[发明专利]堆石料劣化大型三轴剪切试验仪

说明书

技术领域

本发明属于试验装置技术领域，涉及一种高土石坝筑坝堆石料的劣化性能测试设备，具体是一种堆石料劣化大型三轴剪切试验仪。本发明主要用于测量堆石料在经历物理风化（干湿和冷热作用）和化学风化（酸化）过程中的力学性能，同时还具备进行高土石坝堆石料复杂应力路径及流变、湿化试验研究功能。

背景技术

目前，堆石料是构筑高土石坝的主要材料，为节省工程投资，保护生态环境，坝址附近一些易风化岩性的开挖堆石料已被广泛应用于堆石坝的填筑。一般而言堆石料的风化进程是极为缓慢的，但在某些情况下在很短甚至几个月的时间内就会发生明显的风化，堆石料力学性质的劣化会使其强度参数降低并引起坝体产生附加后期变形，从而导致大坝安全稳定性的降低。因此，研制能准确测试堆石料在劣化作用下强度变形指标的试验设备显得十分必要。

目前国内外已研制出少数几台用于测试堆石料劣化特性的试验设备，但存在以下主要问题：

（1）试样直径太小，缩尺效应过大。国际上现有的试验设备为意大利米兰技术大学的小型压缩仪（直径为55.7mm，高度为22mm）和英国谢菲尔德大学的小型直剪仪，国内现有的试验设备为清华大学的中型压缩仪（直径和高度均为15cm）。随着施工水平及碾压工艺的提高，堆石料的最大粒径已经达到120cm，而上述试验设备允许试验的最大粒径仅为3cm，缩尺效应过大；

（2）只能开展K0固结试验，不能开展复杂应力路径的试验研究，不能用于测定目前常用堆石料本构模型的计算参数；

（3）仅能进行物理风化试验，不能开展化学风化试验。随着全球环境污染致使酸雨引起的风化加剧，环境变化对工程的影响将也日趋显著，因此，研究堆石料经受化学风化作用后的强度和变形特性很有必要，而现有仪器没有这一功能；

（4）现有的大型三轴试验设备仅能测试饱和样的体积变形，不能测量干样的体积变形。

发明内容

本发明的目的在于提供一种堆石料劣化大型三轴剪切试验仪，以克服上述缺陷。

本发明的技术方案是：

一种堆石料劣化大型三轴剪切试验仪，包括试验主机、围压与孔压伺服加载系统、温控系统、闭环测控系统以及计算机控制与数据采集系统15；所述围压与孔压伺服加载系统将加载介质增压到指定压力后通过围压增压孔、渗水孔与试验主机的压力室相连，给试样施加围压；所述温控系统将加载介质加温或制冷到一定温度；闭环测控系统包括多通道闭环测控仪以及通过电缆线连接在多通道闭环测控仪上的压力、和变形传感器；所述计算机控制与数据采集系统15与闭环测控系统相联，闭环测控系统分别与试验主机的伺服移动加载横梁与围压与孔压伺服加载系统相联，温控系统与计算机控制与数据采集系统15相联。

所述试验主机包括自上而下依次连接的固定横梁1、伺服移动加载横梁2、四丝杠组6、负荷传感器4、压头5、压力室和主机底座8，试样置于压力室内；固定横梁1、四丝杠组6和主机底座8组成固定框架、伺服移动加载横梁2沿四丝杠组6可上下移动并对压力室内试样进行轴向加载；主机伺服电机3通过蜗轮11和齿轮传动机构12驱动四丝杠组6转动。小车9和导轨10带动压力室进出。

所述压力室包括小压力室7、中压力室13和大压力室14。按照不同要求选择使用。

所述压力室包括自上而下设置的LVDT位移传感器16、力传感器17和径向变形传感器18，径向变形传感器18设置在试样19上。

所述围压与孔压伺服加载系统20由加压伺服电机21、减速机22、滚珠丝杠加载装置23、基座24、水腔25、加载介质、电气控制部分组成，加压伺服电机21通过减速机22连接滚珠丝杠加载装置23，滚珠丝杠加载装置23的一端为水腔25，滚珠丝杠加载装置23设置在基座24上，伺服电机通过减速机驱动滚珠丝杠加载装置对水腔内的加载介质增加压力，并由电气控制部分控制运行。

所述温控系统包括加热机构和制冷机构，将加载介质加温或制冷到一定温度，温度控制方式为PID调节。

所述闭环测控系统包括多通道闭环测控仪以及压力、和变形传感器，通过电缆线与多通道闭环测控仪相联。