CN112067481B - 一种智能化岩土力学参数测试*** - Google Patents
一种智能化岩土力学参数测试*** Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种智能化岩土力学参数测试***，包括试样顶帽、试样底座、电磁压力块、内压力室、底座承台、第一固定螺栓、压力室底板、压力室顶板、电磁加载控制器、外压力室、第二固定螺栓、位差式体变测试***、周围压力体积控制器、体积压力控制器、孔隙水压力传感器、数据集成转换器、轴向力传感器及自馈发射器、数据采集板、计算机、激光定位及测距发射端、电磁铁制动及数据集控***、声波发射器、声波接收器、声波控制***和多通道数据集成发射器。本发明通过封闭的内压力室可实现试样饱和、固结、剪切过程中试样总体积实时变化的精确测试，轴向力加载及测试***占用空间特别小，节省整个装置的空间。
Description
技术领域
本发明属于土力学试验技术领域，尤其是涉及一种智能化岩土力学参数测试***。
背景技术
目前测试岩土体力学参数的仪器众多，包括直接剪切仪、三轴仪、环剪仪、单剪仪等，其中三轴仪作为测试岩土体力学参数的设备之一，可以严格控制试样的排水条件，且试样的破坏面为试样的力学薄弱面，同时能够实现三个方向主应力的控制，在岩土工程测试中使用非常广泛。三轴试验中，除测试岩土体抗剪强度指标外，试样剪切过程中总体积的变化对于认识岩土体失稳破坏的内在机制方面发挥着重要作用。
现有测试体变的技术有数字图像测试技术、激光法测试体变技术、双室测试体变技术、直接利用体变传感器测试体变等。数字图像测试体变技术是由大连理工大学开发的测试技术，主要通过在三轴试验的圆柱形试样上设置数据采集点，然后利用压力室外部的高速摄像机进行数据采集，基于圆柱形试样上参考点的变化计算试样发生的总体积变化，该方法测试中存在的主要问题是当试样径向变形较大时无法准确测试，系由于平面上的变化无法通过数据采集点反映，造成测试结果精度较低。激光法测试体变技术是由兰州大学开发的试样体变测试技术，该方法将三维激光扫描仪中激光探头设置于三轴仪压力室中，试样剪切中激光探头定时360°旋转对试样进行扫描，利用扫描结果反映试样的总体积变化，该方法测试效果较好，但激光探头设置于压力室内侧后水的折射等问题对测试结构有影响，且成本较高。双室测试体变技术主要通过设置内压力室和外压力室结合差压传感器的方式进行体变测试，但目前的测试中，需要使用气压进行测试，一方面压力增加后引起空气溶于水中对测试结果有影响，另一方面轴向力的荷载杆随着剪切位移的增大而持续进入内压力室中，引起内室中水位发生变化，而该部分变化在测试结果中并未进行准确修正，且内压力室安装中步骤繁琐、密封性有时难以保证致使其使用范围大大受限。最后一种方法为直接利用体变传感器进行试样总体积变化的测试，该技术主要利用在压力室外侧直接设置体变传感器的方法进行测试，存在主要问题是测试中周围压力消耗后控制器进行加载时，体变传感器无法区分是试样发生的总体积变化还是控制器加载，引起测试结果准确性不可靠，使用范围有限。
除体变测试外，目前的三轴仪测试中，轴向力传感器的布设主要分为水下荷重传感器和外设轴向力传感器结合传力杆的形式进行测试，第一种方法由于传感器设置在压力室内部，致使压力室空间被占用，且有传感器存在的情况下影响试样体变测试，笔者在测试中发现该方面的影响不容忽视，且该技术中轴向加载使用滚动隔膜很容易破损，维修难度即成本都很大；第二种方法存在的主要问题是荷载传力杆与压力室接触位置的密封性问题，橡胶密封过紧会影响轴向力测试结果的准确性，过松则在测试中容易漏水，压力控制器将持续补给周围压力，引起测试结果的精度出问题。因此，在测试轴向力的最佳方案是既不影响试样总体积测试，又不会在测试中产生漏水问题，即压力室的密封性能够得到可靠保障。
综上，能够在岩土力学参数测试中准确测试试样总体积变化，且压力室完全密封、轴向位移测试不受限制、体变测试不受限制的新的岩土力学参数测试***亟待开发，解决上述问题，同时能够对岩土力学参数测试中存在的误差进行自动修正，确保试验结果的准确性和可靠性。
现有技术采用水下荷重传感器结合动隔膜的形式测试轴向力，该过程中滚动隔膜容易损坏，一旦损坏整个试验结果完全错误，且传感器内设在压力室内部占用空间较大，影响总体变测试。
现有技术采用外设应力传感器结合传力杆进行轴向力测试，主要涉及传力杆与压力室接触位置的密封性问题，橡胶密封过紧会影响轴向力测试结果的准确性，过松则在测试中容易漏水，压力控制器将持续补给周围压力，引起测试结果的精度出问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：本发明通过提供一种新型智能化岩土力学参数测试***，主要解决现有技术中滚动隔膜容易损坏、压力室占用空间大、传力杆与压力室接触位置密封性等问题，确保测试结果的准确性，主要解决现有技术中体变测试中的不足。
为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：一种智能化岩土力学参数测试***，包括试样顶帽、试样底座、电磁压力块、内压力室、底座承台、第一固定螺栓、压力室底板、压力室顶板、电磁加载控制器、外压力室、第二固定螺栓、位差式体变测试***、周围压力体积控制器、体积压力控制器、孔隙水压力传感器、数据集成转换器、轴向力传感器及自馈发射器、数据采集板、计算机、激光定位及测距发射端、电磁铁制动及数据集控***、声波发射器、声波接收器、声波控制***和多通道数据集成发射器，所述压力室底板和压力室顶板通过第二固定螺栓连接固定组成外压力室，所述内压力室固定安装在底座承台上，所述底座承台通过第一固定螺栓固定安装在压力室底板上，所述试样顶帽、试样底座设置在内压力室内部，所述试样顶帽、试样底座之间形成试样测试区，试样放置于试样测试区中，所述轴向力传感器及自馈发射器设置在试样顶帽的顶部，所述电磁压力块固定设置在试样顶帽的顶部，所述轴向力传感器及自馈发射器固定设置在试样顶帽与电磁压力块之间，所述电磁加载控制器固定设置在压力室顶板的下部，所述电磁加载控制器上设置激光定位及测距发射端、电磁铁制动及数据集控***，所述电磁压力块顶部设置有与激光定位及测距发射端相配合的定位标定装置，所述试样底座上部设置声波发射器，所述试样顶帽下部设置声波接收器，所述声波控制***内设置数据集成转换器和多通道数据集成发射器，所述声波发射器和声波接收器分别通讯连接至多通道数据集成发射器，所述位差式体变测试***通过管路分别连通至外压力室和内压力室，所述周围压力体积控制器通过管路分别连通至外压力室和内压力室，两个体积压力控制器分别通过管路与试样的底部和顶部连通，所述孔隙水压力传感器通过管路与试样底部连通，所述位差式体变测试***、周围压力体积控制器、体积压力控制器、孔隙水压力传感器单独通讯连通至数据集成转换器，所述数据集成转换器和轴向力传感器及自馈发射器通讯连接至数据采集板，所述数据采集板通讯连接至计算机。
作为优选，所述电磁加载控制器还包括电磁线圈、供电电极、激光发射自馈***、数据采集及电源分离***、数据汇总发射器、第一轴向力数据采集器、电源稳压装置和数据传输及电源线，所述供电电极通过电路与电源稳压装置连接，所述电源稳压装置与供电电极电路连接，所述电磁加载控制器与供电电极电路连接，所述激光发射自馈***与激光定位及测距发射端通讯连接，所述激光发射自馈***还与数据采集及电源分离***通讯连接，所述数据采集及电源分离***通讯连接第一轴向力数据采集器，所述数据汇总发射器、第一轴向力数据采集器通讯连接，所述数据汇总发射器通过数据传输及电源线与数据采集板进行数据交互。
作为优选，所述定位标定装置包括第二轴向力数据采集器、应力数据采集发射***、轴向力采集传感器触头、激光定位标定点，所述第二轴向力数据采集器与应力数据采集发射***通讯连接，所述轴向力采集传感器触头设置在轴向力传感器及自馈发射器上，所述轴向力采集传感器触头与第二轴向力数据采集器通讯连接，所述激光定位标定点设置在电磁压力块顶部，所述应力数据采集发射***还通讯连接至数据采集板。
作为优选，所述位差式体变测试***包括高精度测试室、数据采集交互***、无气水压力室、滑动隔板和数据传输线，所述滑动隔板滑动设置在无气水压力室内部，所述无气水压力室的上下两端分别通过管路连通至外压力室和内压力室，所述高精度测试室用于测试滑动隔板的位移数据，所述高精度测试室通讯连接至数据传输线，所述数据传输线通讯连接至数据集成转换器，所述数据集成转换器通讯连接至数据采集板。
作为优选，所述数据集成转换器包括数据线、数据采集汇总板、数据转换***、数据接收转换器、自身设备传感器连接口、其他数据集成转换器或传感器连接口、数据汇总增益转换器、数据自馈及交互集成器，所述数据接收转换器与其他数据集成转换器或传感器连接口通讯连接，所述自身设备传感器连接口和数据接收转换器通过数据线通讯连接至数据采集汇总板，所述数据采集汇总板通讯连接至数据转换***，所述数据转换***通讯连接至数据自馈及交互集成器，所述数据自馈及交互集成器通讯连接至数据汇总增益转换器，所述数据汇总增益转换器通讯连接至数据采集板。
与现有技术相比，本发明的有益之处是：
1、本发明可实现试样饱和、固结、剪切过程中试样总体积的实时变化，通过封闭的内压力室可以实现总体积精确测试，轴向力加载及测试***占用空间特别小，节省整个装置的空间。
2、本发明中提供的智能化岩土力学参数测试***可以实现静三轴试验测试和动三轴试验测试，在试验功能增加的前提下，整个试验设备占用空间有限，与现有动三轴相比，节约了整个加载箱。且电磁控制加载***施加轴向力的过程中，能够利用激光定位***对齐后确保加载过程中试样的顶帽始终处于水平状态，避免了现有技术中顶帽容易倾斜引起应力集中的不足之处。
3、本发明中提供的智能化岩土力学参数测试***解决了现有技术中轴向力传感器必须与轴向加载装置直接接触的不足引起传力杆长度难以精准控制的不足，同时自馈式的轴向力施加及测试***避免了不同岩土测试中轴向力需要更换的问题。
附图说明
下面结合附图对本发明进一步说明。
图1是本发明的示意图。
图2是轴向力电磁加载***的示意图。
图3是定位标定装置的示意图。
图4是位差式体变测试***的示意图。
图5是数据集成转换器的示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细描述：
如图1所示的一种智能化岩土力学参数测试***，包括试样顶帽2、试样底座3、电磁压力块4、内压力室5、底座承台6、第一固定螺栓7、压力室底板8、压力室顶板9、电磁加载控制器10（由南京中之岩测控技术有限公司生产）、外压力室11、第二固定螺栓12、位差式体变测试***13的主要功能是进行岩土体力学性质测试中试样总体积变化的测试，通过内压力室和外压力室的水位差进行体变转换，位差式体变测试***13由南京土壤仪器厂加工，型号为TB-005、周围压力体积控制器14的主要功能是进行周围压力的施加，将气压力或者水压力转换成试样的周围压力，目前使用的周围压力体积控制器14由GDS公司、南京土壤仪器厂等提供、体积压力控制器15的主要功能是向试样内部施加反压力，主要在试样反压饱和及渗透等过程中使用，该设备由GDS公司和南京土壤仪器厂生产、孔隙水压力传感器16用于试样内部孔隙水压力的测试，孔压传感器由南京土壤仪器厂生产、数据集成转换器17主要进行数据的初步集成和转换，便于将数据进行传输，由南京土壤仪器厂生产、轴向力传感器及自馈发射器18主要进行试样加载过程中轴向力的测试，且具有自馈特征，如果荷载超过预设值后立即停止加载，该传感器***由南京土壤仪器厂生产、数据采集板19主要功能进行数据的采集和汇总，并对数据进行初步存储，由南京土壤仪器厂生产、计算机20、激光定位及测距发射端21进行岩土试样力学性质测试中轴向位移的测试及数据采集，由南京中之岩测控技术有限公司生产、电磁铁制动及数据集控***22（由南京中之岩测控技术有限公司生产）、声波发射器23声波接收器24、声波控制***25共同构成无损检测***，在试验中进行试样结构的测试，由南京中之岩测控技术有限公司生产、声波接收器24、声波控制***25和多通道数据集成发射器26进行数据采集和传输，由南京土壤仪器厂生产，所述压力室底板8和压力室顶板9通过第二固定螺栓12连接固定组成外压力室11，主要功能是安装整个测试***的各个部件，外压力室11的侧壁上设置了隔温膜，减少温度变化对试验测试结果的影响，所述内压力室5固定安装在底座承台6上，所述底座承台6通过第一固定螺栓7固定安装在压力室底板8上，压力室底板8是整个试验***的支撑板，厚度较大，用于确保整个测试***在运行过程中的稳定性，底座承台6用于固定内压力室5和试样***，所述试样顶帽2、试样底座3设置在内压力室5内部，所述试样顶帽2、试样底座3之间形成试样测试区，试样顶帽2由有机玻璃制作而成，主要功能是将轴向力均匀的传递至试样上，试样底座3位于试样的底部，起到支撑试样的作用，试样1放置于试样测试区中，试样1的顶部和底部分别为滤纸、透水板，所述轴向力传感器及自馈发射器18设置在试样顶帽2的顶部，所述电磁压力块4固定设置在试样顶帽2的顶部，电磁压力块4与电磁加载控制***10组成整个电磁加载***，电磁加载控制器10与电磁压力块4配合使用，实现轴向力施加，电磁压力块4的功能是通过电磁加载器的控制向试样施加轴向力，该项技术突破了当前只能通过荷载杆、伺服电机、滚动隔膜等现有技术开放测试轴向力的技术瓶颈，实现了测试中试样***的完全封闭，对于提高总体积变化测试的精确度大有益处。内压力室5与外压力室配合进行试样总体积变化测试，所述轴向力传感器及自馈发射器18固定设置在试样顶帽2与电磁压力块4之间，所述电磁加载控制器10固定设置在压力室顶板9的下部，所述电磁加载控制器10上设置激光定位及测距发射端21、电磁铁制动及数据集控***22，电磁铁制动及数据集控***22主要进行地磁驱动力的施加，利用电磁场中电流的强弱施加轴向力，该***的典型优势除上述不同提供传力杆、滚动隔膜、伺服电机等优点外，还可以利用该***同时施加静荷载和动荷载，该测试***能够实现当前已有技术中静三轴和动三轴的功能，设备空间占用大大缩减，试验效率大大提高，所述电磁压力块4顶部设置有与激光定位及测距发射端21相配合的定位标定装置，激光定位及测距发射端21与试样顶部的激光***结合使用，实现轴向力加载***与试样完全对准，同时实现加载过程中试样轴向位移的测试，所述试样底座3上部设置声波发射器23，所述试样顶帽2下部设置声波接收器24，声波发射器23与声波接收器24联合使用实现测试中实时检测试样中含水率变化、试样剪切变形变化等数据，所述声波控制***25内设置数据集成转换器17和多通道数据集成发射器26，波控制***25利用该***进行各种波形的施加，用于测试试样中含水率、变形等数据。所述声波发射器23和声波接收器24分别通讯连接至多通道数据集成发射器26，多通道数据集成发射器26数据连接通道和转换通道增加至16个，允许更多数据进行汇总和集成输出，所述位差式体变测试***13通过管路分别连通至外压力室11和内压力室5，位差式体变测试系13与内外压力室和围压施加***工程组成总体变测试体系，实现试样饱和、固结、剪切过程中实时总体积变化的准确测试，所述周围压力体积控制器14通过管路分别连通至外压力室11和内压力室5，周围压力体积控制器14主要用于施加周围压力，施加压力的过程中可进行体积测试，控制体积的时候可进行压力测试，两个体积压力控制器15分别通过管路与试样1的底部和顶部连通，体积压力控制器15用于施加反压以及在渗透试验中提供试样顶部和底部的渗透压力，两个控制器功能相同，施加压力的过程中可进行体积测试，控制体积的时候可进行压力测试，所述孔隙水压力传感器16通过管路与试样1底部连通，孔隙水压力传感器16主要用于试样孔隙水压力的测试，所述位差式体变测试***13、周围压力体积控制器14、体积压力控制器15、孔隙水压力传感器16单独通讯连通至数据集成转换器17，数据集成转换器17能够采集自身匹配传感器的数据，同时能够将其他传感器的数据汇总后与采集数据集成后传输出去，所述数据集成转换器17和轴向力传感器及自馈发射器18通讯连接至数据采集板19，数据采集板19用于采集整个测试***的数据，将数据集成后传输至计算机，所述数据采集板19通讯连接至计算机20，该数据采集板19中还可以进行整个***中数据的交互，对于电磁压力块4和电磁加载控制***10形成的自馈式电磁加载***可进行预定荷载的准确施加，亦可为激光测距自馈式***提供数据交互，实现测试中轴向位移的精确测试，轴向力传感器及自馈发射器18用于实时监测轴向力的大小，并将轴向力传输至数据采集板，通过数据采集板与电磁加载控制器进行交互，计算机20用于汇总和存储数据，同时结合配置的软件能够进行数据简单分析。
如图2和图3所示，所述电磁加载控制器10还包括电磁线圈101、供电电极102（由南京中之岩测控技术有限公司生产）、激光发射自馈***103（由南京中之岩测控技术有限公司生产）、数据采集及电源分离***104（由南京中之岩测控技术有限公司生产）、数据汇总发射器105（由南京中之岩测控技术有限公司生产）、第一轴向力数据采集器106（由南京中之岩测控技术有限公司生产）、电源稳压装置107和数据传输及电源线108，电磁线圈101将电流转化为磁场，向图1中的电磁压力块施加力，通过磁场作用将能量转化为轴向力，供电电极102向电磁线圈供电，通过线与电源稳压装置相连接，激光发射自馈***103选择一定频率的激光通过激光定位及测距发射端21将激光发射出去，与13激光定位标定点相结合进行加载装置的对齐，同时实现测试中轴向位移的测试，通过数据线与数据采集***通讯连接，所述供电电极102通过电路与电源稳压装置107连接，数据采集及电源分离***将电源及数据采集相分离，将数据通过数据线向外输出，电源通过电源线与外接电源相连接。轴向力数据采集自馈器，该***除进行数据采集外，还与数据采集板采集的电磁加载块中的数据与本***中加载器进行数据交互，闭合回路的自我反馈，实现轴向力的精确施加和激光测距的精准测量。电源稳压装置将外接电源稳定后向电磁线圈输出。轴向力数据采集器主要功能是将各个传感器触头采集的数据进行实时采集和汇总。应力数据采集发射***将电磁加载块中采集的数据通过无线传输装置传输至数据采集板。轴向力采集传感器触头，轴向力测试传感器探头，通过数据线与数据采集板通讯连接。激光定位标定点，主要为电磁加载***对齐和轴向位移测试提供参照点，确保测试的准确性，所述电源稳压装置107与供电电极102电路连接，所述电磁加载控制器10与供电电极102电路连接，所述激光发射自馈***103与激光定位及测距发射端21通讯连接，所述激光发射自馈***103还与数据采集及电源分离***104通讯连接，所述数据采集及电源分离***104通讯连接第一轴向力数据采集器106，所述数据汇总发射器105、第一轴向力数据采集器106通讯连接，所述数据汇总发射器105通过数据传输及电源线108与数据采集板19进行数据交互。所述定位标定装置包括第二轴向力数据采集器201、应力数据采集发射***202、轴向力采集传感器触头203、激光定位标定点204，所述第二轴向力数据采集器201与应力数据采集发射***202通讯连接，所述轴向力采集传感器触头203设置在轴向力传感器及自馈发射器18上，所述轴向力采集传感器触头203与第二轴向力数据采集器201通讯连接，所述激光定位标定点204设置在电磁压力块4顶部，所述应力数据采集发射***202还通讯连接至数据采集板19。
如图4所示，所述位差式体变测试***13整个***由南京中之岩测控技术有限公司生产，位差式体变测试***13包括高精度测试室301，高精度测试室301获取滑动隔板304位置的过程：当试验中滑动隔板304移动过程中，其与测试室连接位置的刻度针亦会发生移动，进而获取滑动隔板304的距离，由于整个滑动室截面积固定，结合竖向位移值即可得到试样的总体积变化数据、数据采集交互***302、无气水压力室303、滑动隔板304和数据传输线305，高精度测试室，与滑动隔板组合后进行隔板位移测试，试样体积变化中，由于内外压力室中周围压力一样，试样体积变化中会引起滑动隔板滑动，隔板滑动后产生的位移将在高精度测试室中被记录，根据隔板截面积与位移计算成试样的体积变化。数据采集交互***用于试样总体积变化数据的采集，同时能够进行数据交互，并将汇总后的数据传输至数据集成转换器17，经由数据集成转换器17传输至数据采集板19。无气水压力室，通过管路与内压力室和外压力室相连接，试样体积变化会引起两个压力室中水量变化，进而引起滑动隔板位置变化。滑动隔板，滑动记录位移，结合截面积可获得试样总体积变化。所述滑动隔板304滑动设置在无气水压力室303内部，所述无气水压力室303的上下两端分别通过管路连通至外压力室11和内压力室5，所述高精度测试室301用于测试滑动隔板304的位移数据，所述高精度测试室301通讯连接至数据传输线305，所述数据传输线305通讯连接至数据集成转换器17，所述数据集成转换器17通讯连接至数据采集板19。
如图5所示，所述数据集成转换器17（由南京中之岩测控技术有限公司生产）包括数据线401、数据采集汇总板402、数据转换***403、数据接收转换器404、自身设备传感器连接口405、其他数据集成转换器或传感器连接口406、数据汇总增益转换器407、数据自馈及交互集成器408，数据线将传输至该数据集成转换器的数据传输至中控板。数据采集汇总板作为***的中控***，主要收集汇总所有数据。数据转换***，有不同的数据根据计算机设置可在此处进行转换。数据接收转换器，主要功能是将其他传感器及集成转换器传输过来的数据进行转换，转换后传输至中控***为数据采集汇总板进行数据的最终汇总奠定基础。自身设备传感器连接口主要用于设备本身单个传感器的通讯连接。其他数据集成转换器或传感器连接口，与其他数据集成转换器或者传感器进行通讯连接。数据汇总增益转换器，将该数据集成转换器收集的所有数据进行下一步传输，与输出数据线通讯连接。数据自馈及交互集成器，自馈控制***中使用该模块进行数据交互，所述数据接收转换器404与其他数据集成转换器或传感器连接口406通讯连接，所述自身设备传感器连接口405和数据接收转换器404通过数据线401通讯连接至数据采集汇总板402，所述数据采集汇总板402通讯连接至数据转换***403，所述数据转换***403通讯连接至数据自馈及交互集成器408，所述数据自馈及交互集成器408通讯连接至数据汇总增益转换器407，所述数据汇总增益转换器407通讯连接至数据采集板19。
具体工作方式为：1、设备调试。试验开始前，首先对整个设备进行检测和传感器清零操作，在此基础上检测所有传感器的示数是否正常，有异常报警现象及时进行处理，同时利用标定过的模型样品进行声波测试***检验，检测声波***能否正常工作，连接所有的管路和数据线。
2、试样安装。将制备好的试样放置在试样底座上，依次安装顶帽、电磁加载块和橡皮膜，在此基础上连接好顶帽上的管路和数据线，安装内压力室，利用固定螺栓固定内压力室，利用控制器向内压力室中注满去气水，安装外压力室，固定螺栓密封后进行注水，准备开始测试。
3、初始试样波速测试。首先利用声波测试***对初始试样的基本情况进行测试，记录试样的初始状态数据，位于后面数据对比分析奠定基础。
4、试样饱和。根据土工试验规范对试样进行饱和，采用水头饱和、二氧化碳饱和、反压力饱和等方法对试样进行饱和，饱和后检测试样的饱和度，直至试样的饱和度达到规范要求的饱和度。
5、试样固结。根据土工试验规范的要求对试样进行固结，固结稳定后即可进行剪切。
6、试样剪切。根据试验方案的要求，结合土工试验规范进行动荷载或者静荷载的施加，对试样进行剪切试验、动液化试验、动模量测试试验或者震陷试验。
上述提供的实施方式只是本发明的一般实施方法，测试过程中可根据试验方案进行实时调整顺序，进行试样的物理力学参数测试，本发明可以对现场工程中的多种不同工况进行实时模拟，使得测试的数据更加符合实际情况。本发明在施加动荷载方面，可以在计算机中输入随机波，进行随机动荷载、列车振动、地震等多种动荷载进行模拟施加；施加静荷载方面，可实现类似于伺服电机的任何加载速率的施加。同时本发明提供的新型智能化岩土力学参数测试***，在测试试样力学参数中，轴向力传感器不需要反复更换，本发明中自馈式电磁加载***能够根据剪切过程中采集的数据向电磁制动控制器实时反馈，自馈***根据采集的数据对轴向力测试触头的量程和精度实现自动转换，也可以手动设置，实现了自馈式的轴向力自动化采集。
需要强调的是：对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
Claims (5)
1.一种智能化岩土力学参数测试***，其特征在于：包括试样顶帽（2）、试样底座（3）、电磁压力块（4）、内压力室（5）、底座承台（6）、第一固定螺栓（7）、压力室底板（8）、压力室顶板（9）、电磁加载控制器（10）、外压力室（11）、第二固定螺栓（12）、位差式体变测试***（13）、周围压力体积控制器（14）、体积压力控制器（15）、孔隙水压力传感器（16）、数据集成转换器（17）、轴向力传感器及自馈发射器（18）、数据采集板（19）、计算机（20）、激光定位及测距发射端（21）、电磁铁制动及数据集控***（22）、声波发射器（23）、声波接收器（24）、声波控制***（25）和多通道数据集成发射器（26），所述压力室底板（8）和压力室顶板（9）通过第二固定螺栓（12）连接固定组成外压力室（11），所述内压力室（5）固定安装在底座承台（6）上，所述底座承台（6）通过第一固定螺栓（7）固定安装在压力室底板（8）上，所述试样顶帽（2）、试样底座（3）设置在内压力室（5）内部，所述试样顶帽（2）、试样底座（3）之间形成试样测试区，试样（1）放置于试样测试区中，所述轴向力传感器及自馈发射器（18）设置在试样顶帽（2）的顶部，所述电磁压力块（4）固定设置在试样顶帽（2）的顶部，所述轴向力传感器及自馈发射器（18）固定设置在试样顶帽（2）与电磁压力块（4）之间，所述电磁加载控制器（10）固定设置在压力室顶板（9）的下部，所述电磁加载控制器（10）上设置激光定位及测距发射端（21）、电磁铁制动及数据集控***（22），所述电磁压力块（4）顶部设置有与激光定位及测距发射端（21）相配合的定位标定装置，所述试样底座（3）上部设置声波发射器（23），所述试样顶帽（2）下部设置声波接收器（24），所述声波控制***（25）内设置数据集成转换器（17）和多通道数据集成发射器（26），所述声波发射器（23）和声波接收器（24）分别通讯连接至多通道数据集成发射器（26），所述位差式体变测试***（13）通过管路分别连通至外压力室（11）和内压力室（5），所述周围压力体积控制器（14）通过管路分别连通至外压力室（11）和内压力室（5），两个体积压力控制器（15）分别通过管路与试样（1）的底部和顶部连通，所述孔隙水压力传感器（16）通过管路与试样（1）底部连通，所述位差式体变测试***（13）、周围压力体积控制器（14）、体积压力控制器（15）、孔隙水压力传感器（16）单独通讯连通至数据集成转换器（17），所述数据集成转换器（17）和轴向力传感器及自馈发射器（18）通讯连接至数据采集板（19），所述数据采集板（19）通讯连接至计算机（20）。
2.根据权利要求1所述的智能化岩土力学参数测试***，其特征在于：所述电磁加载控制器（10）还包括电磁线圈（101）、供电电极（102）、激光发射自馈***（103）、数据采集及电源分离***（104）、数据汇总发射器（105）、第一轴向力数据采集器（106）、电源稳压装置（107）和数据传输及电源线（108），所述供电电极（102）通过电路与电源稳压装置（107）连接，所述电源稳压装置（107）与供电电极（102）电路连接，所述电磁加载控制器（10）与供电电极（102）电路连接，所述激光发射自馈***（103）与激光定位及测距发射端（21）通讯连接，所述激光发射自馈***（103）还与数据采集及电源分离***（104）通讯连接，所述数据采集及电源分离***（104）通讯连接第一轴向力数据采集器（106），所述数据汇总发射器（105）、第一轴向力数据采集器（106）通讯连接，所述数据汇总发射器（105）通过数据传输及电源线（108）与数据采集板（19）进行数据交互。
3.根据权利要求2所述的智能化岩土力学参数测试***，其特征在于：所述定位标定装置包括第二轴向力数据采集器（201）、应力数据采集发射***（202）、轴向力采集传感器触头（203）、激光定位标定点（204），所述第二轴向力数据采集器（201）与应力数据采集发射***（202）通讯连接，所述轴向力采集传感器触头（203）设置在轴向力传感器及自馈发射器（18）上，所述轴向力采集传感器触头（203）与第二轴向力数据采集器（201）通讯连接，所述激光定位标定点（204）设置在电磁压力块（4）顶部，所述应力数据采集发射***（202）还通讯连接至数据采集板（19）。
4.根据权利要求1所述的智能化岩土力学参数测试***，其特征在于：所述位差式体变测试***（13）包括高精度测试室（301）、数据采集交互***（302）、无气水压力室（303）、滑动隔板（304）和数据传输线（305），所述滑动隔板（304）滑动设置在无气水压力室（303）内部，所述无气水压力室（303）的上下两端分别通过管路连通至外压力室（11）和内压力室（5），所述高精度测试室（301）用于测试滑动隔板（304）的位移数据，所述高精度测试室（301）通讯连接至数据传输线（305），所述数据传输线（305）通讯连接至数据集成转换器（17），所述数据集成转换器（17）通讯连接至数据采集板（19）。
5.根据权利要求1所述的智能化岩土力学参数测试***，其特征在于：所述数据集成转换器（17）包括数据线（401）、数据采集汇总板（402）、数据转换***（403）、数据接收转换器（404）、自身设备传感器连接口（405）、其他数据集成转换器或传感器连接口（406）、数据汇总增益转换器（407）、数据自馈及交互集成器（408），所述数据接收转换器（404）与其他数据集成转换器或传感器连接口（406）通讯连接，所述自身设备传感器连接口（405）和数据接收转换器（404）通过数据线（401）通讯连接至数据采集汇总板（402），所述数据采集汇总板（402）通讯连接至数据转换***（403），所述数据转换***（403）通讯连接至数据自馈及交互集成器（408），所述数据自馈及交互集成器（408）通讯连接至数据汇总增益转换器（407），所述数据汇总增益转换器（407）通讯连接至数据采集板（19）。
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Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113466434A (zh) * | 2021-07-13 | 2021-10-01 | 中国科学院西北生态环境资源研究院 | 自馈式冻土力学测试*** |
| CN114136809A (zh) * | 2021-12-01 | 2022-03-04 | 中国人民解放军空军工程大学 | 一种用于水泥路面填缝材料剪切粘结性试验的试验*** |
| CN114689424B (zh) * | 2022-04-15 | 2024-07-02 | 华侨大学 | 一种用于岩石三轴试验机的智能换试样装置 |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB201518615D0 (en) * | 2015-10-21 | 2015-12-02 | Rolls Royce Plc | Test methods and apparatus |
| CN105806766A (zh) * | 2016-04-19 | 2016-07-27 | 兰州大学 | 一种可测体变的柔性壁渗透仪 |
| CN106885742A (zh) * | 2017-03-24 | 2017-06-23 | 兰州大学 | 一种新型饱和与非饱和渗透三轴仪 |
| CN107607374A (zh) * | 2017-09-06 | 2018-01-19 | 辽宁工程技术大学 | 一种适用于非饱和土的空心圆柱试验*** |
| CN110308082A (zh) * | 2018-03-27 | 2019-10-08 | 北京交通大学 | 一种室内基坑降水试验方法 |
| CN110398442A (zh) * | 2019-09-10 | 2019-11-01 | 中山大学 | 一种测试含气土样里气泡表面张力的试验装置 |
| CN209640106U (zh) * | 2019-02-27 | 2019-11-15 | 甘肃恒通路桥工程有限公司 | 一种测试黄土-砒砂岩界面稳定性检测器 |
| CN111122350A (zh) * | 2020-01-03 | 2020-05-08 | 同济大学 | 一种静载下高频循环荷载同步加载的三轴仪 |
| WO2020133729A1 (zh) * | 2018-12-29 | 2020-07-02 | 四川大学 | 真实采动应力影响下煤岩体的力学行为和渗流特性原位测试方法及*** |
-
2020
- 2020-09-02 CN CN202010911099.6A patent/CN112067481B/zh active Active
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB201518615D0 (en) * | 2015-10-21 | 2015-12-02 | Rolls Royce Plc | Test methods and apparatus |
| CN105806766A (zh) * | 2016-04-19 | 2016-07-27 | 兰州大学 | 一种可测体变的柔性壁渗透仪 |
| CN106885742A (zh) * | 2017-03-24 | 2017-06-23 | 兰州大学 | 一种新型饱和与非饱和渗透三轴仪 |
| CN107607374A (zh) * | 2017-09-06 | 2018-01-19 | 辽宁工程技术大学 | 一种适用于非饱和土的空心圆柱试验*** |
| CN110308082A (zh) * | 2018-03-27 | 2019-10-08 | 北京交通大学 | 一种室内基坑降水试验方法 |
| WO2020133729A1 (zh) * | 2018-12-29 | 2020-07-02 | 四川大学 | 真实采动应力影响下煤岩体的力学行为和渗流特性原位测试方法及*** |
| CN209640106U (zh) * | 2019-02-27 | 2019-11-15 | 甘肃恒通路桥工程有限公司 | 一种测试黄土-砒砂岩界面稳定性检测器 |
| CN110398442A (zh) * | 2019-09-10 | 2019-11-01 | 中山大学 | 一种测试含气土样里气泡表面张力的试验装置 |
| CN111122350A (zh) * | 2020-01-03 | 2020-05-08 | 同济大学 | 一种静载下高频循环荷载同步加载的三轴仪 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 一种伺服液压加载双室三轴仪的研制与开发;邵生俊;褚峰;陆嫄;李玮峰;;岩土力学(S1);全文 * |
| 定向剪切应力路径下冻结黏土变形特性试验;陈敦;马巍;王大雁;穆彦虎;雷乐乐;王永涛;周志伟;蔡聪;;岩土力学(07);全文 * |
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