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Ⅰ 前言

     巖石三軸試驗是研究巖石力學的重要手段，巖石三軸試驗數(shù)據(jù)是巖石力學的一個重要參數(shù)，它能比較完整的模擬巖土在原始地應力狀態(tài)下的力學性能，是工程設計的重要依據(jù)。由于深部巖石處于復雜的應力狀態(tài)，本身又是一種十分復雜的天然材料，在很多情況下，簡單應力狀態(tài)下的巖石應力試驗不能*反映工程實際中的巖體應力狀態(tài)，必須充分認識復雜應力狀態(tài)下巖石的力學性質。因此，開展三軸狀態(tài)下的巖石試驗研究顯得十分重要。

     巖石的力學性能指標與其試驗方法密切相關，同時也與試驗用儀器密切相關。為了能夠獲取準確的巖石力學性能指標，必須有一套精密的試驗儀器和一套試驗用的控制系統(tǒng)，這是取得可靠的巖石三軸試驗數(shù)據(jù)的基礎。目前市場上巖石三軸試驗機價格不菲，利用本單位現(xiàn)有的試驗機改制成巖石三軸試驗機，這對節(jié)約經費和充分利用試驗場地都具有實際意義。

Ⅱ 巖石三軸試驗機的改造

 2.1原壓力試驗機現(xiàn)狀與研制思路

     原壓力試驗機為廣州澳金生產的微機控制電液伺服試驗機，試驗機zui大負荷600KN。根據(jù)目前工程建設和巖石三軸試驗的方法，改裝以后的巖石三軸試驗機應符合以下特點：智能化程度高，實現(xiàn)巖石試驗過程的自動控制，避免過多的人為干擾因素，提高試驗的真實性、科學性，向智能化試驗發(fā)展；巖石三軸試驗機的圍壓、軸壓必須能適應目前工程建設的需要；同時，儀器還必須一機多用，為復雜應力條件下的試驗提供方便；構造簡單，操作方便、還必須經濟。

    根據(jù)現(xiàn)有試驗機的現(xiàn)狀，決定利用原壓力機的軸向加壓系統(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機的完整性、獨立性和原試驗機的控制系統(tǒng)。

 2.2巖石三軸試驗機的改裝

 2.2.1側向加載裝置及測量控制系統(tǒng)

     側向加載裝置及測量系統(tǒng)，主要由琴式液壓源泵、側向加載裝置、壓力室提升及固定裝置、電氣測量與控制系統(tǒng)等部分組成。液壓源與琴臺式機柜（見圖1）有機地組合在一起，同時，全自動采集控制器和電氣拖動系統(tǒng)安裝再機柜內部，整體布局簡潔，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、壓力隨動閥均采用美國SUNHYDRAULICS的浮動式插入閥。采用SUN的浮動式插入閥，在于閥尾端的自由浮動，藉此精密配合工作組件，減少對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口意大利原裝ATOS伺服閥。油泵采用德國進口ECKERLE內合齒輪泵，其具有超高壓力，噪音低的特點。側向加載裝置選用高精度伺服閥對作動器進行控制，確保系統(tǒng)平穩(wěn)、率傳動圍壓，實現(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，二是可以減少側向加壓介質，減少試驗準備時間，另外還可實現(xiàn)一機多用，不使用巖石三軸試驗時可將壓力室部分放置到固定支架上（見圖2、圖3）

     新型壓力室結構采用目前比較*的小型壓力室設計思路，通過液壓工程缸活塞的移動完成試樣的裝夾和卸樣，且整個過程都是全自動控制；圍壓通過液壓油充滿內腔實現(xiàn)平穩(wěn)逐級加載；試樣與液壓油之間采用特殊材料制成的內膜隔離，整個試驗過程只需在支架上裝夾試樣，試驗時講該裝置移動到主機框架內固定即可。設備改裝完成驗收時圍壓已達35MPa，在系統(tǒng)實際工作時控制zui高圍壓為30MPa。

 2.2.3試驗機的數(shù)據(jù)采集、測量系統(tǒng)

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

     試驗載荷測量：采用高精度負荷傳感器，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轉換器件，確保測力精度。

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

 2.2.4試驗機的控制系統(tǒng)

     計算機全數(shù)字實時顯示負荷、位移、變形、圍壓等工程量，可以顯示載荷與時間、主應力差與主應力、主應力差與時間、軸位移與時間等各種試驗曲線，并根據(jù)需要可以選擇曲線，直觀明了。試驗機控制系統(tǒng)能自動標定試驗機準確度，能夠自動清零，能完成試驗條件的試樣參數(shù)及試驗數(shù)據(jù)的采集和存儲，試驗過程具有過載等設定條件的保護功能，在整個試驗過程中，自動實時存儲試驗數(shù)據(jù)，以防止突然停電時造成數(shù)據(jù)的丟失，試驗完畢可對數(shù)據(jù)進行分析處理，打印圖標及試驗報告。

     研制的巖石三軸試驗機具有應力控制和應變控制界面，裝有三軸蠕變試驗的控制程序，可以進行軟巖及深部固結土的三軸蠕變試驗（見圖4）?？梢钥闯?，該巖石三軸試驗機具有較強的試驗功能，完滿足目前工程建設的需要和符合有關標準。

 2.2.5經濟實用

   巖石三軸試驗機改裝以后，在經費方面要比購置新設備節(jié)約40%左右，并且在軟件控制方面根據(jù)試驗的要求，本著方便、實用為原則，界面友好。

Ⅲ 結 論

   巖石三軸試驗機改裝完成以來，經過了有關專家的鑒定驗收，已用于本科生的畢業(yè)設計和碩士生的學位論文等有關試驗。使用證明：改裝的巖石三軸試驗機抗*力強，精度高，機械運行平穩(wěn)可靠，計算機控制程序功能強，能實現(xiàn)巖石三軸壓縮強度試驗的有關要求，圍壓控制平穩(wěn)，并且節(jié)省費用，經濟使用，達到了預期的改裝研制目的。