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央视新闻直播间讲述大国科学家崔鹏院士 德国WILLE冻土三轴仪助力泥石流学术创新



40年逆行 守护生命



2022531日,在CCTV央视新闻直播间《大国科学家》系列报道中,讲述了被称为“泥石流院士”的中国科学院院士崔鹏,40年来逆行无数地质自然灾害区域,致力于防灾减灾、守护生命的光辉事迹。




作为一名年已65岁高龄的花甲老人,崔鹏院士依然精神矍铄的带领中科院科研团队穿行于泥石流灾害易发、多发野外地区,毫无倦怠的投入于地质、地貌的调研和分析工作当中,为研究出更好地防灾、减灾方法和技术提供最直接的科学依据。




我国是自然灾害频发,且危害最为严重的国家,全国国土面积的65%以上是山地和高原,而泥石流是广袤山区里非常普遍的一种自然现象,极易对人民群众的生命和财产造成毁灭性危害。



身为中国第一位泥石流专业博士,拥有40年在灾区一线工作的经历,崔鹏院士逐渐在泥石流的形成、运动、成灾机理及防治技术等方面形成了自己的观点,并初步建立了土力类泥石流启动理论,确定了泥石流启动临界条件,并揭示其形成和成灾机理,提出了泥石流过程监测与多级精准预警原理与技术,带领团队构建了第一个基于动力学过程的数值模拟系统和灾害险情预备预报平台,形成了全流域过程调控的泥石流灾害防治技术体系,做出了系统性和创新性的学术贡献。



当下又是临近汛期,崔鹏院士再次带团队研究人员进入繁重的调研、分析工作当中,利用先进的检验检测仪器设备对庞杂的海量数据进行演算、研究,争分夺秒地为汛期地质自然灾害的预警、预防进行准备工作,力求最大可能地防灾、减灾,为保障人民群众生命及财产安全贡献着自己的力量。



在崔鹏院士工作的研究室中,集中了各类先进的检测、试验仪器设备,这些高精技术科学研究设备,不仅帮助研究团队更加高效、精准、快速的实现了对土质环境采样的分析,更加助力研究人员能够突破一些传统老式试验研究手段的禁固,获得更多试验数据的支撑,并取得更大的学术理论方面的进展。


例如上图所示的德国WILLE公司的动态高压低温三轴试验系统(冻土三轴仪)试验系统,即是专为在不同温度条件下对土样进行应力路径三轴试验而设计制造的,拥有高准确度和性能,可以在不同温度条件下进行试验,从低温冻土试验到高温膨润土试验。这为研究团队实现对不同地质环境条件下的土样检验、检测,快速获得详细样品分析结果和精准试验数据提供了强有力的支持。




实验设备---德国WILLE冻土三轴仪


冻土三轴仪


设备名称:动态高压低温三轴试验系统

制  造  商:德国APS-WILLE Geotechnik


多年以来,德国wille成功地提供了不同试验范围的、用于岩土工程试验的三轴试验系统。这些产品为用户 提供了很大灵活性,以高精度运行试验,并为系统添加各种升级模块满足所需的试验需求。 温控三轴拥有高准确度和性能,用户可以在不同温度条件下进行试验,从低温冻土试验到高温膨润土试验。独特灵活的软件及高端组件,让用户可以更好的使用设备和运行试验。


该系列土力学三轴试验系统是为在不同温度条件下对土样 进行应力路径三轴试验而设计制造的。许多试验需要对试 样进行高温或低温的温度控制,这就需要一个设计简单的 系统,能够避免试验过程中试样出现任何温度梯度,并 形成稳定的恒温条件。


德国wille冻土三轴仪可根据用户需求进行定制,例如使用电机或液压作 动器提供静态或动态荷载,低围压压力或高达 32MPa 的 高围压压力,低温试验或/和高温试验,都可以一起配置以 满足试验需求。温度控制系统可将试样温度控制在-30℃至+200℃范围内。


德国wille使用专门的解决方案来控制三轴室的温度,即双层壁 温控 (DWTC) 三轴室,无需使用内部盘管进行加热/冷却, 不用占用三轴室内部的空间,并且让安装内置应变测量装 置变得简单。 强大的 GEOsys 软件支持所有试验程序,可以很好地操 控所有试验,用户可自己编程,根据试验需求 编辑和运行自定义试验程序。


产品特点

▍ 各种范围的静态或动态荷载

▍ 电机或伺服液压加载系统,涵盖所有需要的荷载和频率

▍ 试样直径可达150mm

▍ 高达32MPa 的各种三轴室

▍ 高达-30℃度的冻土试验

▍ 高达+200℃的高温试验

▍ 包括不同试验模块的软件,例如标准静态三轴试验(CD、CU 和 UU)、应力路径试验、动态试验等

▍ 以太网连接,可将数据快速传输到 PC

▍ 可以为试样提供不同类型的加载波形,例如正弦波、方波、三角波、矩形波和用户自定义波形

▍ 各种温度范围的控制系统包括: • 环境温度到 -30℃度  • 环境温度到 +200℃  • 低温/高温组合,从 -20℃到 +200℃度

▍ 多种升级选项,例如非饱和、动态围压、弯曲元、高压三轴等

▍ 试样安装方便

▍ 安装了控制软件的 PC 直接操控整个系统

▍ 用于动态试验的高速动态控制器,用于监测测量值和试验程序(2,5KHz 或 10 KHz)

冻土三轴仪

主要配置

① 伺服液压加载架(可选伺服电机加载嘉)

② 液压动力源

③ 三轴室(THM 型)

④ 气动滑动机构,便于操作三轴室

⑤ 动态围压体积压力控制器

⑥ 动态反压体积压力控制器

⑦ 温控系统,由 GEOsys 软件控制加热和冷却

⑧ 高级动态控制器

⑨ 软件,支持各种静态和动态三轴试验

冻土三轴仪


加载架

德国wille的加载架有强大的功能,已经成为执行复杂或普通土力学试验的理想选择,其特点是设计坚固。 设计制造不同类型的加载架以对试样施加静态或动态载荷,这些加载架涵盖了地质力学试验的荷载和频率范围。 静态电机加载系统,最大荷载范围高达250kN,动态系列有电机或伺服液压型号,用户可以根据需求在这些型号中轻松选择。

▍ 静态电机加载架,荷载高达 250kN

▍ 动态电机加载架,可选 60kN-5Hz/25kN-10Hz

▍ 动态伺服液压加载架,荷载高达 1000kN、频率高达40Hz

● 静态电机加载架:微处理器控制的精密通用加载架 UL 系列集成了力、位置和速度控制, 用于应变、应力或位移(位置)的闭环控制,包括高质量数据采集和控 制器,可以更好的方式使用设备和运行试验。

● 动态加载架:动态电机加载架或动态伺服液压加载架,用户能够对试样施加大范围的动荷载。该系列加载架带有高达10kHz的强大动 态控制器,从而使得该系统在动态试验领域具有独特的功能。配合独特而灵活的软件以及高端组件,用户可以更好的方 式使用设备和运行试验。


动静态三轴试验系统

该系列三轴室采用特殊的双层壁技术,以最小的试样温度梯 度提供最高的试样温度控制性能。

温控由双层壁三轴室及其内部的热交换器实现,与具有闭环 温度控制的高精度恒温循环油浴相连。这种设计为用户提供 了一个很大的优势,可以轻松、迅速抬起三轴室。在传统方 法中,用户必须抬起三轴室、拆除内部盘管,需要更长的时间。 在双层壁温控 (DWTC) 三轴室中,不需要在试样周围放置用 于热传导的盘管,不用占用三轴室的内部空间,还让安装试 样更加简单、缩短了安装时间。双层壁温控三轴室,节省的 空间可用于内置传感器的安装,使得需要测量局部应变的试 验非常容易实现,例如水泥、土壤或粘土的三轴试验。

带有相关附件的三轴室,用户可以在不同范围内控制和监测 三轴室内部的温度,一般温度范围如下:

● -30℃~环境温度      ● 从环境温度~+200      ● -30℃~ +200℃

冻土三轴仪

主要特点

▍ 特殊传热方式

▍ 无需内部安装加热 / 冷却盘管

▍ 易于安装试样和传感器

▍ 热电偶线缆直接穿过耐压过孔

▍ 专为内置传感器设计,例如:内置水下荷载传感器、内置应变测量组件(轴向和径向)、 超声波试验组件、弯曲元组件(垂直/水平)、 声发射试验组件 、 温度测量传感器

▍ 温度范围从 -30℃~ +200℃

▍ 压力范围高达 32MPa

▍ 试样直径从 38 ~ 150mm

▍ 试样的长径比为 2 或 2.5


温控系统(加热和制冷)

带风冷系统的温控循环油浴可以控制内部油浴的温度,也可 以通过循环液体控制其他外部设备的温度。

▍ 精确的温度控制

▍ 不锈钢制成的保温浴

▍ 大显示屏,明亮的 5.7 英寸触摸屏,具有图形功能和友好 的导航菜单

▍ 采用即插即用技术的多点触控控制器

▍ 强大的压力 / 循环泵

▍ 所有重要的操作参数和温度值都整齐地显示在触摸屏上

▍ 集成的 USB 和以太网端口允许连接到 PC 或网络,用于远程控 制或数据传输

▍ 5 点校准

▍ Pt100 传感器连接

▍ 循环油浴配有隔热盖板,以避免形成冷凝水和冰

冻土三轴仪


完整温控系统组成

● 双层壁温控三轴室

● 温度控制系统(加热 / 冷却)

● 三轴室的隔热外壳,最大限度地减少热传导

● 三轴室与温控系统之间所有管道的保温套

● 内部温度传感器,测量三轴室内部的温度

● 荷载传递杆和作动器之间,三轴室底座和加载架之间的隔热板

● 控制和数据采集软件,通过 PC 控制温控系统的所有功能(包括接头和线缆)

● 外部温度传感器,最大限度地减少温度梯度,以满足温度保护限制值和安全要求(可选)

● 可选配循环泵,增加输送流量和输送压力

                

静态围压和反压系统

围压和反压得自动控制可通过选配不同的控制器来实现,这取决于各种压力范围和不同的试验、实验室设施和技术要求等。 不同饱和度、应力 / 应变路径、渗透率、K0 和其他试验都可以以最高的精度轻松运行。


A) 气压控制器 (APC)

该系列的标准配置包括一台气压控制器(APC)产生气压,再传 递到围压和孔隙压力。该系统是全自动系统,通过 PC 和专用软 件进行控制。通过封闭式气 / 水囊将气压转换为液压,加上自动体变测量装置, 测量体积变化。

工作压力 : 可达 2MPa

压力出口 : 2 个,1 个围压 1 个反压  (可以升级为 3 个用于非饱和土试验)


B) 体积压力控制器 (VPC)

该设备包括两个用于施加反压和围压的液压缸。它们是注射式无 波动泵,可精确产生和调节压力,并针对不同的试验要求在各种 范围内提供精确的流量控制。

设备的控制可以通过可独立使用的控制面板或通过 PC 和专用软 件轻松完成,非常方便且易于操作。

                                             冻土三轴仪       冻土三轴仪

                                          

数据采集系统

数字式、高速、高分辨率、可扩展、实时控制数据采集系统,高达 10KHz 控制和 24 位分辨率数据采集。动态控制器可 用于电机系统、液压系统、和各种传感器,例如荷载传感器、LVDT、应变计、引伸计、热电偶等。

控制器功能强大,用户可通过智能传感器插头对测量和控制参数(传感器)进行模块化设计,存储校准参数,可以根据应 用场合灵活使用。

冻土三轴仪

主要特点

▍ 多达 32 个用于静态和动态试验的低噪声闭环控制通道

▍ 每个控制轴通道可达 24 位分辨率(例如力、位移、压力、应变)

▍ 具有数字控制器参数化

▍ 所有控制功能之间的平滑切换

▍ 完整、同步的数据传输,避免任何数据丢失

▍ 数字可调控制器参数(PID 参数)

▍ 简单灵活的试验或参数调整

▍ 外部连接的端口管理

▍ 使用 PC 软件进行配置和参数设置


GEOSYS 软件

GEOsys 是 Windows 下的多功能模块化控制和数据采集软件。用户可以通过图形界面上的结构化 Windows 指令对复杂 的用户自定义试验序列进行简单编程。

GEOsys 利用灵活的可编程系统来控制协调各种试验流程的试验设备。灵活的操作面板提供了用于配置硬件设备的工具、 用于执行加载程序的编辑器以及分析、仿真和数据存储功能。

软件支持试验环境的模块化结构,实现灵活配置满足用户的特定要求。用户可以通过图形界面使用结构化的 Windows 操作简单而自由地编写标准或复杂的试验序列。

Geosys 软件拥有强大的功能,它 不仅与我们的产品兼容,而且还可 以与其他制造商的硬件一起使用, 为类似或更高标准的硬件提供数据 采集和试验控制。

冻土三轴仪

主要特点

▍ 满足所有试验需求的独特试验平台,无论是土力学、沥青、岩石还是其他的动态和静态试验

▍ 控制和数据采集软件

▍ 同步所有动态作动器

▍ 自由可编程的试验序列控制和公式编辑器(升级版)

▍ 使用真正的并行配置通道对每个通道进行完整的实时数据采集和闭环控制

▍ 灵活且用户友好

▍ 支持同类厂商功能 ASCII 数据转换选项

▍ PID 参数的设置(参数优化或调整取决于材料)

▍ 易于管理的用户角色(系统管理员、服务人员、试验开发人员、实验员)——减少出错的可能性

▍ 独立于操作系统平台的软件,例如适用于 WINDOWS、LINUX 或 MAC OSX 等

▍ 用户可以通过图形界面使用结构化的 Windows 操作,简单而自由地编程标准或复杂的试验序列

▍ 适用于多达任意数量的同步且独立的实时、闭环控制通道、机器或试验设备,例如轴向载荷、围压、孔隙水压、孔隙气压等

▍ 硬件组件的管理,自定义测量值计算

▍ 语言:英语、德语、俄语、中文、波兰语等


三轴试验模块 (动静态)

GEOsys 专为闭环控制静态和动态试验而设计,适用于材料试验中所有试验应用,例应力控制、应变控制、所有应力路 径、任何类型的波形,如正弦、矩形、三角形和用户定义波形。 控制和数据采集软件还具有不同的模块,可根据 ASTM 或 BS 或其他标准运行试验。下面列出的某些试验需 要额外的可选硬件。我们根据客户的需求,一个或多个软件模块将与主软件一起交付,例如:

● 数据采集、处理和设备管理 (DPD) 模块
● 饱和试验模块
● B 值检测模块
● 固结模块(各向同性或各向异性)
● 渗透性试验模块
● 应力路径模块:线性应力路径 p、q 或 s、t 方法
● 静态剪切模块: UU:不固结不排水三轴试验(总应力试验) CU:固结不排水三轴试验,测量孔压(有效应力试验) CD:固结排水三轴试验,测量孔压(有效应力试验)
● 非饱和试验模块
● K0 试验模块
● 拉伸试验模块
● 动态剪切模块
● 高级加载模块
● 弹性模量试验模块
● 温控三轴试验  冻融试验  温度梯度试验
● 动态围压 / 反压模块







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