CK 0 U 三軸儀器

圖4-3 為 CKoU 三軸室設備示意圖，頂底蓋直徑為 70mm，高度 150mm；

試體頂蓋及底座皆有一透水石，並各嵌入一剪力波元件（Bender Element），

用以傳送及接收剪力波。三軸試驗設備主要以不銹鋼內支撐與三軸室下部 緊密結合，以壓克力外罩所組成。除了剪力波元件線路連接至三軸室上方 外，所有水氣管線皆連接至三軸室底部，再匯集至一簡單的配接盤。

三軸室內部架設兩組微應變感測器(non-contact displacement transducer) 與其標的物，目的在於直接量測試體之徑向位移；為了量測試體真實所承

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載之軸向力，將荷重元固定於試體底座之下，可消除因加壓桿摩擦阻力所 造成之誤差。

三軸室上端並裝有一氣壓缸（Double Bellofram Piston），如此即可獨立 控制垂直與橫向應力，使加壓荷重桿受圍壓作用時，保持加壓荷重桿之平 衡與穩定

軸壓加載系統

加載系統均採用一具高解析度及高扭力電磁感應驅動馬達，即俗稱的 步進/伺服馬達（Dynaserv DR 1220E）。馬達之最大扭力為 220 N-m，最大 軸向抗壓為4087 kg，最大軸向抗拉為 2044kg，此馬達解析度為每轉 614400 步。可由步進的數目、旋轉的方向與速度來控制馬達乃至於試體受力之方 向與變形速率，因此相當適合施做需精確控制位移之微小應變試驗。

進行三軸試驗時，需將步進馬達結合高精密度滾珠螺桿（ball screw）

（THK BIF 2005）及栓槽軸（THK LBF 25T），使馬達的旋轉動能轉變為線 性動能。其線性運動組合原理為滾珠螺桿固定於馬達圓盤上，滾珠螺桿再 與栓槽軸結合，並將栓槽軸固定於馬達外罩底盤，依此順序將各元件結合，

若將三軸室荷重桿與栓槽軸接合，便可進行上下往復式三軸試驗；依上述 各元件型號組合，則馬達旋轉五圈將會帶動滾珠螺桿25.4mm 之線性運動，

而提供三軸試驗之所需動力。此一設計重點再於施力方向反轉時不會產生 背隙，而每一mm 之移動，使用本加載系統可分成約 120945（614400×5/25.4）

步控制，因此有足夠之解析度在所需之應變範圍內進行試驗。

軸壓控制系統

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試驗垂直向加載主要由馬達所產生，透過撰寫LabVIEW 程式使馬達卡

（NI PCI-7344）傳送數位訊號至 terminal board（NI UMI-7764），再將訊號 傳輸至馬達驅動器驅使馬達產生旋轉動能，可由程式控制馬達行走步數、

方向及速度；進行應變回饋控制試驗時，由於馬達卡本身便具有微處理器，

由電腦傳送訊息至馬達卡後，馬達卡本身便可進行回饋計算，因此若在同 一台電腦同時進行馬達控制及試驗資料記錄，對於紀錄的速度並不會有何 任影響。

氣壓與水壓控制系統

與CRS 壓密試驗使用相同的系統，詳細描述請見 4.1.1 小節。

量測系統

本試驗量測設備，為三軸試驗所量測之軸向荷重、軸向應變、徑向應 變、圍壓及超額孔隙水壓。軸向荷重量測使用沉水式荷重元（Load cell）將 之置於三軸室底部。此荷重元可用於量測軸向荷重達25kN，此荷重元內部 充滿除氣油，在其上方有一栓塞，當任何力量作用於荷重元，便會使栓塞 向下移動並引發荷重元內產生等量的油壓，如此荷重元將只反應軸差應 力，而不會被圍壓所影響。圍壓及孔隙水壓量測採用可耐壓 1400kPa 水壓 計（Pressure Transducer）（DATA AB）使用。

另外，位移計的量測範圍為 2.3mm，解析度在 0.02μm 以下，輸出電壓 為0~20V，線性範圍為 0.25mm~1.75mm 之間，一組非接觸式位移計包含一 個放大器（amplifier）、電纜線（cable）和探頭（probe）。量測方式利用渦 電流原理的冷次定律，經由通電線圈離目標金屬物（target）位移所產生的

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磁場變化，而改變電流大小。CKoU 三軸試驗所使用各項量測設備之規格如 表4-2 所示