專利名稱：大型真三軸試驗(yàn)測試設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及土工試驗(yàn)設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種大型真三軸試驗(yàn)測試設(shè)備。
背景技術(shù)：
對土石壩土體進(jìn)行變形研究，任一點(diǎn)的受力狀態(tài)都是三相的，存在大主應(yīng)力σ 1;小主應(yīng)力σ3和中主應(yīng)力O 2。進(jìn)行試驗(yàn)研究即是對土體施加軸向壓力(大主應(yīng)力O)、中主應(yīng)力O2、小主應(yīng)力O 3,測定不同應(yīng)力狀態(tài)下試樣軸向壓力(大主應(yīng)力O1)和中主應(yīng)力02、軸向應(yīng)變￡1和體應(yīng)變?chǔ)纽?，至試樣破壞，求得試樣抗剪?qiáng)度和應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系。目前，高土石壩土料進(jìn)行力學(xué)特性試驗(yàn)研究的一個(gè)重要手段是使用高壓三軸試驗(yàn)系統(tǒng)和高壓平面應(yīng)變系統(tǒng)，但是三軸試驗(yàn)系統(tǒng)的側(cè)向力相等(即小主應(yīng)力σ 3=中主應(yīng)力σ 2)，不能反映中主應(yīng)力σ 2的變化；而高壓平面應(yīng)變系統(tǒng)的中主應(yīng)力σ2是一種被動(dòng)力，不能施加主動(dòng)應(yīng)力。因此開展復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)與復(fù)雜應(yīng)力路徑下大壩填料的本構(gòu)特征研究，需要進(jìn)行真三軸試驗(yàn)，大型真三軸試驗(yàn)設(shè)備在對高土石壩土料的力學(xué)特性研究中占有重要的 作用。為了研究粒徑更大的土料力學(xué)性質(zhì)，需要較大尺寸的大型真三軸儀。目前土石壩常用的堆石料最大粒徑達(dá)I米量級，利用現(xiàn)有的大型試驗(yàn)儀器還不能對原型級配土石料進(jìn)行力學(xué)試驗(yàn)。因而，室內(nèi)試驗(yàn)用料的最大粒徑受到限制，需要對超過試驗(yàn)容許最大粒徑的部分進(jìn)行必要的縮尺處理。對直徑300 IOOOmm范圍內(nèi)試樣的普通高壓三軸試驗(yàn)研究表明，堆石料試驗(yàn)采用直徑為300mm的試樣即可，現(xiàn)在國內(nèi)外一般都以直徑300mm的三軸壓縮儀作為粗粒料的常規(guī)試驗(yàn)設(shè)備。現(xiàn)有技術(shù)中公開的真三軸儀器，一是西安理工大學(xué)申請的一種三向獨(dú)立加載壓力室結(jié)構(gòu)的真三軸儀(專利號CN200710019066. 5)，其試驗(yàn)尺寸是75mm*75mm*150mm，小主應(yīng)力O3和中主應(yīng)力％加載采用4個(gè)液壓囊，邊角處采用剛性板隔開，其存在最大加載量較小只有I. OMPa，而且加載囊易吹破等問題；二是河海大學(xué)申請的變形不受側(cè)向干擾的真三軸儀(專利申請?zhí)朇N200810243975. I)的試驗(yàn)尺寸是120mm*120mm*60mm，也屬于小尺寸真三軸儀，大主應(yīng)力O1和中主應(yīng)力O 2方向加載方式屬于剛性加載，盡管在中主應(yīng)力O 2方向增加了剛?cè)峄旌象w，但只能減小豎向摩擦，不能減小水平向摩擦力；小主應(yīng)力O3采用液壓囊加載，其存在小主應(yīng)力03最大加載量只有O. 8MPa，同時(shí)邊角力學(xué)概念不明確，邊角處理困難、03液壓囊易撕破等問題。這兩種專利介紹的真三軸儀的試樣尺寸均較小，只能進(jìn)行12mm以下粒徑的土樣，均不能利用在大型粒徑尺寸的真三軸研究上，而且均存在加載困難，囊袋易破，圍壓不能滿足高壓力的要求，因此需要對現(xiàn)有的真三軸加載方式進(jìn)行技術(shù)革新，實(shí)用新型一種適應(yīng)大型粒徑尺寸的真三軸儀是亟需的。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型提供一種大型真三軸試驗(yàn)測試設(shè)備，可以對試樣的六個(gè)面分別施加應(yīng)力，滿足高土石壩壩料復(fù)雜應(yīng)力路徑的試驗(yàn)研究。—種大型真三軸試驗(yàn)測試設(shè)備，在壓力室底座上設(shè)置第一軸向活塞，第一軸向活塞通過密封銅套與壓力室底座密封連接，第一軸向活塞下部連接平衡盤，第一軸向活塞上部焊接試樣底座，試樣安裝在試樣底座上，試樣兩側(cè)分別依次放置可壓縮傳力板和側(cè)向傳力板，外部依次與側(cè)向活塞、O2載荷傳感器、O2加壓油缸連接，02加壓油缸固定在側(cè)向反力梁上，四根拉桿穿過壓力室后與兩端的側(cè)向反力梁連接固定，在壓力室的頂部設(shè)置第二軸向活塞，第二軸向活塞通過密封銅套與壓力室密封連接。如上所述的大型真三軸試驗(yàn)測試設(shè)備，壓力室上設(shè)置供四根拉桿橫向穿過的拉桿 孔，四根拉桿通過拉桿孔后與側(cè)向反力梁連接固定形成O 2方向反力框架。如上所述的大型真三軸試驗(yàn)測試設(shè)備，在試樣與側(cè)向傳力板之間設(shè)置剛?cè)峤M合的可壓縮傳力板,可壓縮傳力板由特制傳力柱和泡沫墊柔性材料間隔組合而成,特制傳力柱的結(jié)構(gòu)為傳力柱兩端設(shè)置滾珠排，兩端的滾珠排呈“十”字型布置。本實(shí)用新型去除現(xiàn)有技術(shù)中采用的小尺寸真三軸儀的加壓囊袋，將試樣筒與底座密封連接后，采用直接在試樣筒內(nèi)貯滿水，對試樣施加水壓力(即小主應(yīng)力03)，然后通過O2應(yīng)力式加載同步控制系統(tǒng)和O1應(yīng)變加載同步控制系統(tǒng)對試樣前后上下四個(gè)面施加主應(yīng)力，實(shí)現(xiàn)了真三軸試驗(yàn)對各個(gè)方向施加應(yīng)力的技術(shù)要求，同時(shí)在中主應(yīng)力O 2方向增加了可壓縮傳力板，在豎向和水平向分別放置了滾珠排，克服了試樣沿％和02方向變形時(shí)與O 2側(cè)向加壓板的摩阻力。另外本實(shí)用新型的大型真三軸儀的試樣尺寸達(dá)到300 X 300 X 700mm，其小主應(yīng)力o 3可達(dá)到3. OMPa，與普通大型三軸儀的試樣尺寸和圍壓相近，可以滿足粒徑要求。本實(shí)用新型可以使圍壓滿足高壓力的要求，而且加載容易、實(shí)施方便，滿足高土石壩復(fù)雜應(yīng)力和不同應(yīng)力路徑的試驗(yàn)研究的要求。

圖I是本實(shí)用新型大型真三軸試驗(yàn)測試設(shè)備的系統(tǒng)原理圖；圖2是本實(shí)用新型大型真三軸試驗(yàn)測試設(shè)備的系統(tǒng)主視圖；圖3是本實(shí)用新型大型真三軸試驗(yàn)測試設(shè)備的系統(tǒng)俯視圖；圖4是本實(shí)用新型大型真三軸試驗(yàn)測試設(shè)備的壓力室底座俯視圖；圖5是本實(shí)用新型大型真三軸試驗(yàn)測試設(shè)備的平衡盤布置圖；圖6是本實(shí)用新型真三軸試驗(yàn)測試設(shè)備的可壓縮傳力板結(jié)構(gòu)圖；圖中1_主機(jī)油缸J-O1下加壓油缸J-O1下油缸內(nèi)置載荷傳感器；4_平衡油缸；5_平衡支撐調(diào)節(jié)桿；6_側(cè)向反力梁；7_平衡盤；8- O i下油缸位移計(jì)；9_壓力室底座；10-第一軸向活塞；11_側(cè)向傳力墊板；12_試樣底座；13-o 2加壓油缸；14_拉桿；15_側(cè)向傳力板；16_ O 2方向傳感器；17- O 2油缸位移計(jì)；18_側(cè)向活塞；19_可壓縮傳力板；20_試樣；21_試樣加壓帽；22_壓力室；23_第二軸向活塞；24- o :上油缸位移計(jì)；25_ o :上油缸內(nèi)置載荷傳感器；26 — O I上加壓油缸；27—拉桿孔；28—連接螺栓；29—圍壓進(jìn)口 ；30—孔壓進(jìn)口 ；31—反壓進(jìn)口 ；32—排水口 ；33—特制傳力柱；34—泡沫墊柔性材料。
具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合本實(shí)用新型中的附圖，對本實(shí)用新型中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。請參考圖f圖3，本實(shí)用新型大型真三軸試驗(yàn)測試設(shè)備包括O i應(yīng)變加載同步控制系統(tǒng)、σ2應(yīng)力式加載同步控制系統(tǒng)、O3加載控制系統(tǒng)、平衡壓力控制系統(tǒng)、真空飽和系統(tǒng)、主機(jī)加載系統(tǒng)。具體的，壓力室22與壓力室底座9用螺栓密封連接，壓力室底座9上設(shè)置第一軸向活塞10，第一軸向活塞10通過密封銅套與壓力室底座9密封連接。第一軸向活塞10上部焊接面積300 X 300mm的試樣底座12，試樣20安裝在試樣底座12上，試樣20兩側(cè)分別依次放置可壓縮傳力板19和側(cè)向傳力板15，可壓縮傳力板19的寬度350mm、高度700mm、厚度40mm,側(cè)向傳力板15的寬度400mm、高度710mm、厚度58mm,可壓縮傳力板19和側(cè)向傳力板15與試樣20預(yù)固定,側(cè)向傳力板15的外部依次與側(cè)向活塞18、02載荷傳感器16、02加壓油缸13連接，02加壓油缸13與σ2應(yīng)力式加載同步控制系統(tǒng)連接，σ 2力口壓油缸13固定在側(cè)向反力梁6上，四根拉桿14穿過壓力室22后與兩端的側(cè)向反力梁6連接固定。在壓力室22的頂部設(shè)置第二軸向活塞23，第二軸向活塞23通過密封銅套與壓力 室22密封連接。壓力室底座9下增加平衡油缸4和平衡盤7，用于試驗(yàn)中平衡試樣底座12和試樣20的重量，平衡壓力控制系統(tǒng)與平衡油缸4連接。在主機(jī)油缸I上部的平臺(tái)上放置σ 下加壓油缸2，在其周邊對稱放置三個(gè)平衡油缸4和三個(gè)平衡支撐調(diào)節(jié)桿5，平衡盤7放置在平衡油缸4和σ i下加壓油缸2的上部，平衡支撐調(diào)節(jié)桿5穿過平衡盤7，第一軸向活塞10放置在平衡支撐調(diào)節(jié)桿5上部。第二軸向活塞23與σ I上加壓油缸26連接，σ I下加壓油缸2和σ I上加壓油缸26與σ i應(yīng)變加載同步控制系統(tǒng)連接。請參考圖4，本實(shí)用新型大型真三軸試驗(yàn)測試設(shè)備的壓力室底座9上設(shè)有圍壓進(jìn)口 29、孔壓進(jìn)口 30、反壓進(jìn)口 31、排水口 32，與試樣加壓帽21連接后，可以根據(jù)試驗(yàn)需要對試樣20進(jìn)行抽真空、飽和、加反壓等操作。請參考圖6，本實(shí)用新型大型真三軸試驗(yàn)測試設(shè)備的可壓縮傳力板19由特制傳力柱33和泡沫墊柔性材料34間隔組合而成，特制傳力柱33的結(jié)構(gòu)為傳力柱兩端設(shè)置滾珠排，兩端的滾珠排呈“十”字型布置，即在可壓縮傳力板19的豎向和水平向分別放置了滾珠排，可以在水平方向傳遞荷載的同時(shí)保證垂直方向進(jìn)行壓縮變形，有效減小了豎向和水平向的摩阻力。試驗(yàn)過程如下I、將乳膠膜與試樣底座12密封連接，安裝制樣成膜筒，制作尺寸300 X 300 X 700mm的矩形方塊形狀的試樣20后，在試樣20頂部安裝試樣加壓帽21，并將乳膠膜與試樣加壓帽21密封連接。壓力室底座9設(shè)有圍壓進(jìn)口 29、孔壓進(jìn)口 30、反壓進(jìn)口31、排水口 32，試驗(yàn)時(shí)關(guān)閉排水口 32，通過反壓進(jìn)口 31連接真空泵，抽氣使試樣20內(nèi)部形成負(fù)壓；2、拆除成膜筒，在試樣20的前后兩個(gè)方向安裝可壓縮傳力板19和側(cè)向傳力板15，并將其與試樣20預(yù)固定；3、安裝壓力室22，擰緊連接螺母，通過圍壓進(jìn)口 29對壓力室22內(nèi)部進(jìn)行充水；4、安裝側(cè)向反力梁6，將σ2應(yīng)力式加載同步控制系統(tǒng)與02加壓油缸13連接，啟動(dòng)σ2應(yīng)力式加載同步控制系統(tǒng)，通過02加壓油缸13依次推動(dòng)σ2傳感器16、側(cè)向活塞18、側(cè)向傳力板15、可壓縮傳力板19，使可壓縮傳力板19與試樣20接觸，當(dāng)σ 2傳感器16出現(xiàn)力值時(shí)，關(guān)閉σ2應(yīng)力式加載同步控制系統(tǒng)；5、對試樣20施加保護(hù)壓力，然后對試樣20進(jìn)行飽和固結(jié)；具體的，可采用水頭飽和方法，通過孔壓進(jìn)口 30加水，通過排水口 32排出氣泡，進(jìn)而使試樣20實(shí)現(xiàn)飽和固結(jié)。在O I下加壓油缸2內(nèi)部安裝O工下油缸載荷傳感器3,在壓力室底座9和第一軸向活塞10之間安裝O1下油缸位移計(jì)8，在O I上加壓油缸26內(nèi)部安裝O i上油缸載荷傳感器25，在第二軸向活塞23和壓力室22之間安裝O1上油缸位移計(jì)24，在O 2加壓油缸13和側(cè)向活塞18之間安裝O2方向傳感器16，在側(cè)向活塞18和壓力室22之間安裝O2方向位移計(jì)17，試驗(yàn)準(zhǔn)備工作完成；6、將O3加載控制系統(tǒng)與圍壓進(jìn)口 29連接，試樣20飽和固結(jié)完成后，啟動(dòng)03加載控制系統(tǒng)，對試樣20施加預(yù)定O 3應(yīng)力值；7、試樣20飽和固結(jié)完成后，啟動(dòng)O2應(yīng)力式加載同步控制系統(tǒng)，對試樣施加預(yù)定O 2方向應(yīng)力；啟動(dòng)平衡壓力控制系統(tǒng)，施加平衡力后使平衡盤7承受試樣底座12和試樣20的重量；啟動(dòng)O I應(yīng)變加載同步控制系統(tǒng)，通過第二軸向活塞23和第一軸向活塞10對試樣施加O1軸向偏應(yīng)力，控制O1上油缸位移計(jì)24和O工下油缸位移計(jì)8等速率增加，直到試 驗(yàn)結(jié)束。試驗(yàn)過程中測記O i上油缸載荷傳感器25荷載值、O1上油缸位移計(jì)24變形值、
0I下油缸載荷傳感器3荷載值、O I下油缸位移計(jì)8變形值、O 2方向傳感器16荷載值、O 2方向位移計(jì)17變形值、體積變形值。本實(shí)用新型采用直接在試樣筒內(nèi)貯滿水，對試樣施加水壓力(即小主應(yīng)力03)，然后通過O2應(yīng)力式加載同步控制系統(tǒng)和O1應(yīng)變加載同步控制系統(tǒng)對試樣前后上下四個(gè)面施加主應(yīng)力，實(shí)現(xiàn)了真三軸試驗(yàn)對各個(gè)方向施加應(yīng)力的技術(shù)要求。本實(shí)用新型可以使圍壓滿足高壓力的要求，而且加載容易、實(shí)施方便，滿足高土石壩復(fù)雜應(yīng)力和不同應(yīng)力路徑的試驗(yàn)研究的要求。以上所述，僅為本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
，但本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不局限于此，任何屬于本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實(shí)用新型揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求1.一種大型真三軸試驗(yàn)測試設(shè)備，其特征在于在壓力室底座(9)上設(shè)置第一軸向活塞(10)，第一軸向活塞(10)通過密封銅套與壓力室底座(9)密封連接，第一軸向活塞(10)下部連接平衡盤(7)，第一軸向活塞(10)上部焊接試樣底座(12)，試樣(20)安裝在試樣底座(12)上,試樣(20)兩側(cè)分別依次放置可壓縮傳力板(19)和側(cè)向傳力板(15),外部依次與側(cè)向活塞(18)、O 2載荷傳感器(16)、O 2加壓油缸(13)連接，O 2加壓油缸(13)固定在側(cè)向反力梁(6)上，四根拉桿(14)穿過壓力室(22)后與兩端的側(cè)向反力梁(6)連接固定，在壓力室(22)的頂部設(shè)置第二軸向活塞(23)，第二軸向活塞(23)通過密封銅套與壓力室(22)密封連接。
2.如權(quán)利要求I所述的大型真三軸試驗(yàn)測試設(shè)備，其特征在于壓力室(22)上設(shè)置供四根拉桿(14)橫向穿過的拉桿孔(27)，四根拉桿(14)通過拉桿孔(27)后與側(cè)向反力梁(6)連接固定形成O2方向反力框架。
3.如權(quán)利要求I所述的大型真三軸試驗(yàn)測試設(shè)備，其特征在于壓力室底座(9)設(shè)有圍壓進(jìn)口(29)、孔壓進(jìn)口(30)、反壓進(jìn)口 (31)、排水口(32)。
4.如權(quán)利要求I所述的大型真三軸試驗(yàn)測試設(shè)備，其特征在于在試樣與側(cè)向傳力板(15)之間設(shè)置剛?cè)峤M合的可壓縮傳力板(19)，可壓縮傳力板(19)由特制傳力柱(33)和泡沫墊柔性材料(34)間隔組合而成，特制傳力柱(33)的結(jié)構(gòu)為傳力柱兩端設(shè)置滾珠排，兩端的滾珠排呈“十”字型布置。
5.如權(quán)利要求I所述的大型真三軸試驗(yàn)測試設(shè)備，其特征在于試樣(20)為矩形方塊形狀，尺寸為300 X 300 X 700mm，試驗(yàn)最小主應(yīng)力可達(dá)到3. OMPa0
專利摘要一種大型真三軸試驗(yàn)測試設(shè)備，在壓力室底座上設(shè)第一軸向活塞，第一軸向活塞通過密封銅套與壓力室底座密封連接，第一軸向活塞下部連接平衡盤，第一軸向活塞上部焊接試樣底座，試樣安裝在試樣底座上，試樣兩側(cè)分別依次放置可隨試樣變形的壓縮傳力板和側(cè)向傳力板，外部依次與側(cè)向活塞、σ2載荷傳感器、σ2加壓油缸連接，σ2加壓油缸固定在側(cè)向反力梁上，四根拉桿穿過壓力室后與兩端的側(cè)向反力梁連接固定，壓力室的頂部設(shè)置第二軸向活塞，第二軸向活塞通過密封銅套與壓力室密封連接。本實(shí)用新型可對試樣的σ1、σ2、σ3方向分別施加壓力，實(shí)現(xiàn)了真三軸試驗(yàn)的測試技術(shù)要求。
文檔編號G01N3/12GK202383024SQ20112047298
公開日2012年8月15日 申請日期2011年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月24日
發(fā)明者丁紅順, 左永振, 張繼勛, 程展林 申請人:長江水利委員會(huì)長江科學(xué)院