基于LVDT的小应变三轴仪研制及其软土试验应用

研制了基于LVDT（线性可变差动变压器）传感器的高精度小应变三轴仪,详细介绍了该三轴仪的结构、传感器特性及小应变测量的技术细节。三轴仪采用电控调压阀控制轴压和围压,同时可用电机驱动施加轴压,进行各种复杂应力路径的应变或应力控制三轴剪切试验。针对信号干扰等影响微小位移测量精度的问题,提出了恒温、接地、使用高精度直流电源等措施,并利用中值滤波的方法有效提高了LVDT局部位移计的测量精度。利用安装有LVDT位移传感器的三轴仪对上海软土进行K0固结不排水剪切试验,成功获得上海软土在0.001%～0.1%小应变范围内的割线模量变化情况;确认了LVDT位移传感器能够获得比霍尔效应局部位移计更小应变范围的软土割线模量,指出自主研制的设备比黑盒子产品更有利于实现测量精度的提高。     

上海黏土强度特性真三轴试验研究

利用自主改造的、大主应力与小主应力方向由刚性加压板加载、中主应力方向由围压室液压加载的自动控制刚柔复合真三轴仪,对上海原状软土进行同一π面上不同洛德角真三轴固结排水剪切试验。原状土样通过分块抽样法获取,共进行了5组不同洛德角（0°、15°、30°、45°和60°）排水剪切试验。试验结果显示,上海原状软土抗剪强度、屈服和破坏点位置随洛德角的增大而减小,体积变化量先增大后减小。三向应力状态下上海软土的破坏强度接近空间滑移面（SMP）破坏准则。     

RDT—10000型岩石高压动力三轴仪的研制

根据对防护工程、爆破工程、地震工程和其它高压、高速工作的研究需要,研制了一台岩石高压动力三轴仪。它可研究岩石或其它材料在三轴动、静力条件下的应力-应变关系。该三轴试验仪的特点是高压、高速,能使岩石试件在围压为0—1000MPa,轴压达0—4000MPa的条件下进行试验,快速加载只需4—9ms就可使荷载由零上升至峰值,应变速率达10~0s~(-1)。本文介绍了三轴仪的主要结构,动加载原理,密封,高油压下的测量手段等,还介绍了用这台设备对各种岩石在各种应力条件下所进行的应力-应变关系、强度、变形、破坏、应变速率效应等试验的情况和所获得的试验数据。这台设备填补了我国空白。     

RDT-10000型岩石高压动力三轴仪的研制

根据对防护工程、爆破工程、地震工程和其它高压、高速工作的研究需要,研制了一台岩石高压动力三轴仪。它可研究岩石或其它材料在三轴动、静力条件下的应力-应变关系。该三轴试验仪的特点是高压、高速,能使岩石试件在围压为0-1000MPa,轴压达0-4000MPa的条件下进行试验,快速加载只需4-9ms就可使荷载由零上升至峰值,应变速率达100s-1。本文介绍了三轴仪的主要结构,动加载原理,密封,高油压下的测量手段等,还介绍了用这台设备对各种岩石在各种应力条件下所进行的应力-应变关系、强度、变形、破坏、应变速率效应等试验的情况和所获得的试验数据。     

土高压三轴仪数据采集和处理系统的改进

较详细介绍了土高压三轴仪数据采集和处理系统的改进，新编测量软件的功能、特点。改进后该设备系统在恢复、扩大仪器功能和实验自动化方面得到进一步的完善。     

岩体裂隙三轴应力渗透规律的试验研究

利用三轴应力渗透仪分别对煤矿底板的硬岩和软岩进行三轴应力渗透试验 ,观测渗水量、围压、轴压及水压的变化。     

多功能水合物沉积物三轴试验系统的研制与应用

研制了新型多功能水合物沉积物三轴试验系统,系统由供-排气模块、应力加载模块、温控模块、数据采集模块和辅助模块组成。利用泵驱动高压液体施加围压和轴压,加载方式有恒压、恒流、梯度增压、跟踪气压模式,可以实现不同条件下的水合物合成、三轴剪切。围压跟踪气压的功能使水合物生成过程中净围压不变,保证了试样初始条件一致性。根据围压液体积变化测量试样体积变形,通过设置回压泵压力变化方式控制水合物气压,可以模拟不同降压速率条件下的水合物沉积物分解变形。以泥质粉细砂和二氧化碳为材料制作了三轴试样,进行了水合物合成、三轴剪切和降压分解试验,检验了仪器的可靠性。     

粉细砂的真三轴试验与强度特性

采用柔性真三轴仪对上海粉细砂进行了一系列不同中主应力系数条件下的真三轴试验,针对中主应力对粉细砂强度特性的影响进行了系统分析。基于真三轴试验结果对Mohr-Coulomb强度准则的形状函数进行了改进,并采用试验结果对强度准则进行验证。结果表明,建立在真三轴试验基础上的强度准则能更准确地反映砂土三维应力状态下的强度特性。     

重塑超固结上海软土力学特性及弹塑性模拟

对典型上海软土重塑样进行了围压不变和平均主应力不变的三轴排水剪切试验,得到重塑上海软土在不同初始超固结比和围压条件下的应力-应变关系,弄清了超固结比、围压以及应力路径对重塑上海软土的变形和强度特性的影响;根据土体的应力-应变曲线得到重塑上海软土的临界状态应力比及内摩擦角。采用姚仰平等建议的基于伏斯列夫面的超固结土本构模型,并根据等向压缩及三轴排水剪切试验确定其模型参数,对保持围压和平均主应力不变的三轴压缩试验进行了模型预测。预测结果表明,此超固结土本构模型能较好地反映重塑超固结上海软土的变形和强度特性。     

岩石三轴拉伸试验装置研制及其应用

为准确地测量岩石试样在不同围压作用下的拉伸强度与变形特性,对用于岩石三轴压缩试验的MTS815材料试验机为主体设备进行了一系列技术改造,一方面设计加工了一套试验机活塞与三轴室的随动连锁装置,使原本只能提供压缩载荷的MTS815试验机也能精确提供轴向拉伸荷载;另一方面设计开发一种多自由度岩石试样三轴拉伸夹具,解决岩石等脆性材料在拉伸过程中难以始终保持对中的技术难题。提出一套完整的测试技术方法,能实现0～140 MPa围压范围内各种岩石试件的复杂三轴直接拉伸测试研究,利用研发的配套装置与测试方法对页岩试样进行了三轴拉伸试验。结果表明,试验装置和试验方法完全能够进行不同围压条件下的岩石三轴拉伸试验,得到相应的三轴拉伸试验曲线;页岩在低围压和高围压下呈现不同的破坏特征和破坏形式,低围压下依然呈现脆性特征,高围压下则是由脆性向塑性转换。     

新型卧式土工平面应变仪研制

平面应变仪是一种开发较早但至今尚不完善的一种土工试验仪器,随着国家基础设施建设的发展,平面应变试验及试验方法在许多领域得以应用,显示出了平面应变试验在工程设计和研究中的重要性。通过回顾国内外平面应变仪的发展,提出了开发一种新型的土工平面应变三轴仪的思路,以实现更科学、更精确地进行复杂应力加载条件下土平面应变试验的研究。以此为目的,从压力室结构、加载系统及控制量测系统等方面提出了相应的改善措施,开发了一种新型的土工平面三轴仪。并通过重塑黄土的平面应变试验及改进的真三轴仪平面应变试验对比、以及平面应变试验强度参数与常规三轴试验强度参数对比分析,验证了所研制的新型卧式土工平面应变仪的合理性和研制思路的正确性。最后,通过对该平面应变仪应变试验的黄土破坏特性与改进真三轴平面应变试验的黄土破坏特征的对比分析,验证了本文所开发的平面应变仪在描述土体应变局部化问题的合理性。     

一种伺服液压加载双室三轴仪的研制与开发

三轴试验是土力学领域控制试样固结条件和加载剪切排水条件测试土的强度、变形特性参数的常用试验,也是研究土的强度及本构关系的重要手段。针对国产三轴试验中分别通过压力室体积变化和密封轴向传力杆量测试样应变和轴向荷载的不足,研制了试样的双室压力室,3组独立的伺服步进电机驱动液压缸活塞的液压体变控制器,开发了能够控制不同加载方式、加载或变形速率的自动控制系统和计算控制程序及操作界面。双室压力室的内外腔各自由一组伺服步进电机驱动液压缸活塞的液压体变控制器施加与固结围压相同的液压;试样上端部轴向传力轴固定于压力室顶部,且连接荷载传感器量测试样承受的轴向荷载,试样下端部承受竖向加载轴作用,且与压力室底座密封,竖向加载轴的荷载由一组独立的伺服步进电机驱动液压缸活塞的液压体变控制器控制竖向加载轴下端连接的液压缸加载。该仪器能够自动量测轴向荷载、轴向变形、试样外体变、试验孔隙水压力、压力室内外腔压力。试验验证表明,该仪器系统性能稳定,提高了量测精度,具有构造简单、操作简便、自动化程度高、生产成本低等特点。     

土高压三轴仪及数据自动处理

本文较详细地介绍了适于研究深层基础持力层力学特性的大型试验设备——土高压三轴仪。并结合三轴固结不排水试验实例,介绍了系统的自动化全过程(包括数据实时采集、自动处理、结果输出和图表绘制),以及系统的软、硬件等。     

High Pressure Trivial Apparatus for Soil and Its Auto Data-Processing System

This paper deals, in detail, with the large testing equipment for researching on mechanical properties of deep bearing beds—high pressure triaxial apparatus for soils. Through triaxial undrained consolidation test, the paper describes the whole auto procedure of the system (including real time acquisition of data, auto-control, result output and auto drawing) and the soft and bard wares of the testing apparatus.     

三轴压缩下南京下蜀土的宏、微观性状试验

为探讨南京下蜀土在三轴压缩下的宏观力学性质及微观演化机理,分别通过三轴试验仪和扫描电子显微镜（SEM）研究了下蜀土的宏观变形、强度特性及微结构变化规律。结果表明：下蜀土的结构强度与围压的比值基本上为常数,土体的结构强度与内部颗粒的排列、胶结性能,以及外部应力状态有关。三轴压缩下,随着应变增大,下蜀土中较大颗粒集聚体受剪破坏,而较小颗粒通过聚集增大,使得土体颗粒面积比例增大,但颗粒集团化程度降低,平面分布分散,颗粒排列逐渐朝无序发展,并在无序程度最高部位形成了剪切破坏带。     

用于颗粒土微观力学行为试验的微型三轴试验仪

颗粒土的微观力学行为（如土颗粒的运动与破碎等）决定着其宏观应力-应变行为,如应变局部化、应力硬化等。为研究颗粒土的微观力学行为,开发了一台微型三轴试验装置。它的轴向加载系统由伺服控制的步进转动马达与涡轮传动的减速器组成,围压由GDS压力控制器提供,压力室采用高透光率,高强度的轻质材料制成。借助于X射线显微CT及图像处理分析技术,该装置能实现对干砂土微尺寸试样（直径为8 mm,高度为16 mm）在三轴剪切条件下微观特性的无损检测。采用该三轴试验装置对粒径为0.60～1.18 mm 的LBS（Leighton Buzzard sand）试样在1.5 MPa的围压下进行了试验。结果显示,试验装置测得应力-应变曲线合理,显微CT 图像特征清晰,能够用于颗粒土体微观土力学行为的试验研究。     

振动三轴试验误差的分析及校正

振动三轴仪是室内土工试验中研究土体动力特性的重要仪器,但从以往的试验结果来看具有一定的离散性。这除了试验操作的人为误差外,振动三轴仪系统本身也会带来一定的误差,如双向动荷载的相位差不能达到预定值,系统本身的阻尼力,及试验数据的滞后性等等。为提高振动三轴试验的精确度,有必要对振动三轴试验的误差进行分析,找到误差的来源并进行相应的校正。     

A Novel Testing Apparatus for Hydromechanical Investigation of Rocks: Geo-Sequestration of Carbon dioxide

This paper presents the design, development and application of a new multi-phase high-pressure and elevated temperature rock hydromechanical testing apparatus for the investigation of reservoir and cap rock behaviour in carbon geo-sequestration projects. The triaxial apparatus is designed to support high confining stress, injection pressures and higher temperatures to imitate the natural thermo-hydro-geomechanical conditions of deep underground geological formations. The apparatus also includes an acoustic emission device for the study of the mechanical failure behaviour of rocks under compression. The apparatus is designed to support a range of different rock specimen sizes from 34 to 54?mm in diameter. Since sequestration projects involve the injection of supercritical carbon dioxide, which is extremely sensitive to temperature and pressure, and is highly corrosive in nature, special precautions were taken in the design and manufacture of the apparatus. The data acquisition system is powered and calibrated in accordance with each of the sensors and is guided by a series of in-house developed and commercial softwares for data storage and analysis. The methodology for conducting advanced testing on cap rock and reservoir rocks with the injection of water and supercritical CO₂ is presented with the appropriate theory. Some preliminary tests have been carried out on sandstone specimens sourced from the Melbourne region using the newly designed apparatus and the results are presented in this paper.