在动态三轴测试中,轴向循环加载的时候,加载杆会频繁进出压力室,会造成压力室内液体受到额外的挤压或者拉伸,压力会产生波动,无法维持围压恒定。
为了保证围压恒定,或者是让波动值低于ASTM规范所规定的比值,采用了不同的处理方法,主要有3类:
1. 机械式平衡系统
机械式平衡系统的压力室属于同轴式双腔构造,压力腔(压力室)和补偿腔和空心轴向加载杆同轴,补偿腔的有效截面积和加载杆有效截面积相等。当加载杆进入压力腔的时候,会完全同步离开补偿腔同样的行程,加载杆会进入压力腔,压力腔的体积会所有减少,而这时候补偿腔的体积会增加,压力腔减少的体积和补偿腔增加的体积总是一样,两者总体积总是维持不变,由于加载腔和补偿腔通过中空加载杆连通,所以加载杆的运动不会对压力室里面的液体产生额外的积压,也就是说平衡系统基本上可以完全平衡围压的波动,保证在试验过程中围压恒定,模拟固定不变的固结应力。同样地,由于机械式平衡系统的存在,围压的变化也不会影响到轴向力,不会造成额外的轴向作用力。
在需要动态围压控制的三轴系统中,由于机械式平衡装置完全平衡掉轴压对围压的影响,所动态围压控制器只需要专注于施加动态的围压,而不受到轴向加载的影响,轴向和径向动态耦合加载的最大频率可以达到各自的最大加载能力,不会产生折减。
2. 动态反馈式补偿(电子补偿)系统
动态反馈式补偿系统根据轴向加载对围压产生的影响值作为反馈信号,动态围压控制器朝相反的方向进行运动减小围压,以抵消轴向加载所造成围压波动的影响。反馈式补偿,顾名思义必须是已经发生了压力波动,系统再伺服补偿,所以这种方法无法做到主动消除围压波动的效果,只能是让最后的波动值变小。在这种情况下情况下,轴压和围压控制器不是独立工作的,而是随时保持联动的,也就是说就算是想做静态围压情况下的动三轴测试,实际上也是在施加动态的围压。
在需要动态围压控制的实验中,动态围压控制器需要先补偿轴向加载对围压的影响,然后再施加用户想要的动态围压波形,这样轴向和径向动态耦合加载的最大频率可往往远小于各自的最大加载频率,甚至连一半可能都无法达到。
3. 采用气动的围压加载方式
如果采用压缩空气来施加围压,由于气体的可压缩性,就算是加载杆进入压力室挤压压力室里面的压缩空气,气压的波动值也相对来说很小,一般来说波动值也在规范所规定的上限值以内,这相当是采用“不作为”的方法解决围压波动的问题。但是采用压缩空气施加围压,为了安全考虑,压力值不可能加得很大,而且压缩空气总是会穿透橡皮膜进入试样内部,造成试样不饱和。最重要的是,尽管这时候围压波动值很小,但是一定会是有波动的,这在一些常规检测性的实验中可能可以忽略不计,但是在高级的研究中,这就不可忽略了。同时,气动加载方法的精度基本上是电机/液压/气动三种方法中最低的,气体的压力大小还会受大气压力变化,温度变化的影响,不适合长时间的试验。
是否还有其他的一些方法,欢迎大家一同探讨!
CZ