巖石力學(xué)與工程實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)(修訂)-資料下載頁(yè)
2025-06-25 02:39本頁(yè)面
【正文】 者 13 / 1814 / 18四、巖石力學(xué)伺服控制剛性試驗(yàn)1 概述普通的力學(xué)試驗(yàn)機(jī)是由加載架、液壓系統(tǒng)和測(cè)量系統(tǒng)組成，長(zhǎng)期以來(lái)大多數(shù)巖塊的變形與強(qiáng)度性質(zhì)的試驗(yàn)都靠普通試驗(yàn)機(jī)來(lái)完成。但在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，在進(jìn)行巖石力學(xué)試驗(yàn)時(shí)，當(dāng)達(dá)到巖石峰值強(qiáng)度的瞬間，往往會(huì)發(fā)生巖石試件“爆裂”現(xiàn)象，以至于很難測(cè)得接近或達(dá)到峰值時(shí)的應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系，更無(wú)法獲得峰值以后的信息。巖石試件發(fā)生“爆裂”現(xiàn)象主要是：1）試驗(yàn)機(jī)的剛度比巖石試件的剛度??； 2）當(dāng)巖石發(fā)生破裂承載力下降時(shí)試驗(yàn)機(jī)不能主動(dòng)“讓壓” 。目前巖石力學(xué)試驗(yàn)克服巖石試件發(fā)生“爆裂”的途徑是：1）提高試驗(yàn)機(jī)的剛度；2 ）伺服控制試件的變形。2 伺服控制剛性試驗(yàn)剛度是指材料抵抗外力變形的能力： LEAlPK??式中：——材料剛度；（MN/mm）K——外力， （Ｎ） ；P——位移， （mm） ；l?——材料彈性模量， （MPa） ；E——材料有效面積， （mm 2） ；A——材料有效長(zhǎng)度， （mm） 。L一般巖石的剛度都大于 ，而普通的試驗(yàn)機(jī)的剛度只有 － MN/mm，在加載過(guò)程中，試驗(yàn)機(jī)和試件都儲(chǔ)存彈性勢(shì)能：試驗(yàn)機(jī)的彈性勢(shì)能： mmKPuE21?巖石試件的彈性勢(shì)能： rrr2在普通試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行巖石力學(xué)試驗(yàn)時(shí)可以看出 ＞ ，在巖石試件破裂的瞬間，巖mEr石試件的承載能力降低，同時(shí)其彈性勢(shì)能也伴隨裂紋的擴(kuò)張、聲響、震動(dòng)和熱能而消耗掉；但試驗(yàn)機(jī)的彈性勢(shì)能并沒(méi)有消散，它會(huì)完全釋放給巖石試件，那么使得巖石試件吸收比自身的彈性勢(shì)能大出很多倍的勢(shì)能，使得巖石試件不能承受這么大的彈性勢(shì)能，因此發(fā)生“爆裂”現(xiàn)象。15 / 18如果提高試驗(yàn)機(jī)的剛度，即 ，那么試驗(yàn)機(jī)在加載的過(guò)程中自身儲(chǔ)存的彈性勢(shì)??mK能就很小，即 ，在巖石試件破裂的瞬間，試驗(yàn)機(jī)不會(huì)釋放彈性021lili???mKPE勢(shì)能或釋放很少的彈性勢(shì)能給巖石試件，這時(shí)巖石試件就不會(huì)發(fā)生“爆裂”現(xiàn)象。圖 23 電液伺服控制系統(tǒng)示意圖電液伺服控制系統(tǒng)其控制方式如圖 23：由自控系統(tǒng)發(fā)出的指令信號(hào)，在伺服控制器中與油缸的實(shí)際位置信號(hào)相比較，成為誤差的信號(hào)放大后，送入電液伺服閥。伺服閥按一定的比例將電流信號(hào)轉(zhuǎn)變成液壓油量推動(dòng)油缸運(yùn)動(dòng)。位置傳感器監(jiān)測(cè)活塞所在位置是否符合指令信號(hào)，同時(shí)發(fā)出的反饋信號(hào)到伺服控制器，直至于指令信號(hào)相等時(shí)，油缸停止運(yùn)動(dòng)。油缸停在指定的位置上，使伺服閥穩(wěn)定在一定的開(kāi)度上，這種控制方式稱(chēng)為閉環(huán)控制方式（Closed loop） 。在巖石力學(xué)試驗(yàn)過(guò)程中，當(dāng)巖石試件反饋的變形速率信號(hào)與預(yù)定的的信號(hào)不一致的時(shí)候，伺服控制器會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的比較信號(hào)，推動(dòng)伺服閥動(dòng)作，加大或是減小加載裝置的油源供給量，使巖石試件的變形速率始終控制在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)。當(dāng)巖石試件發(fā)生破裂的瞬間，其承載能力減低，變形速率加大，這時(shí)伺服控制器會(huì)主動(dòng)閉合伺服閥門(mén)，減少油源的供給量，起到主動(dòng)“讓壓”的作用，使得巖石試件克服“爆裂”現(xiàn)象，因此能夠得出巖石試件峰值以及峰值以后的變形信息（見(jiàn)圖24） 。圖中階段 A 為微裂隙與孔隙閉合，非線性變形；階段 B 為可恢復(fù)彈性變形；階段 C 是微裂隙處于單個(gè)穩(wěn)定傳播階段，在該階段，巖石從彈性變?yōu)樗苄缘霓D(zhuǎn)折16 / 18點(diǎn)稱(chēng)為屈服點(diǎn)，巖石體積不變的點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的強(qiáng)度稱(chēng)為長(zhǎng)期強(qiáng)度 ，其值大約為峰值強(qiáng)度的80％左右，從圖中可以看出在該點(diǎn)曲線的切線斜率發(fā)生了改變；階段 D 是破裂事件加速增加，體積變化也加速增加，開(kāi)始發(fā)生擴(kuò)容，形成拉伸或剪切破壞面的階段。從圖中可以得出，B、C 階段應(yīng)力應(yīng)變曲線近似直線，當(dāng)巖石試件的強(qiáng)度達(dá)到長(zhǎng)期強(qiáng)度時(shí)，巖石開(kāi)始發(fā)生擴(kuò)容，從曲線上可以看出其切線（割線）模量發(fā)生了變化，隨著時(shí)間增加其切線模量逐漸變小，當(dāng)達(dá)到峰值強(qiáng)度時(shí)，其切線模量為零。
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