全自動四聯(lián)應(yīng)變控制三軸儀的研發(fā)與應(yīng)用

    蘇州拓測儀器設(shè)備有限公司TT-AT4型全自動四聯(lián)應(yīng)變控制三軸儀，是在常規(guī)三軸儀的基礎(chǔ)上進(jìn)一步改進(jìn)，開發(fā)、研制而成。其目的是為提高三軸儀試驗功效和減少占地用房，使三軸試驗又特殊項目試驗轉(zhuǎn)變成常規(guī)的土工試驗。因此，該儀器具有結(jié)構(gòu)緊湊，體積小， 操作方便、性能穩(wěn)定、自動化程度高等數(shù)據(jù)采集與處理功能。實(shí)踐已證明，改型后的三軸儀可以提功效四倍，是一種國內(nèi)外比較先進(jìn)、、理想的三軸試驗儀器。

二、基本組成與功能
1、由步進(jìn)電機(jī)數(shù)字控制的豎向加荷系統(tǒng)
它使用的是一種上先進(jìn)的無級變速裝置， 不僅出力大、性能穩(wěn)定、而且變速范圍廣，是單片機(jī)控制和計算機(jī)控制的兼容好的自動控制系統(tǒng)。
2、壓力室
加荷試驗平臺上設(shè)有四個壓力室，可以施加相
同或不相同的周圍壓力，使土樣在固結(jié)排水、不固結(jié)不排水條件下都能進(jìn)行同步的三軸壓縮試驗。
3、多功能三軸試驗儀的側(cè)壓力控制和反壓力控制裝置
它們被設(shè)計在同一個控制裝置內(nèi)，體積小巧，周圍壓力可以直接采用氣壓控制，也可以進(jìn)行液壓控制，這種控制系統(tǒng)采用單片機(jī)數(shù)字控制，也可以用步進(jìn)電機(jī)數(shù)字液壓控制系統(tǒng)進(jìn)行高壓的三軸固結(jié)試驗，反壓力體變管直接安裝在主控柜上，可以充分利用儀器空間，使整體形象緊湊而美觀。
4、荷載傳感器，孔壓傳感器，體變傳感器，位移傳感器（可以軸向加荷的步進(jìn)電機(jī)計算）
荷重傳感器安裝在四個壓力室傳壓活塞上方的反力架上。孔壓傳感器安裝在四個壓力室底部的排水三通上。四個體變傳感器分別安裝在體變管下端并置于主控柜上，位移傳感器的位移量可由計算機(jī)控制的軸向加荷的步進(jìn)電機(jī)由步進(jìn)角計算而得。
5、主控柜組成與功能
主控柜具有獨(dú)立控制和數(shù)據(jù)傳輸?shù)奈⑿陀嬎銠C(jī)系統(tǒng)，并有觸摸屏按照驗要求輸入試驗參數(shù)進(jìn)行三軸應(yīng)變控制試驗，還可以指令三軸試驗的圍壓大小，采集和儲存荷重，孔壓，體變， 位移等有效數(shù)據(jù)。
微型計算機(jī)的控制系統(tǒng)與計算機(jī)連接后，所有的控制參數(shù)設(shè)定和數(shù)據(jù)的采集及處理均有計算機(jī)執(zhí)行完成。
6、數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)
計算機(jī)配置兼容性較好的Windows XP  或 Windows 2007 操作系統(tǒng)。計算機(jī)數(shù)據(jù)采集頻率可以根據(jù)試驗需求用戶自行按時間設(shè)定和位移量設(shè)定。計算機(jī)可以自動繪制實(shí)時跟蹤曲線。

橫坐標(biāo)按時間或位移，縱坐標(biāo)按荷重或孔壓設(shè)置并且同步記錄四個壓力室在同一個位移條件下的荷重孔壓，或在 CD 試驗（排水條件下）排水量（體變）。
7、本儀器的置換和兼容功能
可以根據(jù)需要在主機(jī)加荷平臺上置換一個高壓三軸，或置換一個大三軸壓力室進(jìn)行平面應(yīng)變試驗，或置換一個 CBR 試驗容器，或者進(jìn)行四個K0 試驗等等。

三、技術(shù)指標(biāo)
1、軸向壓力 P : 0~40kN，無級變速，加載，卸載；
2、軸向行程：0~100mm，設(shè)有限位開關(guān)； 3、剪切速率：0.001mm~4mm/min；
4、周圍壓力（側(cè)壓力）σ3   ：0~600kPa（氣壓式），0~2000kPa（液壓式）；
5、反壓力σb   ：0~600kPa（氣水轉(zhuǎn)換），0~2000kPa（液壓式）；
6、孔隙壓力 U ：0~600kPa，0~2000kPa；
7、體積變量? V：0~50ml；
8、土樣面積：12cm2；
9、土樣高度：2 倍于土樣直徑（80mm）；
10、主機(jī)體積：600×600×1700mm；
11、測壓反壓控制體積：750×450×1200mm；
12、凈重：150kg。

四、全自動四聯(lián)應(yīng)變控制三軸儀實(shí)驗步驟
1、制備土樣
根據(jù)實(shí)驗要求切取四個原狀土或人工制備擾動土，分別進(jìn)行密度和含水率試驗以及描述其土樣。
2、將三軸儀處于待機(jī)狀態(tài)（整機(jī)檢查）通電預(yù)熱。
3、分別打開四個壓力室，土樣底部管路、透水石沖水排氣飽和。
4、將裝有乳膠膜的土樣置于土樣座上并且把充水排氣飽和的土樣帽置于土樣上端，將乳膠膜扎緊密封。
5、裝上壓力室后分別施加不同或相同圍壓，檢測式樣飽和度，根據(jù) UU，CU，CD 試驗要求進(jìn)行不排水或者固結(jié)排水試驗（可以單向或雙向排水）。
6、當(dāng)排水穩(wěn)定后記下各土樣的排水量，按 CU，CD 式樣方法進(jìn)行等應(yīng)變控制剪切試驗。
7、剪切速率按照試驗規(guī)程的不同土性和不同的試驗方法設(shè)定。
8、由微型計算機(jī)或計算機(jī)采集試驗過程中的各項參數(shù)直至土的應(yīng)變?yōu)?20%停機(jī)。

五、數(shù)據(jù)采集

六、繪制應(yīng)力應(yīng)變曲線和摩爾強(qiáng)度包線

八、結(jié)論與意見
1、全自動四聯(lián)應(yīng)變控制三軸儀是創(chuàng)新發(fā)展的結(jié)果，該儀器根據(jù)國內(nèi)外的實(shí)驗室的現(xiàn)狀，經(jīng)反復(fù)試驗研究，既能滿足教學(xué)科研，又能夠貼近生產(chǎn)實(shí)際的需求，工作效率高的自動化的三軸試驗儀。
2、全自動四聯(lián)應(yīng)變控制三軸儀具有出力大，實(shí)驗空間兼容性強(qiáng)，它不僅可以進(jìn)行高，中， 低四聯(lián)三軸試驗還可以進(jìn)行大土樣智能應(yīng)力路徑三軸試驗，大土樣的粗粒的滲壓試驗，四聯(lián)K0 固結(jié)試驗以及CBR 試驗等等。
3、全自動四聯(lián)應(yīng)變控制三軸儀經(jīng)用戶實(shí)踐表明該儀器數(shù)據(jù)穩(wěn)定，操作方便，自動化程度高，具有較高的工作效率，是國內(nèi)外的新型三軸儀。