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岩石三轴试验机的现状及重要性

2021-12-04 12:19:08

随着现代化经济进程,基础设施的完善,工程建筑的兴盛、新型材料的应用、地质灾害频发、环境保护的倡导。三轴试验机已经广泛应用于岩土工程、建筑材料、地质灾害研究与应用等领域。同时,岩石试验机也成了目前研究的一个热点,从试验研究发展来看,岩石试验机将会向CT扫描、三轴剪切渗流、三轴仿真试验系统和原位真三轴试验系统方向发展的趋势。那么岩石三轴试验机也便是重中之重的研究对象了,特别在岩土工程领域,岩石三轴试验机承担着边坡稳定、巷道(隧道)围岩维护、冲击地压、地震效应等方面的研究和工程应用的重任。

岩石材料的三维动力特性试验研究是岩石三轴试验机应用的一个重要领域,也是电液伺服岩石三轴试验机的主功方向。我公司对电液伺服岩石三轴试验机开发、升级、生产和试验过程中对其性能、试验结果进行了比较,并参阅了其他研究人员的研究情况。

下面摘述一些有规律的试验特点:

1在围压一定的情况下,岩石的动态抗压强度会随着应变率的增加而增加,呈现出线性函数或者指数函数增加形式,并且脆性减弱,塑性显著增加

2在应变率一定的情况下,岩石抗压强度会随着围压的增大而增大,线性关系比较显著;

3、岩石动静组合加载时,在轴压一定时,岩石的动静组合抗压强度会随着围压的增大而增大,呈现出近似线性增加趋势;在围压固定时,抗压强度随着轴向静压的增大呈现出先增大后减小的趋势。由于试验装置和岩石材料本身的特点,目前在一些基本问题上,如加载应力波形、试样尺寸要求等方面,还没有统一的试验规范要求,很多试验结果只能进行定性比较,无法在统一尺度上进行定量分析。

下面阐述我公司主要生产的电液伺服岩石三轴试验机:

电液伺服岩石三轴试验机主要对岩石和混凝土试件进行单轴、三轴力学性能测试;能进行三轴常规及动态试验,轴压和动态围压相位可以任意调整;能进行单轴、三轴流变(包括蠕变、松弛等)试验,孔压和渗流等试验以及其它工艺性能试验。整机全液压传动,微机闭环伺服控制。根据试验要求,可选择负荷力(应力),变形位移(应变)等多种方式进行控制,它们之间可以平滑无冲击自由转换。控制部分采用多功能闭环测控系统和数据处理软件,实现了试验过程中数据的高速采集,实时记录,及时显示,智能控制,试验结果数据处理,及打印标准试验报告等功能。

电液伺服岩石三轴试验机由主机,垂直加载作动器,动态围压增压器,动态孔压增压器、电加热器和温控设备,三轴压力室(含内置负荷传感器、轴向、径向引伸计),上承压杆及移送机构,压力室腔体液压提升机构,压力室和试件送料辊道,液压伺服油源及测控系统组成。

1、单轴试验操作方法:

1.1、检查各接线(包括电源、采集、通信、控制等接线)是否牢固可靠,检查各油管及接头是否牢靠密封。及时处理修复。

1.2、接通试验机电源,开启数据采集仪、控制器及主控电脑,打开控制软件界面,选择相关试验程序。

1.3、调整机器试验空间:此时,三轴压力室无需使用。启动提升油缸,将压力室外筒提升至机器顶部,移除压力室底座至机器以外;将备用的下承压板置于送料辊道,推入机器中心;启动轴压作动器,将下承压板托离送料辊道一定距离;把按规程制备的试件置于下承压板的中心;启动上承压杆驱动机构,使上承压杆缓慢的靠近试件,直至与试件接触。

1.4、当进行单轴压缩变形试验时,如果是圆形试件,应在试件上安装轴向和径向引伸计;但如果是方形试件,则应在上下承压板间(例如前后方向)放置至

少两个千分表,表中心尽量对准试件的垂直中心平面,对称放置。另在试验机下承压板上放置另外两个千分表(左右方向),表头压向试件水平中心平面和垂直中心平面的交汇点,以便测量试件轴向和径向的变形。当进行单轴抗压强度试验时,此项操作可以取消。

1.5、按试件试验要求在主控电脑上打开控制软件,填写试验有关参数,比如大负载压力,加载速率,加载循环次数,间隔持荷时间等。

1.6、启动试验程序,进入试验直至结束。

1.7、存储试验文档,打印试验报告。

2、三轴试验:

2.1、岩石三轴试验由于侧应力σ2=σ3所以该试验必须在专用的三轴压力室内进行。

2.2、试件的正确安装是保证试验结果准确的前提。垂直向上提起制动套3,超越压力室外筒上挂钩后,水平旋转制动套3一定角度,制动套3则被挂在挂钩上;水平沿底座1直径方向依次拔出锁紧环2(共三块),启动提升油缸将外筒5从底座1上轻松拔出并退至机器顶部,将压力室底座1从送料导轨上移出至机器外侧;将符合规程要求的试件,(例φ100×250mm)放置在底座1的中心芯头上,试件顶部则放置上压头,外部套入热缩胶套14,套入后应用热电吹风收缩,试件被胶套裹紧;然后将径向引伸计系于试件胶套的中部,调整锁紧螺钉将径向引伸计固定在试件圆周上。其次再将轴向引伸计的两个支腿固定在径向引伸计链带上下两侧(两腿相距50mm),同一轴线安装。至此试件安装完成。此过程应注意:是否需要内置负荷传感器?同时应根据试件尺寸选择并安装匹配的上、下承压头。

2.3、将安装好试件的压力室底座从辊道上送入试验机中心,启动轴压作动器,将压力室底座托起离辊道必要的距离,启动上承压杆驱动机构,使上承压杆缓慢的靠近试件,直至与试件接触。逆以上过程降下提升油缸,将外筒5套入压力室底座1,插入锁紧环2,复位制动套3,压力室装配完成。

2.4、放松压力室顶部放气塞6,启动增压缸向压力室围压空间充注油液,至放气塞8处冒出油液即可,旋紧放气塞8,充液完成。此时还应将增压缸复位,以保障试验过程中围压的伺服加载。

2.5、当试验有环境温度要求时,应在三轴压力室外围安装隔热、保温环境箱。

2.6、按试件试验内容及规范要求在控制软件界面上设置相关参数。

2.7、启动试验程序,进入试验直至结束。

2.8、存储试验文档,打印试验报告。

2.9、放松压力室顶部放气塞8,启动增压缸将压力室围压空间硅油液排出。

2.10、拆卸压力室,清除废弃试件,清洁压力室。其余操作同前不再赘述。

3、流变试验:

3.1、岩石流变试验实际上是测定岩石在外界载荷和温度条件下呈现出与时间有关的变形、流动和破坏等性质,主要表现在弹性后效、蠕变、松弛、应变率效应、时效强度和流变损伤断裂等方面。

3.2、本试验机可进行单轴流变、三轴流变的有关试验。其试验类似以上相关试验的方法与操作,只是试验目的不同,加载的方式有所区别。通常有保持某一恒定载荷,同时检测试件变形,即所谓蠕变试验;或者保持试件某一变形值,随之逐步减小轴压载荷,即所谓应力松弛试验。经长时间观察和测定试件应力、应变的情况及数据,从而总结出岩石流变的规律或经验公式。

3.3、由于该项试验及试验方法尚处在研究和发展的阶段,应由主持实验者具体提出。但本试验机可满足加载的一切要求。

4、渗流试验:

4.1、由于研究目的不同,试验方法各有差异。本试验机可在类似三轴试验的情

况下进行岩石渗流的有关试验。

4.2、渗流源不仅需要一定的压力,而且还需保证充足的流量;此外渗流的出口,必须检测流体的流量及流体出口的压力,因此需要有关的传感检测元件;本试验机具备渗流的全部设施。

4.3、三轴压力室的底座有一个通道直通试件底部中心,出厂时已用螺堵密封,拆除此螺堵,换上相应的接头、胶管,可作为渗流的入口。压力室的上承压杆也有一个通道直通试件顶部中心,同样用螺堵密封,拆除此螺堵,换上相应的接头、胶管,可作为渗流的出口。同时应连通流量计及出口压力传感器。

4.4、周围压力是否使用应根据试验目的由主持实验者选定。


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