关于ys—30型应力路径大型三轴仪及其在粗粒土试验研究中的应用

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1、YS–30型应力路径大型三轴仪及其在粗粒土试验研究中的应用111秦红玉高玉峰刘汉龙[摘要]本文详细介绍了一种新型的YS–30型应力路径大型三轴仪构造，包括加压与控制系统、量测系统和数据采集与处理系统及其在特性试验研究中的应用。该试验仪器可进行常规三轴试验与应力路径试验。[关键词]应力路径大型三轴仪粗粒土自1970年以来，随着高坝的建设和计算机技术的发展，工程界不仅仅满足于单纯地研究堆石料的强度特性，进而研究其应力–应变关系，同时为了评估水库首次蓄水时坝体可能产生的沉降值，以及坝体投入运行以后的工程特性，还研究了

2、堆石浸水饱和产生附加变形的湿化性质和堆石在荷载长期作用下变形随时间的发展，即流变特性。这些研究又促进了试验技术的发展，大型三轴试验技术得到了肯定和普及，成为当前研究堆石料力学性能的主要仪[1]器和方法。到目前为止，国内外已研制和生产了各种型号的大型三轴仪，如应力控制式、应变控制式和混合控制式，但大多只能进行常规的三轴试验。河海大学岩土工程研究所和四川大学岩土仪器研究所联合研制了YS–30型应力路径大型三轴试验仪除具有一般三轴压缩功能外，还可进行应力路径试验。1.YS–30型应力路径大型三轴仪的主要构造YS–30

3、型应力路径大型三轴仪的主要构造可分为三大系统：①加压与控制系统，包括轴向压力、周围压力和反压力的施加与控制；②量测系统，包括轴压、围压、孔压、反压体变的量测以及轴向位移和体积变形的量测装置等；③数据采集及处理系统。各部分原理图见文献[2]。1.1压力施加与控制系统1.1.1主机及压力室主机外型尺寸1600×900×300mm，试样尺寸φ300×600㎜。压力室采用圆筒型移动式。压力室见图1。1.1.2周围压力的施加与控制周围压力采用电液伺服阀与压力传感器、计算机及控制软件组成的闭环伺服系统，稳定周围压力。根据事

4、先设计出的围压变化路径，由计算机自动控制围压的变化。围压传感器监测到的适时围压变化，经A/D采集器进入计算机判定后发出新的指令，控制电液伺服阀开关量大小，以调整电液伺服阀进油量的大小，使围压升高或降低，反复循环达到稳定的目的。该系统控制压力可高达3.0MPa，反应灵敏、精度高、稳定效果好。系统另备有手动调整机构，当电液伺服阀出现故障时，可利用升压、降压阀门调整气体压力，控制专用气、液平衡阀组成的手动调控稳定机构。改变平衡阀进口气压即可改变稳定压力。1河海大学岩土工程研究所。2178712097002006515

5、01384140010850600113003,2124511—底盘；2—球面螺钉；3—平垫层；4—筒体组合；5—试样帽；6—封头组合7—柱塞套组合；8—并帽；9—柱塞；10—接头体；11—荷载传感器；12—压力变送器图1压力室构造图(图中单位：mm)1.1.3轴向压力的施加与控制轴向加载系统由液压伺服油源、轴向应力及应变加载部分组成。应力加载采用电液伺服阀、液控单向阀、1200kN伺服油缸、下置式平板防水轴向荷重传感器、计算机及电液伺服控制软件组成闭环伺服控制系统。由下置式防水轴向荷重传感器反馈的电信号

6、经与计算机内事先设定的参数比较后计算出调整参数，输出调整后的控制信号控制电液伺服阀流量，改变轴向应力大小，以达控制轴向应力变化的目的。轴向应变速度控制采用与前者利用同一油源和电液伺服阀、采用高精度光栅位移传感器，计算机电液伺服控制软件，组成闭环位移控制系统控制位移量。由高精度光栅位移传感器反馈回的轴向油缸移动速度，经计算机进行比较判断，计算出当前油缸移动速度，与事先设定的移动速度比较，求得差值后输出新的控制信号，驱动电液伺服控制器，控制电液伺服阀，改变轴向油缸移动速度，达到控制轴向速度的目的。1.1.4反压力稳

7、定系统反压力稳定方式采用气、水平衡稳定方式，其工作原理与周围压力的手动调控稳压方式相同。采用专用气体减压器，气、液平衡阀配合皮囊式蓄能器稳定。1.2量测系统1.2.1轴向应力、轴向应变与周围压力的量测轴向应力与轴向应变分别采用压力传感器和位移传感器直接量测。周围压力的测定采用液压系统内的标准压力表直接测读。1.2.2孔隙水压力的量测孔隙水压力的测定，利用安装于压力室底盘上的膜片式高精度孔压传感器完成。本设备孔隙压力传感器安装在压力室底盘中心处其管路最短，膜片式结构，充水、排水方便，无一般液体传感器的小孔供压引起

8、的排气不良造成的误差。2181.2.3有反压体变量测系统有反压体变量测系统，采用气水平衡阀稳定平衡反压力，高精度液位计、体变计量缸、高精度光栅位移传感器、截止阀门、步进电机及其控制器和计算机系统组成体变量测系统。当压力室内试样受周围压力和轴向压力的挤压产生变形时，试样内部开始排水，排出的水经隔离器流向高精度液位计，高精度液位计发生微量位移，产生不平衡电信号，此信号经信号放大器放大并由I