[发明专利]电液伺服岩石三轴流变试验装置及试验方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种岩石力学性质试验设备，尤其涉及一种轴向承载较大、高围压的电液伺服岩石三轴流变试验装置及试验方法。

背景技术

在水利水电、矿山、交通等领域需修建的深部地下工程日趋增多。随着深度的增加，地应力增大、地质条件恶化、破碎岩体增多、水头压力和涌水量加大、地温升高等因素显现，为研究深部工程岩体的力学特性，尤其是高应力条件下工程岩体的长期强度及时效变形特性，最直接的、经济的途径是开展室内岩石三轴流变试验，通过试验获得复杂地质条件下岩石的长期强度参数及时效变形特征，以便在保证工程长期稳定性及长期运营安全。

室内试验具有能够长期观察、可严格控制试验条件、重复次数多和耗资少等优点，受到广泛的重视，但由于岩石工程处于复杂应力状态下，在很多情况下，简单应力状态下的岩石流变试验不能完全反映工程实际中的岩体应力状态和岩石性态，因此，三轴应力状态条件下的岩石流变试验研究十分重要。

岩石的变形和应力受时间因素的影响，在外部条件不变的情况下，岩石的变形或应力随时间而变化发生流变。岩石的流变是一种十分普遍的现象，在斜坡、地下洞室及地基中都可直接观测到。由于流变的影响，将在岩体内及建筑物内产生应力集中或变形加剧而影响其稳定性。因而，岩石工程中岩体的长期变形及强度是工程设计和控制中不可忽视的指标，岩石流变试验是了解岩石流变力学特性的重要手段。

采用的常规三轴试验仪器设备来进行岩石三轴流变试验，不是针对岩石长期三轴流变试验而设计的。因而，针对复杂应力状态下岩石流变特性，研究流变试验的高刚度加载框架；尤其是针对在轴力、高围压长时间稳压等技术方面，如承载有限、变形较大和环境温度变化时，控制稳压精度尚存欠缺，在轴向、围压稳压系统采用伺服控制器和计算机进行稳压系统控制，在测试、安装试件、长时稳压和数据自动采集及停电补偿等方面，都存在有难以避免的问题。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的缺陷，提供一种适合变形较大且实现高围压能够自动稳压，电液伺服控制加压和自动采集数据储存的室内岩石单轴流变、三轴流变试验设备。

本发明的另一个目的就是提供一种轴压、围压加载系统伺服控制丝杆位移，自动稳压、电液伺服控制加压的室内岩石单轴流变、三轴流变试验方法，提高控制稳压精度，达到长时间稳压。

本发明解决其技术问题采用以下技术方案：一种电液伺服三轴流变试验装置，包括主机框架、框架下置油缸及活塞组件、设置在油缸活塞组件与框架横梁之间的压力室装置，主要是压力室装置为筒体内置油缸及平衡活塞组件，试件设置在油缸内的底座与平衡活塞组件之间，平衡活塞组件上设置轴向力传感器，且上顶主机框架横梁；试件轴向端面分别接轴向变形传感器，试件的侧面接径向变形传感器；

轴压加载系统、围压加载系统分别由伺服电机带动滚轴丝杠传动装置，滚轴丝杠传动位移推动轴压、围压加压缸，轴压加载系统上的加压油管接入下置油缸，围压加载系统上的加压油管接入压力室装置内置油缸底部；其中，围压加压缸接围压传感器，围压范围：0～70Mpa，轴压加载系统、围压加载系统上的滚轴丝杠分别接轴压加载丝杠位移传感器、围压加载丝杠位移传感器；

轴向变形传感器、径向变形传感器、轴向力传感器、轴向加载丝杠位移传感器、伺服电机分别接入轴压控制系统，围压传感器、围压加载丝杠位移传感器、伺服电机分别接入围压控制系统。

所述压力室装置内的试件，其上设置有轴承，且上顶平衡活塞组件。

而且，压力室筒体和底座由卡箍联接；起吊装置安装在支架横梁上。

而且，主机框架上安装有轨道，带轮小车设置在轨道上，压力室装置固定在小车上，小车可在轨道上移动，并且移动至油缸活塞组件与框架横梁之间保持对中放置。

一种电液伺服三轴流变试验方法：

1)轴压加载系统通过加压油管对下置油缸加压，油缸活塞组件推举压力室装置向上移动，试件上端的平衡活塞组件将承载的轴向力通过轴向力传感器将轴压信号传送至轴压控制系统；围压加载系统通过加压油管对压力室装置内置油缸加压，围压传感器将围压信号传送至围压控制系统，轴压控制系统、围压控制系统控制轴压和围压恒定；

2)试件发生形变，轴向、径向变形传感器输出信号，引发轴压、围压瞬时波动，轴向力传感器、围压传感器将信号分别传送至轴压、围压控制系统，轴压、围压控制系统及时根据反馈信号发出指令分别启动伺服电机控制滚轴丝杠位移前进或后退，加压缸活塞杆移动，分别调节加压缸输出的轴压、围压，达到长时间稳压。