[发明专利]一种应力路径自动控制三轴仪

说明书

技术领域

本发明涉及土木工程室内试验技术领域的装置，且特别涉及一种应力路径自动控制三轴仪。

背景技术

在建立土的本构模型时，必须首先确定塑性屈服面方程。应力路径试验是获得塑性屈服面的重要手段，要求试验仪器能对荷载进行自动控制，以获得符合要求的各种应力路径。

应力路径试验中最常用的仪器母体是常规三轴仪。常规三轴仪主要用来测量土的强度指标、应力应变关系和应力路径，是直观简单且可靠有效的实验设备。自1930年研制成功以来，历经70多年的发展，已在土工领域有着广泛的应用。常规三轴仪能进行排水和不排水剪切实验，可以完整的反映试样从开始变形到破坏的整个过程，数据量测可靠，是基本的室内土工试验仪器。

但一般常规三轴仪有其局限性：它只能进行应变控制实验，通过电机带动压力室以一定速率上升来实现轴向应力加载，无法进行应力控制实验；围压大小需要手动控制，不便于在实验过程中连续变化。基于以上原因常规三轴仪无法用来进行复杂的应力路径实验。

经对现有文献检索发现与现有技术具有相关性的专利为：应变控制式三轴仪剪切装置(中国专利申请号为：02286391.5)，该专利在三轴主机的立柱上，放置多个压力室支撑装置，以实现三至四个土样同时固结、分别剪切的目的，但是该技术未涉及应力路径自动控制方面的技术。另外还有专利：一种土工三轴仪压力室(中国专利申请号为：200810037713.X)，该专利涉及一种土工三轴仪压力室，具有一个与压力罩顶盖中心滑配的活塞，活塞的断面面积和形状与压力室中具体试验的试样的断面面积和形状相同。实现了土样无侧限条件，试验土样的种类和最大高度都得到了增加，提高了压力室的通用性。但是该技术也未涉及应力路径自动控制方面的技术。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供了一种应力路径自动控制三轴仪。本发明通过在常规三轴仪上改进和加装压力控制装置、数据采集装置和数据测量装置，实现了三轴仪上应力路径自动控制的功能。

为了达到上述目的，本发明提出一种应力路径自动控制三轴仪，应用于土木工程领域，包括：

压力控制装置、数据测量与采集装置、三轴仪与微机；

其中，所述压力控制装置的输入端与所述微机相连，所述压力控制装置的输出端与所述三轴仪相连以传输压力荷载；

所述数据测量与采集装置的输入端与所述三轴仪相连，传输位移、压力和体变的模拟信号数据，所述数据测量与采集装置的输出端与所述微机相连。

进一步的，所述压力控制装置包括：

空气压缩机、气压传输三通阀、轴向加压装置和围压加压装置；

其中：所述轴向加压装置的输入端接收压力信号，其输出端与所述三轴仪相连，控制轴向压力；

所述围压加压装置的输入端接收压力信号，其输出端与所述三轴仪相连，控制围压；

所述气压传输三通阀分别与所述空气压缩机、轴向加压装置和围压加压装置相连，控制总的气压通断。

进一步的，所述气压传输三通阀采用金属制T型三通三向阀门，其耐压范围为-10MPa～+10MPa。

进一步的，所述轴向加压装置包括第一电空转换器、第一单向阀与轴向加压气缸；所述围压加压装置包括第二电空转换器、第二单向阀与围压高压密闭蓄水瓶。

进一步的，所述第一单向阀和第二单向阀为金属制双通单向阀门，耐压范围为-10MPa～+10MPa。

进一步的，所述第一电空转换器和第二电空转换器在收到电压信号时负责气流控制的挡板和喷嘴间的间距变窄，控制压力上升；反之则压力下降，其压力输入范围：0.8～1.2MPa，压力输出范围：0.02～0.84MPa，电压范围：0～10V。

进一步的，所述数据测量与采集装置包括：压力传感器、位移计、体变计与孔压计、数据采集仪；

其中：所述压力传感器的输入端分别与所述轴向加压装置与所述围压加压装置连接，测量压力，所述压力传感器的输出端与所述数据采集仪相连；

所述位移计设置在所述三轴仪上，测量土体轴向变形，所述位移计的输出端与所述数据采集仪相连；

所述体变计与所述三轴仪的排水口相连，测量土体体变，所述体变计的输出端与所述数据采集仪相连；

所述孔压计采用所述三轴仪的测量设备，测量孔隙水压力，所述孔压计的输出端与所述数据采集仪相连。