一種基于mts電液伺服試驗(yàn)機(jī)的土工三軸剪切試驗(yàn)設(shè)備的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種基于MTS電液伺服試驗(yàn)機(jī)的土工三軸剪切試驗(yàn)設(shè)備，包括MTS電液伺服試驗(yàn)機(jī)，在MTS電液伺服試驗(yàn)機(jī)的MTS電液伺服試驗(yàn)機(jī)上夾頭，MTS電液伺服試驗(yàn)機(jī)下夾頭上裝有土工三軸剪切試驗(yàn)裝置；本實(shí)用新型具有如下的技術(shù)效果，一是充分利用MTS電液伺服試驗(yàn)機(jī)提供精確穩(wěn)定的力源，通過上固定桿、軸向傳力桿實(shí)現(xiàn)試樣的垂直加壓，利用進(jìn)液口壓入液體配合壓力體積控制器實(shí)現(xiàn)試樣圍壓和反壓的加壓和穩(wěn)壓，最終在各部件的密切配合下，可進(jìn)行試樣的反壓飽和、固結(jié)加載?卸載循環(huán)的各向同性、各向異性、K0固結(jié)、蠕變固結(jié)、動靜三軸剪切實(shí)驗(yàn)，且實(shí)驗(yàn)過程全部通過軟件控制，操作簡便，自動化程度高，適合研究推廣使用。二是結(jié)構(gòu)簡單，緊湊，占用空間小，組裝方便，成本低，測量精度高，穩(wěn)定性好。
【專利說明】
一種基于MTS電液伺服試驗(yàn)機(jī)的土工三軸剪切試驗(yàn)設(shè)備
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及巖土工程研究領(lǐng)域，具體地指一種基于MTS電液伺服試驗(yàn)機(jī)的土工三軸試驗(yàn)設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著我國工程建設(shè)的快速發(fā)展，特別是巖土工程領(lǐng)域，超高邊坡的支護(hù)，深基坑的開挖，地質(zhì)災(zāi)害研究等復(fù)雜工程地質(zhì)條件下的研究越來越深入，對室內(nèi)土工試驗(yàn)的要求越來越高。土是一種十分復(fù)雜的天然材料且多處于三向應(yīng)力狀態(tài)，許多情況下，簡單應(yīng)力狀態(tài)下的實(shí)驗(yàn)不能完全反映工程實(shí)際中土的應(yīng)力狀態(tài)。土工三軸試驗(yàn)系統(tǒng)是一種符合現(xiàn)代巖土工程領(lǐng)域，研究土的力學(xué)特性的新型實(shí)驗(yàn)設(shè)備，它能比較完整地模擬土在各種復(fù)雜工況下的力學(xué)性能，是科學(xué)研究和工程設(shè)計(jì)的重要依據(jù)。為了充分認(rèn)識復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下土的力學(xué)性質(zhì)，因此開展室內(nèi)土工三軸試驗(yàn)顯得十分重要。
[0003]1.常規(guī)土工三軸儀
[0004]土工三軸儀是研究土的力學(xué)性質(zhì)的重要工具，科研院所和大專院校的實(shí)驗(yàn)室逐漸添置了土工三軸儀。土工三軸儀的應(yīng)用范圍廣，可以測定土的強(qiáng)度參數(shù)、應(yīng)力應(yīng)變參數(shù)、土的消散系數(shù)、靜止側(cè)壓力系數(shù)及滲透系數(shù)等，適用于各種土類，如原狀土、重塑土以及砂礫等。土工三軸儀可以模擬工程現(xiàn)場的應(yīng)力狀態(tài)，施加主應(yīng)力及加載路徑，而對于有結(jié)構(gòu)性的土，可以較真實(shí)地反映土的應(yīng)力應(yīng)變特征。常規(guī)土工三軸儀由壓力室、壓力體積控制器和軸向加載裝置組成。試驗(yàn)土樣置于壓力室內(nèi)，注水后通過壓力體積控制器調(diào)節(jié)壓力室內(nèi)的圍壓和反壓，軸向加載裝置一般由步進(jìn)電機(jī)提供軸向力，通過試件上部壓桿對試樣施加軸向力。
[0005]缺陷:國產(chǎn)土工三軸儀軸向加載裝置一般為步進(jìn)電機(jī)。其提供軸向力源不夠穩(wěn)定且加荷噸位較小，設(shè)備所用傳感器精度不夠高，設(shè)備的時間耐久性較差，只能滿足最基本的三軸實(shí)驗(yàn)所需。而進(jìn)口設(shè)備雖然精度較高，但是所能提供的軸向力源單一且噸位較低，進(jìn)口設(shè)備及配件價格昂貴維修困難，可拓展性較差。
[0006]2.MTS電液伺服試驗(yàn)機(jī)
[0007]材料試驗(yàn)機(jī)是各種條件和環(huán)境下測定金屬材料、非金屬材料的機(jī)械性能、工藝性能的精密測試儀器。科研院所和大專院校的實(shí)驗(yàn)室在探索新材料、新工藝、新技術(shù)的過程中，材料試驗(yàn)機(jī)是一種不可或缺的重要儀器。MTS電液伺服試驗(yàn)機(jī)為閉環(huán)伺服控制系統(tǒng)，伺服系統(tǒng)執(zhí)行組件精度高，可靠性好，抗干擾能力強(qiáng)，響應(yīng)速度快，可以自動精確地控制實(shí)驗(yàn)過程，操作方便高效。MTS電液伺服試驗(yàn)機(jī)在提供高精度加載力源的同時，可實(shí)現(xiàn)等速率加載、等速率變形、等速率位移等控制過程，并可在一次實(shí)驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)力、變形、位移三段控制，各控制之間平滑轉(zhuǎn)換，是理想的加載力源系統(tǒng)。
[0008]缺陷:MTS電液伺服試驗(yàn)機(jī)目前僅限用于金屬材料和某些非金屬固體材料的物理力學(xué)單軸性能試驗(yàn)，而巖土以及瀝青混凝土等散粒材料具有顯著的壓敏性，往往需考慮三軸壓縮應(yīng)力應(yīng)變性質(zhì)。因此，MTS電液伺服試驗(yàn)機(jī)將不能直接開展三軸壓縮實(shí)驗(yàn)，這無疑大大降低了 MTS電液伺服試驗(yàn)機(jī)的可拓展性。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0009]本實(shí)用新型的目的是提供一種基于MTS電液伺服試驗(yàn)機(jī)的土工三軸剪切試驗(yàn)設(shè)備。
[0010]本實(shí)用新型的技術(shù)方案是，一種基于MTS電液伺服試驗(yàn)機(jī)的土工三軸剪切試驗(yàn)設(shè)備，包括MTS電液伺服試驗(yàn)機(jī)，在MTS電液伺服試驗(yàn)機(jī)的MTS電液伺服試驗(yàn)機(jī)上夾頭，MTS電液伺服試驗(yàn)機(jī)下夾頭上裝有土工三軸剪切試驗(yàn)裝置;所述的土工三軸剪切試驗(yàn)裝置包括測試壓力室，所述的測試壓力室包括鋼化玻璃罩，在鋼化玻璃罩兩端分別裝有壓力室上端蓋、壓力室下端蓋，壓力室下端蓋通過下端蓋固定螺栓裝在壓力室底座上;上固定桿通過固定螺帽與軸向傳力桿連接，傳力桿套通過密封螺帽密封固定于壓力室上端蓋中心，軸向傳力桿穿過傳力桿套和壓力室頂蓋與壓力室水下荷載傳感器連接，水下荷載傳感器下端為半球形，加壓頭的上端為半球凹槽形，水下荷載傳感器半球形下端頂在加壓頭上端的半球凹槽中，在壓力室上端蓋上裝有排氣螺塞和軸向位移采集桿，在軸向傳力桿裝有位移傳感器，位移傳感器的檢測頭頂在軸向位移采集桿上;在壓力室底座上裝有試樣底座，在壓力室底座開有圍壓進(jìn)液口、壓力室底座進(jìn)液口和反壓進(jìn)液口，壓力室底座進(jìn)液口開口于試樣底座上面，在反壓進(jìn)液口上裝有輸液管，輸液管接在加壓頭上，開口于加壓頭底面；圍壓體積控制器連接在圍壓進(jìn)液口，在壓力室底座進(jìn)液口裝有孔隙壓力傳感，下反壓體積控制器連接在壓力室底座進(jìn)液口上，上反壓體積控制器連接在反壓進(jìn)液口上;壓力室底座與下固定底座通過下端蓋堅(jiān)固螺栓連接固定，在下固定底座底面裝有下固定桿;上固定桿裝在MTS電液伺服試驗(yàn)機(jī)上夾頭，下固定桿裝在MTS電液伺服試驗(yàn)機(jī)下夾頭上。
[0011 ]所述上固定桿的上端為圓柱形，下端為半球形，軸向傳力桿上端為半球形凹槽形，上固定桿的半球形下端通過固定螺帽固定套在軸向傳力桿上端的半球形凹槽內(nèi)，可保證軸向?qū)χ屑訅骸?br>[0012]在上端蓋、壓力室下端蓋之間裝有豎向支撐桿，支撐桿呈圓周均勾分布。
[0013]所述試樣底座固定于壓力室底座中央位置。
[0014]在MTS電液伺服試驗(yàn)機(jī)下夾頭外側(cè)設(shè)有隔水保護(hù)水槽。
[0015]所述隔水保護(hù)水槽中間開圓孔，MTS電液伺服試驗(yàn)機(jī)下夾頭從隔水保護(hù)水槽中間開圓孔穿過。
[0016]所述的基于MTS電液伺服試驗(yàn)機(jī)的土工三軸剪切試驗(yàn)設(shè)備通過控制軟件控制，控制軟件由Delphi語言編寫，分為工程管理模塊、試驗(yàn)方法選擇模塊、儀器狀態(tài)顯示模塊、試驗(yàn)參數(shù)顯示模塊、試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)設(shè)定模塊、啟動控制模塊、試驗(yàn)曲線顯示模塊、試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄模塊。
[0017]本實(shí)用新型具有如下的技術(shù)效果，一是充分利用MTS電液伺服試驗(yàn)機(jī)提供精確穩(wěn)定的力源，通過上固定桿、軸向傳力桿實(shí)現(xiàn)試樣的垂直加壓，利用進(jìn)液口壓入液體配合壓力體積控制器實(shí)現(xiàn)試樣圍壓和反壓的加壓和穩(wěn)壓，最終在各部件的密切配合下，可進(jìn)行試樣的反壓飽和、固結(jié)加載一卸載循環(huán)的各向同性、各向異性、Ko固結(jié)、蠕變固結(jié)、動靜三軸剪切實(shí)驗(yàn)，且實(shí)驗(yàn)過程全部通過軟件控制，操作簡便，自動化程度高，適合研究推廣使用。二是結(jié)構(gòu)簡單，緊湊，占用空間小，組裝方便，成本低，測量精度高，穩(wěn)定性好。
【附圖說明】
[0018]圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖2是本實(shí)用新型土工三軸剪切試驗(yàn)裝置的主視圖。
[0020]圖3是本實(shí)用新型土工三軸剪切試驗(yàn)裝置的剖面視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021 ] 如圖1、圖2、圖3，一種基于MTS電液伺服試驗(yàn)機(jī)的土工三軸剪切試驗(yàn)設(shè)備，包括MTS電液伺服試驗(yàn)機(jī)I，在MTS電液伺服試驗(yàn)機(jī)I的MTS電液伺服試驗(yàn)機(jī)上夾頭1.1，MTS電液伺服試驗(yàn)機(jī)下夾頭1.2上裝有土工三軸剪切試驗(yàn)裝置;所述的土工三軸剪切試驗(yàn)裝置包括測試壓力室，所述的測試壓力室包括鋼化玻璃罩11，在鋼化玻璃罩11兩端分別裝有壓力室上端蓋10、壓力室下端蓋19，壓力室下端蓋19通過下端蓋固定螺栓25裝在壓力室底座20上;上固定桿2通過固定螺帽3與軸向傳力桿4連接，傳力桿套7通過密封螺帽8密封固定于壓力室上端蓋10中心，軸向傳力桿4穿過傳力桿套7和壓力室頂蓋10與壓力室水下荷載傳感器14連接，水下荷載傳感器14下端為半球形，加壓頭15的上端為半球凹槽形，水下荷載傳感器14的半球形下端頂在加壓頭15上端的半球凹槽中，在壓力室上端蓋10上裝有排氣螺塞9和軸向位移采集桿6，在軸向傳力桿4裝有位移傳感器5，位移傳感器5的檢測頭頂在軸向位移采集桿6上；在壓力室底座20上裝有試樣底座18，在壓力室底座20開有圍壓進(jìn)液口 22、壓力室底座進(jìn)液口 23和反壓進(jìn)液口 21，壓力室底座進(jìn)液口 23開口于試樣底座18上面，在反壓進(jìn)液口21上裝有輸液管16，輸液管16接在加壓頭15上，開口于加壓頭15底面;圍壓體積控制器1.6連接在圍壓進(jìn)液口 22，在壓力室底座進(jìn)液口 23裝有孔隙壓力傳感27，下反壓體積控制器1.4連接在壓力室底座進(jìn)液口 23上，上反壓體積控制器1.5連接在反壓進(jìn)液口 21上反壓體積控制器(1.5)連接在反壓進(jìn)液口(21)上;上;壓力室底座20與下固定底座24通過下端蓋堅(jiān)固螺栓25連接固定，在下固定底座24底面裝有下固定桿26;上固定桿2裝在MTS電液伺服試驗(yàn)機(jī)上夾頭I.I，下固定桿26裝在MTS電液伺服試驗(yàn)機(jī)下夾頭1.2上。
[0022]所述上固定桿2的上端為圓柱形，下端為半球形，軸向傳力桿4上端為半球形凹槽形，上固定桿2的半球形下端通過固定螺帽固定3套在軸向傳力桿4上端的半球形凹槽內(nèi)，可保證軸向?qū)χ屑訅骸?br>[0023]在上端蓋10、壓力室下端蓋19之間裝有豎向支撐桿12，支撐桿12呈圓周均勻分布。
[0024]述的一種基于MTS電液伺服試驗(yàn)機(jī)的土工三軸剪切試驗(yàn)設(shè)備，其特征在于:所述試樣底座18固定于壓力室底座20中央位置。
[0025]在MTS電液伺服試驗(yàn)機(jī)下夾頭1.2外側(cè)設(shè)有隔水保護(hù)水槽1.3。
[0026]所述隔水保護(hù)水槽1.3中間開圓孔，MTS電液伺服試驗(yàn)機(jī)下夾頭1.2從隔水保護(hù)水槽1.3中間開圓孔穿過。
[0027]所述的基于MTS電液伺服試驗(yàn)機(jī)的土工三軸剪切試驗(yàn)設(shè)備通過控制軟件控制，控制軟件由Delphi語言編寫，分為工程管理模塊、試驗(yàn)方法選擇模塊、儀器狀態(tài)顯示模塊、試驗(yàn)參數(shù)顯示模塊、試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)設(shè)定模塊、啟動控制模塊、試驗(yàn)曲線顯示模塊、試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄模塊。
[0028]試驗(yàn)步驟如下:
[0029]a、通過下固定螺栓25將壓力室底座20和下固定底座24連接，并利用下固定桿26將下固定底座24與MTS電液伺服試驗(yàn)機(jī)下夾頭1.2連接，下反壓體積控制器1.4連接在壓力室底座進(jìn)液口 23上，上反壓體積控制器1.5連接在反壓進(jìn)液口 21上;完成后根據(jù)樣土 17尺寸選定試樣底座18;
[0030]b、將樣土 17套上乳膠膜17.1，并將乳膠膜17.1下端套緊試樣底座18，乳膠膜17.1上端套緊擠加壓頭15;
[0031]C、蓋上鋼化玻璃罩I，將測試壓力室下端蓋19與下固定螺栓25相連接并固定，通過固定螺帽3連接軸向傳力桿4和上固定桿2，調(diào)整MTS電液伺服試驗(yàn)機(jī)上夾頭1.1與上固定桿2連接并保證軸向?qū)χ?，調(diào)節(jié)MTS電液伺服試驗(yàn)機(jī)上夾頭1.1使水下荷載傳感器14與樣土 17頂部加壓頭15保持合適距離；
[0032]d、通過圍壓進(jìn)液口 22向壓力室注水，完成注水后關(guān)閉壓力室上端蓋10的排氣螺塞9；
[0033]e、根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求的圍壓和反壓目標(biāo)值，對控制軟件參數(shù)設(shè)定，對MTS電液伺服試驗(yàn)機(jī)軸向力設(shè)定，完成后啟動設(shè)備，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于MTS電液伺服試驗(yàn)機(jī)的土工三軸剪切試驗(yàn)設(shè)備，包括MTS電液伺服試驗(yàn)機(jī)(I)，其特征在于:在MTS電液伺服試驗(yàn)機(jī)(I)的MTS電液伺服試驗(yàn)機(jī)上夾頭(1.1)，MTS電液伺服試驗(yàn)機(jī)下夾頭(1.2)上裝有土工三軸剪切試驗(yàn)裝置;所述的土工三軸剪切試驗(yàn)裝置包括測試壓力室，所述的測試壓力室包括鋼化玻璃罩(I I)，在鋼化玻璃罩(11)兩端分別裝有壓力室上端蓋(10)、壓力室下端蓋(19)，壓力室下端蓋(19)通過下端蓋固定螺栓(25)裝在壓力室底座(20)上;上固定桿(2)通過固定螺帽(3)與軸向傳力桿(4)連接，傳力桿套(7)通過密封螺帽(8)密封固定于壓力室上端蓋(10)中心，軸向傳力桿(4)穿過傳力桿套(7)和壓力室頂蓋(10)與壓力室水下荷載傳感器(14)連接，水下荷載傳感器(14)下端為半球形;加壓頭(15)的上端為半球凹槽形，水下荷載傳感器(14)的半球形下端頂在加壓頭(15)上端的半球凹槽中，在壓力室上端蓋(10)上裝有排氣螺塞(9)和軸向位移采集桿(6)，在軸向傳力桿(4)裝有位移傳感器(5)，位移傳感器(5)的檢測頭頂在軸向位移采集桿(6)上;在壓力室底座(20)上裝有試樣底座(18),在壓力室底座(20)開有圍壓進(jìn)液口( 22)、壓力室底座進(jìn)液口(23)和反壓進(jìn)液口(21)，壓力室底座進(jìn)液口(23)開口于試樣底座(18)上面，在反壓進(jìn)液口(21)上裝有輸液管(16)，輸液管(16)接在加壓頭(15)上，開口于加壓頭(15)底面;圍壓體積控制器(1.6)連接在圍壓進(jìn)液口(22)，在壓力室底座進(jìn)液口(23)裝有孔隙壓力傳感(27)，下反壓體積控制器(1.4)連接在壓力室底座進(jìn)液口(23)上，上反壓體積控制器(1.5)連接在反壓進(jìn)液口(21)上;壓力室底座(20)與下固定底座(24)通過下端蓋固定螺栓(25)連接固定，在下固定底座(24)底面裝有下固定桿(26);上固定桿(2)裝在MTS電液伺服試驗(yàn)機(jī)上夾頭(1.1)，下固定桿(26)裝在MTS電液伺服試驗(yàn)機(jī)下夾頭(1.2)上。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于MTS電液伺服試驗(yàn)機(jī)的土工三軸剪切試驗(yàn)設(shè)備，其特征在于:所述上固定桿(2)的上端為圓柱形，下端為半球形，軸向傳力桿(4)上端為半球凹槽形，上固定桿(2)的半球形下端通過固定螺帽固定(3)套在軸向傳力桿(4)上端的半球形凹槽內(nèi)，可保證軸向?qū)χ屑訅骸?.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于MTS電液伺服試驗(yàn)機(jī)的土工三軸剪切試驗(yàn)設(shè)備，其特征在于:在上端蓋(10)、壓力室下端蓋(19)之間裝有豎向支撐桿(12)，支撐桿(12)呈圓周均勾分布。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于MTS電液伺服試驗(yàn)機(jī)的土工三軸剪切試驗(yàn)設(shè)備，其特征在于:所述試樣底座(18)固定于壓力室底座(20)中央位置。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于MTS電液伺服試驗(yàn)機(jī)的土工三軸剪切試驗(yàn)設(shè)備，其特征在于:在MTS電液伺服試驗(yàn)機(jī)下夾頭(1.2)外側(cè)設(shè)有隔水保護(hù)水槽(1.3)。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于MTS電液伺服試驗(yàn)機(jī)的土工三軸剪切試驗(yàn)設(shè)備，其特征在于:所述隔水保護(hù)水槽(1.3)中間開圓孔，MTS電液伺服試驗(yàn)機(jī)下夾頭(1.2)從隔水保護(hù)水槽(1.3)中間開圓孔穿過。
【文檔編號】G01N3/24GK205656082SQ201620085374
【公開日】2016年10月19日
【申請日】2016年1月22日 公開號201620085374.2, CN 201620085374, CN 205656082 U, CN 205656082U, CN-U-205656082, CN201620085374, CN201620085374.2, CN205656082 U, CN205656082U
【發(fā)明人】王智超, 熊赟, 羅文波
【申請人】湘潭大學(xué)