相似材料试验平台模型加载系统

相似材料试验平台模型加载系统

相似材料试验平台模型加载系统

一、功能：

对相似材料模型均匀施加深部岩体三维应力，模拟开挖条件下稳定加载，要求物理模拟失稳阶段具有良好的边界条件保持能力。具有良好的数据接口和扩展能力。

1.模拟地层压力，实现自重压力模拟、互相垂直的两个水平方向的压力模拟，即三维加载方式；

2.地下工程施工过程包括巷道、隧道、地铁、硐室、小比例采场等多种工程结构相互影响的力学效应模拟；

3.进行高应力支护稳定性模拟试验；

4.真实地应力下巷道（隧道）掘进爆破技术模拟试验，原岩应力1套下超动态作用对巷道围岩影响和破坏模拟试验研究；

5.模拟含地质构造、层节理等地层巷道围岩变形试验；

6.可以实现巷道内围岩破碎张力的测试，设计支护和压力传递伺服系统，实现支护结构对加载和卸荷压力和位移影响的仿真测试；

7.全自动多参数同步测试系统，既能测量机械施加的模拟地压，又可以测量围岩中的压力和变形；测试自动化程度高，加载和卸荷试验操作与测试方便；

8.具有良好的可扩充性，设计中留出接口，便于将机器系统扩充到高温岩石力学与工程试验、高涌水和地下深部存放特殊物质渗透性试验等；加载系统具有试件尺寸在长度方向的可扩充性；

二、试验系统主体设计、制作流程：

1、该相似材料三维模型加载试验系统试主要由高刚度反力架、节能静音油源、液压加载系统、测控系统和数据采集系统等组成。反力架由3榀回字形主框架及前门式反力架和后支撑架组成，液压加载系统包括垂直（上）多组作动器、水平（左、右）多组作动器和后多组作动器，可实现4个方向主动均匀加载。测控系统通过计算机-控制器-执行元件组成的全数字闭环控制系统，实现对载荷、压力和整体位移的精确实时控制。

2、该系统还包括辅助部分：样品制作箱，用于样品试件的制作以及辅助吊具和夹具等。

三、主要技术参数：

1、尺寸参数

1.1、模型块尺寸（宽×高×深）：2000mm×2000mm×1500mm

1.2、模型块厚度（深）分级：1500mm、1000mm、500mm

1.3、最大洞室尺寸（宽×高）：400mm×400mm

1.4、模型架外形尺寸满足类似硬岩材料试验所需要的刚度和试验功能要求。

2.1、垂直（上）有效压力：所有作动器输出力 18000kN，根据试件尺寸，上面面积为：2*1.5m，故折算试件上面应力为6.0MPa；

2.2、水平（左、右）有效压力：所有作动器输出力 18000kN，根据试件尺寸，左面和右面面积为：2*1.5m，故折算试件左面和右面应力为6.0MPa；

2.3、水平（后部）有效压力： 所有作动器输出力24000 kN，根据试件尺寸，后面面积为：2*2m，故折算后面应力为6.0MPa。

2.4、变形测量范围：0-150mm 精度≤1%（连续）

2.5、荷载集度偏差：<1.5%

2.6、最大有效压力下框架中间点最大变形量：<2mm

3、机械性能参数

3.1、压板尺寸：500×500mm

3.2、活塞行程：150mm

3.3、油源额定工作压力与流量：21MPa，300L/min

4、控制参数

4.1、控制通道：侧面4个控制通道，后盖4个控制通道，顶部4个控制通道，共计12个控制通道。电液伺服阀采用美国MOOG阀。每控制通道配备压力测量传感器，共12个压力传感器，传感器配备瑞士keller压力传感器。后盖和顶部相应配置8个位移传感器，侧面配置（每面4个）8个位移传感器，位移传感器共计16个。位移传感器量程200mm，分辨率0.02mm。

4.2、以12路压力或16路位移返回参数进行压力或位移闭环控制。

4.3、顶面作动器应具有动态加载能力，可以实现分层负载动态控制；最高动态加载频率10Hz，最大动应力幅值不低于1.5MPa。

4.4、控制器可实现每组作动器的同步、异步控制和设定加载路径控制；

4.5、静态试验加载速度：0～0.15 MPa/s；

4.6、恒定载荷保持时间：伺服控制时的压力波动低于当前值1%，可以维持24小时。 另外带有可以实现长时间负荷保持控制的独立液压和控制系统，负荷变动度不大于设定值的2%，维持恒定天数≥360天。

5、软件可以记录的参数

5.1、垂直（上）有效压力（4个）（MPa）

5.2、水平（左、右）有效压力（4个）（MPa）

5.3、水平（后部）有效压力（4））（MPa）

5.4、垂直（上）变形（4个）（mm）

5.5、水平（左、右）变形（8个）（mm）

5.6、水平（后部）变形（4个）（mm）

5.7、加载速度 （12个）（MPa/s）

5.8、恒定荷载保持时间 （min）

5.9、参数单通道采样率：1kHz。

6、集中式数据管理系统

6.1、用于试验数据的集中采集、存储和共享；

6.2、可以通过网络接收所有计算机控制器的数据采集结果；

6.3、可以通过网络接收系统配置的所有东华数采系统的试验数据；

6.4、带有放置在实验室控制室内的数据服务器；

6.5、带有云端镜像服务器；

6.6、带有云端镜像试验数据的分层管理功能，取得相应授权的操作者可以通过网络终端查看和下载相应的试验数据；

6.7、具有扩展接入其它提供网络通讯协议的数采系统的试验数据的能力。

7、安全保护措施

7.1、油源高温报警    

7.2、作动器位置限位保护功能

7.3、开挖降低试样刚度后，作动器过冲击保护功能

7.4、液压系统需附加管路压力保护装置。

8、试样制作箱1个，要求保证试件尺寸精度，尺寸偏差小于1mm,箱体高度方向分层安装，250mm一层，共8层。并且能满足单榀试验对试样制作箱的要求。

9、通用要求

9.1、压力闭环控制、恒定荷载长时保持、加载速度控制；压力或位移控制由程序自由选择。且程序能够完成以一参数控制时，对另一参数的检测，判别，超过一定范围时也作为控制依据。

9.2、计算机屏幕实时直读显示有效压力、变形等试验数据和试验曲线；试验数据、试验曲线的存储、再现、打印；

9.3、采用全数字闭环伺服控制系统，可以对试验全过程进行实时控制；

9.4、可从模型的上面、左右侧面、后面由四组作动器分别对模型的四个表面进行独立施加有效压力；

9.5、油源应采用独立分油器避免互相干扰；

9.6、计算机对全部模型表面测点及模型内部测点进行巡回检测，由屏幕实时直读显示监视测点的变形值或模型表面的变形平均值；

9.7、通过油路开关，能够实现单榀、二榀、三榀的独立工作。

9.8、预留可用接口，具有良好的功能扩展性。

9.9、各作动器同步加载，各作动器端面板上出力差值 ≤100N；

9.10、设计标定附件，使之具备单榀各作动器单独或同时标定的能力，用来检验作动器力值。

9.11、作动器加载前端安装柔性橡胶.

9.12、按用户要求，可以在设备的适当位置安装声发射探头或者安装其它测量元件，布线等。

9.13、配备试件装运系统，使试件顺利进出试验空间。

9.14、测控系统计算机为工控主流计算机，并配HP打印机一台。