专利名称：现场伺服控制岩体真三轴试验装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种岩体力学试验设备，尤其涉及一种利用地下洞室开展现场大尺寸、高应力岩体真三轴试验的装置。
背景技术：
由于大型地下洞群的规模逐渐增大，所处的地下地质环境条件也愈加复杂。因此， 存在深埋、高地应力条件下，洞群围岩的稳定性状况、破坏形态和破坏机制等问题。现场岩体力学试验是解决这类问题的主要研究方法。当前主要采用直剪试验获取现场岩体强度，直剪试验需要预设剪切面，试验结果只能反映剪切面强度，无法揭示岩体综合强度，直剪试验只能与Mohr-Coulomb等少数强度准则配套，不能考虑中间主应力影响。开展现场岩体三轴试验是了解岩体综合强度的有效途径。从参考文献可知，长江科学院于1972年在葛洲坝开展了现场岩体三轴试验，中科院武汉岩土力学研究所针对国投新集煤矿区软岩，开展了现场岩体三轴蠕变试验，日本电力工业研究中心利用其自行研制的设备，针对凝灰岩开展了等围压三轴试验。以往三轴试验岩体试样尺寸小，无法揭示岩体综合强度，与工程岩体实际综合状况相距较大，尺寸效应明显。如要开展现场大尺寸岩体试验，需要大吨位千斤顶给试样加载提供轴压，从而也需要较大反力承载，现有试验台架的刚度和出力水平难以满足要求。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的缺陷，提供一种利用地下洞室现场大尺寸岩体试样，大吨位千斤顶加载提供高轴压，且由现场岩体提供轴压反力，适用于复杂应力条件的岩体真三轴试验设备，可独立加载伺服控制，获得准确的岩体综合强度。本发明解决其技术问题采用以下技术方案一种现场伺服控制岩体真三轴试验装置，包括轴压加载系统、围压加载系统、测量及采集控制系统，主要是在地下洞室现场柱状岩体试样顶面平置钢板，钢板上均布设置至少二个或二个以上千斤顶，每个千斤顶上平置钢板，钢板上设置传力柱，传力柱上顶洞室岩体面，传力柱与洞室岩体面由钢板隔置，柱状岩体试样尺寸范围长30cm至100cm，宽30cm至100cm，高60cm至150cm，测杆一端设置在柱状岩体试样顶面中心内，测杆另一端穿过钢板孔接测量及采集控制系统，千斤顶接轴压加载伺服控制系统。而且，轴压加载伺服控制系统为计算机接转换器EDC，转换器EDC接伺服阀，伺服阀一端接油源，另一端接增压器，增压器接千斤顶。而且，千斤顶对柱状岩体试样顶面加载最高轴压120MPa。而且，测量及采集控制系统为测杆接轴向变形测表，轴向变形测表接入计算机。本发明与现有技术相比还具有以下的主要优点1、利用现场岩体做成柱状大尺寸试样，多个大吨位千斤顶加载轴压，克服试验台架的刚度和出力问题，现场岩体大尺寸试样试验全面揭示岩体综合强度，避免样品尺寸小与工程岩体相距较大而产生的尺寸效应。2、由于在柱状大尺寸试样顶面上设多个大吨位千斤顶加载轴压，通过传力柱将千斤顶的荷载传递给上部洞室岩体面，充分利用地下洞室现场岩体承载，产生较大反力，达到柱状大尺寸试样的轴压加载目的。3、千斤顶对柱状岩体试样施加轴压，千斤顶接轴压加载伺服控制系统，可以独立控制柱状岩体试样的轴压，由于接入伺服阀，控制增压器可以试验不同轴压加载，揭示岩体综合强度。4、测量及采集控制系统由测杆接变形测表，并接入计算机，从而使测量与采集试验数据由计算机控制，使采集试验数据实时、精确。5、柱状岩体试样尺寸范围长30cm至100cm，宽30cm至100cm，高60cm至150cm， 利用地下洞室岩体现场可以提供一定范围内变化的样品尺寸，扩大了试验仪器使用范围， 适用范围更广泛。
图1是本发明现场伺服控制岩体真三轴试验装置示意图。1.洞室岩体面，2、2'、2〃 .钢垫板，2-1.钢板孔，3.传力柱，4.千斤顶，5.油管， 6.反力框架，7.径向变形测表，7'.测杆，8.轴向变形测表，8'.测杆，9、9'.液压枕， 10.现场柱状岩体试样，11.增压器，12.伺服阀，13.伺服油源，14.转换器EDC，15.计算机， 15'.测量及采集控制系统，12".轴压加载伺服控制系统。
具体实施例方式下面结合附图对本发明进一步说明。如图1所示，一种现场伺服控制岩体真三轴试验装置，由反力框架、轴压加载系统、围压加载系统、测量及采集控制系统组成。利用地下洞室现场岩体直接做成柱状大尺寸试样，尺寸范围长30cm至100cm，宽30cm至100cm，高60cm至150cm，便于提供一定范围内变化的样品尺寸，柱状岩体试样(10)顶面上平置钢板O)，其上均布设置至少二个或二个以上千斤顶G)，每个千斤顶(4)上平置钢板O')，传力柱C3)设置钢板O')上，传力柱(3)上面平置钢板(T )，并顶住洞室岩体顶面(1)，利用地下洞室岩体强度，直接用洞室岩体面承载千斤顶轴压产生的较大反力，达到柱状大尺寸试样轴压加载效果。柱状岩体试样(10)顶面与千斤顶(4)之间、千斤顶(4)顶面与传力柱C3)之间、传力柱C3)顶面与洞室岩体面(1)之间分别由钢板O)、(2' )、(2")隔置；千斤顶(4)接轴压加载伺服控制系统(12")，轴压加载伺服控制系统(12")单独控制柱状岩体试样(10)顶面千斤顶(4) 轴压加载，轴压加载伺服控制系统(12")由数据线将计算机(1 接转换器EDC(14)，接转换器EDC (14)接入伺服阀(12)，伺服阀(12)通过油管(5) —端接油源(13)，另一端接入增压器(11)，增压器(11)接千斤顶⑷千斤顶⑷对柱状岩体试样(10)顶面加载最高轴压 120MPao柱状大尺寸试样顶面中心内置测杆(8')，测杆(8')另一端穿过钢板孔
接测量及采集控制系统(15')，测量及采集控制系统(15')是测杆(8')接轴向变形测
4表(8)，轴向变形测表(8)的数据通过数据线接入计算机(15)，输出试样顶面变形数据。岩体真三轴压缩试验装置，试验装置反力框架为矩形柱体，矩形柱体反力框架(6) 四周内面安装液压枕(9) (9')，并套置在柱状岩体试样(10)外，围压加载伺服控制系统接入柱状岩体试样(10)侧面两对应面液压枕(9) (9')，并能够单独控制围压加载，围压加载伺服控制系统由数据线将计算机(15)接转换器EDC(14)，转换器EDC(14)接入伺服阀 (12)，伺服阀(12)通过油管(5) 一端接油源(13)，另一端接入增压器(11)，增压器(11)接液压枕(9) (9')，液压枕(9) (9')对柱状岩体试样(10)四面加载最高围压25MPa。岩体真三轴压缩试验装置安装完成，开启计算机(15)、转换器EDC(14)，启动伺服油源(1 。试验人员将试验指令输入计算机(15)，然后开始试验。试验人员的指令由转换器EDC(14)转换为电信号，发送给伺服阀(12)，伺服阀(12)依据转换器EDC(14)的指令，将伺服油源(1 提供的压力进行调节，然后将指定压力输送给增压器(11)，增压器将伺服阀的压力放大，然后将放大的压力通过油管( 输送给柱状大尺寸试样轴向千斤顶，轴压加载控制系统(12")控制柱状岩体试样(10)轴向千斤顶(4)轴压加载。试样(10)受千斤顶(4)荷载作用后，所发生的变形分别通过测杆传递，然后被轴向变形测表(8)采集，并通过数据线传递给计算机(15)，计算机(15)按试验人员要求绘制实时试验曲线。
权利要求
1.一种现场伺服控制岩体真三轴试验装置，包括轴压加载系统、围压加载系统、测量及采集控制系统，其特征在于地下洞室现场柱状岩体试样(10)顶面平置钢板(2)，钢板 (2)上均布设置至少二个或二个以上千斤顶G)，每个千斤顶(4)上平置钢板O')，钢板 (2')上设置传力柱(3)，传力柱C3)上顶洞室岩体面(1)，传力柱(3)与洞室岩体面(1) 由钢板、2'’ )隔置，柱状岩体试样(10)尺寸范围长30cm至100cm，宽30cm至100cm，高 60cm至150cm，测杆(8') 一端设置在柱状岩体试样(10)顶面中心内，测杆(8')另一端穿过钢板孔(2-1)接测量及采集控制系统(15')，千斤顶(4)接轴压加载伺服控制系统 (12")。
2.根据权利要求1所述一种现场伺服控制岩体真三轴试验装置，其特征在于轴压加载伺服控制系统(12")为计算机(15)接转换器EDC (14)，转换器EDC (14)接伺服阀(12)， 伺服阀(12) 一端接油源(13)，另一端接增压器(11)，增压器(11)接千斤顶(4)。
3.根据权利要求1或2所述一种现场伺服控制岩体真三轴试验装置，其特征在于千斤顶(4)对柱状岩体试样(10)顶面加载最高轴压120MPa。
4.根据权利要求1所述一种现场伺服控制岩体真三轴试验装置，其特征在于测量及采集控制系统(15')为测杆(8')接轴向变形测表(8)，轴向变形测表(8)接入计算机。
全文摘要
本发明公开了一种现场伺服控制岩体真三轴试验装置，包括轴压加载系统、围压加载系统、测量及采集控制系统，主要是在地下洞室现场柱状岩体试样顶面平置钢板，钢板上均布设置至少二个或二个以上千斤顶，每个千斤顶上平置钢板，钢板上设置传力柱，传力柱上平置钢板并上顶洞室岩体面，柱状岩体试样尺寸范围长30cm至100cm，宽30cm至100cm，高60cm至150cm，测杆一端设置在柱状岩体试样顶面中心内，测杆另一端穿过钢板孔接测量及采集控制系统，千斤顶接轴压加载伺服控制系统。本装置利用地下洞室现场大尺寸岩体试样，大吨位千斤顶加载提供高轴压，且由现场岩体承载，开展复杂应力条件下岩体真三轴试验，可独立加载伺服控制，获得更准确的岩体综合强度。
文档编号G01N3/12GK102353592SQ20111014072
公开日2012年2月15日 申请日期2011年5月27日 优先权日2011年5月27日
发明者周火明, 孙云志, 庞正江, 张宜虎, 李维树, 杨宜, 杨汉良, 熊诗湖, 王玉明, 范雷, 谢斌, 赵仁义, 邬爱清, 郝庆泽, 钟作武, 陈强, 韩军, 马东辉 申请人:长春市朝阳试验仪器有限公司, 长江水利委员会长江科学院