專利名稱：一種土體拉壓扭剪多功能的三軸蠕變?cè)囼?yàn)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于巖土工程測(cè)試設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種土體拉壓扭剪多功能的三軸蠕變?cè)囼?yàn)機(jī)。
背景技術(shù)：
目前關(guān)于土體的蠕變?cè)囼?yàn)主要分為微觀和宏觀等兩大研究課題，其中微觀蠕變?cè)囼?yàn)的研究是借助于光學(xué)顯微鏡或電子掃描顯微鏡來(lái)觀察土體的微細(xì)觀結(jié)構(gòu)，用微細(xì)觀機(jī)理來(lái)解釋土體的蠕變特性，但目前只能做到定性說(shuō)明，定量描述還有一定的難度。宏觀蠕變?cè)囼?yàn)分現(xiàn)場(chǎng)蠕變實(shí)驗(yàn)和室內(nèi)蠕變實(shí)驗(yàn)，是借助于試驗(yàn)儀器，通過(guò)一系列的試驗(yàn)步驟，研究土體的應(yīng)力-應(yīng)變-時(shí)間的關(guān)系，得到土體的蠕變力學(xué)特性。現(xiàn)場(chǎng)蠕變?cè)囼?yàn)是對(duì)現(xiàn)場(chǎng)巖土介質(zhì)材料測(cè)試蠕變，如地基的長(zhǎng)期沉降、邊坡的位移等，現(xiàn)場(chǎng)蠕變?cè)囼?yàn)結(jié)果能較好地反映巖土材料的結(jié)構(gòu)性、裂隙等特征的影響，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)蠕變?cè)囼?yàn)的儀器主要有承壓板儀、大直剪儀、收斂?jī)x、站孔多點(diǎn)位移計(jì)、測(cè)斜儀、擾度計(jì)等?，F(xiàn)場(chǎng)蠕變?cè)囼?yàn)?zāi)軌蛱峁┑谝皇仲Y料，因此對(duì)具體的工程有著重要的指導(dǎo)意義及價(jià)值?，F(xiàn)場(chǎng)蠕變?cè)囼?yàn)雖然具有儀器簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，但其現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試費(fèi)用大、耗時(shí)長(zhǎng)、受外界干擾也大，尤其無(wú)法主動(dòng)控制土體的應(yīng)力狀態(tài)、應(yīng)力路徑和測(cè)試的邊界條件，使得現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果受到影響。室內(nèi)蠕變?cè)囼?yàn)是在試驗(yàn)室內(nèi)蠕變儀上對(duì)巖土試樣進(jìn)行相應(yīng)的蠕變力學(xué)特性測(cè)試。室內(nèi)蠕變?cè)囼?yàn)?zāi)軌蚩刂茟?yīng)力、應(yīng)變、排水等條件，而原位蠕變?cè)囼?yàn)則很難控制這些條件，因而只有室內(nèi)蠕變?cè)囼?yàn)才能對(duì)土體進(jìn)行復(fù)雜特性的研究。室內(nèi)試驗(yàn)?zāi)軌驀?yán)格控制試驗(yàn)應(yīng)力、應(yīng)變、排水等條件、可重復(fù)性好、不受外界干擾、耗資相對(duì)較少等優(yōu)點(diǎn)，故受到廣大研究者的重視。在室內(nèi)進(jìn)行蠕變?cè)囼?yàn)所采用的蠕變?cè)囼?yàn)儀器分兩大類:一類是直接施加剪力的試驗(yàn)儀器，如直接剪切儀和扭轉(zhuǎn)剪切儀；一類是利用拉伸或壓縮進(jìn)行蠕變測(cè)試的儀器，有拉伸蠕變儀、壓縮蠕變儀。現(xiàn)有這些蠕變?cè)O(shè)備存在著儀器功能單一、試驗(yàn)應(yīng)力路徑過(guò)于簡(jiǎn)單、人工分級(jí)加載、試驗(yàn)測(cè)試讀數(shù)方式不規(guī)范等一系列問(wèn)題。在許多巖土工程中，土體受荷過(guò)程中會(huì)發(fā)生開(kāi)裂，這些裂縫經(jīng)常是由于土體的拉伸破壞引起的。例如，許多擋土墻后的粘性土及粘性土坡滑坡體都存在開(kāi)裂現(xiàn)象，邊坡土體發(fā)生一定的變形時(shí)，土體中會(huì)發(fā)生剪切破壞或拉伸破壞，因而產(chǎn)生裂縫，這些裂縫一般規(guī)模較大，深入邊坡土體，對(duì)于土質(zhì)邊坡工程產(chǎn)生嚴(yán)重危害，尤其是具有結(jié)構(gòu)性的黃土邊坡工程，因其位移變形相對(duì)較小、破壞較為突然，往往會(huì)產(chǎn)生災(zāi)難性的后果。因此，土體的長(zhǎng)期拉伸蠕變與剪切蠕變強(qiáng)度對(duì)土工建筑物及邊坡穩(wěn)定性影響很大。在地基中，土體受到荷載作用會(huì)導(dǎo)致地基失穩(wěn)，這種失穩(wěn)情況是土體在受壓情況下產(chǎn)生剪切破壞引起的。例如在建設(shè)高層建筑的時(shí)候，地基會(huì)產(chǎn)生受壓變形，土體中發(fā)生剪切破壞，導(dǎo)致地基失效。因此，土體的長(zhǎng)期抗壓蠕變、剪切蠕變強(qiáng)度對(duì)土體地基的穩(wěn)定性影響很大。在地質(zhì)構(gòu)造的長(zhǎng)期運(yùn)動(dòng)中，會(huì)產(chǎn)生引起地殼的變形，從而對(duì)地表土體會(huì)產(chǎn)生一定扭剪變形的影響，在此種情況下，研究土體的長(zhǎng)期剪切蠕變強(qiáng)度有一定的意義。在研究土體長(zhǎng)期蠕變強(qiáng)度的同時(shí)，應(yīng)該注重長(zhǎng)期抗拉蠕變強(qiáng)度、長(zhǎng)期抗壓蠕變強(qiáng)度與長(zhǎng)期抗剪蠕變強(qiáng)度等三方面的研究。目前對(duì)于土體的剪切蠕變強(qiáng)度和壓縮蠕變強(qiáng)度的研究較為充分，而對(duì)研究單軸拉伸蠕變強(qiáng)度、三軸拉伸蠕變強(qiáng)度、單軸扭剪蠕變強(qiáng)度、三軸扭轉(zhuǎn)剪切蠕變強(qiáng)度還沒(méi)有相應(yīng)的研究，進(jìn)一步開(kāi)展這些方面的研究，就非常有意義了。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種土體拉壓扭剪多功能的三軸蠕變?cè)囼?yàn)機(jī)，解決了現(xiàn)有技術(shù)中的測(cè)試儀器功能單一、試驗(yàn)應(yīng)力路徑過(guò)于簡(jiǎn)單、人工分級(jí)加載、試驗(yàn)測(cè)試讀數(shù)方式不規(guī)范的問(wèn)題。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種土體拉壓扭剪多功能的三軸蠕變?cè)囼?yàn)機(jī)，包括設(shè)備平臺(tái)，設(shè)備平臺(tái)上固定有蠕變加載機(jī)構(gòu)操作柜；蠕變加載機(jī)構(gòu)操作柜的上部固定有工作臺(tái)，工作臺(tái)上表面中心位置設(shè)置有壓力室底座，工作臺(tái)與壓力室底座中心圓孔共同穿有一個(gè)下加載柱；工作臺(tái)下表面連接有小支架與大支架，小支架和下加載柱同時(shí)與可轉(zhuǎn)動(dòng)的蠕變加載平衡桿鉸接；另外，大支架與蠕變加載平衡桿鉸接；蠕變加載平衡桿另外與杠桿傳力連接桿鉸接；杠桿傳力連接桿和大支架的下端同時(shí)與長(zhǎng)臂蠕變加載平衡桿鉸接；長(zhǎng)臂蠕變加載平衡桿的兩端分別安裝有壓力砝碼及拉力砝碼；長(zhǎng)臂蠕變加載平衡桿的一側(cè)下表面安裝有磁性限位開(kāi)關(guān)；在工作臺(tái)上表面安裝有多個(gè)中部支撐立柱，在中部支撐立柱的頂端共同固定安裝有中部平臺(tái)；在中部平臺(tái)下端面中心位置安裝有絕對(duì)式角位移傳感器，絕對(duì)式角位移傳感器信號(hào)輸出端與角位移顯示儀連接；在中部平臺(tái)上表面安裝有扭矩施力盤與扭矩電動(dòng)機(jī)，扭矩施力盤與扭矩電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)連接，扭矩電動(dòng)機(jī)與扭矩電動(dòng)機(jī)控制器信號(hào)連接；在扭矩施力盤、中部平臺(tái)、絕對(duì)式角位移傳感器軸心處共同穿有傳動(dòng)軸；在中部平臺(tái)上表面另外安裝有多個(gè)上部支撐立柱；在其中一個(gè)上部支撐立柱上套裝有位移測(cè)量平臺(tái)；所有上部支撐立柱的頂端共同安裝有上部平臺(tái)；在上部平臺(tái)上安裝有電控箱，在上部平臺(tái)軸心位置穿有軸向電動(dòng)機(jī)支架與絲杠套筒，軸向電動(dòng)機(jī)支架與絲杠套筒中套裝有軸向傳動(dòng)絲杠；在軸向電動(dòng)機(jī)支架與絲杠套筒的上端安裝有軸向電動(dòng)機(jī)，軸向電動(dòng)機(jī)與軸向傳動(dòng)絲杠傳動(dòng)連接；沿工作臺(tái)與壓力室底座的軸心穿有一個(gè)下加載柱；下加載柱上端面用于放置試樣，試樣周圍設(shè)置有體變測(cè)量水套，體變測(cè)量水套的內(nèi)腔稱為圍壓水體空腔，體變測(cè)量水套的上端面開(kāi)有注水孔，圍壓水體空腔內(nèi)安裝有水位傳感器；體變測(cè)量水套的外圍設(shè)置有壓力罩，壓力罩上下分別嵌入位于壓力室蓋下部凹槽和壓力室固定立柱基座上部凹槽中；壓力罩、壓力室蓋與壓力室底座之間的空間構(gòu)成圍壓氣體空腔；壓力室蓋的軸心開(kāi)孔并在上端固定安裝有軸心開(kāi)孔的定位夾持器，定位夾持器與壓力室蓋內(nèi)穿過(guò)有上加載柱，其中定位夾持器側(cè)壁帶有一個(gè)螺桿；壓力室底座內(nèi)開(kāi)有水位傳感器連接通道、孔壓測(cè)量通道、圍壓控制通道及體變測(cè)量通道，該四個(gè)通道分別與水位控制器、孔壓測(cè)量?jī)x、圍壓氣壓控制器、體變測(cè)量伺服缸對(duì)應(yīng)連通；試樣下端面通過(guò)孔壓測(cè)量管與孔壓測(cè)量通道連通；圍壓水體空腔通過(guò)體變測(cè)量管與體變測(cè)量通道連通；水位傳感器與水位傳感器連接通道通過(guò)信號(hào)導(dǎo)線連接；圍壓氣體空腔通過(guò)圍壓控制通道與圍壓氣壓控制器連通，圍壓氣壓控制器與氣壓源連通；軸向傳動(dòng)絲杠向下依次與軸向力傳感器上端接頭、S型軸向力傳感器、軸向力傳感器下端連接器、軸向力傳感器下端接頭、傳力桿、扭矩分離器盒、扭矩分離器座、盤式扭矩傳感器、傳動(dòng)軸同軸連接；盤式扭矩傳感器基座固定在扭矩分離器座上，內(nèi)部轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件與傳動(dòng)軸固定連接；傳動(dòng)軸與扭矩分離器座通過(guò)軸承連接，并且分別與軸承的內(nèi)圈、外圈固定連接；扭矩分離器座與扭矩分離器盒固定連接，在扭矩分離器座上端凸緣上沿水平方向固定安裝有位移測(cè)量平臺(tái)；傳動(dòng)軸的下端與上聯(lián)軸器固定連接，上聯(lián)軸器向下與下聯(lián)軸器固定連接，下聯(lián)軸器與上加載柱固定連接；上加載柱下端與試樣上端粘接，試樣下端與下加載柱頂端粘接；盤式扭矩傳感器與扭矩顯示儀連接4型軸向力傳感器與軸向力顯示儀連接；位移測(cè)量平臺(tái)與位移測(cè)量?jī)x接觸連接；電控箱分別與磁性限位開(kāi)關(guān)、水位控制器、體變測(cè)量伺服缸、圍壓氣壓控制器、孔壓測(cè)量?jī)x、角位移顯示儀、扭矩電動(dòng)機(jī)、扭矩電動(dòng)機(jī)控制器、扭矩顯示儀、軸向電動(dòng)機(jī)、軸向力顯示儀和位移測(cè)量?jī)x連接。本發(fā)明的有益效果是，控制性能穩(wěn)定、操作規(guī)范、測(cè)量方便，能夠用于拉、壓、扭、剪作用及其組合的各種條件下土體的蠕變?cè)囼?yàn)，具體包括:I)本發(fā)明采用立式加荷承載模式，采用多種可調(diào)速的電機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了控制性能穩(wěn)定的、操作規(guī)范的技術(shù)措施。本發(fā)明在解決了以往試驗(yàn)設(shè)備采用手動(dòng)控制同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了電動(dòng)機(jī)控制與信號(hào)自動(dòng)化調(diào)節(jié)指示功能，能夠通過(guò)可調(diào)速的電機(jī)施加軸向或施加扭矩作用，在進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)能夠有效地減小由于人為因素導(dǎo)致而產(chǎn)生的試驗(yàn)數(shù)據(jù)誤差，使本發(fā)明的性能與操作都優(yōu)于以往功能單一的相關(guān)試驗(yàn)設(shè)備。2)本發(fā)明采用數(shù)顯傳感器和數(shù)顯測(cè)量?jī)x表的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了測(cè)量數(shù)據(jù)自動(dòng)采集，使得數(shù)據(jù)采集方便且可靠。本發(fā)明所涉及的軸向力、軸向變形、扭矩、扭轉(zhuǎn)角、孔壓等多種物理量的測(cè)試，都采用了相應(yīng)的傳感器和測(cè)量?jī)x表，在數(shù)據(jù)采集方面，減小了人為讀數(shù)的誤差，并且能夠進(jìn)行實(shí)時(shí)記錄存儲(chǔ)，方便對(duì)于數(shù)據(jù)的連續(xù)采集與處理，在數(shù)據(jù)的可靠性方面，有了顯著的提高。3)本發(fā)明采用可拆卸對(duì)開(kāi)式體變測(cè)量水套方式實(shí)現(xiàn)了體變的測(cè)量問(wèn)題，在土體試樣體變測(cè)量方面有了顯著的改變，有效地提高了土體試樣體變的測(cè)量精度，有效地克服了以往設(shè)備采用玻璃排水管方案測(cè)試體變的方式，由于玻璃排水管方案只能用于測(cè)量飽和土體試樣的體變，使得試驗(yàn)設(shè)備功能受到限制。本發(fā)明的可拆卸對(duì)開(kāi)式體變測(cè)量水套方式在測(cè)量土體試樣體變功能方面，不僅能夠測(cè)量飽和土體試樣的體變，而且對(duì)于非飽和土體試樣的體變，也能精確地測(cè)量，使得本發(fā)明中可拆卸對(duì)開(kāi)式體變測(cè)量水套功能大大地拓寬了本試驗(yàn)設(shè)備的使用范圍。本發(fā)明采用自動(dòng)控制可拆卸對(duì)開(kāi)式體變測(cè)量水套內(nèi)部的水位高度，減小了試驗(yàn)設(shè)備的機(jī)構(gòu)誤差，提高了試驗(yàn)精度。該可拆卸對(duì)開(kāi)式體變測(cè)量水套能夠測(cè)量飽和土與非飽和土的體積變化，不僅精度高，而且效果好，采用自動(dòng)控制方式，能夠有效的提高體變測(cè)量的精度，對(duì)于土體體積的連續(xù)變化的測(cè)量都具有很好的適應(yīng)性。4)本發(fā)明采用扭矩分離器這一關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì)，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)單獨(dú)施加軸向力和單獨(dú)施加扭矩的功能，而且能夠同時(shí)施加任意組合的軸向作用與扭矩作用，能夠分析拉扭耦合或壓扭耦合復(fù)雜條件下土體的蠕變特性，顯著拓寬了本發(fā)明裝置的使用范圍和功能。本發(fā)明所述的扭矩分離器是一種能夠讓扭矩傳動(dòng)主軸在傳遞扭矩的同時(shí)，不對(duì)扭矩分離器的另一連接端產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)影響，能夠保證在施加扭矩的時(shí)候，軸向力的施加能夠順利進(jìn)行，施加軸向力與施加扭矩兩者之間能夠任意施加和任意組合。這種實(shí)施方案的優(yōu)點(diǎn)在于很好地解決了軸向力與扭矩在傳動(dòng)主軸上的干擾問(wèn)題，從而能夠進(jìn)行施加任意組合的軸向力與扭矩，當(dāng)然也能夠?qū)崿F(xiàn)軸向力或扭矩的單獨(dú)施加，能夠適用于不同的試驗(yàn)方案，都有良好的適用性。5)本發(fā)明采用多功能杠桿這一關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì)，不僅能夠通過(guò)杠桿對(duì)試樣施加拉力作用，也能夠通過(guò)杠桿對(duì)試樣施加壓力作用。發(fā)明所述的多功能杠桿能夠?qū)崿F(xiàn)單獨(dú)施加拉伸功能和單獨(dú)施加壓縮功能，而且也能夠配合扭矩分離器同時(shí)施加任意組合的拉扭作用與壓扭作用。軸向力的施加也能夠通過(guò)蠕變杠桿直接施加，按照杠桿原理將預(yù)施加的荷載換算成等效荷載的砝碼，然后通過(guò)調(diào)節(jié)中間控制插銷，能夠在多功能杠桿左端施加砝碼以完成壓力的施加，或右端施加砝碼以完成拉力的施加。6)本發(fā)明采用磁性限位開(kāi)關(guān)的設(shè)計(jì)，能夠通過(guò)電磁開(kāi)關(guān)微調(diào)杠桿水平，保證了蠕變加載杠桿始終保持在水平位置，保證了土體試樣的受力恒定狀態(tài)。發(fā)明所述的磁性限位開(kāi)關(guān)其功能是:當(dāng)長(zhǎng)臂蠕變加載平衡桿受力傾斜時(shí)，通過(guò)磁性限位開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)軸向力電動(dòng)機(jī)，使長(zhǎng)臂蠕變加載平衡桿回到水平狀態(tài)，通過(guò)微調(diào)杠桿水平能夠確保試樣蠕變過(guò)程中受到的軸向力大小不變，對(duì)于蠕變特性測(cè)試時(shí)，土體的受力大小與受力方向都有很好的保證，提高了蠕變?cè)囼?yàn)數(shù)據(jù)的可靠性。7)本發(fā)明采用的圍壓氣壓控制器主要依靠空氣壓縮機(jī)和減壓閥實(shí)施。本發(fā)明采用氣壓水壓傳遞模式施加圍壓，方便了本發(fā)明前述的可拆卸對(duì)開(kāi)式體變測(cè)量水套功能的實(shí)施。8)采用土體試樣和壓力室上部加載軸底座、壓力室下部底座采用化學(xué)膠結(jié)的設(shè)計(jì)，將土體試樣與上下底座連接成一個(gè)整體，確保了拉伸試驗(yàn)、扭剪試驗(yàn)和拉扭剪試驗(yàn)的實(shí)施。9)本發(fā)明采用潤(rùn)滑機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，有效減小了機(jī)械摩擦阻力，提高了試驗(yàn)數(shù)據(jù)的可靠性。由于土體的強(qiáng)度較小，所以，所測(cè)得的各種物理量容易受到試驗(yàn)設(shè)備自身阻尼原因的干擾，潤(rùn)滑機(jī)構(gòu)能夠減小機(jī)械部件內(nèi)部的摩擦阻力，對(duì)于試驗(yàn)所得的物理量的精度有顯著的提聞。本發(fā)明裝置能夠用測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)圓柱體土樣處于各種圍壓(含零圍壓)條件下的軸向拉伸、軸向壓縮、純扭剪、拉扭耦合、壓扭耦合作用等條件下土體的蠕變特性。對(duì)于拉、壓、扭、剪及其組合條件下蠕變特性的測(cè)定，提供了一種可行的試驗(yàn)儀器與方法，并且試驗(yàn)準(zhǔn)確率和成功率較高，具有較大的適用性；通過(guò)電動(dòng)控制加載速率，采用數(shù)顯傳感器和數(shù)顯儀表采集試驗(yàn)數(shù)據(jù)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、控制穩(wěn)定、數(shù)據(jù)可靠、安全經(jīng)濟(jì)等特點(diǎn)。


圖1是本發(fā)明裝置的整體的正面結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明裝置壓力室的豎向剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明裝置在壓力砝碼14使用狀態(tài)時(shí)的杠桿傳動(dòng)局部正面結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明裝置在拉力砝碼15使用狀態(tài)時(shí)的杠桿傳動(dòng)局部正面結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是本發(fā)明裝置的中部平臺(tái)21局部豎向剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是本發(fā)明裝置的由扭矩分離器座33、軸承72和傳動(dòng)軸28組成的扭矩分離機(jī)構(gòu)豎向剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖7是本發(fā)明的裝置的軸向各個(gè)連接件的連接結(jié)構(gòu)示意圖；圖8是本發(fā)明裝置的體變測(cè)量水套的豎向剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖9是本發(fā)明裝置的左半水套正面結(jié)構(gòu)示意圖；圖10是本發(fā)明裝置的右半水套正面結(jié)構(gòu)示意圖；圖11是本發(fā)明裝置的體變測(cè)量水套分拆俯視結(jié)構(gòu)示意圖；圖12是本發(fā)明裝置的體變測(cè)量水套組合俯視結(jié)構(gòu)示意圖；圖13是本發(fā)明裝置的體變測(cè)量水套分拆仰視剖面示意圖；圖14是本發(fā)明裝置的體變測(cè)量水套組合仰視剖面示意圖；圖15是本發(fā)明能夠應(yīng)用的10種試樣受荷應(yīng)力狀態(tài)示意圖。圖中，1.底座；2.設(shè)備平臺(tái)；3.蠕變加載機(jī)構(gòu)操作柜；4.工作臺(tái)；5.壓力室底座；
6.小支架；7.大支架；8.下加載柱；9.短臂蠕變加載平衡桿；10.插銷；11.杠桿傳力連接桿；12.長(zhǎng)臂蠕變加載平衡桿；13.磁性限位開(kāi)關(guān)；14.壓力砝碼；15.拉力砝碼；16.水位控制器；17.體變測(cè)量伺服缸；18.圍壓氣壓控制器；19.孔壓測(cè)量?jī)x；20.中部支撐立柱；21.中部平臺(tái)；22.絕對(duì)式角位移傳感器；23.角位移顯示儀；24.扭矩施力盤；25.扭矩電動(dòng)機(jī)；26.鏈條；27.扭矩電動(dòng)機(jī)控制器；28.傳動(dòng)軸；29.上聯(lián)軸器；30.上部支撐立柱；31.盤式扭矩傳感器；32.扭矩顯示儀；33.扭矩分離器座；34.上部平臺(tái)；35.電控箱；36.軸向電動(dòng)機(jī)支架與絲杠套筒；37.軸向電動(dòng)機(jī)；38.軸向傳動(dòng)絲杠；39.潤(rùn)滑機(jī)構(gòu)；40.S型軸向力傳感器；41.軸向力顯示儀；42.軸向力傳感器上端接頭；43.軸向力傳感器下端連接器；44.傳力桿；45.扭矩分離器盒；46.位移測(cè)量平臺(tái)；47.軸向力傳感器下端接頭；48.位移測(cè)量?jī)x支座；49.位移測(cè)量?jī)x；50.上加載柱；51.壓力室蓋；52.下聯(lián)軸器；53.包裹橡皮膜的試樣；54.體變測(cè)量水套；55.水位傳感器；56.圍壓水體空腔；57.壓力罩；58.圍壓氣體空腔；59.壓力室固定立柱；60.定位夾持器；61.孔壓測(cè)量管；62.體變測(cè)量管；63.注水孔；64.水位傳感器連接通道；65.孔壓測(cè)量通道；66.圍壓控制通道；67.體變測(cè)量通道；68.壓力室固定螺栓；69.密封橡膠圈；70.密封橡膠圈；71.密封橡膠圈；72.軸承；73.左半水套；74.右半水套；75.水位傳感器連接孔；76.固定螺栓；77.螺桿；78.埋頭螺栓一 ；79.埋頭螺桿；80.埋頭螺栓二。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。本發(fā)明的土體拉壓扭剪多功能的三軸蠕變?cè)囼?yàn)機(jī)的結(jié)構(gòu)是，參照?qǐng)D1、圖2、包括設(shè)備平臺(tái)2，設(shè)備平臺(tái)2安裝在主體底座I上，設(shè)備平臺(tái)2上固定有蠕變加載機(jī)構(gòu)操作柜3 ;蠕變加載機(jī)構(gòu)操作柜3的上部固定有中心開(kāi)有圓孔的工作臺(tái)4，工作臺(tái)4上表面中心位置設(shè)置有壓力室底座5，工作臺(tái)4與壓力室底座5中心圓孔共同穿有一個(gè)下加載柱8 ;工作臺(tái)4下表面連接有小支架6與大支架7，小支架6和下加載柱8同時(shí)通過(guò)各自的銷釘與可轉(zhuǎn)動(dòng)的蠕變加載平衡桿9鉸接；另外，大支架7通過(guò)插銷10與蠕變加載平衡桿9鉸接；螺變加載平衡桿9另外與杠桿傳力連接桿11鉸接；杠桿傳力連接桿11和大支架7的下端同時(shí)與長(zhǎng)臂蠕變加載平衡桿12鉸接；長(zhǎng)臂蠕變加載平衡桿12的兩端分別安裝有能夠靈活加重的壓力砝碼14及拉力砝碼15 ;長(zhǎng)臂蠕變加載平衡桿12的一側(cè)下表面安裝有磁性限位開(kāi)關(guān)13 ；在工作臺(tái)4上表面安裝有多個(gè)中部支撐立柱20，在其中的一個(gè)中部支撐立柱20上安裝有角位移顯示儀23 ;在中部支撐立柱20的頂端共同固定安裝有中部平臺(tái)21 ;在中部平臺(tái)21下端面中心位置安裝有絕對(duì)式角位移傳感器22，絕對(duì)式角位移傳感器22信號(hào)輸出端與角位移顯示儀23連接；在中部平臺(tái)21上表面安裝有扭矩施力盤24與扭矩電動(dòng)機(jī)25，扭矩施力盤24與扭矩電動(dòng)機(jī)25通過(guò)鏈條26傳動(dòng)連接，扭矩電動(dòng)機(jī)25與扭矩電動(dòng)機(jī)控制器27信號(hào)連接；在扭矩施力盤24、中部平臺(tái)21、絕對(duì)式角位移傳感器22軸心處共同穿有傳動(dòng)軸28 ；在中部平臺(tái)21上表面另外安裝有多個(gè)上部支撐立柱30 ;在其中一個(gè)上部支撐立柱30上套裝有位移測(cè)量平臺(tái)46，位移測(cè)量平臺(tái)46能夠沿上部支撐立柱30的軸向自由移動(dòng)；所有上部支撐立柱30的頂端共同安裝有上部平臺(tái)34 ;在上部平臺(tái)34上安裝有電控箱35，在上部平臺(tái)34軸心位置穿有軸向電動(dòng)機(jī)支架與絲杠套筒36，軸向電動(dòng)機(jī)支架與絲杠套筒36中套裝有軸向傳動(dòng)絲杠38 ;在軸向電動(dòng)機(jī)支架與絲杠套筒36的上端安裝有軸向電動(dòng)機(jī)37，軸向電動(dòng)機(jī)37與軸向傳動(dòng)絲杠38傳動(dòng)連接；軸向傳動(dòng)絲杠38與潤(rùn)滑機(jī)構(gòu)39連通；潤(rùn)滑機(jī)構(gòu)39能夠根據(jù)需要給機(jī)械連接部分供給潤(rùn)滑劑，以確保在試驗(yàn)的過(guò)程中，產(chǎn)生的機(jī)械摩擦阻力最小，提高試驗(yàn)數(shù)據(jù)的精確度，在試驗(yàn)結(jié)束后，可將剩余的潤(rùn)滑劑自動(dòng)收集存儲(chǔ)；調(diào)節(jié)軸向電動(dòng)機(jī)37，可以帶動(dòng)軸向傳動(dòng)絲杠38進(jìn)行軸向運(yùn)動(dòng)，從而可以調(diào)節(jié)試樣上下兩端的加載柱之間的距離；沿工作臺(tái)4與壓力室底座5的軸心穿有一個(gè)下加載柱8，壓力室底座5與下加載柱8之間有密封橡膠圈69 ;下加載柱8上端面用于放置包裹橡皮膜的試樣53，包裹橡皮膜的試樣53周圍設(shè)置有可拆卸對(duì)開(kāi)式體變測(cè)量水套54，體變測(cè)量水套54的內(nèi)腔稱為圍壓水體空腔56，體變測(cè)量水套54的上端面開(kāi)有注水孔63，圍壓水體空腔56內(nèi)安裝有水位傳感器55 ;體變測(cè)量水套54的外圍設(shè)置有有機(jī)玻璃材質(zhì)的壓力罩57,壓力罩57上下分別嵌入位于壓力室蓋51下部凹槽和壓力室固定立柱59基座上部凹槽中，壓力室蓋51與壓力室固定立柱59固定連接時(shí)，壓力罩57可以密封卡入壓力室蓋51與壓力室固定立柱59之間，使三者成為一個(gè)整體，形成壓力室外殼；壓力室固定立柱59可以用壓力室固定螺栓68與壓力室底座5連接，并且兩者之間有密封橡膠圈70 ;壓力罩57、壓力室蓋51與壓力室底座5之間的空間構(gòu)成圍壓氣體空腔58 ;壓力室蓋51的軸心開(kāi)孔并在上端固定安裝有軸心開(kāi)孔的定位夾持器60，定位夾持器60與壓力室蓋51內(nèi)穿過(guò)有上加載柱50，并在上加載柱50與壓力室蓋51之間有密封橡膠圈71，其中定位夾持器60側(cè)壁帶有一個(gè)螺桿77，擰緊螺桿77可以鎖定上加載柱50，而松開(kāi)螺桿77可以使得上加載柱50上下自由運(yùn)動(dòng)；壓力室底座5內(nèi)開(kāi)有水位傳感器連接通道64、孔壓測(cè)量通道65、圍壓控制通道66及體變測(cè)量通道67，該四個(gè)通道分別與水位控制器16、孔壓測(cè)量?jī)x19、圍壓氣壓控制器18、體變測(cè)量伺服缸17對(duì)應(yīng)連通；試樣53下端面通過(guò)孔壓測(cè)量管61與孔壓測(cè)量通道65連通；圍壓水體空腔56通過(guò)體變測(cè)量管62與體變測(cè)量通道67連通；水位傳感器55與水位傳感器連接通道64用可以傳遞信號(hào)的導(dǎo)線連接；圍壓氣體空腔58通過(guò)圍壓控制通道66與圍壓氣壓控制器18連通，圍壓氣壓控制器18與氣壓源連通；參照?qǐng)D6、圖7，軸向傳動(dòng)絲杠38向下依次與軸向力傳感器上端接頭42、S型軸向力傳感器40、軸向力傳感器下端連接器43、軸向力傳感器下端接頭47、傳力桿44、扭矩分離器盒45、扭矩分離器座33、盤式扭矩傳感器31、傳動(dòng)軸28同軸連接；盤式扭矩傳感器31基座固定在扭矩分離器座33上，內(nèi)部轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件與傳動(dòng)軸28固定連接；傳動(dòng)軸28與扭矩分離器座33通過(guò)軸承72連接，并且分別與軸承72的內(nèi)圈、外圈固定連接，因此，由扭矩分離器座33、軸承72和傳動(dòng)軸28組成的扭矩分離機(jī)構(gòu)，扭矩分離器座33與扭矩分離器盒45通過(guò)埋頭螺栓一 78固定連接，在扭矩分離器座33上端凸緣上通過(guò)埋頭螺桿79沿水平方向固定安裝有位移測(cè)量平臺(tái)46，由于位移測(cè)量平臺(tái)46另一端套在一個(gè)上部支撐立柱30上，從而扭矩分離器座33與位移測(cè)量平臺(tái)46僅能夠沿垂直方向(軸向)運(yùn)動(dòng)，而不能發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，在扭矩分離器座33不轉(zhuǎn)動(dòng)的情況下，傳動(dòng)軸28可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)，盤式扭矩傳感器31可以正常工作；傳動(dòng)軸28的下端與上聯(lián)軸器29固定連接，上聯(lián)軸器29向下與下聯(lián)軸器52通過(guò)埋頭螺栓二80固定連接，下聯(lián)軸器52與上加載柱50固定連接；上加載柱50下端與包裹橡皮膜的試樣53上端(化學(xué))粘接，試樣53下端與下加載柱8頂端(化學(xué))粘接；由于傳動(dòng)軸28、上聯(lián)軸器29、下聯(lián)軸器52和上加載柱50同軸轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)由于下加載柱8通過(guò)銷釘與蠕變加載平衡桿9鉸接，因此下加載柱8不能發(fā)生軸向轉(zhuǎn)動(dòng)，從而可以給試樣53施加扭矩；盤式扭矩傳感器31與安裝在上部支撐立柱30上的扭矩顯示儀32連接；S型軸向力傳感器40與固定在上部平臺(tái)34下表面的軸向力顯示儀41連接；位移測(cè)量平臺(tái)46與安裝在中部平臺(tái)21上位移測(cè)量?jī)x支座48中的位移測(cè)量?jī)x49接觸連接；電控箱35分別與磁性限位開(kāi)關(guān)13、水位控制器16、體變測(cè)量伺服缸17、圍壓氣壓控制器18、孔壓測(cè)量?jī)x19、角位移顯示儀23、扭矩電動(dòng)機(jī)25、扭矩電動(dòng)機(jī)控制器27、扭矩顯示儀32、軸向電動(dòng)機(jī)37、潤(rùn)滑機(jī)構(gòu)39、軸向力顯示儀41和位移測(cè)量?jī)x49連接，并且可以分別控制這些部件的工作用電。參照?qǐng)D8-圖14，本發(fā)明裝置中的可拆卸對(duì)開(kāi)式體變測(cè)量水套54結(jié)構(gòu)是，包括左半水套73、右半水套74以及水位傳感器55，其中左半水套73頂端設(shè)置有水位傳感器連接孔75和注水孔63，水位傳感器55穿過(guò)該水位傳感器連接孔75并固定于孔壁上，在圍壓水體空腔56內(nèi)部變化的水位達(dá)到預(yù)先的設(shè)定值時(shí)，水位傳感器55將會(huì)啟動(dòng)工作；可拆卸對(duì)開(kāi)式體變測(cè)量水套54的左右兩半部分嵌入下加載柱8頂端的凹槽中，并用不凝固的密封膠密封接縫，左半水套73和右半水套74的對(duì)接法蘭處通過(guò)固定螺栓76固定連接，形成圓環(huán)形完整密封的體變測(cè)量水套54。安裝包裹橡皮膜的試樣53時(shí)，試樣53的上下兩個(gè)端面采用強(qiáng)力膠與對(duì)應(yīng)的加載接觸部件(即下加載柱8與上加載柱50)端面粘接，橡皮膜與對(duì)應(yīng)的加載接觸部件(即下加載柱8與上加載柱50)綁扎牢固。本發(fā)明的土體拉壓扭剪多功能的三軸蠕變?cè)囼?yàn)機(jī)，各個(gè)組成部分的工作原理是:整體結(jié)構(gòu)可以分為主體部分、供電設(shè)備、軸向加載與測(cè)量機(jī)構(gòu)、扭矩加載與測(cè)量機(jī)構(gòu)、體變水位控制及測(cè)量機(jī)構(gòu)、圍壓加載與量測(cè)機(jī)構(gòu)、孔壓量測(cè)機(jī)構(gòu)、蠕變加載機(jī)構(gòu)、軸向位移測(cè)量機(jī)構(gòu)和潤(rùn)滑機(jī)構(gòu)。其中主體與加載機(jī)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)對(duì)圓柱體土體試樣施加荷載的核心；體變水位控制機(jī)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)圓柱體土體試樣的體變精確測(cè)量的保證；量測(cè)機(jī)構(gòu)是對(duì)信號(hào)輸入以及傳感器量測(cè)信號(hào)的輸出進(jìn)行自動(dòng)控制，從而轉(zhuǎn)化為需要的物理參數(shù)并存儲(chǔ)。所述的主體部分主要包括底座、支架、平臺(tái)等固定裝置，為其它部件提供支撐；所述的供電設(shè)備主要包括電控箱，為各個(gè)電動(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)控制器、磁性限位開(kāi)關(guān)、各種測(cè)量傳感器與測(cè)量?jī)x表提供能夠統(tǒng)一控制管理的電能；
所述的軸向加載與測(cè)量機(jī)構(gòu)主要包括軸向電動(dòng)機(jī)、軸向傳動(dòng)絲杠、傳動(dòng)軸、上加載柱、下加載柱、長(zhǎng)短臂蠕變加載平衡桿、拉壓荷載砝碼、軸向力測(cè)量傳感器和軸向力顯示儀，軸向電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)軸向傳動(dòng)絲杠軸向運(yùn)動(dòng)，通過(guò)軸向力測(cè)量傳感器與活動(dòng)接頭的連接，傳力給傳動(dòng)軸，再傳力給上加載柱，從而實(shí)現(xiàn)在試樣的頂端施加荷載，通過(guò)給平衡桿施加壓力砝碼或者拉力砝碼，通過(guò)杠桿原理，能夠傳力到下加載柱上，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)試樣的底部進(jìn)行施加荷載；其中給試樣施加拉力時(shí)，試樣的上下兩個(gè)端面要與試樣上下兩個(gè)加載柱端面用強(qiáng)力膠粘接，由于軸向力傳感器與軸向力施加裝置直接連接，所以在施加軸向力時(shí)，軸向力大小能夠通過(guò)連接在軸向力傳感器上的軸向力顯示儀直接讀出并存儲(chǔ)；其中的軸向位移測(cè)量機(jī)構(gòu)主要包括位移測(cè)量平臺(tái)、位移測(cè)量?jī)x支座和位移測(cè)量?jī)x，位移測(cè)量平臺(tái)固定在扭矩分離器座上，能夠隨著軸向傳動(dòng)裝置的軸向運(yùn)動(dòng)而移動(dòng)，這一位移能夠通過(guò)位移測(cè)量?jī)x測(cè)出，得到土體試樣的軸向位移大??；所述的扭矩加載與測(cè)量機(jī)構(gòu)主要包括扭矩電動(dòng)機(jī)控制器、扭矩電動(dòng)機(jī)、鏈條、扭矩施力盤、扭矩分離器(由扭矩分離器座、軸承、傳動(dòng)軸組成)、上加載柱、絕對(duì)式角位移傳感器、角位移顯示儀、盤式扭矩傳感器和扭矩顯示儀，在扭矩電動(dòng)機(jī)控制器的控制下，扭矩電動(dòng)機(jī)能夠提供適當(dāng)大小的動(dòng)能，通過(guò)鏈條傳動(dòng)，驅(qū)動(dòng)扭矩施力盤轉(zhuǎn)動(dòng)，由于扭矩施力盤與扭矩傳動(dòng)主軸是依照滾動(dòng)花鍵副原理制造，能夠在傳動(dòng)軸傳遞軸向荷載的同時(shí)實(shí)現(xiàn)施加扭矩，扭矩傳動(dòng)主軸帶動(dòng)上加載柱轉(zhuǎn)動(dòng)，從而給試樣施加一定的扭矩，固定在中部平臺(tái)底部的絕對(duì)式角位移傳感器能夠直接測(cè)量轉(zhuǎn)角，并通過(guò)與之連接的角位移顯示儀讀取轉(zhuǎn)角并存儲(chǔ)，固定在扭矩分離器座下方的盤式扭矩傳感器能夠直接測(cè)量提供給試樣的扭矩，并通過(guò)扭矩顯示儀讀取扭矩并存儲(chǔ)，其中給試樣施加扭矩時(shí)，試樣的上下兩個(gè)端面要與試樣上下兩個(gè)加載柱端面用強(qiáng)力膠粘接；所述的體變水位控制及測(cè)量機(jī)構(gòu)主要包括可拆卸對(duì)開(kāi)式體變測(cè)量水套、水位傳感器、水位控制器與體變測(cè)量伺服缸，在包裹有橡皮膜的土體試樣發(fā)生體脹或者體縮時(shí)，固定在可拆卸對(duì)開(kāi)式體變測(cè)量水套頂端的水位傳感器能夠接受到可拆卸對(duì)開(kāi)式體變測(cè)量水套內(nèi)部水面的變化信息，從而控制體變測(cè)量伺服缸按照需求進(jìn)行給排水操作，通過(guò)水套的給排水量和試樣的軸向變形可以換算出土體試樣的體變值；所述的圍壓加載量測(cè)機(jī)構(gòu)主要包括圍壓氣壓控制器、可拆卸對(duì)開(kāi)式體變測(cè)量水套、可拆卸對(duì)開(kāi)式體變測(cè)量水套內(nèi)側(cè)與試樣橡皮膜外側(cè)之間的水體、有機(jī)玻璃壓力罩和橡皮膜，圍壓氣壓控制器能夠往有機(jī)玻璃壓力罩內(nèi)部充入氣體，有機(jī)玻璃壓力罩內(nèi)部的氣體通過(guò)可拆卸對(duì)開(kāi)式體變測(cè)量水套頂部的注水孔直接作用于可拆卸對(duì)開(kāi)式體變測(cè)量水套內(nèi)部的水面上，水體受到氣體傳遞的氣壓，進(jìn)一步傳遞給包裹在試樣外表面的橡皮膜，從而實(shí)現(xiàn)給橡皮膜內(nèi)部的土體試樣施加一定大小的圍壓，這個(gè)圍壓的大小，能夠通過(guò)圍壓氣壓控制器調(diào)節(jié)，并記錄壓力值；所述的孔壓量測(cè)機(jī)構(gòu)主要包括直接與土體試樣相連接的孔壓傳感器和顯示儀表，孔壓傳感器通過(guò)下加載柱中的水孔直接與橡皮膜內(nèi)部的土體試樣相連接，能夠直接測(cè)量孔壓；所述的蠕變加載機(jī)構(gòu)主要包括下加載柱、磁性限位開(kāi)關(guān)、長(zhǎng)臂蠕變加載平衡桿、短臂蠕變加載平衡桿、拉壓力砝碼和杠桿傳力連接桿，通過(guò)加載砝碼，能夠控制試樣在變形過(guò)程中的軸向荷載恒定不變，磁性限位開(kāi)關(guān)控制軸向電動(dòng)機(jī)從而保持長(zhǎng)短臂蠕變加載平衡桿的水平，保證了試樣在變形中受到的軸向力不會(huì)偏心；所述的潤(rùn)滑機(jī)構(gòu)，能夠減小儀器設(shè)備構(gòu)件之間的摩擦阻力，提高試驗(yàn)數(shù)據(jù)的精確性。本發(fā)明裝置中的試樣的安裝方法是，如圖1、圖2所示，接通傳感器電源，記錄顯示儀表示數(shù)；拔掉插銷10，在長(zhǎng)臂蠕變加載平衡桿12兩端加載砝碼，觀測(cè)磁性限位開(kāi)關(guān)13，確保長(zhǎng)臂蠕變加載平衡桿12處于水平狀態(tài)，插入插銷10 ;松開(kāi)壓力室固定螺栓68和定位夾持器60上的螺桿77，啟動(dòng)軸向電動(dòng)機(jī)37將上加載柱50向上升起一段距離，向上推動(dòng)由壓力室蓋51、壓力罩57與壓力室固定立柱59構(gòu)成的壓力室外殼,抒緊定位夾持器60上的螺桿77 ;將包裹橡皮膜的試樣53用強(qiáng)力月父粘接在下加載柱8上端，橡皮I旲綁扎在下加載柱8上，控制軸向電動(dòng)機(jī)37將上加載柱50向下降落，使其剛好與包裹橡皮膜的試樣53接觸，把包裹橡皮膜的試樣53用強(qiáng)力膠粘接在上加載柱50的下端面上，橡皮膜綁扎在上加載柱50上；安裝可拆卸對(duì)開(kāi)式體變測(cè)量水套54，并連接好水位傳感器55，通過(guò)注水孔63往圍壓水體空腔56內(nèi)部注水，在此過(guò)程中觀測(cè)水位控制器16，當(dāng)水位控制器16有反應(yīng)時(shí)，停止注水；松開(kāi)定位夾持器60上的螺桿77，向下推動(dòng)壓力室外殼，使壓力室固定立柱59與壓力室底座5接觸，并用壓力室固定螺栓68使得壓力室固定立柱59與壓力室底座5緊密連接；擰緊定位夾持器60上的螺桿77 ;通過(guò)圍壓氣壓控制器18往圍壓氣體空腔58內(nèi)部充氣并逐步增加氣壓；對(duì)儀器儀表進(jìn)行調(diào)整，隨即進(jìn)入加載與測(cè)量階段。本發(fā)明裝置用于圍壓施加實(shí)驗(yàn)的方法是，如圖1、圖2所示，圍壓的施加主要依靠圍壓氣壓控制器18實(shí)施。本發(fā)明采用的是氣壓水壓傳遞模式，圍壓氣壓控制器18能夠按照需要產(chǎn)生一定的氣壓，通過(guò)可拆卸對(duì)開(kāi)式體變測(cè)量水套54上端的注水孔63傳遞到水面上，再通過(guò)水體傳遞到包裹橡皮膜的試樣53上。圍壓氣壓控制器18能夠增加或者減小內(nèi)部氣壓，從而調(diào)節(jié)施加在包裹橡皮膜的試樣53上的圍壓。關(guān)閉圍壓氣壓控制器18能夠測(cè)試土體試樣處于無(wú)圍壓的單軸拉伸、單軸壓縮、純扭剪和拉壓扭剪耦合等受力狀態(tài)下的蠕變特性。本發(fā)明裝置用于軸向力施加實(shí)驗(yàn)的方法是，如圖3、圖4、圖6、圖7所示，軸向荷載的施加是通過(guò)蠕變杠桿直接施加的。按照杠桿原理將預(yù)施加的荷載換算成等效荷載的砝碼，施加拉力或者壓力。拔掉插銷10，長(zhǎng)臂蠕變加載平衡桿12會(huì)受砝碼重力而傾斜，通過(guò)磁性限位開(kāi)關(guān)13與軸向電動(dòng)機(jī)37的配合作用，能夠保持長(zhǎng)臂蠕變加載平衡桿12處于水平狀態(tài)，能夠確保試樣變形過(guò)程中受到的軸向大小和方向均不變。本發(fā)明裝置用于扭矩施加實(shí)驗(yàn)的方法是，如圖2、圖5、圖6、圖7所示，通過(guò)扭矩電動(dòng)機(jī)控制器27控制扭矩電動(dòng)機(jī)25的轉(zhuǎn)動(dòng)，依靠連接扭矩電動(dòng)機(jī)25與扭矩施力盤24的鏈條26，使扭矩施力盤24轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)軸向傳動(dòng)軸28發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，上聯(lián)軸器29、下聯(lián)軸器52、上加載柱50也會(huì)隨著傳動(dòng)軸28轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)，從而給試樣的頂端施加扭矩。本發(fā)明裝置的數(shù)據(jù)采集原理是，如圖1所示，蠕變軸向力的施加，是依靠蠕變杠桿機(jī)構(gòu)施加的，其值大小預(yù)先計(jì)算可得。通過(guò)連接在S型軸向力傳感器40上的軸向力顯示儀41能夠直接顯示并存儲(chǔ)軸向力大小，當(dāng)軸向力或位移發(fā)生突變時(shí)，是試樣破壞的標(biāo)志。軸向位移能夠由位移測(cè)量?jī)x49采集記錄。扭矩的大小能夠由盤式扭矩傳感器31測(cè)量，并通過(guò)與之連接的扭矩顯示儀32讀取并存儲(chǔ)。扭轉(zhuǎn)角的大小能夠由絕對(duì)式角位移傳感器22測(cè)量，并通過(guò)與之連接的角位移顯示儀23顯示并記錄。圍壓大小能夠由圍壓氣壓控制器18控制，并讀取記錄圍壓值。通過(guò)孔壓量測(cè)機(jī)構(gòu)19能夠獲得土體試樣內(nèi)部孔壓值。通過(guò)水位控制器16控制體變測(cè)量伺服缸17，以保持可拆卸對(duì)開(kāi)式體變測(cè)量水套54內(nèi)部水體的水位不變，這樣，能夠通過(guò)體變測(cè)量伺服缸17直接獲得土體試樣體變值的相關(guān)信息。如圖15所示，本發(fā)明裝置能夠分別按照單軸拉伸、單軸壓縮、純扭剪、拉扭、壓扭、三軸拉伸、三軸壓縮、三軸扭剪、三軸拉扭、三軸壓扭等十種應(yīng)力狀態(tài)進(jìn)行蠕變?cè)囼?yàn)研究，對(duì)于每一種受力狀態(tài)進(jìn)行蠕變?cè)囼?yàn)，獲得相應(yīng)的物理參數(shù)，按照應(yīng)力-應(yīng)變-時(shí)間進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析。
權(quán)利要求
1.一種土體拉壓扭剪多功能的三軸蠕變?cè)囼?yàn)機(jī)，其特征在于: 包括設(shè)備平臺(tái)(2)，設(shè)備平臺(tái)(2)上固定有蠕變加載機(jī)構(gòu)操作柜(3);蠕變加載機(jī)構(gòu)操作柜(3)的上部固定有工作臺(tái)(4)，工作臺(tái)(4)上表面中心位置設(shè)置有壓力室底座(5);工作臺(tái)(4)下表面連接有小支架(6)與大支架(7)，小支架(6)和下加載柱(8)同時(shí)與可轉(zhuǎn)動(dòng)的蠕變加載平衡桿(9)鉸接；另外，大支架(7)與蠕變加載平衡桿(9)鉸接；蠕變加載平衡桿(9 )另外與杠桿傳力連接桿(11)鉸接；杠桿傳力連接桿(11)和大支架(7 )的下端同時(shí)與長(zhǎng)臂蠕變加載平衡桿(12)鉸接；長(zhǎng)臂蠕變加載平衡桿(12)的兩端分別安裝有壓力砝碼(14)及拉力砝碼(15);長(zhǎng)臂蠕變加載平衡桿(12)的一側(cè)下表面安裝有磁性限位開(kāi)關(guān)(13)； 在工作臺(tái)(4)上表面安裝有多個(gè)中部支撐立柱(20)，在中部支撐立柱(20)的頂端共同固定安裝有中部平臺(tái)(21);在中部平臺(tái)(21)下端面中心位置安裝有絕對(duì)式角位移傳感器(22)，絕對(duì)式角位移傳感器(22)信號(hào)輸出端與角位移顯示儀(23)連接；在中部平臺(tái)(21)上表面安裝有扭矩施力盤(24)與扭矩電動(dòng)機(jī)(25)，扭矩施力盤(24)與扭矩電動(dòng)機(jī)(25)傳動(dòng)連接，扭矩電動(dòng)機(jī)(25)與扭矩電動(dòng)機(jī)控制器(27)信號(hào)連接；在扭矩施力盤(24)、中部平臺(tái)(21)、絕對(duì)式角位移傳感器(22 )軸心處共同穿有傳動(dòng)軸(28 ); 在中部平臺(tái)(21)上表面另外安裝有多個(gè)上部支撐立柱(30);在其中一個(gè)上部支撐立柱(30)上套裝有位移測(cè)量平臺(tái)(46);所有上部支撐立柱(30)的頂端共同安裝有上部平臺(tái)(34);在上部平臺(tái)(34)上安裝有電控箱(35)，在上部平臺(tái)(34)軸心位置穿有軸向電動(dòng)機(jī)支架與絲杠套筒(36)，軸向電動(dòng)機(jī)支架與絲杠套筒(36)中套裝有軸向傳動(dòng)絲杠(38);在軸向電動(dòng)機(jī)支架與絲杠套筒(36)的上端安裝有軸向電動(dòng)機(jī)(37)，軸向電動(dòng)機(jī)(37)與軸向傳動(dòng)絲杠(38)傳動(dòng)連接； 沿工作臺(tái)(4)與壓力室 底座(5)的軸心穿有一個(gè)下加載柱(8);下加載柱(8)上端面用于放置試樣(53)，試樣(53)周圍設(shè)置有體變測(cè)量水套(54)，體變測(cè)量水套(54)的內(nèi)腔稱為圍壓水體空腔(56 )，體變測(cè)量水套(54)的上端面開(kāi)有注水孔(63 )，圍壓水體空腔(56 )內(nèi)安裝有水位傳感器(55);體變測(cè)量水套(54)的外圍設(shè)置有壓力罩(57)，壓力罩(57)上下分別嵌入位于壓力室蓋(51)下部凹槽和壓力室固定立柱(59)基座上部凹槽中；壓力罩(57)、壓力室蓋(51)與壓力室底座(5)之間的空間構(gòu)成圍壓氣體空腔(58);壓力室蓋(51)的軸心開(kāi)孔并在上端固定安裝有軸心開(kāi)孔的定位夾持器(60)，定位夾持器(60)與壓力室蓋(51)內(nèi)穿過(guò)有上加載柱(50)，其中定位夾持器(60)側(cè)壁帶有一個(gè)螺桿(77)； 壓力室底座(5)內(nèi)開(kāi)有水位傳感器連接通道(64)、孔壓測(cè)量通道(65)、圍壓控制通道(66)及體變測(cè)量通道(67)，該四個(gè)通道分別與水位控制器(16)、孔壓測(cè)量?jī)x(19)、圍壓氣壓控制器(18)、體變測(cè)量伺服缸(17)對(duì)應(yīng)連通；試樣(53)下端面通過(guò)孔壓測(cè)量管(61)與孔壓測(cè)量通道(65)連通；圍壓水體空腔(56)通過(guò)體變測(cè)量管(62)與體變測(cè)量通道(67)連通；水位傳感器(55)與水位傳感器連接通道(64)通過(guò)信號(hào)導(dǎo)線連接；圍壓氣體空腔(58)通過(guò)圍壓控制通道(66)與圍壓氣壓控制器(18)連通，圍壓氣壓控制器(18)與氣壓源連通；軸向傳動(dòng)絲杠(38)向下依次與軸向力傳感器上端接頭(42)、S型軸向力傳感器(40)、軸向力傳感器下端連接器(43)、軸向力傳感器下端接頭(47)、傳力桿(44)、扭矩分離器盒(45)、扭矩分離器座(33)、盤式扭矩傳感器(31)、傳動(dòng)軸(28)同軸連接；盤式扭矩傳感器(31)基座固定在扭矩分離器座(33)上，內(nèi)部轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件與傳動(dòng)軸(28)固定連接；傳動(dòng)軸(28)與扭矩分離器座(33)通過(guò)軸承(72)連接，并且分別與軸承(72)的內(nèi)圈、外圈固定連接；扭矩分離器座(33)與扭矩分離器盒(45)固定連接，在扭矩分離器座(33)上端凸緣上沿水平方向固定安裝有位移測(cè)量平臺(tái)(46);傳動(dòng)軸(28)的下端與上聯(lián)軸器(29)固定連接，上聯(lián)軸器(29)向下與下聯(lián)軸器(52)固定連接，下聯(lián)軸器(52)與上加載柱(50)固定連接；上加載柱(50 )下端與試樣(53 )上端粘接，試樣(53 )下端與下加載柱(8 )頂端粘接； 盤式扭矩傳感器(31)與扭矩顯示儀(32)連接；S型軸向力傳感器(40)與軸向力顯示儀(41)連接；位移測(cè)量平臺(tái)(46)與位移測(cè)量?jī)x(49)接觸連接； 電控箱(35)分別與磁性限位開(kāi)關(guān)(13)、水位控制器(16)、體變測(cè)量伺服缸(17)、圍壓氣壓控制器(18)、孔壓測(cè)量?jī)x(19)、角位移顯示儀(23)、扭矩電動(dòng)機(jī)(25)、扭矩電動(dòng)機(jī)控制器(27 )、扭矩顯示儀(32 )、軸向電動(dòng)機(jī)(37 )、軸向力顯示儀(41)和位移測(cè)量?jī)x(49 )連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的土體拉壓扭剪多功能的三軸蠕變?cè)囼?yàn)機(jī)，其特征在于:所述的體變測(cè)量水套(54)為可拆卸對(duì)開(kāi)式結(jié)構(gòu)，包括左半水套(73)、右半水套(74)以及水位傳感器(55 )，其中左半水套(73 )頂端設(shè)置有水位傳感器連接孔(75 )和注水孔(63 )，水位傳感器(55)穿過(guò)該水位傳感器連接孔(75)并固定于孔壁上；左半水套(73)、右半水套(74)同時(shí)嵌入下加載柱(8)頂端的凹槽中，并用不凝固的密封膠密封接縫，左半水套(73)和右半水套(74)的對(duì)接法蘭處通過(guò)固定螺栓(76)固定連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的土體拉壓扭剪多功能的三軸蠕變?cè)囼?yàn)機(jī)，其特征在于:所述的軸向傳動(dòng)絲杠(38)與潤(rùn)滑機(jī)構(gòu)(39)連通。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的土體拉壓扭剪多功能的三軸蠕變?cè)囼?yàn)機(jī)，其特征在于:所述的壓力室底座(5)與下加載柱(8)之間有密封橡膠圈(69);壓力室固定立柱(59)基座與壓力室底座(5)之間設(shè)置有密封橡膠圈(70);在上加載柱(50)與壓力室蓋(51)之間設(shè)置有密封橡 膠圈(71)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種土體拉壓扭剪多功能的三軸蠕變?cè)囼?yàn)機(jī)，整體結(jié)構(gòu)可以分為主體部分、供電設(shè)備、軸向加載與測(cè)量機(jī)構(gòu)、扭矩加載與測(cè)量機(jī)構(gòu)、體變水位控制及測(cè)量機(jī)構(gòu)、圍壓加載與量測(cè)機(jī)構(gòu)、孔壓量測(cè)機(jī)構(gòu)、蠕變加載機(jī)構(gòu)、軸向位移測(cè)量機(jī)構(gòu)和潤(rùn)滑機(jī)構(gòu)。扭矩分離器能夠施加任意組合的軸向作用與扭矩作用；多功能杠桿部件不僅能夠通過(guò)杠桿對(duì)試樣施加拉力作用，也能夠通過(guò)杠桿對(duì)試樣施加壓力作用；可拆卸對(duì)開(kāi)式體變測(cè)量水套結(jié)構(gòu)，在土體試樣體變測(cè)量方面有了顯著的改變。本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便，準(zhǔn)確率和成功率較高。
文檔編號(hào)G01N3/28GK103149101SQ20131006394
公開(kāi)日2013年6月12日 申請(qǐng)日期2013年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月28日
發(fā)明者李榮建, 劉軍定, 閆蕊, 吳利言 申請(qǐng)人:西安理工大學(xué)