一種真三軸試驗儀中主應力施加裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種真三軸試驗儀中主應力施加裝置，包括分別設置在試樣兩側(cè)的兩個底座；所述兩個底座上均設有能在所述底座上水平移動、且能在豎直方向上伸縮的加載單元；所述試樣其中一側(cè)的加載單元外側(cè)與加壓裝置接觸；所述試樣另外一側(cè)的加載單元外側(cè)與反力支架接觸，所述反力支架上安裝有應力傳感器。本發(fā)明實現(xiàn)了真三軸中主應力的獨立施加，同時解決了現(xiàn)行采用加壓板疊合施加中主應力時摩擦力過大以及土體擠進縫隙導致試驗誤差過大的問題，為進一步分析三維應力狀態(tài)下土體力學特性創(chuàng)造了試驗條件。
【專利說明】一種真三軸試驗儀中主應力施加裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種真三軸試驗儀中主應力施加裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]目前，用于室內(nèi)土體試驗的各種各樣的真三軸儀大體上可以歸為兩大類。第一類真三軸儀三個主應力非完全獨立地施加，大、中主應力σ2是在小主應力σ3的基礎上分別施加偏應力σ3、σ2-σ3得到的，此類真三軸儀難以進行如等傅^等特殊應力路徑試驗。
[0003]第二類真三軸儀可以完全獨立的施加三個主應力。這類真三軸儀的大、中、小主應力可在三個方向之間自由輪換，因此可以方便地進行各種應力路徑試驗。缺點是這類儀器三個方向的加壓系統(tǒng)之間都容易相互干擾。
[0004]第二類儀器中主應力加壓方式主要有剛性加壓板加壓和柔性橡皮膜加壓兩種。采用柔性橡皮膜加壓，雖然可以克服三個方向相互干擾的問題，但是往往存在加壓面壓力分布不均勻以及施加的壓力水平有限等問題，壓力過大，橡皮膜可能破壞，尤其對于粗粒土更是如此。而采用剛性板加壓雖然可以解決壓力分布不均勻、施加的壓力水平有限的問題，但是由于剛性板缺乏變形協(xié)調(diào)性，經(jīng)常出現(xiàn)加壓系統(tǒng)之間相互干擾的問題。
[0005]由此，有研宄者提出了采用剛性加壓板與柔性填充物逐層相間疊合的方法來解決加載過程中相互干擾的問題，取得了一些效果。但新的問題來了，首先，試驗過程中，由于柔性填充物剛度很小，在軸向壓力下，部分土體擠進加壓板空隙中，形成凹凸不平的接觸表面，一方面增大了試樣與加壓板間摩擦力，另一方面阻礙了試樣軸向變形的發(fā)展，導致試驗結(jié)果失真；其次，由于加壓板和填充物剛度差異很大，與試樣接觸時形成軟硬交錯的接觸面，在試樣表面附近形成極為復雜的應力場，對試驗結(jié)果的影響很難評估，不利于試驗結(jié)果分析與運用。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種真三軸試驗儀中主應力施加裝置。
[0007]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種真三軸試驗儀中主應力施加裝置，包括分別設置在試樣兩側(cè)的兩個底座；所述兩個底座上均設有能在所述底座上水平移動、且能在豎直方向上伸縮的加載單元；所述試樣其中一側(cè)的加載單元外側(cè)與加壓裝置接觸；所述試樣另外一側(cè)的加載單元外側(cè)與反力支架接觸，所述反力支架上安裝有應力傳感器。
[0008]所述兩個加載單元的頂端均與能在所述加載單元上水平移動的軸向加壓支架接觸；所述試樣頂端與承壓板接觸；所述承壓板與豎直設置的軸向傳力桿底端接觸；所述軸向傳力桿頂端與所述軸向加壓支架固定連接。保證軸向加壓過程中試樣的軸向變形與中主應力加載裝置豎向變形協(xié)調(diào)一致。
[0009]所述底座包括導軌和設置在所述導軌上、且能在所述導軌上轉(zhuǎn)動的多個軸承；該底座結(jié)構(gòu)簡單，制作方便。
[0010]所述加載單元包括下加壓板和與所述下加壓板平行的上加壓板；所述下加壓板和上加壓板之間平行設置有多個中間加壓板；所述下加壓板與中間加壓板之間、相鄰的中間加壓板之間、所述上加壓板與中間加壓板之間均設有彈性橡皮管；所述下加壓板下表面與所述試樣底面處于同一水平面上；所述下加壓板下表面與所述軸承接觸；所述上加壓板、多個中間加壓板上均開設有至少一個通孔，豎直設置的立柱自所述通孔穿過所述上加壓板和多個中間加壓板，且所述立柱底端與所述下加壓板固定連接；所述立柱橫截面直徑小于所述通孔底面直徑。該加載單元水平向、豎直向均可以自由滑動，可在試樣一側(cè)任意獨立施加中主應力，由反作用原理在另一側(cè)得出其應力值。通孔大小略大于立柱的直徑，以便上加壓板、中間加壓板能上下自由移動。
[0011]所述下加壓板、上加壓板靠近所述試樣的一側(cè)分別與下接觸擋板、上接觸擋板固定連接，且所述下接觸擋板頂部與所述上接觸擋板底部接觸且能在豎直方向上相對滑動。下接觸擋板、上接觸擋板克服了試驗時摩擦力過大以及土體擠入中間加壓板的問題。
[0012]所述下加壓板和上加壓板靠近所述所述試樣的一側(cè)均開設有L形凹槽；所述下接觸擋板底端、上接觸擋板頂端均設有與所述凹槽匹配的榫頭；所述榫頭卡合到所述凹槽內(nèi)。凹槽和榫頭的連接牢固，防止擋板松動。
[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所具有的有益效果為:本發(fā)明實現(xiàn)了真三軸中主應力的獨立施加，同時解決了現(xiàn)行采用加壓板疊合施加中主應力時摩擦力過大以及土體擠進縫隙導致試驗誤差過大的問題，為進一步分析三維應力狀態(tài)下土體力學特性奠定了基礎。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明一實施例中主應力加壓裝置示意圖；
圖2為下加壓板構(gòu)造不意圖；
圖3為中間加壓板構(gòu)造示意圖；
圖4為上加壓板構(gòu)造不意圖；
圖5為接觸擋板構(gòu)造示意圖。

【具體實施方式】
[0015]如圖1-圖3所示，本發(fā)明一實施例包括包括導軌2和設置在所述導軌2上、且能在所述導軌2上轉(zhuǎn)動的多個軸承3 ;加載單元包括下加壓板5和與所述下加壓板5平行的上加壓板8 ;所述下加壓板5和上加壓板8之間平行設置有多個中間加壓板7 ;所述下加壓板5與中間加壓板7之間、相鄰的中間加壓板7之間、所述上加壓板8與中間加壓板7之間均設有彈性橡皮管6 ;所述下加壓板5下表面與所述試樣25底面處于同一水平面上；所述下加壓板5下表面與所述軸承3接觸；所述上加壓板8、多個中間加壓板7上均開設有至少一個通孔12，豎直設置的立柱9自所述通孔12穿過所述上加壓板8和多個中間加壓板7，且所述立柱9底端與所述下加壓板5固定連接；所述立柱9橫截面直徑小于所述通孔12底面直徑；軸向加壓支架19通過滾軸20與所述上加壓板8接觸；下加壓板5、上加壓板8靠近所述試樣25的一側(cè)分別與下接觸擋板14、上接觸擋板16固定連接，且所述下接觸擋板14頂部與所述上接觸擋板16底部接觸且能在豎直方向上相對滑動。
[0016]下加壓板5和上加壓板8靠近所述所述試樣25的一側(cè)均開設有L形凹槽11 ;所述下接觸擋板14底端、上接觸擋板16頂端均設有與所述凹槽11匹配的榫頭13 ;所述榫頭13卡合到所述凹槽11內(nèi)。
[0017]立柱9的頂部設有螺帽10，可以防止上加壓板8松動。
[0018]每片中間加壓板的厚度可取4_-6_，寬度與試樣寬度保持一致，目前真三軸試驗通常采用立方體試樣，中主應力加載面的寬度一般在30mm-60mm。固定在下加壓板5上的立柱9的直徑可取3mm-5mm，高度主要取決于試樣的高度，一般可取70mm-150mm，加壓板之間采用彈性小橡皮管鋪設，彈性小橡皮管一般為空心管，外徑即可。開設在上加壓板、下加壓板上的凹槽11的深度可取3mm-5mm，高度可取;上接觸擋板14、下接觸擋板16采用高強度薄鋁板，厚度0.高度取試樣高度的2/3 — 3/4左右，保證上接觸擋板14、下接觸擋板16具有一定的搭接長度，試驗時對擋板表面進行打磨刨光以減小其摩擦阻力。
[0019]試驗時先將試樣25安裝好，接下來將下加壓板5、彈性橡皮管6、中間加壓板7、上加壓板8依次疊層組裝形成加壓板組合體，并擰緊螺帽10，然后將上下接觸擋板依次安裝好，安裝時先安裝下接觸擋板14，再安裝上接觸擋板16。最后將加壓裝置推近試樣表面，讓上下接觸擋板與試樣表面充分接觸，并保證試樣底面與下加壓板底面處在同一水平面上，再將液壓加壓活塞18 (提供中主應力)、反力支架23、應力傳感器24安裝到位。中主應力加壓裝置即安裝完成。
[0020]為保證軸向加壓過程中試樣的軸向變形與中主應力加載裝置豎向變形協(xié)調(diào)一致，將帶滾軸20的軸向加壓支架19固定到軸向傳力桿21上，軸向加壓支架19通過滾軸20將力通過上加壓板8傳到中主應力加載裝置上，使其同步產(chǎn)生豎向變形。
[0021]下接觸擋板14通過榫頭13插入到下加壓板5的凹槽11中。在下加壓板5上鋪設彈性橡皮管6，使其排列整齊均勻，再將中間加壓板7通過預先設置的通孔12穿過立柱9，放置在鋪設的彈性橡皮管6上，保證中間加壓板7可以沿著立柱9上下自由移動。上加壓板8上表面與試樣頂面持平，擰好螺帽10，再將上接觸擋板16通過榫頭13插入到上加壓板8的凹槽11當中。在組合加壓板受壓或者回彈時，上、下接觸擋板可以上下自由錯動，保證上、下接觸擋板、加壓板組合體及試樣25保持同步變形。加壓板組合體安裝完成后，推近試樣25，讓上、下接觸擋板與試樣表面充分接觸，然后將中主應力加壓活塞18、反力支架23、應力傳感器24安裝好，接下來將小主應力的加壓設備安裝好，最后，裝好承壓板22、軸向傳力桿21，將軸向加壓支架19放置到加載單元上，使其滾軸20剛好與上加壓板8的表面接觸。
[0022]試驗時，按試驗方案依次獨立施加三個方向的主應力。當施加軸向應力時(即大主應力)，傳力桿21帶動軸向加壓支架19 一起變形，由滾軸20將力傳到加壓板組合體上，使其同步變形，接觸擋板也同時產(chǎn)生上下錯動來協(xié)調(diào)豎向的變形；施加中主應力時，通過左側(cè)的加壓活塞18推動加壓裝置向右移動，由另一側(cè)的應力傳感器24來測得應力。試驗過程中加載單元始終可以沿水平向、豎直向自由移動，具有較好的變形協(xié)調(diào)性。
【權(quán)利要求】
1.一種真三軸試驗儀中主應力施加裝置，其特征在于，包括分別設置在試樣(25)兩側(cè)的兩個底座(I);所述兩個底座(I)上均設有能在所述底座(I)上水平移動、且能在豎直方向上伸縮的加載單元；所述試樣(25)其中一側(cè)的加載單元外側(cè)與加壓裝置接觸；所述試樣(25)另外一側(cè)的加載單元外側(cè)與反力支架(23)接觸，所述反力支架(23)上安裝有應力傳感器(24)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的真三軸試驗儀中主應力施加裝置，其特征在于，所述兩個加載單元的頂端均與能在所述加載單元上水平移動的軸向加壓支架(19)接觸；所述試樣(25)頂端與承壓板(22)接觸；所述承壓板(22)與豎直設置的軸向傳力桿(21)底端接觸；所述軸向傳力桿(21)頂端與所述軸向加壓支架(19)固定連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的真三軸試驗儀中主應力施加裝置，其特征在于，所述底座(I)包括導軌(2)和設置在所述導軌(2)上、且能在所述導軌(2)上轉(zhuǎn)動的多個軸承(3)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的真三軸試驗儀中主應力施加裝置，其特征在于，所述加載單元包括下加壓板(5)和與所述下加壓板(5)平行的上加壓板(8);所述下加壓板(5)和上加壓板(8)之間平行設置有多個中間加壓板(7);所述下加壓板(5)與中間加壓板(7)之間、相鄰的中間加壓板(7)之間、所述上加壓板(8)與中間加壓板(7)之間均設有彈性橡皮管(6);所述下加壓板(5)下表面與所述試樣(25)底面處于同一水平面上；所述下加壓板(5)下表面與所述軸承(3)接觸；所述上加壓板(8)、多個中間加壓板(7)上均開設有至少一個通孔(12)，豎直設置的立柱(9)自所述通孔(12)穿過所述上加壓板(8)和多個中間加壓板(7)，且所述立柱(9 )底端與所述下加壓板(5 )固定連接；所述立柱(9 )橫截面直徑小于所述通孔(12)底面直徑。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的真三軸試驗儀中主應力施加裝置，其特征在于，所述軸向加壓支架(19 )通過滾軸(20 )與所述上加壓板(8 )接觸。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的真三軸試驗儀中主應力施加裝置，其特征在于，所述下加壓板(5)、上加壓板(8)靠近所述試樣(25)的一側(cè)分別與下接觸擋板(14)、上接觸擋板(16)固定連接，且所述下接觸擋板(14)頂部與所述上接觸擋板(16)底部接觸且能在豎直方向上相對滑動。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的真三軸試驗儀中主應力施加裝置，其特征在于，所述下加壓板(5)和上加壓板(8)靠近所述所述試樣(25)的一側(cè)均開設有L形凹槽(11);所述下接觸擋板(14)底端、上接觸擋板(16)頂端均設有與所述凹槽(11)形狀大小匹配的榫頭(13);所述榫頭(13)卡合到所述凹槽(11)內(nèi)。
【文檔編號】G01N3/02GK104458409SQ201410831917
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月29日
【發(fā)明者】彭凱, 馮樹榮, 蔡昌光 申請人:中國電建集團中南勘測設計研究院有限公司