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Ⅰ 前言

     巖石三軸試驗(yàn)是研究巖石力學(xué)的重要手段，巖石三軸試驗(yàn)數(shù)據(jù)是巖石力學(xué)的一個(gè)重要參數(shù)，它能比較完整的模擬巖土在原始地應(yīng)力狀態(tài)下的力學(xué)性能，是工程設(shè)計(jì)的重要依據(jù)。由于深部巖石處于復(fù)雜的應(yīng)力狀態(tài)，本身又是一種十分復(fù)雜的天然材料，在很多情況下，簡(jiǎn)單應(yīng)力狀態(tài)下的巖石應(yīng)力試驗(yàn)不能*反映工程實(shí)際中的巖體應(yīng)力狀態(tài)，必須充分認(rèn)識(shí)復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下巖石的力學(xué)性質(zhì)。因此，開(kāi)展三軸狀態(tài)下的巖石試驗(yàn)研究顯得十分重要。

     巖石的力學(xué)性能指標(biāo)與其試驗(yàn)方法密切相關(guān)，同時(shí)也與試驗(yàn)用儀器密切相關(guān)。為了能夠獲取準(zhǔn)確的巖石力學(xué)性能指標(biāo)，必須有一套精密的試驗(yàn)儀器和一套試驗(yàn)用的控制系統(tǒng)，這是取得可靠的巖石三軸試驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)。目前市場(chǎng)上巖石三軸試驗(yàn)機(jī)價(jià)格不菲，利用本單位現(xiàn)有的試驗(yàn)機(jī)改制成巖石三軸試驗(yàn)機(jī)，這對(duì)節(jié)約經(jīng)費(fèi)和充分利用試驗(yàn)場(chǎng)地都具有實(shí)際意義。

Ⅱ 巖石三軸試驗(yàn)機(jī)的改造

 2.1原壓力試驗(yàn)機(jī)現(xiàn)狀與研制思路

     原壓力試驗(yàn)機(jī)為廣州澳金生產(chǎn)的微機(jī)控制電液伺服試驗(yàn)機(jī)，試驗(yàn)機(jī)zui大負(fù)荷600KN。根據(jù)目前工程建設(shè)和巖石三軸試驗(yàn)的方法，改裝以后的巖石三軸試驗(yàn)機(jī)應(yīng)符合以下特點(diǎn)：智能化程度高，實(shí)現(xiàn)巖石試驗(yàn)過(guò)程的自動(dòng)控制，避免過(guò)多的人為干擾因素，提高試驗(yàn)的真實(shí)性、科學(xué)性，向智能化試驗(yàn)發(fā)展；巖石三軸試驗(yàn)機(jī)的圍壓、軸壓必須能適應(yīng)目前工程建設(shè)的需要；同時(shí)，儀器還必須一機(jī)多用，為復(fù)雜應(yīng)力條件下的試驗(yàn)提供方便；構(gòu)造簡(jiǎn)單，操作方便、還必須經(jīng)濟(jì)。

    根據(jù)現(xiàn)有試驗(yàn)機(jī)的現(xiàn)狀，決定利用原壓力機(jī)的軸向加壓系統(tǒng)，增加三軸壓力室及圍壓加壓系統(tǒng)、編制新的控制軟件，但仍需保留壓力試驗(yàn)機(jī)的完整性、獨(dú)立性和原試驗(yàn)機(jī)的控制系統(tǒng)。

 2.2巖石三軸試驗(yàn)機(jī)的改裝

 2.2.1側(cè)向加載裝置及測(cè)量控制系統(tǒng)

     側(cè)向加載裝置及測(cè)量系統(tǒng)，主要由琴式液壓源泵、側(cè)向加載裝置、壓力室提升及固定裝置、電氣測(cè)量與控制系統(tǒng)等部分組成。液壓源與琴臺(tái)式機(jī)柜（見(jiàn)圖1）有機(jī)地組合在一起，同時(shí)，全自動(dòng)采集控制器和電氣拖動(dòng)系統(tǒng)安裝再機(jī)柜內(nèi)部，整體布局簡(jiǎn)潔，操作舒適，占地面積小。

     液壓源系統(tǒng)中，電磁換向閥選用日本YUKEN液壓元件，溢流閥、減壓閥、壓力隨動(dòng)閥均采用美國(guó)SUNHYDRAULICS的浮動(dòng)式插入閥。采用SUN的浮動(dòng)式插入閥，在于閥尾端的自由浮動(dòng)，藉此精密配合工作組件，減少對(duì)閥的安裝扭矩的敏感度要求，避免閥芯卡住的可能，并提高了閥的使用壽命。作為電液伺服控制的核心元件，所采用的伺服閥均為進(jìn)口意大利原裝ATOS伺服閥。油泵采用德國(guó)進(jìn)口ECKERLE內(nèi)合齒輪泵，其具有超高壓力，噪音低的特點(diǎn)。側(cè)向加載裝置選用高精度伺服閥對(duì)作動(dòng)器進(jìn)行控制，確保系統(tǒng)平穩(wěn)、率傳動(dòng)圍壓，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)平穩(wěn)加載。

 2.2.2壓力室及試樣裝卸固定裝置

     澳金工業(yè)改裝后的巖石三軸壓力室體積較小，靈活輕巧，一是適于裝卸，二是可以減少側(cè)向加壓介質(zhì)，減少試驗(yàn)準(zhǔn)備時(shí)間，另外還可實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用，不使用巖石三軸試驗(yàn)時(shí)可將壓力室部分放置到固定支架上（見(jiàn)圖2、圖3）

     新型壓力室結(jié)構(gòu)采用目前比較*的小型壓力室設(shè)計(jì)思路，通過(guò)液壓工程缸活塞的移動(dòng)完成試樣的裝夾和卸樣，且整個(gè)過(guò)程都是全自動(dòng)控制；圍壓通過(guò)液壓油充滿內(nèi)腔實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)逐級(jí)加載；試樣與液壓油之間采用特殊材料制成的內(nèi)膜隔離，整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程只需在支架上裝夾試樣，試驗(yàn)時(shí)講該裝置移動(dòng)到主機(jī)框架內(nèi)固定即可。設(shè)備改裝完成驗(yàn)收時(shí)圍壓已達(dá)35MPa，在系統(tǒng)實(shí)際工作時(shí)控制zui高圍壓為30MPa。

 2.2.3試驗(yàn)機(jī)的數(shù)據(jù)采集、測(cè)量系統(tǒng)

     SY全自動(dòng)通道閉環(huán)測(cè)控系統(tǒng)主要有載荷閉環(huán)、位移閉環(huán)和變形閉環(huán)3套獨(dú)立的采集及控制模塊組成。

     試驗(yàn)載荷測(cè)量：采用高精度負(fù)荷傳感器，配備高精度、高分辨率采樣、放大系統(tǒng)及數(shù)字濾波系統(tǒng)、A/D轉(zhuǎn)換器件，確保測(cè)力精度。

     位移測(cè)量：通過(guò)測(cè)量作動(dòng)器活塞的位移，反映出上下夾頭間的卻對(duì)位移，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的位移控制，也可用于大變形材料的拉伸伸長(zhǎng)測(cè)量。同時(shí)，通過(guò)使用高精度差動(dòng)變壓器式位移傳感器，可提高試樣變形的測(cè)量精度，并以該通道采集數(shù)據(jù)作為反饋量，實(shí)現(xiàn)真正意義上的變形控制。

 2.2.4試驗(yàn)機(jī)的控制系統(tǒng)

     計(jì)算機(jī)全數(shù)字實(shí)時(shí)顯示負(fù)荷、位移、變形、圍壓等工程量，可以顯示載荷與時(shí)間、主應(yīng)力差與主應(yīng)力、主應(yīng)力差與時(shí)間、軸位移與時(shí)間等各種試驗(yàn)曲線，并根據(jù)需要可以選擇曲線，直觀明了。試驗(yàn)機(jī)控制系統(tǒng)能自動(dòng)標(biāo)定試驗(yàn)機(jī)準(zhǔn)確度，能夠自動(dòng)清零，能完成試驗(yàn)條件的試樣參數(shù)及試驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集和存儲(chǔ)，試驗(yàn)過(guò)程具有過(guò)載等設(shè)定條件的保護(hù)功能，在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中，自動(dòng)實(shí)時(shí)存儲(chǔ)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，以防止突然停電時(shí)造成數(shù)據(jù)的丟失，試驗(yàn)完畢可對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，打印圖標(biāo)及試驗(yàn)報(bào)告。

     研制的巖石三軸試驗(yàn)機(jī)具有應(yīng)力控制和應(yīng)變控制界面，裝有三軸蠕變?cè)囼?yàn)的控制程序，可以進(jìn)行軟巖及深部固結(jié)土的三軸蠕變?cè)囼?yàn)（見(jiàn)圖4）。可以看出，該巖石三軸試驗(yàn)機(jī)具有較強(qiáng)的試驗(yàn)功能，完滿足目前工程建設(shè)的需要和符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

 2.2.5經(jīng)濟(jì)實(shí)用

   巖石三軸試驗(yàn)機(jī)改裝以后，在經(jīng)費(fèi)方面要比購(gòu)置新設(shè)備節(jié)約40%左右，并且在軟件控制方面根據(jù)試驗(yàn)的要求，本著方便、實(shí)用為原則，界面友好。

Ⅲ 結(jié) 論

   巖石三軸試驗(yàn)機(jī)改裝完成以來(lái)，經(jīng)過(guò)了有關(guān)專(zhuān)家的鑒定驗(yàn)收，已用于本科生的畢業(yè)設(shè)計(jì)和碩士生的學(xué)位論文等有關(guān)試驗(yàn)。使用證明：改裝的巖石三軸試驗(yàn)機(jī)抗*力強(qiáng)，精度高，機(jī)械運(yùn)行平穩(wěn)可靠，計(jì)算機(jī)控制程序功能強(qiáng)，能實(shí)現(xiàn)巖石三軸壓縮強(qiáng)度試驗(yàn)的有關(guān)要求，圍壓控制平穩(wěn)，并且節(jié)省費(fèi)用，經(jīng)濟(jì)使用，達(dá)到了預(yù)期的改裝研制目的。