一、簡介

   本系統(tǒng)主要用于瀝青混凝土動靜三軸試驗，系統(tǒng)的軸向與圍壓均采用電氣伺服控制，配套高性能的伺服控制系統(tǒng)，能完成瀝青混凝土的動靜三軸試驗，正弦波、方波、三角波、及用戶自定義波形。

依托的標(biāo)準(zhǔn)：

1）《拉力、壓力和試驗機檢定規(guī)程 JJG 139-2014》

2）《試驗機通用技術(shù)要求 GB/T2611-2007》

3）《水工瀝青混凝土試驗規(guī)程DL/T5362-2018》

4）《土工試驗方法標(biāo)準(zhǔn)GB/T50123-2019》

功能：

（1）靜態(tài)三軸試驗；

（2）動態(tài)三軸試驗；

內(nèi)置標(biāo)準(zhǔn)波形有正弦波、三角波、方波、半正弦波，用戶自定義波形；可滿足做瀝青混凝土的動強度、動彈性模量、阻尼比等動三軸試驗參數(shù)；

二、各部分組成說明及結(jié)構(gòu)原理圖

由主機加載框架、電氣伺服加載系統(tǒng)（軸向動靜、圍壓、體變）、水路控制柜、測量控制系統(tǒng)、計算機控制和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)等部分組成,各部分功能是:

1、主機

加載框架（主機）為雙立柱結(jié)構(gòu)，放置加載裝置和三軸壓力室，承受加載裝置的作用力。

2、電氣伺服加載系統(tǒng)

 本系統(tǒng)軸向采用伺服電動缸進(jìn)行動態(tài)加載，軸壓與圍壓靜態(tài)加載采用進(jìn)口伺服電機減速機加載方式，軸向速率 0.001～10mm/min，無級調(diào)速；等應(yīng)變控制：0.001～10mm(無極變速)，控制精度.2%；動態(tài)軸向加載：0～20kN，頻率10Hz,控制精度.1%，工作臺行程：0～100mm。 

3、測量控制系統(tǒng)

測量控制系統(tǒng)由全數(shù)字閉環(huán)控制器、壓力傳感器、負(fù)荷位移傳感器。

（1）全數(shù)字閉環(huán)控制器

模擬采集采用24 位 AD，采樣頻率100KHz；模擬控制采用16 位 DA,控制頻率1MHz；數(shù)字采集的采樣頻率4MHz，接口兼容 24 位、25 位二進(jìn)制、格雷碼位移傳感器；數(shù)字控制頻率4MHz，接口兼容 24 位、25 位二進(jìn)制、格雷碼位移傳感器；控制頻率1KHz，全硬核并行處理；閉環(huán)通道具有 PID 調(diào)整功能，設(shè)備斷電時，傳感器數(shù)據(jù)能夠不丟失。可實現(xiàn)系統(tǒng)參數(shù)的控制量在線精密的閉環(huán)控制，可選擇軸向應(yīng)力、應(yīng)變（位移）、圍壓、水頭壓力等多種伺服閉環(huán)控制方式，各控制方式之間可平穩(wěn)圓滑切換。同時，提供用戶系統(tǒng)參數(shù)的控制接口，用戶可以對系統(tǒng)控制參數(shù)進(jìn)行設(shè)置以適應(yīng)不同的控制環(huán)境，有著具有很好的靈活性。計算機全數(shù)字顯示軸向力、位移、變形、圍壓、體變等多個工程量，多通道并行獨立完成測量、顯示、控制任務(wù)。

  Mulit04全數(shù)字閉環(huán)控制器，有4個獨立的伺服電機控制通道，在試驗過程中各種控制速率及控制功能均可互相切換能根據(jù)試驗要求同時或分別閉環(huán)控制電機工作，保證了整個加載系統(tǒng)的同步或異步控制，大大提高試驗系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

能夠根據(jù)用戶提出的要求進(jìn)行儀表升級，當(dāng)儀表出現(xiàn)故障時，能夠及時方便地進(jìn)行維修處理。

（2）傳感器

傳感器對試驗機精度影響較大，其特點是：高精度、高穩(wěn)定性、高可靠性，抗干擾能力。

軸向承壓采用負(fù)荷傳感器，圍壓采用用液壓（力）傳感器。試件變形傳感器采用位移傳感器。

4、水路控制系統(tǒng)

由圍壓、水路、排水與體積變形傳感器組成。

5、計算機控制與處理系統(tǒng)

由計算機、打印機、控制和數(shù)據(jù)處理軟件組成，接收測控系統(tǒng)上傳的數(shù)據(jù)并對測控系統(tǒng)下達(dá)控制指令。

控制和數(shù)據(jù)處理軟件,試驗過程可以通過計算機輸入?yún)?shù)或者其它友好的用戶界面進(jìn)行控制，儀器的所有加荷控制和測量數(shù)據(jù)均可以實現(xiàn)計算機實時顯示反饋；配套 8 通道可視化儀器儀表數(shù)據(jù)程序，可以自動定時記錄試驗過程，可自動識別儀器儀表 LCD 顯示屏截圖，并以數(shù)字形式進(jìn)行記錄，兼容 EXCEL。

三、 主要技術(shù)指標(biāo)

1. 試樣尺寸：直徑Φ100 mmx500mm 的土樣；

2. 軸向使用伺服作動器，保證20KN動靜荷載，電氣缸橫梁上部；頻率范圍：1－10Hz；

3. 自平衡壓力室：試件尺寸（直徑X高）Φ100x200mm；壓力2MPa；

4. 波形：正弦波、方波、三角波、用戶自定義波形輸入；

5. 靜荷載±100kN；

6. 全自動圍壓控制：量程 2MPa，精度±1kPa；

7. 力傳感器量程：20kN（動態(tài)）；精度 0.1%；

8.軸向位移：100mm，位移精度優(yōu)于±0.1％F.S；

9.臺式電腦 1 臺：i5 處理器、內(nèi)存 16GB、硬盤 1TB，顯示器：22英寸

10.控制和處理軟件：Windows7/10下運行

四、試驗步驟

A、靜態(tài)三軸試驗

1按《水工瀝青混凝土試驗規(guī)程》7.1瀝青混合料的制備與現(xiàn)場取樣中的規(guī)定制備瀝青混合料。

2將試模預(yù)熱至105℃±5℃，涂刷脫模劑，然后將150℃±5℃的熱混合料分4層裝入試模中，每層擊實后高度約為50mm，擊實次數(shù)以試件的密度達(dá)到馬歇爾標(biāo)準(zhǔn)擊實試件密度的±1%為準(zhǔn)。帶模試件自然冷卻后脫模。

3試件尺寸為Ф100mmx200mm，高度尺寸偏差為±2mm。用卡尺量取試件尺寸，并檢查其外觀。有嚴(yán)重缺陷或試件端面與處的高度差超過2mm的試件均應(yīng)廢棄。

4將試件放入壓力室并對中，在規(guī)定的試驗溫度下恒溫不少于3h。如無特殊要求，試驗溫度采用工程當(dāng)?shù)啬昶骄鶜鉁鼗虿捎?℃和25℃。

5調(diào)整試驗儀軸向位移與體變位移，使軸向壓頭與頂部壓蓋接觸，并使體變位移穩(wěn)定。

6 開啟量測系統(tǒng)，施加設(shè)定的周圍壓力，并保持恒壓30min。周圍壓力的大小與分級應(yīng)根據(jù)工程的實際受力情況確定，一般不少于4級。每級周圍壓力應(yīng)做3個試件。

7按規(guī)定變形速率施加軸向壓力進(jìn)行剪切。如變形速率沒有規(guī)定，可采用應(yīng)變速率0.1%/min控制，對于高度為200mm的試件，軸向變形速率為0.2mm/min。剪切過程中，同時測讀和記錄軸向壓力、軸向變形、體變變形，并控制試驗過程中周圍壓力、溫度和變形速度恒定。

8 當(dāng)軸向壓力出現(xiàn)峰值后，停止試驗。如不出現(xiàn)峰值，可按 20%應(yīng)變值停止試驗。

9試驗結(jié)束后，卸去軸向壓力和周圍壓力，取出試件，對試件外觀進(jìn)行描述記錄。

10試驗結(jié)果處理

10.1以主應(yīng)力σ為橫坐標(biāo)，剪應(yīng)力ι為縱坐軸，在橫坐標(biāo)軸上以（σ1+σ3）/2為圓心，（σ1-σ3）/2為半徑，繪制不同周圍壓力下的應(yīng)力圓，作諸圓的包絡(luò)線，包絡(luò)線的傾角為內(nèi)摩擦角φ，包絡(luò)線在縱坐標(biāo)上的截距為黏結(jié)力c。

10.2繪制不同周圍壓下軸向偏應(yīng)力（σ1-σ3）- 軸向應(yīng)變關(guān)系曲線及軸向應(yīng)變  （ε1）- 體積應(yīng)變（εV）- 關(guān)系曲線，根據(jù)下式由體積應(yīng)變計算側(cè)向應(yīng)變（ε3），精確至0.01%:

式中:ε3---- 側(cè)向應(yīng)變，%;

εV---- 體積應(yīng)變，%;

ε1---- 軸向應(yīng)變，%。

10.3按以上關(guān)系曲線,求得瀝青混凝土在三向受力狀態(tài)下的非線性變形模量、泊松比等參數(shù)。

10.4 同一周圍壓下測試3個試件，取偏應(yīng)力的平均值作為試驗結(jié)果。當(dāng)3個試件測值中值或最小值之一與中間值之差超過中間值的15%時，取中間值。當(dāng)3個試件測值中值和最小值與中間值之差均超過中間值的15%時，應(yīng)重做試驗。

B、動態(tài)三軸試驗

1按《水工瀝青混凝土試驗規(guī)程DL/T 5362-2018》7.1的規(guī)定制備瀝青混合料。

2將試模預(yù)熱至105℃±5℃，涂刷脫模劑，然后將105℃±5℃的熱混合料分4層裝入試模中，每層擊實后高度約為50mm，擊實次數(shù)以試件的密度達(dá)到馬歇爾標(biāo)準(zhǔn)擊實試件密度的±1%為準(zhǔn)。帶模試件自然冷卻后脫模。

3試件尺寸為 Φ100mx200mm，高度尺寸偏差為+2mm。用卡尺量取試件尺寸，并檢查其外觀。有嚴(yán)重缺陷或試件端面與處的高度差超過2mm的試件均應(yīng)廢棄。

4在規(guī)定的試驗溫度下恒溫不少于3h。 如沒有特殊規(guī)定，試驗溫度采用工程當(dāng)?shù)啬昶骄鶜鉁鼗虿捎?5℃和5℃。

5量測系統(tǒng)調(diào)零。 將試件對中安放在壓力室中，避免試驗時試件偏心受力。

6根據(jù)工程的實際 受力情況選擇周圍壓力和應(yīng)力比(軸向壓力與周圍壓力之比)。施加壓力時，先施加約20kPa的初始周圍壓力，逐漸增加周圍壓力和軸向壓力，至達(dá)到試驗要求的應(yīng)力比保持此應(yīng)力比穩(wěn)定30min,即為穩(wěn)定應(yīng)力比。

7根據(jù)要求設(shè)置動荷載波形、大小、 頻率及振次等試驗參數(shù)。無特殊要求時，動荷載頻率宜采用1Hz；在設(shè)置動荷載時，由小到大，逐級增加，直至達(dá)到試驗要求的值。

8按設(shè)置好的參數(shù)進(jìn)行試驗， 記錄動荷載、 軸向變形及側(cè)向變形，完成預(yù)定振次、級次后停機。

9試驗結(jié)束，取出試件，描述試件破壞形狀。

10對同一配合比的瀝青混凝土試件， 宜選擇1個~3個穩(wěn)定應(yīng)力比。在同一穩(wěn)定應(yīng)力比下， 應(yīng)選擇1個~3個不同的周圍壓力。每一周圍壓力下做不少于3個試件，每個試件分5級以上逐級遞增動應(yīng)力進(jìn)行試驗。

11動三軸試驗結(jié)果處理

11.1穩(wěn)定應(yīng)力比按下式計算:

式中: Kc----穩(wěn)定應(yīng)力比;

σ1c----軸向穩(wěn)定應(yīng)力， kPa:

σ3c----側(cè)向穩(wěn)定應(yīng)力， kPa.

11.2初始剪應(yīng)力比按下式計算:

式中α----初始剪應(yīng)力比:

?0----振前試樣45°面上的剪應(yīng)力，kPa;

σ0----振前試樣45°面上的法向應(yīng)力，kPa。

11.3動應(yīng)力按下式計算，精確至1kPa:

式中: σd:動應(yīng)力，kPa;

Pd----動荷載， 荷載曲線上波峰的荷載值，N;

A----試件面積，mm2

11.4動應(yīng)變按下式計算，精確至0.01%:

式中: εd----動應(yīng)變，%;

δd----動變形，變形曲線上的波峰值，mm;

h----試件高度， mm。

五、配置清單