[发明专利]一种实现应力和刚度协调控制的真三轴试验机及控制方法

说明书

本发明公开一种实现应力和刚度协调控制的真三轴试验机及控制方法，涉及真三轴实验系统技术领域，包括支撑架，支撑架上设置有用于放置岩石试样的测试室，测试室包括顶板、固定底板以及若干侧板，顶板以及若干侧板均连接有加压部件，侧板及顶板上均设置有用于测量其位移的位移传感器以及用于测量加压部件压力的压力传感器；本发明通过设置位移传感器来监测侧板或顶板的位移变化，控制系统根据预先设定的刚度参数，结合位移变化量计算出补偿压力值或缩减压力值，并改变加压部件的实际压力值，从而实现实时调整真三轴试验机各个加压部件的压力值的目的，使得真三轴试验机的整体刚度保持恒定。

技术领域

本发明涉及真三轴实验系统技术领域，特别是涉及一种实现应力和刚度协调控制的真三轴试验机及控制方法。

背景技术

真三轴试验是模拟岩体受到荷载的情况下，岩体内任一小单元所承受的应力状态。在实际岩体环境中，岩体所受到的三个主应力的大小往往是不同的，为了得到岩体在荷载作用下的应力状态，真三轴试验机能够通过给立方体试块施加三向不同的荷载来获得岩体在多轴应力状态下的本构关系，从而有较为广泛的应用。

传统的真三轴试验机应力控制，即在真三轴试验过程中应力是不变的。如申请号为201810425000.4，名称为“一种高温和渗流作用下的测试岩石用的真三轴试验机”的发明专利，其公开的真三轴试验机，能够提供稳定的压力环境，并具有在任一侧面上少配了一套加压装置等优点。而真实情况下，尤其是对于深埋地下工程，岩体开挖过程中，岩石变形，体积发生膨胀，边界应力产生变化，但是在一般情况下，围岩的刚度保持不变，为了真实反映岩体开挖过程中的真三轴环境，必须对真三轴试验机实现常刚度控制。

发明内容

本发明的目的是提供一种实现应力和刚度协调控制的真三轴试验机及控制方法，以解决上述现有技术存在的问题，能够保证真三轴试验机的刚度恒定，充分模拟岩体的真三轴环境，提高模拟试验的准确性。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种实现应力和刚度协调控制的真三轴试验机，包括支撑架，所述支撑架上设置有用于放置岩石试样的测试室，所述测试室包括顶板、固定底板以及若干侧板，所述顶板以及若干所述侧板均连接有加压部件，所述侧板及所述顶板上均设置有用于测量其位移的位移传感器以及用于测量加压部件压力的压力传感器，所述位移传感器、所述压力传感器以及所述加压部件均与控制系统电连接，当所述侧板或所述顶板产生位移使得对应的所述加压部件缩短或伸长时，控制系统控制所述加压部件的压力增大或减小。

优选的，相邻所述侧板的连接处、所述顶板与所述侧板的连接处、所述固定底板与所述侧板的连接处均设置有密封胶条，所述密封胶条能够在所述侧板或者所述顶板位移过程中产生变形。

优选的，所述支撑架包括底座，所述底座上还设置有若干侧固定板，所述加压部件一端固定在所述侧固定板上，另一端固定在所述侧板上；若干所述侧固定板的顶端固定有上固定板，所述上固定板上固定有对所述顶板施加压力的加压部件。

优选的，所述加压部件包括液压千斤顶以及螺栓，所述螺栓固定在所述侧固定板板及所述上固定板上，所述螺栓的端部固定连接有加压板，所述液压千斤顶的一端连接所述加压板，另一端连接所述侧板或所述顶板，所述液压千斤顶均连接有液压泵，所述液压泵与所述控制系统电连接。

优选的，所述上固定板与所述侧固定板通过紧固螺栓进行连接。

优选的，所述底座上还设置有一立柱，所述固定底板固定在所述立柱顶端。

优选的，所述底座中部设置有第一凹槽，所述第一凹槽中固定有一台座，所述立柱的底端固定在所述台座上。

优选的，所述底座上还设置有第二凹槽，所述侧固定板底端固定在所述第二凹槽中。

本发明还提供一种真三轴试验机的常刚度的控制方法，包括以下步骤：

在控制系统中设定刚度参数k，其中，E为弹性模量，v为泊松比，r为影响半径；