岩石三轴仪

Ⅰ 前言 岩石三轴试验是研究岩石力学的重要手段，岩石三轴试验数据是岩石力学的一个重要参数，它能比较完整的模拟岩土在原始地应力状态下的力学性能，是工程设计的重要依据。由于深部岩石处于复杂的应力状态，本身又是一种十分复杂的天然材料，在很多情况下，简单应力状态下的岩石应力试验不能完全反映工程实际中的岩体应力状态，必须充分认识复杂应力状态下岩石的力学性质。因此，开展三轴状态下的岩石试验研究显得十分重要。 岩石的力学性能指标与其试验方法密切相关，同时也与试验用仪器密切相关。为了能够获取准确的岩石力学性能指标，必须有一套精密的试验仪器和一套试验用的控制系统，这是取得可靠的岩石三轴试验数据的基础。目前市场上岩石三轴试验机价格不菲，利用本单位现有的试验机改制成岩石三轴试验机，这对节约经费和充分利用试验场地都具有实际意义。Ⅱ 岩石三轴试验机的改造2.1原压力试验机现状与研制思路 原压力试验机为广州生产的微机控制电液伺服万能试验机，试验机最大负荷600KN。根据目前工程建设和岩石三轴试验的方法，改装以后的岩石三轴试验机应符合以下特点：智能化程度高，实现岩石试验过程的自动控制，避免过多的人为干扰因素，提高试验的真实性、科学性，向智能化试验发展；岩石三轴试验机的围压、轴压必须能适应目前工程建设的需要；同时，仪器还必须一机多用，为复杂应力条件下的试验提供方便；构造简单，操作方便、还必须经济。 根据现有试验机的现状，决定利用原压力试验机的轴向加压系统，增加三轴压力室及围压加压系统、编制新的控制软件，但仍需保留压力试验机的完整性、独立性和原万能试验机的控制系统。2.2岩石三轴试验机的改装2.2.1侧向加载装置及测量控制系统 侧向加载装置及测量系统，主要由琴式液压源泵、侧向加载装置、压力室提升及固定装置、电气测量与控制系统等部分组成。液压源与琴台式机柜有机地组合在一起，同时，全自动采集控制器和电气拖动系统安装再机柜内部，整体布局简洁，操作舒适，占地面积小。液压源系统中，电磁换向阀选用日本YUKEN液压元件，溢流阀、减压阀、压力随动阀均采用美国SUNHYDRAULICS的浮动式插入阀。采用SUN的浮动式插入阀，在于阀尾端的自由浮动，藉此精密配合工作组件，减少对阀的安装扭矩的敏感度要求，避免阀芯卡住的可能，并提高了阀的使用寿命。作为电液伺服控制的核心元件，所采用的伺服阀均为进口意大利原装ATOS伺服阀。油泵采用德国进口ECKERLE内合齿轮泵，其具有超高压力，噪音低的特点。侧向加载装置选用高精度伺服阀对作动器进行控制，确保系统平稳、高效率传动围压，实现系统平稳加载。2.2.2压力室及试样装卸固定装置 改装后的岩石三轴压力室体积较小，灵活轻巧，一是适于装卸，二是可以减少侧向加压介质，减少试验准备时间，另外还可实现一机多用，不使用岩石三轴试验时可将压力室部分放置到固定支架上。 新型压力试验机结构采用目前比较先进的小型压力室设计思路，通过液压工程缸活塞的移动完成试样的装夹和卸样，且整个过程都是全自动控制；围压通过液压油充满内腔实现平稳逐级加载；试样与液压油之间采用特殊材料制成的内膜隔离，整个试验过程只需在支架上装夹试样，试验时讲该装置移动到主机框架内固定即可。设备改装完成验收时围压已达35MPa，在系统实际工作时控制最高围压为30MPa。2.2.3试验机的数据采集、测量系统 SY全自动通道闭环测控系统主要有载荷闭环、位移闭环和变形闭环3套独立的采集及控制模块组成。 试验载荷测量：采用高精度负荷传感器，配备高精度、高分辨率采样、放大系统及数字滤波系统、A/D转换器件，确保测力精度。 位移测量：通过测量作动器活塞的位移，反映出上下夹头间的却对位移，进而实现系统的位移控制，也可用于大变形材料的拉伸伸长测量。同时，通过使用高精度差动变压器式位移传感器，可提高试样变形的测量精度，并以该通道采集数据作为反馈量，实现真正意义上的变形控制。2.2.4试验机的控制系统 计算机全数字实时显示负荷、位移、变形、围压等工程量，可以显示载荷与时间、主应力差与主应力、主应力差与时间、轴位移与时间等各种试验曲线，并根据需要可以选择曲线，直观明了。压力试验机控制系统能自动标定试验机准确度，能够自动清零，能完成试验条件的试样参数及试验数据的采集和存储，试验过程具有过载等设定条件的保护功能，在整个试验过程中，自动实时存储试验数据，以防止突然停电时造成数据的丢失，试验完毕可对数据进行分析处理，打印图标及试验报告。 研制的岩石三轴试验机具有应力控制和应变控制界面，装有三轴蠕变试验的控制程序，可以进行软岩及深部固结土的三轴蠕变试验。可以看出，该岩石三轴试验机具有较强的试验功能，完全能满足目前工程建设的需要和符合有关标准。 2.2.5经济实用 岩石三轴试验机改装以后，在经费方面要比购置新设备节约40%左右，并且在软件控制方面根据试验的要求，本着方便、实用为原则，界面友好。Ⅲ 结 论 岩石三轴试验机改装完成以来，经过了有关专家的鉴定验收，已用于本科生的毕业设计和硕士生的学位论文等有关试验。使用证明：改装的岩石三轴试验机抗干扰能力强，精度高，机械运行平稳可靠，计算机控制程序功能强，能实现岩石三轴压缩强度试验的有关要求，围压控制平稳，并且节省费用，经济使用，达到了预期的改装研制目的。

1.1 岩石三轴试验系统主框架部分：1）作动器：最大压力：2700 kN 最大拉力1350kN；2）刚性立柱：刚度：9.0×109 N/m；3）传感器标定：精度0.5%；1.2 液压油源部分1）静音型泵：流量22LPM 最大噪音63分贝；2）电控液压分油站：实现高低压切换控制；缓冲液压流 3）二级伺服阀：流量37lpm。1.3 全数字多通道控制系统及软件1）控制器机箱：3通道3站台；2）万能信号调理器：用于DC和AC传感器信号调理；3）阀驱动器：D/A 16位分辨率。4）模拟量输出卡：支持12个通道外接1.4 单轴试验附件1）单轴压缩测试装置：采用表面硬度RC58的硬质合金，适用岩样尺寸直径50mmX高100mm，直径100mmx高200mm2）断裂力学试验装置：100KN,下跨度范围18 mm至305 mm3）轴向应变和裂纹扩展测量规：COD规测量行程+3mm至-1mm.4）LVDT行程+/-2.5mm1.5岩石力学三轴室总成1）动态孔压渗流控制系统：最大压140Mpa，可测定压差和流量2）高温试验装置：温度范围：室温至200摄氏度 3）内置轴向应变测量：耐高温（200℃）和高围压（140MPa）：标距50mm[img]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/04/202204141131468478_8479_1602049_3.png[/img]