一種可外裝試樣的巖石真三軸試驗方法與流程
2023-07-08 16:51:42 1
本發明屬於巖石三軸試驗設備領域，涉及一種可外裝試樣的巖石真三軸試驗方法。
背景技術：
在天然條件下，地殼和工程巖體是在複雜的組合應力狀態下產生變形和破壞的。巖體是一種複雜的地質體，處於複雜的三維應力場中，巖體破壞通常是由於其所賦存的應力狀態發生改變引起的。常規三軸巖石力學試驗一般都是對巖石施加一定的圍壓，然後保持圍壓不變(即σ2＝σ3)增加最大主應力σ1使巖石發生破壞，這種試驗方法只能研究軸對稱的應力狀態，不適用於中間主應力對巖體強度和變形的影響。真三軸試驗可以解決常規三軸試驗不能反映的複雜應力路徑的演化問題，通過主應力σ1，σ2，σ3的獨立變化，可以體現巖體實際受荷情況。
技術實現要素：
本發明所要解決的技術問題是，克服現有技術的缺點，提供一種可外裝試樣的巖石真三軸試驗方法，本發明的主機垂直方向採用四柱式結構，兩個水平方向採用整體鑄造的加載框架，該裝置結構穩定、剛度大；加載框架採用可滑動設計，可在外部進行裝樣和調試，活動空間大，便於安裝和操作。
為了解決以上技術問題，本發明提供一種可外裝試樣的巖石真三軸試驗方法，包括如下具體步驟：
步驟（一）、檢查線路、管路是否連接完好並進行調試；
步驟（二）、通過驅動Y向支撐架推移裝置推動Y向加載框架，將Y向加載工作檯推進Z向加載工作檯中；
步驟（三）、將試樣按要求組裝成試樣組件，將巖樣安裝小車退至X向支撐架一側的分支滑軌上，並安裝在巖樣安裝小車上，再將裝有試樣組件的巖樣安裝小車通過分支滑軌推入X向加載框架中；
步驟（四）、連同巖樣安裝小車一起，將X向加載框架沿著X向支撐架上的X向框架導軌推進Z向加載工作檯中；
步驟（五）、驅動軸向下油缸，通過軸向下活塞杆和軸向下活塞向上運動，推動Z向下壓塊向上移動，從而託舉載有試樣組件的巖樣安裝小車上升，直至試樣組件的中心和水平設置的X向第一加載油缸、X向第二加載油缸以及Y向油缸處於同一水平面上；
步驟（六）、驅動軸向上油缸，使得Z向上壓塊向下運動，直至接觸試樣組件的上表面，通過軸向下油缸和軸向上油缸將試樣組件連同巖樣安裝小車固定住；
步驟（七）、驅動X向第一加載油缸、X向第二加載油缸、連接杆及Y向油缸，從而推動X向第一傳壓柱、X向壓板、Y向第一壓塊及Y向第二壓塊分別接觸試樣組件的四個側表面；
步驟（八）、由於X向第一加載油缸為擾動油缸，若無需進行擾動加載，則軸向下油缸、X向第一加載油缸以及連接杆不動，通過驅動軸向上油缸、X向第二加載油缸和Y向油缸對試樣組件進行加載試驗；若需要進行擾動加載，則軸向下油缸及連接杆不動，通過驅動軸向上油缸、X向第一加載油缸、X向第二加載油缸和Y向油缸對試樣組件進行加載試驗，並記錄實驗數據；
步驟（九）、加載過程中，由於自平衡作用，X向加載框架及Y向加載框架在水平方向上發生微小位移，並分別由X向位移測量裝置及Y向位移測量裝置測出微小位移量，且由X向第一傳感器及X向第二傳感器測出X向加載工作檯施加的加載力，由Y向第一傳感器測出Y向加載工作檯施加的加載力，由Z向第一傳感器測出Z向加載工作檯施加的加載力；
步驟（十）、加載試驗完成後，根據是否進行擾動加載，首先撤走X向第一加載油缸、X向第二加載油缸和Y向油缸的加載，或者首先撤走X向第二加載油缸和Y向油缸的加載；再撤走軸向上油缸的加載，然後X向加載框架及Y向加載框架卸去自平衡作用自動回到自然狀態位置處，軸向下油缸下降直至落到Z向加載工作檯的底部，而載有試樣組件的巖樣安裝小車落在X向加載工作上；
步驟（十一）、驅動X向支撐架推移裝置將X向加載框架連同載有試樣組件的巖樣安裝小車一同推移至X向支撐架的外側尾部，且將載有試樣組件的巖樣安裝小車退回至X向支撐架一側的分支滑軌上；驅動Y向支撐架推移裝置將Y向加載框架推移至Y向支撐架的外側尾部；
步驟（十二）、拆卸安裝小車上的試樣組件，並關閉設備的管路及電源。
本發明的有益效果是：
本發明設計的巖石真三軸試驗系統，主機垂直方向採用四柱式結構，兩個水平方向採用整體鑄造的加載框架，該結構形式外型美觀、剛度大；控制系統採用進口原裝德國DOLI全數字伺服控制器，該控制系統控制精度高、保護功能全、可靠性能強，並且可以實現試驗力、變形、位移等三種方式的閉環控制，以及可以完成三種控制方式的平滑切換。電液伺服閥採用美國MOOG公司的電液伺服閥，具有響應快、抗汙染能力強等特點。試驗裝置的計算機系統採用目前市場上最先進的聯想主機，具有良好的人機界面，可以顯示試驗力、位移、變形（垂直方向、兩個水平方向）、控制方式、加載速率等多種試驗和測量參數以及多種試驗曲線。試驗完成後可以顯示試驗結果，進行曲線分析，列印試驗報告，數據導出文本和excel等格式。採用先進的測控器與電子計算機相結合，使用操作非常簡單方便。
附圖說明
圖1為本發明的俯視圖；
圖2為本發明的側視圖；
圖3為X向加載工作檯的結構示意圖；
圖4為Y向加載工作檯的結構示意圖；
圖5為Z向加載工作檯的結構示意圖；
其中，1-X向加載工作檯，2-Y向加載工作檯，3-Z向加載工作檯，4-X向支撐架，5-Y向支撐架，6-Z向支撐架，7-巖樣安裝小車；101- X向加載框架，102- X向加載框架車輪，103- X向加載框架吊環，104-下墊塊，105-上墊塊，106-X向第一活塞杆，107-X向傳壓板，108-X向第一傳感器，109-旋臂，110-X向傳壓杆，111-X向第一傳壓柱，112-X向傳壓內軸，113-X向壓板，114-X向關節軸承，115-X向第二傳感器，116- X向第二活塞杆，117-X向位移測量裝置；201-連接杆，202-Y向第一傳壓柱，203-Y向第一關節軸承，204-Y向第一壓塊，205-Y向第二壓塊，206-Y向第二關節軸承，207-Y向第一傳感器，208- Y向傳壓板，209-Y向位移測量裝置，210-Y向活塞杆，211-Y向油缸，212-Y向支撐架推移裝置，213-Y向加載框架；301-軸向上油缸，302-上位移測量裝置，303-Z向第一傳感器，304-Z向上傳壓板，305-Z向上關節軸承，306-Z向上墊板，307-Z向上壓塊，308-Z向下壓塊，309-下位移測量裝置，310-Z向下墊板，311-軸向下活塞杆，312-加油口，313-軸向下活塞，314-軸向下油缸，315-過渡導軌；401- X向框架導軌，402-X向支撐架推移裝置。
具體實施方式
實施例1
本實施例提供一種可外裝試樣的巖石真三軸試驗裝置，結構如圖1、圖2所示，包括均水平設置並互相垂直安裝的X向支撐架4和Y向支撐架5，Z向支撐架6垂直X向支撐架4和Y向支撐架5沿豎直方向設置，X向支撐架4上安裝有X向加載工作檯1，X向加載工作檯1可沿X向支撐架4的設置方向進行滑動，Y向支撐架5上安裝有Y向加載工作檯2，Y向加載工作檯2可沿Y向支撐架5的設置方向進行滑動，Z向支撐架6上安裝有Z向加載工作檯3，Z向加載工作檯3可沿Z向支撐架6的設置方向進行滑動；
如圖3所示，X向加載工作檯1包括內部中空的X向加載框架101，X向加載框架101可滑動的安裝在X向支撐架4上，X向加載框架101內部設有X向巖樣位置處，X向巖樣位置處下方設有下墊塊104，其上方設有上墊塊105；X向巖樣位置處沿X向支撐架4的設置方向上的兩側分別水平設有X向第一加載油缸和X向第二加載油缸，X向第一加載油缸包括X向第一活塞杆106，X向第一活塞杆106端部連接X向傳壓板107，X向傳壓板107連接X向傳壓杆110，X向傳壓板107上還安裝有X向第一傳感器108，X向傳壓杆110連接X向傳壓內軸112，X向傳壓內軸112外側設有X向第一傳壓柱111，X向第一傳壓柱111側壁連接旋臂109，X向第一傳壓柱111外端部接近X向巖樣位置處；X向第二加載油缸包括X向第二活塞杆116，X向第二活塞杆116端部連接X向第二傳感器115，X向第二活塞杆116的側壁上安裝X向位移測量裝置117，X向第二傳感器115連接X向關節軸承114，X向關節軸承114端面安裝X向壓板113，X向壓板113外端面接近X向巖樣位置處；
如圖4所示，Y向加載工作檯2包括內部中空的Y向加載框架213，Y向加載框架213可滑動的安裝在Y向支撐架5上， Y向加載框架213內部設有Y向巖樣位置處，Y向巖樣位置處沿Y向支撐架5的設置方向上的兩側分別水平設有連接杆201和Y向油缸211，連接杆201一端連接Y向加載框架213，其另一端連接Y向第一傳壓柱202，Y向第一傳壓柱202的外端部安裝Y向第一關節軸承203，Y向第一關節軸承203外側連接Y向第一壓塊204，Y向第一壓塊204的外側端面接近Y向巖樣位置處；Y向油缸211固定安裝在Y向加載框架213中，Y向油缸211包括Y向活塞杆210，Y向活塞杆210的外端部連接Y向傳壓板208，Y向傳壓板208的另一側連接Y向第一傳感器207，Y向傳壓板208的側壁上安裝Y向位移測量裝置209，Y向第一傳感器207的外側安裝有Y向第二關節軸承206，Y向第二關節軸承206外端部連接Y向第二壓塊205，Y向第二壓塊205的外側端面接近Y向巖樣位置處；
如圖5所示，Z向加載工作檯3包括設於中部的Z向巖樣位置處，Z向巖樣位置處的上方設有軸向上油缸301，Z向巖樣位置處的下方設有軸向下油缸314，軸向上油缸301的活塞杆朝下的外側端部連接Z向上傳壓板304，Z向上傳壓板304的下端面連接Z向第一傳感器303，Z向上傳壓板304側壁上安裝上位移測量裝置302，Z向第一傳感器303的下側端面安裝有Z向上關節軸承305，Z向上關節軸承305的下側連接Z向上墊板306，Z向上墊板306下側端面連接Z向上壓塊307；軸向下油缸314包括連接在一起的軸向下活塞313和軸向下活塞杆311，軸向下活塞杆311上側端面連接Z向下墊板310，Z向下墊板310的側壁上安裝有下位移測量裝置309，Z向下墊板310上端面連接Z向下壓塊308。
前述位移測量裝置可採用位移傳感器進行測量微小位移變化。前述X向支撐架4的一側連接有分支滑軌，分支滑軌水平設置並垂直X向支撐架4，分支滑軌上設有巖樣安裝小車7，巖樣安裝小車7可沿分支滑軌滑入X向加載框架101中。前述Z向支撐架6包括4根豎直設置的相同的立柱。前述X向加載框架101下方設有X向加載框架車輪102，其上方設有X向加載框架吊環103，X向支撐架4的上方設有X向框架導軌401，X向加載框架車輪102與X向框架導軌401相配合。前述X向支撐架4的外側端部安裝有X向支撐架推移裝置402，該推移裝置採用推移液壓缸或伺服電機，X向支撐架推移裝置402連接X向加載框架101。前述旋臂109安裝在X向加載框架101的側壁上。
前述Y向加載工作檯2一側端部與Y向支撐架5的一側端部之間安裝有Y向支撐架推移裝置212，該推移裝置採用推移液壓缸或伺服電機。前述軸向下油缸314側壁上設有加油口312。前述Y向加載工作檯2與Y向支撐架5之間設有平行的過渡導軌315。
實施例2
本實施例提供一種可外裝試樣的巖石真三軸試驗方法，包括如下具體步驟：
步驟（一）、檢查線路、管路是否連接完好並進行調試；
步驟（二）、通過驅動Y向支撐架推移裝置212推動Y向加載框架213，將Y向加載工作檯2推進Z向加載工作檯3中；
步驟（三）、將試樣按要求組裝成試樣組件，將巖樣安裝小車7退至X向支撐架4一側的分支滑軌上，並安裝在巖樣安裝小車7上，再將裝有試樣組件的巖樣安裝小車7通過分支滑軌推入X向加載框架101中；
步驟（四）、連同巖樣安裝小車7一起，將X向加載框架101沿著X向支撐架4上的X向框架導軌401推進Z向加載工作檯3中；
步驟（五）、驅動軸向下油缸314，通過軸向下活塞杆311和軸向下活塞313向上運動，推動Z向下壓塊308向上移動，從而託舉載有試樣組件的巖樣安裝小車7上升，直至試樣組件的中心和水平設置的X向第一加載油缸、X向第二加載油缸以及Y向油缸211處於同一水平面上；
步驟（六）、驅動軸向上油缸301，使得Z向上壓塊307向下運動，直至接觸試樣組件的上表面，通過軸向下油缸314和軸向上油缸301將試樣組件連同巖樣安裝小車7固定住；
步驟（七）、驅動X向第一加載油缸、X向第二加載油缸、連接杆201及Y向油缸211，從而推動X向第一傳壓柱111、X向壓板113、Y向第一壓塊204及Y向第二壓塊205分別接觸試樣組件的四個側表面；
步驟（八）、由於X向第一加載油缸為擾動油缸，若無需進行擾動加載，則軸向下油缸314、X向第一加載油缸以及連接杆201不動，通過驅動軸向上油缸301、X向第二加載油缸和Y向油缸211對試樣組件進行加載試驗；若需要進行擾動加載，則軸向下油缸314及連接杆201不動，通過驅動軸向上油缸301、X向第一加載油缸、X向第二加載油缸和Y向油缸211對試樣組件進行加載試驗，並記錄實驗數據；
步驟（九）、加載過程中，由於自平衡作用，X向加載框架101及Y向加載框架213在水平方向上發生微小位移，並分別由X向位移測量裝置117及Y向位移測量裝置209測出微小位移量，且由X向第一傳感器108及X向第二傳感器115測出X向加載工作檯1施加的加載力，由Y向第一傳感器207測出Y向加載工作檯2施加的加載力，由Z向第一傳感器303測出Z向加載工作檯3施加的加載力；
步驟（十）、加載試驗完成後，根據是否進行擾動加載，首先撤走X向第一加載油缸、X向第二加載油缸和Y向油缸211的加載，或者首先撤走X向第二加載油缸和Y向油缸211的加載；再撤走軸向上油缸301的加載，然後X向加載框架101及Y向加載框架213卸去自平衡作用自動回到自然狀態位置處，軸向下油缸314下降直至落到Z向加載工作檯3的底部，而載有試樣組件的巖樣安裝小車7落在X向加載工作1上；
步驟（十一）、驅動X向支撐架推移裝置402將X向加載框架101連同載有試樣組件的巖樣安裝小車7一同推移至X向支撐架4的外側尾部，且將載有試樣組件的巖樣安裝小車7退回至X向支撐架4一側的分支滑軌上；驅動Y向支撐架推移裝置212將Y向加載框架213推移至Y向支撐架5的外側尾部；
步驟（十二）、拆卸安裝小車7上的試樣組件，並關閉設備的管路及電源。
以上實施例僅為說明本發明的技術思想，不能以此限定本發明的保護範圍，凡是按照本發明提出的技術思想，在技術方案基礎上所做的任何改動，均落入本發明保護範圍之內。