[发明专利]一种可消除膜嵌入效应影响的动静态三轴试验装置

权利要求书

1.一种可消除膜嵌入效应影响的动静态三轴试验装置，其特征在于，所述的动静态三轴试验装置包括主体支座结构、液压轴向作动装置(100)、气动围压控制装置及气动膜嵌入量补偿控制装置(200)、压力室整体结构(300)、反压饱和装置(400)、动态电阻应变仪(500)、电子天平体积变形测量装置(600)、工控机(700)、多通道高频采集卡(800)和图像采集装置(900)；

所述的主体支座结构包括上台(001)、下台(002)和立柱(003)；所述的上台(001)和下台(002)为尺寸相同的金属板；所述的上台(001)和下台(002)通过立柱(003)固定连接；通过调节立柱(003)上旋转柱帽，使上台(001)和下台(002)处于水平方向；

所述的液压轴向作动装置(100)包括驱动电机及液压泵(101)、油箱(102)、油源压力传感器(103)、耐压胶皮进油管(104)、耐压胶皮回油管(105)、蓄能器(106)、电液伺服阀(107)、作控制用位移传感器(108)、低摩阻密封液压油缸(109)和连接轴(110)；所述的低摩阻密封液压油缸(109)缸筒安装在上台(001)中心处，低摩阻密封液压油缸(109)活塞轴的运动方向为竖直方向；所述的上台(001)中心位置开有通孔，低摩阻密封液压油缸(109)的活塞轴穿过该通孔与连接轴(110)相连；所述的电液伺服阀(107)安装在低摩阻密封液压油缸(109)的缸筒侧壁；所述的作控制用位移传感器(108)安装在上台(001)上部，作控制用位移传感器(108)与动态电阻应变仪(500)通信连接；所述的蓄能器(106)安装在上台(001)上部，蓄能器(106)与低摩阻密封液压油缸(109)相连，蓄能器(106)的底座安装有油源压力传感器(103)，用于检测液压油的压力；所述的耐压胶皮进油管(104)和耐压胶皮回油管(105)将油箱(102)与蓄能器(106)液压连接；所述的驱动电机及液压泵(101)用于给液压油提供动力；

所述的气动围压控制装置及气动膜嵌入量补偿控制装置(200)包括气动围压控制装置和气动膜嵌入补偿控制装置；所述的气动围压控制装置包括空气压缩机(201)、气缸A(202)和电气比例阀A(203)；所述的空气压缩机(201)输出端通过耐压PE管与气缸A(202)输入端相连，气缸A(202)输出端与电气比例阀A(203)输入端相接，电气比例阀A(203)输出端与围压控制快插接口(313)相接；所述的电气比例阀A(203)数据接口与多通道高频采集卡(800)相连；所述的气动膜嵌入补偿控制装置包括T型三通接头A(204)、恒体积体变耐压管(205)、变体积体变耐压管(206)、电气比例阀B(207)、气缸B(208)、L型三通阀A(209)、L型三通阀B(210)和液位压差传感器(211)；所述的恒体积体变耐压管(205)和变体积体变耐压管(206)均竖直放置；所述的气缸B(208)输入端与空气压缩机(201)输出端相连，其输出端通过耐压PE管与电气比例阀B(207)输入端相接，电气比例阀B(207)输出端与T型三通接头A(204)的一个接口相接，T型三通接头A(204)另外两个接口分别与恒体积体变耐压管(205)上端和变体积体变耐压管(206)上端相接，电气比例阀B(207)数据接口与多通道高频采集卡(800)相连；所述的L型三通阀A(209)、L型三通阀B(210)各有三个接口，其一个接口作为输出接口，另两个接口作为输入接口；所述的恒体积体变耐压管(205)下端与L型三通阀A(209)输出接口相连，L型三通阀A(209)其中一个输入接口与液位压差传感器(211)左侧输入接口相连，L型三通阀A(209)另一个输入接口用于补给液体；所述的变体积体变耐压管(206)下端与L型三通阀B(210)输出端相连，L型三通阀B(210)其中一个输入端通过耐压PE管与液位压差传感器(211)右侧输入端相连，L型三通阀B(210)另一个输入接口用于补给液体；L型三通阀C(212)包括两个输入端和一个输出端；所述的L型三通阀C(212)一个输入端与液位压差传感器(211)的排水输出端相连，其另一个输入端与反压饱和装置(400)中T型三通接头B(401)的一个输入端相连，L型三通阀C(212)输出端与下排水口直通阀(309)输出端相连；所述的液位压差传感器(211)数据接口与多通道高频采集卡(800)相连；

所述的压力室整体结构(300)包括携可视化窗口压力室外罩(301)、压力室上盘(312)、压力室立柱(314)和压力室下盘(320)；所述的压力室上盘(312)和压力室下盘(320)通过压力室立柱(314)连接组成压力室主体结构，旋转柱帽调整压力室上盘(312)位置与压力室下盘(320)平行，且使压力室上盘(312)与压力室下盘(320)中心位置位于同一竖直线上；所述的携可视化窗口压力室外罩(301)安装在压力室上盘(312)和压力室下盘(320)之间，携可视化窗口压力室外罩(301)与压力室下盘(320)、压力室上盘(312)之间通过螺栓锚固；携可视化窗口压力室外罩(301)上通过可视化玻璃窗(302)安装耐压高透钢化玻璃，在可视化玻璃窗(302)的外侧设置一圈LED灯排；所述的压力室整体结构(300)放置在下台(002)上，其中心轴线与低摩阻密封液压油缸(109)活塞轴轴线重合；直线轴承(306)安装压力室上盘(312)中心通孔处，加载轴(305)安装在直线轴承(306)内部，并穿过压力室上盘(312)通孔；外置力传感器(303)和内置力传感器(315)上下端均设有法兰构件；所述的加载轴(305)上端与外置力传感器(303)下端法兰构件相连，外置力传感器(303)上端法兰构件与低摩阻密封液压油缸(109)的活塞轴相连；所述的加载轴(305)下端与内置力传感器(315)上端法兰构件相连，内置力传感器(315)下端法兰构件与三轴试样帽(316)相连；所述的压力室上盘(312)非中心位置处开有通孔，用于安装围压传感器(307)、围压控制快插接口(313)、上排水口直通阀(311)及下排水口直通阀(309)；所述的围压控制快插接口(313)与气动围压控制装置相连；所述的上排水口直通阀(311)输出端侧边安装上孔压传感器(310)，上排水口直通阀(311)输出端与电子天平体积变形测量装置(600)的储液器相连；下孔压传感器(308)安装在下排水口直通阀(309)，用于测量水压；所述的下排水口直通阀(309)输出端与气动膜嵌入补偿控制装置相连；所述的外置位移传感器(304)安装在压力室上盘(312)上部；所述的围压传感器(307)、上孔压传感器(310)、下孔压传感器(308)及外置位移传感器(304)数据接口均与多通道高频采集卡(800)通信连接；三轴试样底座(318)安装在压力室下盘(320)中心位置处，用于放置砂砾料三轴试样，三轴试样底座(318)的中心位置处开有通孔；三轴试样帽(316)中心位置开孔，孔上端通过三轴试样顶部排水管(317)与上排水口直通阀(311)输入端相连；三轴试样底座(318)中心位置开孔，孔下端通过三轴试样底部排水管(319)与下排水口直通阀(309)输入端相连；

所述的反压饱和装置(400)包括T型三通接头B(401)、反压传感器(402)、液压缸(403)、法兰连接杆(404)、直推杆(406)、伺服电机(407)、电控柜(408)、法兰支座(409)和底座(410)；所述的法兰支座(409)为∏形板结构，由一个横板和两个竖板固连组成，法兰支座(409)的两个竖板安装在底座(410)上部；所述的直推杆(406)安装在法兰支座(409)横板的上表面；所述的伺服电机(407)安装在法兰支座(409)横板的下表面，其输出端穿过法兰支座(409)与直推杆(406)连接，用于驱动直推杆(406)；所述的直推杆(406)上端通过法兰连接杆(404)与液压缸(403)的法兰固连，液压缸(403)的活塞与直推杆(406)内部的直线活塞轴(405)连接；所述的T型三通接头B(401)的三个接口分别连接反压传感器、下排水口直通阀(309)的输出端和液压缸(403)的液压出口；所述的电控柜(408)安装在底座(410)上，用于对反压饱和装置(400)供电；所述的反压传感器(402)和伺服电机(407)与电控柜(408)电连接，电控柜(408)与工控机(700)通信连接；

所述的动态电阻应变仪(500)用于力信号及位移信号变送；

所述的电子天平体积变形测量装置(600)包括电子天平和放置在电子天平上的储液器；

所述的多通道高频采集卡(800)用于传感器的信号的输入及控制程序信号输出，多通道高频采集卡(800)的输入端分别连接传感器及动态电阻应变仪(500)，输出端分别连接电液伺服阀(107)、作控制用位移传感器(108)、电气比例阀A(203)、电气比例阀B(207)和液位压差传感器(211)；多通道高频采集卡(800)数据接口与工控机(700)相连；

所述的图像采集装置(900)用于采集试验过程中砂砾料三轴试样变形前后的图像，与工控机(700)相连；工控机(700)针对图像采集装置(900)采集到的砂砾料三轴试样的变形进行分析，为气动膜嵌入量补偿控制装置提供控制信号。