本發(fā)明屬于實驗設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種試驗設(shè)備，具體涉及一種大型MTS循環(huán)加載單次多試樣試驗裝置及離散性鑒別方法，主要用于對巖石類材料進行循環(huán)加載試驗。

背景技術(shù)：

巖石力學(xué)中的大多數(shù)問題都是靜力學(xué)問題。然而，在工程的開挖和日后的運營期間，不可避免地要受到爆炸、沖擊、振動、地震等其它隨時間而快速變化的荷載或具有周期變化的荷載作用，這些作用在巖體中產(chǎn)生的動應(yīng)力或應(yīng)力脈沖，往往要比巖體承受的靜應(yīng)力大得多。因此，對巖石在這些動力荷載作用下的疲勞特性研究顯得十分必要。

現(xiàn)有的巖石疲勞損傷研究中，有學(xué)者利用室內(nèi)MTS進行準(zhǔn)動態(tài)應(yīng)變率下循環(huán)加載，但是受限于加載應(yīng)變率，并不能真正達到動態(tài)加載；大部分學(xué)者采用巖石動態(tài)三軸儀加載，這種方法針對單個試件進行動態(tài)加載。雖然該方法達到了動態(tài)加載，但受限于每次試驗加載試樣的數(shù)量，試驗效率欠佳。借鑒目前試驗技術(shù)成熟的橋梁疲勞測試方法，針對其試驗儀器——大型MTS疲勞加載機，將對構(gòu)件疲勞的試驗方法應(yīng)用于巖石疲勞試驗，從而將動態(tài)循環(huán)加載和單次加載多個試件相結(jié)合，既滿足了巖石疲勞損傷試驗又提高了試驗效率。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本專利的目的在于提供一種大型MTS循環(huán)加載單次多試樣試驗裝置及離散性鑒別方法，保證了整個裝置處于水平狀態(tài)下，能有效固定試樣且避免了試樣受壓產(chǎn)生徑向膨脹而受到較大的圍壓作用，同時，荷載分配裝置可有效保證荷載分配的均勻性；另外，由于在試樣下端布置了軸力計，可有效鑒別試驗過程的離散性，在循環(huán)加載試驗完成后，對試樣進行波速測量，可有效鑒別試驗結(jié)果的離散性，為后續(xù)試驗提供了一批均勻性較好的試樣。

為達到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

本發(fā)明提供的一種大型MTS循環(huán)加載單次多試樣試驗裝置，包括在距MTS加載頭的下方一定距離固定安裝的底座，還包括：承臺，通過可伸縮的支撐桿設(shè)置在底座的上方，由下面板、上面板、腹板組成，所述支撐桿一端固定在底座上，另一端與下面板連接；試樣固定裝置，為多個，呈環(huán)形均布固定在上面板的上表面中央，由套筒、變形層組成，所述套筒用于裝載試樣，所述變形層設(shè)于套筒的內(nèi)壁上，用于包裹固定所述試樣；荷載分配裝置，位于所述MTS加載頭與所述試樣固定裝置之間，由下荷載板、上荷載板組成，所述上荷載板與所述MTS加載頭固接，所述下荷載板置放于多個所述試樣固定裝置上；數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，由軸力計、采集箱、導(dǎo)線組成，所述軸力計設(shè)置于所述套筒內(nèi)且位于試樣的下方，所述軸力計通過導(dǎo)線與采集箱電連接。

進一步，所述承臺還包括設(shè)于腹板上的橫向加強肋。

進一步，所述承臺的上面板上表面還設(shè)有用于調(diào)整水平度的水平儀。

進一步，所述套筒由壁厚相等、內(nèi)徑不等的上、下兩個圓筒組成，下部圓筒內(nèi)徑較大，用以容納軸力計，上部圓筒內(nèi)徑較小，用以容納試樣；所述上面板的頂部設(shè)置有固定安裝所述套筒的內(nèi)凹槽，所述套筒底部設(shè)有外螺紋，所述內(nèi)凹槽設(shè)有與所述外螺紋配合的內(nèi)螺紋。

進一步，所述上部圓筒半徑比試樣半徑大1-2mm，用以粘結(jié)所述變形層，其高度比所述試樣高度低3-4cm。

進一步，所述下荷載板的下表面設(shè)有與多個所述試樣固定裝置一一對應(yīng)的圓形凹槽，上表面設(shè)有一個倒圓臺形凹槽，所述圓形凹槽的半徑比試樣半徑大1-2mm，用以在其內(nèi)壁粘結(jié)所述的變形層；所述上荷載板的下表面四周設(shè)有多個凹孔，其中央設(shè)有一個凸圓臺，所述凹孔用以插入螺栓將上荷載板與MTS加載頭連接，所述凸圓臺與下荷載板的倒圓臺形凹槽相互嵌合。

進一步，所述軸力計為動態(tài)軸力計；所述軸力計的上表面與所述試樣的下表面之間放置有一鋼板。

本發(fā)明還利用上述的大型MTS循環(huán)加載單次多試樣試驗裝置進行離散性鑒別的方法，具體包括如下步驟：

a、組裝：首先將荷載分配裝置的上荷載板與MTS加載頭連接；接著將底座固定，承臺的下面板通過支撐桿連接在底座上；然后將軸力計放入試樣固定裝置的套筒的下部圓筒并擰入承臺的上面板的內(nèi)凹槽中；最后放入試樣并扣蓋上荷載分配裝置的下荷載板；

b、調(diào)平：觀察水平儀中的氣泡位置，相應(yīng)調(diào)整支撐桿，直到氣泡居中；

c、循環(huán)加載試驗：根據(jù)試驗的需要，加載方式可分為循環(huán)靜載和循環(huán)動載，當(dāng)達到一定的循環(huán)次數(shù)后試驗完成；

d、過程離散性甄別：分析各個采集箱采集到的數(shù)據(jù)，若發(fā)現(xiàn)同批次所有試樣所受的荷載一致，則無離散性，若發(fā)現(xiàn)存在個別試樣所受荷載與其它試樣所受荷載存在較大差異，則存在離散性，應(yīng)將受力離散性較大的試樣剔除；

e、結(jié)果離散性甄別：將剔除后的試樣進行波速測量，剔除波速差異較大的試樣，為后續(xù)試驗提供均勻性較好的試樣。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點在于：本發(fā)明能夠同時對多個試樣進行循環(huán)加載，節(jié)省時間，且只有當(dāng)相對應(yīng)的采集箱所采集到的數(shù)據(jù)一致時，方可認為該批次試樣是在同等條件下進行的試驗，可有效降低試驗的離散性，同時該裝置具有可自由拆卸、組裝，操作靈活的特點。

本發(fā)明的其他優(yōu)點、目標(biāo)和特征在某種程度上將在隨后的說明書中進行闡述，并且在某種程度上，基于對下文的考察研究對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是顯而易見的，或者可以從本發(fā)明的實踐中得到教導(dǎo)。本發(fā)明的目標(biāo)和其他優(yōu)點可以通過下面的說明書來實現(xiàn)和獲得。

附圖說明

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明作優(yōu)選的詳細描述，其中：

圖1為本發(fā)明一種大型MTS循環(huán)加載單次多試樣試驗裝置的正立面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明一種大型MTS循環(huán)加載單次多試樣試驗裝置的側(cè)立面結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖標(biāo)記：1—底座，2—支撐桿，3—下面板，4—橫向加勁肋，5—腹板，6—上面板，7—水平儀，8—軸力計，9—套筒，10—鋼板，11—變形層，12—下荷載板，13—上荷載板，14—采集箱，15—導(dǎo)線，16—MTS加載頭。

具體實施方式

以下將結(jié)合附圖，對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行詳細的描述；應(yīng)當(dāng)理解，優(yōu)選實施例僅為了說明本發(fā)明，而不是為了限制本發(fā)明的保護范圍。

如圖1、2所示，本實施例提供的本發(fā)明公開了一種大型MTS循環(huán)加載單次多試樣試驗裝置，包括底座1、承臺、試樣固定裝置、荷載分配裝置及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，所述底座1的兩端設(shè)有兩個孔洞，可通過螺栓將底座1固定于地面上，當(dāng)然在不同的實施例中，該孔洞的數(shù)量不限于此數(shù)，只要能將底座固定牢靠即可；同時在底座1上設(shè)有四個可升降的支撐桿2，同樣，該支撐桿2的數(shù)量也不限于此，如可為2、3、5個等，該支撐桿可采用油缸、氣缸等現(xiàn)有設(shè)備；所述支撐桿2為變截面圓柱形，其下部直徑較大，上部直徑較小且?guī)в新菁y，可與承臺固定，所述承臺由若干塊鋼板焊接而成，包括上面板6、下面板3、腹板5及若干塊橫向加勁肋4，所述下面板3四個角落各設(shè)一個圓形孔洞，圓形孔洞正好可保證支撐桿2上部穿過，小于支撐桿2下部，擰緊螺帽便可固定承臺，所述上面板6設(shè)有四個用于安裝試樣固定裝置的內(nèi)凹槽和水平儀7；同樣該內(nèi)凹槽的數(shù)量也不限于此，可根據(jù)試樣需要設(shè)置為其他數(shù)字，所述內(nèi)凹槽帶有內(nèi)螺紋，且圓心均勻分布在一個圓上，所述試樣固定裝置由變截面圓形套筒9及變形層11組成，所述套筒9底部帶有外螺紋，可與內(nèi)凹槽螺紋配合連接，同時套筒9下部分內(nèi)徑較大，可容納圓柱形的軸力計8，上部分內(nèi)徑較小，用于容納試樣，所述變形層11粘結(jié)在套筒9上部內(nèi)壁上，厚度約為1-2mm；所述荷載分配裝置由上、下兩塊圓形鋼板組成，所述下荷載板12下表面設(shè)有四個圓形凹槽，該圓形凹槽的數(shù)量是與試樣固定裝置的數(shù)量相對應(yīng)的，圓形凹槽內(nèi)徑比試樣的直徑大1-2mm，這樣，圓形凹槽可與試樣一一對應(yīng)，且圓形凹槽內(nèi)壁也粘結(jié)有該變形層11，其上表面設(shè)有一個倒圓臺形凹槽，該倒圓臺形凹槽圓心與鋼板圓心、承臺上面板四個內(nèi)凹槽所圍成圓形的圓心在一條鉛垂線上，所述上荷載板13下表面中心部位有一個凸圓臺，正好與下荷載板上表面的倒圓臺形凹槽嵌合，同時四周設(shè)有多個凹孔，可用螺栓將其與MTS加載頭16連接，所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括軸力計8、導(dǎo)線15及采集箱14，該軸力計通過導(dǎo)線15與采集箱14連接，用于采集分析試樣的受力情況。

本實施例中，所述套筒9由壁厚相等、內(nèi)徑不等的兩個圓筒組成，下部圓筒內(nèi)徑較大，用以容納軸力計8，上部圓筒內(nèi)徑為54mm，高度為60mm，可容納直徑為50mm、高度為100mm的試件。

本實施例中的變形層粘結(jié)于套筒9上部圓筒內(nèi)壁，厚度為1-2mm。具有一定的強度用以包裹固定試樣，且當(dāng)試樣受到軸向壓力而徑向膨脹時，變形層可收縮，避免了試樣在試驗過程中受到較大的圍壓作用，

本實施例中的下荷載板下表面設(shè)有的圓形凹槽直徑為54mm，內(nèi)壁粘結(jié)2mm后的變形層，所述下荷載板厚度較厚，如50mm，可避免受力產(chǎn)生較大的撓度，同時，MTS實際施加的荷載應(yīng)為預(yù)設(shè)荷載減去下荷載板的自重荷載。

本實施例中的軸力計8為動態(tài)軸力計，為了使試樣的力均勻傳至軸力計，軸力計8上表面放置一塊鋼板10。

本發(fā)明利用上述大型MTS循環(huán)加載單次多試樣試驗裝置進行離散性鑒別方法，具體包括如下步驟：

a、組裝：首先將荷載分配裝置的上荷載板13與MTS加載頭16連接；接著將底座1固定，承臺的下面板3通過支撐桿2連接在底座1上；然后將軸力計8放入試樣固定裝置的套筒9的下部圓筒并擰入承臺的上面板6的內(nèi)凹槽中；最后放入試樣并扣蓋上荷載分配裝置的下荷載板12；

b、調(diào)平：觀察水平儀7中的氣泡位置，相應(yīng)調(diào)整支撐桿2，直到氣泡居中；

c、循環(huán)加載試驗：根據(jù)試驗的需要，加載方式可分為循環(huán)靜載和循環(huán)動載，當(dāng)達到一定的循環(huán)次數(shù)后試驗完成；

d、過程離散性甄別：分析各個采集箱14采集到的數(shù)據(jù)，若發(fā)現(xiàn)同批次所有試樣所受的荷載一致，則無離散性，若發(fā)現(xiàn)存在個別試樣所受荷載與其它試樣所受荷載存在較大差異，則存在離散性，應(yīng)將受力離散性較大的試樣剔除；

e、結(jié)果離散性甄別：將剔除后的試樣進行波速測量，剔除波速差異較大的試樣，為后續(xù)試驗提供均勻性較好的試樣。

通過采用上述方案，使得后續(xù)試驗所用的試樣具有一致性，有效避免了前期試驗離散性對試驗最終結(jié)果的影響。

最后說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進行修改或者等同替換，而不脫離本技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。