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原文传递一种能够模拟复杂环境及应力作用的三轴试验系统

专利名称：	一种能够模拟复杂环境及应力作用的三轴试验系统
摘要：	本发明公开了一种能够模拟复杂环境及应力作用的三轴试验系统，包括加载台架，设置于加载台架中的双层三轴压力室或温控试验箱，设置于加载台架上的加载系统，以及温度控制系统、湿度控制系统和数据采集及控制系统；其中，所述温度控制系统、湿度控制系统和加载系统均与数据采集及控制系统相连，数据采集及控制系统与双层三轴压力室或温控试验箱相连；当加载系统作用于双层三轴压力室，温度控制系统和湿度控制系统均与双层三轴压力室相连；或者，当加载系统作用于温控试验箱，温度控制系统与温控试验箱相连。有益效果：不仅能够进行复杂环境及应力作用下的三轴剪切试验，而且可进行不同温度下的无侧限压缩、拉伸、劈裂等试验。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	江苏;32
申请人：	河海大学
发明人：	王柳江;薛晨阳;刘斯宏;扎西顿珠;毛航宇;茅加峰
专利状态：	有效
申请日期：	2019-02-28T00:00:00+0800
发布日期：	2019-06-18T00:00:00+0800
申请号：	CN201910148969.6
公开号：	CN109900544A
代理机构：	南京纵横知识产权代理有限公司
代理人：	董建林
分类号：	G01N3/02(2006.01);G;G01;G01N;G01N3
申请人地址：	211100 江苏省南京市江宁区佛城西路8号
主权项：	1.一种能够模拟复杂环境及应力作用的三轴试验系统，其特征在于：包括加载台架，设置于加载台架中的双层三轴压力室或温控试验箱，设置于加载台架上的加载系统，以及温度控制系统、湿度控制系统和数据采集及控制系统；其中，所述温度控制系统、湿度控制系统和加载系统均与数据采集及控制系统相连，数据采集及控制系统与双层三轴压力室或温控试验箱相连；当加载系统作用于双层三轴压力室，温度控制系统和湿度控制系统均与双层三轴压力室相连，对双层三轴压力室中的三轴试样进行模拟复杂环境及应力作用的温控三轴试验或三轴流变试验或湿控三轴试验；或者，当加载系统作用于温控试验箱，温度控制系统与温控试验箱相连，对温控试验箱中的温控试样进行不同温度下的无侧限压缩试验或无侧限拉伸试验或无侧限劈裂试验。 2.根据权利要求1所述的一种能够模拟复杂环境及应力作用的三轴试验系统，其特征在于：所述双层三轴压力室包括双层压力室，设置于双层压力室顶盖上的排气阀，设置于双层压力室内的三轴试样和设置于双层压力室底部的工作台；其中，双层压力室通过工作台与加载台架相连；所述双层压力室包括底座，设置于底座上的外压力室，设置于外压力室内并位于底座上的内压力室，沿着内压力室的内壁环形螺旋设置的螺旋铜管，以及依次贯穿过外压力室的顶面和内压力室的顶面的活塞导杆；其中，外压力室和内压力室均为底面开口的中空桶体，螺旋铜管沿着内压力室的侧面环绕，螺旋铜管包括交错排布的高温循环铜管和低温循环铜管；所述高温循环铜管的一端通过保温水管与热水进口相连、高温循环铜管的另一端通过保温水管与热水出口相连，所述低温循环铜管的一端通过保温水管与冷水进口相连、低温循环铜管的另一端通过保温水管与冷水出口相连；其中，热水进口、热水出口、冷水进口和冷水出口均位于外压力室外；所述三轴试样包括自上而下依次设置的上压力帽、上透水石、试样本体、下透水石和下压力帽，所述试样本体的侧面底端连接有排水管；所述底座开设有与内压力室的内腔相贯通的围压口、排气口和反压口，底座还开设有与外压力室连通的气压口；所述加载系统的加载端驱动活塞导杆的顶端，活塞导杆的底端作用于上压力帽的顶面中央。 3.根据权利要求2所述的一种能够模拟复杂环境及应力作用的三轴试验系统，其特征在于：所述双层压力室还包括设置于外压力室和内压力室之间的固定螺杆，固定螺杆的顶端延伸出外压力室的顶面通过螺栓锁紧、固定螺杆的底端延伸出底座的底面通过螺栓锁紧；所述底座与双层压力室的底面之间设置有密封圈，所述双层压力室外设有紧固用卡箍，所述外压力室的外壁设置有保温隔热层；所述底座、外压力室、内压力室、上压力帽、上透水石、下透水石和下压力帽均为隔热材料制成；所述加载系统的加载端通过防水轴套与外压力室的顶面相密封。 4.根据权利要求1所述的一种能够模拟复杂环境及应力作用的三轴试验系统，其特征在于：所述温控试验箱包括侧面开口的箱体，封闭箱体开口的箱盖，内设于箱体内底面的固定底座，沿着箱体的内壁环形螺旋设置的螺旋紫铜管，内设于箱体中的电扇，设置于箱体顶面并贯穿过箱体顶面的拉压试验杆，以及内设于箱体中并位于固定底座上的温控试样；其中，固定底座通过紧固件依次贯穿固定底座和箱体的底面将箱体紧固在加载台架上，螺旋保温管沿着箱体的底面、一侧面、顶面和另一侧面环绕，螺旋紫铜管包括交错排布的高温管和低温管；所述高温管的两端通过热水保温管分别延伸出箱体为热入水口和热回水口，所述低温管的两端通过冷水保温管分别延伸出箱体为冷入水口和冷回水口；所述加载系统的加载端驱动拉压试验杆的顶端，拉压试验杆的底端作用于温控试样的顶面中央。 5.根据权利要求4所述的一种能够模拟复杂环境及应力作用的三轴试验系统，其特征在于：所述温控试验箱的外表面设置有隔热保温层，所述箱盖与箱体的开口一侧通过铰接件铰接相连。 6.根据权利要求1所述的一种能够模拟复杂环境及应力作用的三轴试验系统，其特征在于：所述加载台架包括上横梁和下底板，连接于上横梁和下底板之间的若干螺杆；其中，上横梁和下底板均水平设置，若干螺杆均垂直设置；所述下底板的顶面通过工作台与双层三轴压力室的底面相连，或者，通过紧固件与温控试验箱的箱底相连。 7.根据权利要求2或4所述的一种能够模拟复杂环境及应力作用的三轴试验系统，其特征在于：所述加载系统包括设置在加载台架上的电机，由电机驱动的滚珠丝杠，以及通过轴压作动器与电机相连的轴压控制器；当双层三轴压力室设置于加载台架中时，所述加载系统还包括作用于围压口的围压作动器，作用于气压口的气压作动器，作用于反压口的孔压作动器，以及控制围压作动器、气压作动器和孔压作动器运行的加载控制器；其中，滚珠丝杠的底端作为加载系统的加载端作用于双层三轴压力室上的活塞导杆的顶端；当温控试验箱设置于加载台架中时，滚珠丝杠的底端作为加载系统的加载端作用于温控试验箱上的拉压试验杆的顶端。 8.根据权利要求2或4所述的一种能够模拟复杂环境及应力作用的三轴试验系统，其特征在于：所述温度控制系统包括制冷/制热机组，通过电磁阀与制冷/制热机组相连的热水供水管、热水回水管、冷水供水管和冷水回水管；其中，电磁阀与数据采集及控制系统相连、并由数据采集及控制系统控制；当双层三轴压力室置于加载台架上，所述温度控制系统还包括依次相连的水箱和抽水泵，其中，抽水泵与数据采集及控制系统相连、并由数据采集及控制系统控制将水箱中的无气水注入内压力室；所述热水供水管与热水进口相连，所述热水回水管与热水出口相连，所述冷水供水管与冷水进口相连，所述冷水回水管与冷水出口相连；当温控试验箱置于加载台架上，所述热水供水管与热入水口相连，所述热水回水管与热回水口相连，所述冷水供水管与冷入水口相连，所述冷水回水管与冷回水口相连。 9.根据权利要求2所述的一种能够模拟复杂环境及应力作用的三轴试验系统，其特征在于：所述湿度控制系统包括依次相连的抽气泵、气泵阀门和饱和盐溶液封闭水箱；其中，气泵阀门与数据采集及控制系统相连、并由数据采集及控制系统控制；所述饱和盐溶液封闭水箱与反压口相连，通过数据采集及控制系统调节气泵阀门开度从反压口注入恒定湿度的饱和盐溶液蒸汽，饱和盐溶液蒸汽通入三轴试样内部并从底座的排气口排出。 10.根据权利要求7所述的一种能够模拟复杂环境及应力作用的三轴试验系统，其特征在于：所述数据采集及控制系统包括计算机，与计算机相连的数据采集盒，与数据采集盒相连的若干传感器；其中，若干传感器包括竖向压力传感器、竖向位移传感器和位移限位器，所述竖向压力传感器设置在滚珠丝杠的底端，所述竖向位移传感器设置在电机的壳体上，所述位移限位器设置在滚珠丝杠的顶端；当双层三轴压力室置于加载台架上，若干传感器还包括第一上温度传感器、下温度传感器、孔隙水压力传感器、气压传感器、压差传感器、电子湿度传感器，所述第一上温度传感器设置在外压力室的顶面、并贯穿过外压力室的顶面后插入内压力室，所述下温度传感器设置在底座的底面、并贯穿过底座延伸入内压力室后插入三轴试样的底部，所述孔隙水压力传感器和电子湿度传感器均与底座上的排气口相连，所述气压传感器与底座上的气压口相连，所述压差传感器与排水管相连、并连接有体变管；当温控试验箱置于加载台架上，若干传感器还包括第二上温度传感器，所述第二上温度传感器设置在温控试验箱的顶面、并贯入温控试验箱中。
所属类别：	发明专利