[发明专利]一种应力路径全自动液压伺服控制式刚柔性多功能三轴仪

说明书

技术领域

本发明涉及土工测试技术领域，尤其涉及一种应力路径全自动液压伺服控制式刚柔性多功能三轴仪。

背景技术

三轴试验是测试岩石、土等的抗剪强度参数和变形力学特性的一种试验技术手段。传统的大型三轴仪一般是刚性底座(不配置陶瓷板)，只有一个压力室，只能测试饱和试样，试样的体积变形通过测量试验过程中排出水的体积确定；目前的大型三轴仪尚未采用应力路径控制技术，难以实现复杂应力路径下的三轴试验，限制了大型三轴仪的应用和研究范围。当对非饱和土石混合体等试样进行试验时，由于试样中气体的压缩，无法准确测量试样的体积变形；另外，刚性底座使得施加于非均质土石混合体上的应力不均匀，产生应力集中，无法正确反映土石混合体的应力-应变关系。

虽然现有技术对三轴试验装置进行了一些改进和探索，比如：应变控制式三轴剪切装置(中国专利申请号为：02286391.5)，该专利在三轴主机的立柱上，放置多个压力室支撑装置，以实现三至四个土样的同时固结、分别剪切的目的；一种土工三轴仪压力室(中国专利申请号为：200810037713.X)，该专利涉及一种土工三轴仪压力室，具有一个与压力罩顶盖中心滑配的活塞，活塞的断面面积和形状与压力室中具体试验的试样断面面积和形状相同。实现了土样的无侧限条件，试验土样的种类和最大高度都得到了增加，提高了压力室的通用性。但是，上述专利均没有解决传统三轴仪只能测量饱和土石混合体材料的局限，以及，传统三轴仪中由于刚性压头和刚性底座对非均质材料产生局部应力集中的问题。

发明内容

本发明解决的一个技术问题就是：解决现有技术的三轴仪只能测量饱和土石混合体材料的局限，提出一种应力路径全自动液压伺服控制式刚柔性多功能三轴仪，可以开展非饱和土在压缩试验中的体积变形精确测量；

另外，本发明解决的另一个技术问题是，解决传统三轴仪中由于刚性压头和刚性底座对非均质材料产生局部应力集中的问题。

为了解决现有技术的三轴仪只能测量饱和土石混合体材料的局限，本发明提供一种应力路径全自动液压伺服控制式刚柔性多功能三轴仪，包括：加载框架、双室压力室、底座、压头、加载系统、数据测量与采集装置和控制装置，其中，

双室压力室位于试样的外围，压头和底座分别位于所述试样的上、下两端；加载框架位于所述双室压力室的外侧；所述双室压力室包括内压力室和位于所述内压力室外围的外压力室；

所述加载系统用于对所述试样进行加载试验；

所述数据测量与采集装置用于对加载试验数据进行采集与测量；

所述控制装置与所述加载系统和数据测量与采集装置分别相连，用于控制所述加载系统，以及获取数据测量与采集装置得到的加载试验数据。

优选地，上述三轴仪还具有以下特点，以解决传统三轴仪中由于刚性压头和刚性底座对非均质材料产生局部应力集中的问题：

所述底座和压头为刚性或柔性，以实现刚性或柔性加载；

当所述底座和压头为刚性时，所述底座为不锈钢材料，中心嵌有陶瓷板，所述陶瓷板下面有环形水槽，以实现对试验过程中通过陶瓷板扩散的气泡进行冲刷；

当所述底座和压头为柔性时，所述底座和压头具有内部充满液体的不锈钢外壳，与试样接触端设置有耐高压胶囊。

优选地，上述三轴仪还具有以下特点：

所述加载系统包括液压动力源、轴向加压控制装置、内围压加压控制装置、外围压加压控制装置、孔隙水压加压控制装置和孔隙气压加压控制装置；其中，

所述内围压加压控制装置包括依次相连的第一伺服驱动器、第一电液伺服阀、第一液压油缸、第一运动活塞杆和第一水缸；所述第一水缸通过管道与所述内压力室相连；

所述外围压加压控制装置包括依次相连的第二伺服驱动器、第二电液伺服阀、第二液压油缸、第二运动活塞杆和第二水缸；所述第二水缸通过管道与所述外压力室相连；

孔隙水压加压控制装置包括依次相连的第三伺服驱动器、第三电液伺服阀、第三液压油缸、第三运动活塞杆和第三水缸；所述第三水缸通过管道与所述底座相连并通到试样内部；

孔隙气压加压控制装置包括依次相连的第四伺服驱动器、第四电液伺服阀、第四液压油缸、第四运动活塞杆、气缸和空气压缩机；所述气缸通过管道与所述压头相连并通到试样内部；

所述轴向加压控制装置包括依次相连的第五伺服驱动器、五电液伺服阀、轴向加压油缸和加压杆；所述加压杆与所述压头相连；

所述液压动力源分别与所述第一伺服驱动器、第二伺服驱动器、第三伺服驱动器、第四伺服驱动器和第五伺服驱动器相连。

优选地，上述三轴仪还具有以下特点：