本發明專利技術公開一種應力路徑全自動液壓伺服控制式剛柔性多功能三軸儀，包括：加載框架、雙室壓力室、底座、壓頭、加載系統、數據測量與采集裝置和控制裝置，雙室壓力室位于試樣的外圍，壓頭和底座分別位于所述試樣的上、下兩端；加載框架位于所述雙室壓力室的外側；所述雙室壓力室包括內壓力室和位于所述內壓力室外圍的外壓力室；所述加載系統用于對所述試樣進行加載試驗；所述數據測量與采集裝置用于對加載試驗數據進行采集與測量；所述控制裝置與所述加載系統和數據測量與采集裝置分別相連，用于控制所述加載系統，以及獲取數據測量與采集裝置得到的加載試驗數據。本發明專利技術能夠進行非飽和土體積變形的準確測量。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及土工測試
，尤其涉及一種應力路徑全自動液壓伺服控制式剛柔性多功能三軸儀。
技術介紹
三軸試驗是測試巖石、土等的抗剪強度參數和變形力學特性的一種試驗技術手段。傳統的大型三軸儀一般是剛性底座(不配置陶瓷板)，只有一個壓力室，只能測試飽和試樣，試樣的體積變形通過測量試驗過程中排出水的體積確定；目前的大型三軸儀尚未采用應力路徑控制技術，難以實現復雜應力路徑下的三軸試驗，限制了大型三軸儀的應用和研究范圍。當對非飽和土石混合體等試樣進行試驗時，由于試樣中氣體的壓縮，無法準確測量試樣的體積變形；另外，剛性底座使得施加于非均質土石混合體上的應力不均勻，產生應力集中，無法正確反映土石混合體的應力-應變關系。·雖然現有技術對三軸試驗裝置進行了一些改進和探索，比如應變控制式三軸剪切裝置(中國專利申請號為02286391. 5)，該專利在三軸主機的立柱上，放置多個壓力室支撐裝置，以實現三至四個土樣的同時固結、分別剪切的目的；一種土工三軸儀壓力室(中國專利申請號為200810037713. X)，該專利涉及一種土工三軸儀壓力室，具有一個與壓力罩頂蓋中心滑配的活塞，活塞的斷面面積和形狀與壓力室中具體試驗的試樣斷面面積和形狀相同。實現了土樣的無側限條件，試驗土樣的種類和最大高度都得到了增加，提高了壓力室的通用性。但是，上述專利均沒有解決傳統三軸儀只能測量飽和土石混合體材料的局限，以及，傳統三軸儀中由于剛性壓頭和剛性底座對非均質材料產生局部應力集中的問題。
技術實現思路
本專利技術解決的一個技術問題就是解決現有技術的三軸儀只能測量飽和土石混合體材料的局限，提出一種應力路徑全自動液壓伺服控制式剛柔性多功能三軸儀，可以開展非飽和土在壓縮試驗中的體積變形精確測量；另外，本專利技術解決的另一個技術問題是，解決傳統三軸儀中由于剛性壓頭和剛性底座對非均質材料產生局部應力集中的問題。為了解決現有技術的三軸儀只能測量飽和土石混合體材料的局限，本專利技術提供一種應力路徑全自動液壓伺服控制式剛柔性多功能三軸儀，包括加載框架、雙室壓力室、底座、壓頭、加載系統、數據測量與采集裝置和控制裝置，其中，雙室壓力室位于試樣的外圍，壓頭和底座分別位于所述試樣的上、下兩端；加載框架位于所述雙室壓力室的外側；所述雙室壓力室包括內壓力室和位于所述內壓力室外圍的外壓力室；所述加載系統用于對所述試樣進行加載試驗；所述數據測量與采集裝置用于對加載試驗數據進行采集與測量；所述控制裝置與所述加載系統和數據測量與采集裝置分別相連，用于控制所述加載系統，以及獲取數據測量與采集裝置得到的加載試驗數據。優選地，上述三軸儀還具有以下特點，以解決傳統三軸儀中由于剛性壓頭和剛性底座對非均質材料產生局部應力集中的問題所述底座和壓頭為剛性或柔性，以實現剛性或柔性加載；當所述底座和壓頭為剛性時，所述底座為不銹鋼材料，中心嵌有陶瓷板，所述陶瓷板下面有環形水槽，以實現對試驗過程中通過陶瓷板擴散的氣泡進行沖刷；當所述底座和壓頭為柔性時，所述底座和壓頭具有內部充滿液體的不銹鋼外殼，與試樣接觸端設置有耐高壓膠囊。優選地，上述三軸儀還具有以下特點所述加載系統包括液壓動力源、軸向加壓控制裝置、內圍壓加壓控制裝置、外圍壓 加壓控制裝置、孔隙水壓加壓控制裝置和孔隙氣壓加壓控制裝置；其中，所述內圍壓加壓控制裝置包括依次相連的第一伺服驅動器、第一電液伺服閥、第一液壓油缸、第一運動活塞桿和第一水缸；所述第一水缸通過管道與所述內壓力室相連；所述外圍壓加壓控制裝置包括依次相連的第二伺服驅動器、第二電液伺服閥、第二液壓油缸、第二運動活塞桿和第二水缸；所述第二水缸通過管道與所述外壓力室相連；孔隙水壓加壓控制裝置包括依次相連的第三伺服驅動器、第三電液伺服閥、第三液壓油缸、第三運動活塞桿和第三水缸；所述第三水缸通過管道與所述底座相連并通到試樣內部；孔隙氣壓加壓控制裝置包括依次相連的第四伺服驅動器、第四電液伺服閥、第四液壓油缸、第四運動活塞桿、氣缸和空氣壓縮機；所述氣缸通過管道與所述壓頭相連并通到試樣內部；所述軸向加壓控制裝置包括依次相連的第五伺服驅動器、五電液伺服閥、軸向加壓油缸和加壓桿；所述加壓桿與所述壓頭相連；所述液壓動力源分別與所述第一伺服驅動器、第二伺服驅動器、第三伺服驅動器、第四伺服驅動器和第五伺服驅動器相連。優選地，上述三軸儀還具有以下特點所述數據測量與采集裝置包括軸向壓力傳感器、內圍壓壓力傳感器、外圍壓壓力傳感器、孔隙水壓力傳感器、孔隙氣壓力傳感器，拉線式位移傳感器、稱重傳感器、盛水容器和數據采集模塊；其中，所述內圍壓壓力傳感器與所述第一水缸相連；所述外圍壓壓力傳感器與所述第二水缸相連；所述孔隙水壓力傳感器與所述第三水缸相連；所述孔隙氣壓力傳感器與所述氣缸相連；所述軸向壓力傳感器與所述軸向加壓油缸相連；所述盛水容器通過管道與所述底座相連，所述稱重傳感器與盛水容器相連，用于稱量盛水容器內水的質量；拉線式位移傳感器包括第一位移傳感器、第二位移傳感器和第三位移傳感器；所述第一位移傳感器位于所述第一運動活塞桿上；所述第二位移傳感器位于所述第三運動活塞桿上；所述第三位移傳感器位于所述加載框架的頂板上；所述數據采集模塊分別與所述控制裝置、軸向壓力傳感器、內圍壓壓力傳感器、夕卜圍壓壓力傳感器、孔隙水壓力傳感器、孔隙氣壓力傳感器，拉線式位移傳感器和稱重傳感器相連。優選地，上述三軸儀還具有以下特點所述軸向壓カ傳感器的量程為O 100t，精度為全量程的±2%。;內圍壓壓カ傳感器和外圍壓壓力傳感器的工作范圍為O 5MPa ;孔隙水壓カ傳感器和孔隙氣壓カ傳感器的工作范圍為O 2MPa ;稱重傳感器的工作范圍為O 3kg，拉線式位移傳感器工作范圍為O. 5m-1. Om0優選地，上述三軸儀還具有以下特點所述控制裝置包括エ控機和數模轉換卡，所述數模轉換卡的輸入端與所述エ控機 相連，接收數字控制信號，所述數模轉換卡的輸出端分別與所述第一伺服驅動器、第二伺服驅動器、第三伺服驅動器、第四伺服驅動器和第五伺服驅動器相連，傳輸轉換后的模擬控制信號；所述エ控機與所述數據采集模塊相連，獲取數據采集模塊得到的加載試驗數據。優選地，上述三軸儀還具有以下特點所述雙室壓カ室采用一體化設計。與現有技術相比，本專利技術的有益效果是I、采用液壓伺服控制實現了應力路徑的全自動控制；2、采用雙壓カ室方案，能夠進行非飽和土體積變形的準確測量；3、采用剛性壓頭內嵌陶瓷板，實現基質吸カ的有效和定量控制；4、采用高壓液體膠囊形式的柔性壓頭，實現了對非均質材料施加均勻應カ，消除了局部應カ集中的現象；5、采用拉繩式位移傳感器，實現了軸向大量程位移變化的測量；6、內、外圍壓和孔隙水壓カ均采用液壓動カ驅動產生，氣壓カ采用液壓動カ驅動氣缸內氣體的方式產生，能實現高度自動控制和反饋。附圖說明圖I為本專利技術實施例的三軸儀的示意圖。具體實施例方式下文中將結合附圖對本專利技術的實施例進行詳細說明。需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互任意組合。為了克服傳統三軸儀只能測量飽和土石混合體材料的局限，本專利技術提出了雙壓カ室的方案和氣壓控制系統，用于開展非飽和土在壓縮試驗中的體積變形精確測量和進行試樣內部孔隙氣壓カ的自動控制。本專利技術提出了柔性加載方案，利用高壓液體膠囊的壓頭和底本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種應力路徑全自動液壓伺服控制式剛柔性多功能三軸儀，其特征在于，包括：加載框架、雙室壓力室、底座、壓頭、加載系統、數據測量與采集裝置和控制裝置，其中，雙室壓力室位于試樣的外圍，壓頭和底座分別位于所述試樣的上、下兩端；加載框架位于所述雙室壓力室的外側；所述雙室壓力室包括內壓力室和位于所述內壓力室外圍的外壓力室；所述加載系統用于對所述試樣進行加載試驗；所述數據測量與采集裝置用于對加載試驗數據進行采集與測量；所述控制裝置與所述加載系統和數據測量與采集裝置分別相連，用于控制所述加載系統，以及獲取數據測量與采集裝置得到的加載試驗數據。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：范永波，趙紅華，李世海，朱林劍，徐志祥，劉曉宇，侯岳峰，
申請(專利權)人：中國科學院力學研究所，
類型：發明
國別省市：
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