷作用下的土體動力強(qiáng)度及變形特性。
權(quán)利要求
1.一種土的動力真三軸儀，其特征在于:在底座(I)上端面設(shè)置有機(jī)架支座(2)，機(jī)架支座(2)向上與頂部反力架(6)固定連接，頂部反力架(6)上端安裝有軸向電動缸(25)； 在機(jī)架支座(2 )中安裝有軸向調(diào)節(jié)活塞(7 )，機(jī)架支座(2 )中設(shè)置有升降控制開關(guān)(3 )、微調(diào)手柄(4)及粗調(diào)手柄(5)，升降控制開關(guān)(3)、微調(diào)手柄(4)及粗調(diào)手柄(5)均與軸向調(diào)節(jié)活塞(7)連接，軸向調(diào)節(jié)活塞(7)的活塞頭(8)向上與軸向液壓缸(9)固定連接，軸向液壓缸(9)設(shè)置有液壓缸控制開關(guān)(10)； 軸向液壓缸(9 )的活塞桿(37 )向上與壓力室底座(13 )連接，壓力室底座(13 )設(shè)置有底座排水管(11)，底座排水管(11)管路中設(shè)置有排水管閥門孔壓傳感器(12);壓力室底座(13)向上通過筒壁(41)與壓力室頂蓋(18)之間圍成壓力室，壓力室底座(13)上表面中間部位用于放置試樣(34)，試樣(34)的四面為四個壓力腔(14)，每個壓力腔(14)的筒壁外表面分別設(shè)置有一套側(cè)向位移量測機(jī)構(gòu)(15)，側(cè)向位移量測機(jī)構(gòu)(15)的外端頭與側(cè)向位移傳感器(16)接觸；每個壓力腔(14)的筒壁另外分別設(shè)置有一個側(cè)向加壓閥門(17)； 壓力室頂蓋(18)的軸心開口并貫穿設(shè)置有試樣帽(19)，試樣帽(19)向上與軸向傳力桿(20 )固定連接，軸向傳力桿(20 )向上穿出頂部反力架(6 )與軸向電動缸(25 )同軸連接，軸向傳力桿(20)中設(shè)置有軸向壓力傳感器(23);軸向傳力桿(20)通過水平連桿安裝有軸向位移傳感器(21)，軸向位移傳感器(21)向下與壓力室頂蓋(18)上表面縱向連接，試樣帽(19)設(shè)置有試樣上排水管，該試樣上排水管管道中安裝有試樣上排水閥門孔壓傳感器(22)， 所述的各個傳感器均與信號采集部分連接，軸向電動缸(25)、側(cè)向加壓閥門(17)均與各自的加載機(jī)構(gòu)連接，信號采集部分和加載機(jī)構(gòu)均與加載控制部分連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的土的動力真三軸儀，其特征在于:所述的壓力室的結(jié)構(gòu)是，壓力室的四個角上分別穿出 有一個隔離板(50)，壓力室的四個角外表面分別設(shè)置有一套轉(zhuǎn)動約束機(jī)構(gòu)(48)，每個隔離板(50)的外端分別穿出一個角與一個轉(zhuǎn)動約束機(jī)構(gòu)(48)連接； 每個隔離板(50)的外端頭設(shè)置有調(diào)整的徑向彈性約束機(jī)構(gòu)(46)，兩個轉(zhuǎn)動約束機(jī)構(gòu)(48)分別設(shè)置在徑向彈性約束機(jī)構(gòu)(46)上下位置，每個轉(zhuǎn)動約束機(jī)構(gòu)(48)兩邊分別設(shè)置有一組轉(zhuǎn)動約束彈簧(45)； 四個隔離板(50)內(nèi)端將壓力室隔離出前后左右對稱的四個壓力腔(14)，每個壓力腔(14)中安裝有一個加壓囊(58)，每個壓力腔(14)的筒壁外表面設(shè)置有一個側(cè)向位移傳感器支架(39),每個側(cè)向位移傳感器支架(39)安裝有一個側(cè)向位移傳感器(16),側(cè)向位移量測機(jī)構(gòu)(15)與各自的加壓囊(58)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的土的動力真三軸儀，其特征在于:所述的試樣(34)的上表面與試樣帽(19)之間設(shè)置有上透水板(47)，試樣(34)的下表面設(shè)置有下透水板(44)，下透水板(44)設(shè)置有排水口( 42 )，壓力室底座(13 )內(nèi)部設(shè)置有排水通道(43 )，排水口( 42 )與排水通道(43)聯(lián)通。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的土的動力真三軸儀，其特征在于:所述的側(cè)向位移量測機(jī)構(gòu)(15)的結(jié)構(gòu)是，在加壓囊(58)的內(nèi)側(cè)內(nèi)表面設(shè)置有內(nèi)端板(57)，內(nèi)端板(57)上壓接有同軸對中的定位筒(56)，定位筒(56)內(nèi)套裝有定位筒連接螺栓(54)，定位筒連接螺栓(54)穿出加壓囊(58)的外側(cè)表面后設(shè)置有密封螺母(51)，密封螺母(51)與加壓囊(58)的外側(cè)外表面之間設(shè)置有密封墊(55);定位筒連接螺栓(54)外端套裝有側(cè)向收縮桿(53)，側(cè)向收縮桿(53)與筒壁(41)之間墊襯有導(dǎo)向襯筒(52)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的土的動力真三軸儀，其特征在于:所述的加載機(jī)構(gòu)包括一個軸向和兩個側(cè)向機(jī)構(gòu)，三個機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)一致， 以側(cè)向機(jī)構(gòu)為例，包括固定在電機(jī)座(26 )上的伺服電機(jī)(27 )和中部耳軸(29 )，中部耳軸(29)中固定安裝有側(cè)向電動缸(28)，側(cè)向電動缸(28)設(shè)置有密封作用的前端蓋(30)，伺服電機(jī)(27)與側(cè)向電動缸(28)的絲杠傳動連接，側(cè)向電動缸(28)的絲杠與側(cè)向液壓缸(32 )中的活塞桿(31)連接，側(cè)向液壓缸(32 )上設(shè)置有液壓力傳感器(33 )，側(cè)向電動缸(28 )的前后端分別設(shè)置有一個限位開關(guān)(35)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的土的動力真三軸儀，其特征在于:所述的軸向電動缸(25)和側(cè)向電動缸(28)的結(jié)構(gòu),兩者均為伺服電動缸,并且結(jié)構(gòu)一致,包括在缸體外表面設(shè)置有電動缸電源(49)，在缸體后端設(shè)置有伺服電機(jī)(27)，在缸體內(nèi)腔設(shè)置有滾柱絲桿(24)，滾柱絲桿(24 )與伺服電動缸缸體內(nèi)壁之間設(shè)置有行星式滾珠環(huán)(38 )。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的土的動力真三軸儀，其特征在于:所述的信號采集部分的結(jié)構(gòu)是，排水管閥門孔壓傳感器(12)、四個側(cè)向位移傳感器(16)、軸向位移傳感器(21)、試樣上排水閥門孔壓傳感器(22)、軸向壓力傳感器(23)、兩個液壓力傳感器(33)—起構(gòu)成采樣信號單元，所有采樣信號單元同時與程控放大器(59)和定時與邏輯控制器(62)連接，程控放大器(59 )的一路輸出信號依次與采樣保持器(60 )、A/D轉(zhuǎn)換器(61)及計算機(jī)(63 )連接；程控放大器(59)的另一路輸出信號與定時與邏輯控制器(62)連接，定時與邏輯控制器 (62)再與計算機(jī)(63)連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的土的動力真三軸儀，其特征在于:所述的加載控制部分的結(jié)構(gòu)是，包括三參量發(fā)生器(64),三參量發(fā)生器(64)依次與PC數(shù)控模塊(65)、伺服控制電路(66),運(yùn)動控制卡(67)連接，運(yùn)動控制卡(67)再與伺服控制電路(66)反饋連接；運(yùn)動控制卡(67 )另外與三個方向的伺服電機(jī)(27 )分別連接，每個伺服電機(jī)(27 )再通過軸向電動缸(25)或側(cè)向電動缸(28)與運(yùn)動控制卡(67)構(gòu)成閉合回路。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種土的動力真三軸儀，頂部反力架上安裝有軸向電動缸；在機(jī)架支座中安裝有軸向調(diào)節(jié)活塞，軸向調(diào)節(jié)活塞向上與軸向液壓缸及壓力室底座依次連接，壓力室底座向上通過方形筒壁與壓力室頂蓋之間圍成壓力室，壓力室底座上表面中間部位用于放置試樣，試樣的四面為四個壓力腔，每個壓力腔的筒壁分別設(shè)置有側(cè)向位移量測機(jī)構(gòu)；壓力室頂蓋中設(shè)置有試樣帽，試樣帽向上與軸向傳力桿連接，軸向傳力桿與軸向電動缸同軸連接；各個傳感器均與信號采集部分連接，信號采集部分和加載機(jī)構(gòu)與加載控制部分連接。本發(fā)明的裝置能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)際工程中一般應(yīng)力條件下三個應(yīng)力方向分別加動載。
文檔編號G01N3/00GK103175728SQ20131004975
公開日2013年6月26日 申請日期2013年2月7日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月7日
發(fā)明者邵生俊, 褚峰, 羅愛忠, 王強(qiáng) 申請人:西安理工大學(xué)