专利名称：岩石双联动三轴流变仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种双联动岩石三轴流变仪，该仪适用于软岩、硬土在 不同应力条件下的流变特性。采用先进的伺服控制、滚珠丝杠和液压等技术组 合，能自动稳压、自动记录应力一位移曲线、温度历时曲线。本设备可以实现 相同轴压、不同围压的三轴蠕变试验。
背景技术：
在各类工程建设中，如石油开发、核废料的储存和三峡工程的兴建与西部 大开发等，所遇到的岩土材料发生流变的工程问题越来越多，许多学者探讨用 岩体流变理论来分析计算在处理地下洞室、边坡、大坝坝基等工程中出现的各 种与时间相关的现象和问题，因此岩体的流变特性理论作为岩土工程问题中的关键问题吸引了众多科研工作者的关注。软岩工程流变问题从20世纪60年代 就作为世界性难题被提出，是当今科技攻关和工程实践的难点和热点。在过去 的几十年里，国内外的广大科研工作者对软岩工程的流变问题进行了大量的研 究工作。软岩在复杂的力学环境下表现出来的特性中，大变形和非线性强流变特性 表现得尤为突出，且工程流变发生的持续时间长。到目前为止，对软岩非线性 流变特性的研究成果尚未全面掌握其变形破坏规律，许多软岩巷道在生产过程 中出现底板臌起，顶板下沉、开裂、破碎以致冒落现象。本设备为研究中国深部地下工程软岩(水利、矿山、石油、核废料储库) 的流变特性提供新的试验技术，由此可见本设备不仅具有重要的流变试验研究 的价值，还具有实际应用前景极其广阔。发明内容本实用新型的目的是在于提供了一种岩石双联动三轴流变仪，可以实现相 同轴压、不同围压的三轴流变试验，该仪器通用性好、结构简单、可靠性高、 实现容易。对于三轴蠕变试验，不但可以实现轴压相同，试验时两个试样的围 压可以相同、也可以不同，达到加快试验的速度，还可以降低试验成本。为了实现上述目的，本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是在 两个三轴压力室之间增加一个连接件，使得其中一个试样流变进入加速蠕变阶 段时，将此结构转换成为传力结构，确保另外一个三轴压力室的试样还能继续 开展试验。根据试验需要，可以实现两个相同轴压、围压的流变试验或相同轴压、不 同围压的流变试验，流变试验过程中可以测量试样发生的轴向变形和横向变 形，通过传感器与数据采集系统实现数据的实时采集。本测试仪器包括轴向加压系统、围压系统、伺服控制系统、数据采集系 统等部分构成。该仪器的连接关系为加载框架与压力传感器通过圆形接口相连，其作用是测量试样施加的轴压；压力传感器与三轴压力室相连，实时采集与控制试验过程中的所施加轴向力。位移传感器与轴向力出力油缸活塞通过圆形接口相连，其作用是测量流变 过程中的轴向蠕变位移；两个三轴压力室分别与加载框架和底座相连，其作用是密封试样及给试样 施加轴向荷载，两个三轴压力室与围压伺服加载系统、轴向伺服加载系统分别 通过油管相接，围压伺服加载系统、轴向伺服加载系统分别与围压伺服电机通 过电缆连接。底座与三轴压力室相连，其作用是安放三轴压力室； 底座与轴向出力油缸相连，其作用是提供轴向压力；两个三轴压力室之间通过金属连接件相连接；确保两个三轴压力室承受相 同的轴向应力；轴向出力油缸与轴向伺服加载系统及伺服电机相连，其作用是提供恒定的轴向应力；三轴压力室与围压伺服加载系统及伺服电机通过圆形油管相连，其作用是 提供恒定的围压；轴向伺服电机与控制器及计算机通过电缆相连，其作用是控制试验过程中 的轴向应力恒定；围压伺服电机与控制器及计算机通过电缆相连，其作用是控制试验过程中 的调节围压使其保持恒定；位移传感器与计算机通过电缆相连，其作用是实时记录流变过程中的流变 位移；压力传感器通过电缆与计算机相连，其作用是实时记录流变试验过程中的 轴向应力和围压；三轴压力室与试样相连，其作用是提供试样安装的空间，并确保轴压和围 压的施加；垫块与三轴压力室相连接，其作用是保证三轴压力室保证试验机传力均匀；横向应变计与试样紧密相接，其作用是测量试样的横向变形； 横向应变计夹子用于调节横向应变计的尺寸和接触； 试样与三轴压力室和横向应变计相连，是试验被测量的主体；本实用新型包括实验原理，数据采集与控制系统功能。通过对岩石开展 相同轴向压力下的两个试样开展流变试验，两个试样的围压可以相同也可以不 同，试验过程中分别记录轴向应力一时间曲线，轴向位移一时间曲线，并实时 记录环境温度。本实用新型与现有技术相比，具有以下优点和效果① 实验系统既可以实现相同围压，也可以实现不同围压的双联动组合流变 试验。② 试验过程中可以控制试样的试验温度。③ 系统通用性好、可靠性高、精度高，且可縮短试验周期，节省试验成本。
图1为一种岩石双联动三轴流变仪结构示意图。 图2为一种三轴压力室的结构示意图。该结构包括三轴压力室5a、横向应变计13、横向应变计夹子14以及垫 块12。图3为一种三轴压力室的横剖面结构示意图。该结构包括横向应变计夹子14、横向应变计链子17、横向应变计夹子 16和试样15。其中l一加载框架；2—压力传感器；3—位移传感器；4一三轴压力室连接件(金属件)；5a、 5b—三轴压力室；6—底座；7—轴向出力油缸活塞；8a 一轴向伺服加载系统；8b—围压伺服加载系统；8c—轴向伺服加载系统；9a一轴压伺服电机；9b、 9C一围压伺服电机；10a—轴向压力控制器；10b、 10c —围压控制器；ll一计算机；12—三轴压力室垫块；13—横向应变计；14一 横向应变计夹子；15—试样；16-三轴压力室胶套筒壁；17—横向应变计链子具体实施方式
根据图l、图2和图3，本测试仪由专用三轴压力室5a、 5b、压力传感器 2、位移传感器3、轴向伺服加载系统8a、围压伺服加载系统8b以及计算机 ll等部分组成。本测试仪的基本连结关系是加载框架1与压力传感器2相连，测量试样施加的轴向力，测量精度为2N 压力传感器2与三轴压力室5a相连接，实时采集与控制试验过程中的所 施加轴向力；三轴压力室5b与试验机底座6相连，试验机底座6与位移传感器相及轴 向出力油缸活塞7相连，其作用是测试试样过程中发生的轴向位移。三轴压力室5a与三轴压力室5b通过金属件4相连接，其作用是确保两个 三轴压力室(5a， 5b)在加载过程中承受相同的轴向力；三轴压力室5a分别与三轴压力室5b、流变仪加载框架1和底座6连接， 其作用是密封试样及给试样施加轴向荷载，通过轴向出力油缸施加轴向力，轴 向垫片12根据试样的大小加工；在三轴压力室5a、 5b内装有轴向垫块12，将试样15放入内测试，提供试 样安装的空间，并确保轴压力和围压的施加，三轴压力室5a、 5b通过液压油对试样15进行加压的圆筒；三轴压力室5b、 5a与围压伺服加载系统8b、轴向伺服加载系统8c分别与 通过油管相接，围伺服加载系统8b、轴向伺服加载系统8c分别与轴向伺服电 机9b、围压伺服电机9c通过电缆连接，其作用是给试样施加恒定围压；轴向伺服加载系统8a分别与轴向伺服电机9a、轴向出力油缸活塞7相连， 其作用是确保轴向力的稳定。轴向压力控制器10a、围压控制器10b、 10c分别与轴向伺服电机9a、围 压伺服电机9b、 9c和计算机ll相连，其作用是通过计算机11进行控制轴向 压力和围压的大小。横向应变计13与试样15截面相接，其作用是测量试样的横向变形；根据图2可知，三轴压力室5a分别与横向应变计13和三轴压力室垫块12 相连，横向应变计13与横向应变计夹子14相连，其作用是测试试验过程的试 样横向变形。根据图3可知，三轴压力室胶套筒壁16与横向应变计链子17相连，在三 轴压力室胶套筒壁16内装有试样15，横向应变计链子17与横向应变计夹子 14相连，其作用是确保试样的胶套与横向应变计链子紧密接触。三轴压力室大小根据试样尺寸要求进行设计，国内试验机厂可产生；伺服电机MSMD082P1系列控制器德国EDC220系列计算机Dell位移传感器MTSRS系列 压力传感器HBM Load Cell Z6加载框架国内试验机厂可产生轴向伺服加载系统国内试验机厂可产生 围压、伺服加载系统国内试验机厂可产生 轴向伺服电机MSMD082P1系列 围压伺服电机MSMD082P1系列以上主要部件都可从市场釆购或者加工。根据图1所示，将试验样本放入三轴压力室5a和5b内，并放入轴向垫片12;应用试验机框架对试样15施加一定的轴压和围压，应用位移传感器3和 压力传感器2采集试验过程中的应变及应力等相关信息。以上技术方案实现了岩石双联动三轴流变仪岩土介质流变特性测试，测量 成本低且试验精度高，具有广泛的工程应用前景。
权利要求1、一种岩石双联动三轴流变仪，它包括压力传感器(2)、位移传感器(3)、轴向出力油缸活塞(7)、轴向伺服加载系统(8a、8c)，其特征在于加载框架(1)与压力传感器(2)通过圆形接口相连，压力传感器(2)与三轴压力室(5a)相连，三轴压力室(5a)与三轴压力室(5b)通过金属件(4)相连，三轴压力室(5a)与三轴压力室(5b)和加载框架(1)和底座(6)连接，三轴压力室(5a、5b)与围压伺服加载系统(8b)、轴向伺服加载系统(8c)分别通过油管相接，围压伺服加载系统(8b)、轴向伺服加载系统(8c)分别与围压伺服电机(9b、9c)通过电缆连接，横向应变计(13)与试样(15)相接。
2、 根据权利要求1所述的一种岩石联动三轴流变仪，其特征在于轴压 伺服加载系统(8a)分别与轴向伺服电机(9a)和轴向出力油缸活塞(7)相 连。
3、 根据权利要求1所述的一种岩石联动三轴流变仪，其特征在于三轴 压力室(5a、 5b)内装有横向应变计(13)。
专利摘要本实用新型公开了一种岩石双联动三轴流变仪，它由压力传感器、位移传感器伺服系统、轴向出力油缸活塞、轴向伺服加载系统、计算机及加载框架所构成，加载框架与压力传感器相连，压力传感器与三轴压力室相连，三轴压力室通过金属件相连，三轴压力室分别与加载框架、底座相连，在三轴压力室内装有轴向垫片，在三轴压力室试样筒壁上装有横向应变计链子和横向应变计夹子。本实用新型系统通用性好、结构简单、可靠性高，该设备可以应用于岩土介质流变试验。
文档编号G01N11/00GK201083668SQ20072008749
公开日2008年7月9日 申请日期2007年10月10日 优先权日2007年10月10日
发明者于洪丹, 谭贤君, 贾善坡, 陈卫忠 申请人:中国科学院武汉岩土力学研究所