Hệ thống thử nghiệm ba trục động mẫu đất

Hệ thống thử nghiệm ba trục động mẫu đất

Đáp ứng tiêu chuẩn: ASTM D2850, ASTM D4767, ASTM D3999, ASTM D7181, ASTM D5311, AASHTO T307, BS 1377-7, BS 1377-8.
Giới thiệu
Thử nghiệm ba trục động được thực hiện trên đất khi cần đánh giá các đặc tính cường độ và biến dạng của chúng trong điều kiện tải trọng chu kỳ. Những điều kiện này có thể bao gồm tải trọng động đến từ động đất, các phương tiện và tàu hỏa chạy qua, sóng biển, gió, máy rung, v.v. Có nhiều biến thể của thử nghiệm Động ba trục và người dùng nên chọn thử nghiệm mô phỏng chính xác nhất các điều kiện tại hiện trường.

Thiết bị và Phụ kiện
Thiết bị ba trục động thường là phiên bản nâng cao của hệ thống ba trục tĩnh. Bản phác thảo của hệ thống ba trục động điển hình được hiển thị trong Hình 1. Nó bao gồm các thành phần sau:

Khung gia tải:
Phụ kiện này cần phải đủ chắc chắn để chịu được lượng tải tác dụng lên mẫu mà không bị biến dạng đáng kể. Ngoài ra, nó cần phải chịu được độ rung của bộ truyền động động và ứng phó với những thay đổi đột ngột về tải trong quá trình thử nghiệm theo chu kỳ. Một số biến thể của khung tải có thể được sử dụng cho cả thử nghiệm ba trục tĩnh và động.

Thiết bị truyền động động:
Bộ truyền động động cho phép khung tải áp dụng tải tuần hoàn lên mẫu đất. Nó có nhiều khả năng tải khác nhau (ví dụ: 5 đến 500 kN) và tần số (0,1 đến 20 Hz). Việc lựa chọn hệ thống phù hợp nhất sẽ phụ thuộc vào loại ứng dụng mà người dùng quan tâm và loại mẫu thử được sử dụng để thử nghiệm. Bảng 1 trình bày một số giá trị tần số điển hình cho các ứng dụng phổ biến nhất. Thông thường, tần số lên tới 1 Hz được coi là đủ cho hầu hết các ứng dụng.

Buồng ba trục, được sửa đổi đặc biệt để thực hiện các bài thử nghiệm động:
Buồng ba trục được sử dụng trong thử nghiệm Động là phiên bản sửa đổi của Buồng ba trục tĩnh. Nó sử dụng một pít-tông cải tiến với vòng đệm ma sát thấp để tránh quá nhiệt và giảm sự xuống cấp trong quá trình chuyển động theo chu kỳ của ram. Các buồng có ba cổng được sử dụng để kiểm soát Áp suất giới hạn, áp dụng Áp suất ngược cho mẫu và một cổng có đầu dò để đo Áp suất nước lỗ rỗng (PWP) (Hình 1). Các cổng thoát được thiết kế đặc biệt, cho phép sử dụng các cảm biến bên trong (bộ chuyển đổi trên mẫu) được gắn trên mẫu vật hoặc các bộ phận Bender, cũng có thể có sẵn. Nắp trên được sử dụng trong thử nghiệm Động thường được cố định vào thanh truyền tải để tạo ra lực căng (ứng suất âm) và được kết nối với bộ điều khiển Áp suất ngược thông qua van áp suất ngược, từ đó mẫu có thể được bão hòa và cố kết.

Bộ điều khiển áp suất tự động để điều chỉnh áp suất buồng và áp suất ngược:
Trong quá trình gia tải lên mẫu theo chu kỳ, thanh tải sẽ di chuyển vào và ra khỏi buồng mẫu theo chu kỳ. Điều này làm cho Áp suất buồng tăng và giảm tương ứng, làm thay đổi ứng suất tổng theo chiều ngang và chiều dọc. Thông thường có bốn cách để khắc phục vấn đề này. Trong trường hợp đầu tiên, một túi khí được để lại ở trên cùng của ngăn sẽ “mang” sự dao động áp suất do khả năng nén cao (so với nước thực tế không thể nén được). Phương pháp thứ hai liên quan đến việc sử dụng Bộ điều khiển áp suất khí nén và Giao diện không khí-nước (Hình 3). Với cấu hình này, việc điều chỉnh áp suất rất nhanh và cho phép Áp suất buồng mẫu duy trì không đổi ngay cả ở tần số tải cao. Những phát triển gần đây để kiểm soát Áp suất buồng mẫu bao gồm Bộ điều khiển áp suất thủy lực tự động rất chính xác, với khả năng điều chỉnh nhanh chóng các biến động áp suất và Bộ điều khiển áp suất động thực hiện điều chỉnh theo chu kỳ của Áp suất buồng mẫu. Phương pháp được chọn phụ thuộc vào độ chính xác cần thiết và ngân sách sẵn có.

Bộ điều khiển áp suất ngược thường là thủy lực và bơm nước vào mẫu qua đầu trên. Nó được sử dụng để làm bão hòa mẫu bằng cách đẩy nước vào và do đó buộc không khí lỗ rỗng hòa tan vào đó. Bộ điều khiển áp suất ngược thường có thể đo thể tích nước di chuyển vào và ra khỏi mẫu và do đó xác định sự thay đổi thể tích của mẫu sau khi bão hòa.

Cảm biến đo tải (Load Cell):
Các cám biến đo tải thường được đặt chìm (nằm bên trong buồng mẫu) để tránh ma sát xuất hiện giữa ram tải và buồng mẫu. Hơn nữa, việc sử dụng cảm biến tải trọng chìm được coi là cần thiết trong thử nghiệm Động ba trục vì chúng không bị ảnh hưởng bởi lực đẩy lên do sự gia tăng áp suất giới hạn. Ngoài ra, chúng còn được cố định chắc chắn vào các nắp trên để tạo độ căng. Giá trị đo của Load Cell phụ thuộc vào kích thước mẫu (đường kính mẫu càng lớn thì tải trọng chịu được càng cao) và độ chính xác mà người dùng yêu cầu. Thông thường, cảm biến tải trọng được sử dụng có giá trị đo từ 1 kN đến 50 kN.

Cảm biến đo chuyển vị:
Cảm biến dịch chuyển phải được gắn trên thanh gia tải để theo dõi biến dạng chính xác của mẫu trong quá trình gia tải theo chu kỳ. Chúng thường là Bộ chuyển đổi biến dạng tuyến tính (LSCT) và chúng có thể có hành trình tối đa là 100 mm. Một phương pháp khác để đo độ biến dạng của mẫu đất là sử dụng các xung truyền động cơ điện được chuyển đổi thành chuyển vị trong khi động cơ đang chuyển động.

Cảm biến đo áp lực nước lỗ rỗng:
Áp lực nước lỗ rỗng được đo bằng cảm biến áp suất nối với một cổng ở đáy mẫu đất. Cảm biến áp suất được sử dụng cho mục đích này phải có khả năng đo áp suất ở tốc độ cao hơn (tức là nhanh hơn) so với hệ thống ba trục tĩnh.

Hệ thống thu thập dữ liệu:
Hệ thống thu thập dữ liệu cần có khả năng thu thập dữ liệu ở tốc độ cao, lên tới 500 mẫu mỗi giây. Bằng cách này, dạng sóng thu được được vẽ rất chính xác và hành vi của đất có thể được ghi lại một cách chi tiết.

Quý khách hàng có nhu cầu đầu tư, trang bị hệ thống thử nghiệm động mẫu đất xin vui lòng liên hệ với Interlink Việt Nam để được tư vấn chi tiết.