本發(fā)明涉及一種用于巖土相似材料的真三軸加卸載實(shí)驗(yàn)裝置，具體涉及一種可觀測(cè)巖土相似材料變形破裂的真三軸加卸載實(shí)驗(yàn)裝置及其實(shí)驗(yàn)方法。

背景技術(shù)：

巷(隧)道、礦井、基坑等地下工程巖土體的開(kāi)挖都會(huì)對(duì)圍邊圍巖產(chǎn)生卸荷作用，引起圍巖發(fā)生變形甚至破裂。為采取有效支護(hù)手段來(lái)控制圍巖變形破裂擴(kuò)展以維護(hù)工程穩(wěn)定，則避免不了研究巖體或土體在加卸載過(guò)程中的力學(xué)行為特征。傳統(tǒng)方法一般采用三軸試驗(yàn)機(jī)來(lái)研究巖(土)體圓柱試樣在不同軸壓和圍壓下的變形破裂特征，但這種方法存在以下幾點(diǎn)不足：①由于采用圍壓加卸載的方式，巖(土)體在水平面兩個(gè)方向受到的壓力始終是保持一致的，不能真正意義上對(duì)巖(土)體三個(gè)方向?qū)崿F(xiàn)不同壓力的加卸載，與實(shí)際工程圍巖的受力情況存在較大差別；②加卸載試驗(yàn)過(guò)程中，巖(土)體圓柱試樣始終置于密閉的空間容器內(nèi)，只能對(duì)圍巖頂面豎向位移以及側(cè)面水平位移進(jìn)行觀測(cè)，無(wú)法獲得加卸載過(guò)程中圍巖的真三維變形破裂擴(kuò)展規(guī)律，不足以全面反映巖(土)體的力學(xué)行為特征；③三軸試驗(yàn)機(jī)價(jià)格普遍偏高且操作復(fù)雜，容易出現(xiàn)漏油現(xiàn)象，難以得到廣泛使用。因此，傳統(tǒng)方法不能很好用于研究巖(土)體在加卸載過(guò)程中的變形破裂行為特征，為工程圍巖穩(wěn)定控制提供重要依據(jù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種可觀測(cè)巖土相似材料變形破裂的真三軸加卸載實(shí)驗(yàn)裝置及其實(shí)驗(yàn)方法。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：

一種可觀測(cè)巖土相似材料變形破裂的真三軸加卸載實(shí)驗(yàn)裝置，包括框架體系、加載系統(tǒng)以及底板平臺(tái)，所述底板平臺(tái)包括底板和墊板，所述框架體系由后固定板塊、左固定板塊、前固定板塊、右固定板塊、螺桿、六角螺母以及T型螺栓構(gòu)成，所述加載系統(tǒng)包括手輪、渦輪減速器、絲桿、壓力傳感器、滑動(dòng)壓頭、固定壓頭，墊板安裝在底板的上頂面，底板的上頂面通過(guò)T型螺栓安裝有后固定板塊、前固定板塊、右固定板塊，左固定板塊通過(guò)T型螺栓安裝在底板的上頂面，后固定板塊和前固定板塊通過(guò)兩螺桿相連，螺桿一端穿過(guò)后固定板塊連接有六角螺母，另一端穿過(guò)前固定板塊連接有六角螺母，左固定板塊和右固定板塊通過(guò)兩螺桿相連，螺桿一端穿過(guò)左固定板塊連接有六角螺母，另一端穿過(guò)右固定板塊連接有六角螺母，墊板頂端放置有正方體試件，正方體試件后端安裝有滑動(dòng)壓頭，右側(cè)安裝有固定壓頭，滑動(dòng)壓頭和固定壓頭均通過(guò)絲杠連接有渦輪減速器，絲杠一端與渦輪減速器相連，另一端通過(guò)壓力傳感器分別與滑動(dòng)壓頭和固定壓頭相連，所述的滑動(dòng)壓頭由壓板連接頭、滑動(dòng)端頭、第一壓板、框架滑槽、壓頭滑槽和加固肋構(gòu)成，壓板上安裝有四條加固肋，且中心處安裝有壓頭滑槽，滑動(dòng)端頭兩端與壓頭滑槽活動(dòng)連接，壓板左側(cè)安裝有壓板連接頭，壓板連接頭與右固定板塊中的預(yù)留滑槽活動(dòng)連接，右上側(cè)和右下側(cè)均開(kāi)設(shè)有框架滑槽，框架滑槽與左固定板塊中的滑動(dòng)框架壓板連接頭活動(dòng)連接。(多個(gè)標(biāo)點(diǎn)符號(hào))目的是實(shí)現(xiàn)滑動(dòng)壓板前后移動(dòng)過(guò)程中，帶動(dòng)左固定板塊的滑動(dòng)框架也前后移動(dòng)，而滑動(dòng)壓板左右移動(dòng)時(shí)，左固定板塊的滑動(dòng)框架則保持不動(dòng)；所述的固定壓頭由第二壓板、加固肋、固定端頭以及預(yù)留滑槽構(gòu)成，第二壓板上安裝有四條加固肋，且中心處安裝有固定端頭，第二壓板右側(cè)設(shè)有預(yù)留滑槽，與第一壓板的壓板連接頭活動(dòng)連接，目的是配合滑動(dòng)端頭，實(shí)現(xiàn)固定壓板在左右移動(dòng)的過(guò)程中，帶動(dòng)第一壓板也左右移動(dòng)；而滑動(dòng)壓板前后移動(dòng)時(shí)，固定壓板則保持不動(dòng)；保證試件始終處于密閉的壓縮環(huán)境中，不會(huì)被擠出。

優(yōu)選地，所述底板和墊板均為鋼板。

優(yōu)選地，所述左固定板塊和前固定板塊的中間部位做成鏤空式，鏤空處設(shè)有U型鋼滑動(dòng)框架和有機(jī)玻璃板，實(shí)現(xiàn)對(duì)巖土相似材料試件前、左兩個(gè)端面的變形破裂現(xiàn)象進(jìn)行直接觀測(cè)。

上述一種可觀測(cè)巖土相似材料變形破裂的真三軸加卸載實(shí)驗(yàn)裝置的實(shí)驗(yàn)方法，包括如下步驟：

S1、將制作好的立方體相似材料試件放入上述實(shí)驗(yàn)裝置內(nèi)，搖動(dòng)后端和右端手輪，使后端和右端的壓頭壓板、前固定板、左固定板與試件直接接觸；

S2、將上述實(shí)驗(yàn)裝置移動(dòng)到單軸加載試驗(yàn)機(jī)平臺(tái)上，在巖土相似材料試件的左端和前端兩個(gè)方向各分別布置1臺(tái)高分辨率數(shù)碼相機(jī)已對(duì)試件的兩個(gè)斷面進(jìn)行變形破裂數(shù)字照相量測(cè)；

S3、控制單軸加載試驗(yàn)機(jī)對(duì)試件頂面進(jìn)行加載和卸載；或分別搖動(dòng)后端或右端的手輪配合渦輪減速器，推動(dòng)絲桿緩慢對(duì)巖土相似材料試件的后、右兩個(gè)端面進(jìn)行不同程度的加載或卸載。

本發(fā)明具有以下有益效果：

不僅可對(duì)巖土相似材料試件進(jìn)行真三軸試驗(yàn)，還可對(duì)試驗(yàn)過(guò)程中試件兩個(gè)斷面的變形破裂進(jìn)行直接觀測(cè)，具有簡(jiǎn)單靈活、使用經(jīng)濟(jì)、操作方便和易于推廣等優(yōu)點(diǎn)。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例一種可觀測(cè)巖土相似材料變形破裂的真三軸加卸載實(shí)驗(yàn)裝置的俯視圖。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例一種可觀測(cè)巖土相似材料變形破裂的真三軸加卸載實(shí)驗(yàn)裝置的正視圖。

圖3為本發(fā)明實(shí)施例一種可觀測(cè)巖土相似材料變形破裂的真三軸加卸載實(shí)驗(yàn)裝置的側(cè)視圖。

圖4為本發(fā)明實(shí)施例一種可觀測(cè)巖土相似材料變形破裂的真三軸加卸載實(shí)驗(yàn)裝置的中滑動(dòng)壓頭的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5為本發(fā)明實(shí)施例一種可觀測(cè)巖土相似材料變形破裂的真三軸加卸載實(shí)驗(yàn)裝置的固定壓頭的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

如圖1-圖5所示，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種可觀測(cè)巖土相似材料變形破裂的真三軸加卸載實(shí)驗(yàn)裝置，包括框架體系、加載系統(tǒng)以及底板平臺(tái)，所述底板平臺(tái)包括底板12和墊板11，所述框架體系由后固定板塊2、左固定板塊6、前固定板塊10、右固定板塊14、螺桿3、六角螺母1以及T型螺栓9構(gòu)成，所述加載系統(tǒng)包括手輪16、渦輪減速器15、絲桿4、壓力傳感器5、滑動(dòng)壓頭7、固定壓頭13，墊板11安裝在底板12的上頂面，底板12的上頂面通過(guò)T型螺栓9安裝有后固定板塊2、前固定板塊10、右固定板塊14，左固定板塊6通過(guò)T型螺栓9安裝在底板12的上頂面，后固定板塊2和前固定板塊10通過(guò)兩螺桿3相連，螺桿3一端穿過(guò)后固定板塊2連接有六角螺母1，另一端穿過(guò)前固定板塊10連接有六角螺母1，左固定板塊6和右固定板塊14通過(guò)兩螺桿3相連，螺桿3一端穿過(guò)左固定板塊6連接有六角螺母1，另一端穿過(guò)右固定板塊14連接有六角螺母1，墊板11頂端放置有正方體試件8，正方體試件8后端安裝有滑動(dòng)壓頭7，右側(cè)安裝有固定壓頭13，滑動(dòng)壓頭7和固定壓頭13均通過(guò)絲杠4連接有渦輪減速器15，絲杠4一端與渦輪減速器15相連，另一端通過(guò)壓力傳感器5分別與滑動(dòng)壓頭7和固定壓頭13相連。所述的滑動(dòng)壓頭7由壓板連接頭19、滑動(dòng)端頭20、第一壓板21、框架滑槽22、壓頭滑槽23和加固肋24構(gòu)成，壓板21上安裝有四條加固肋24，且中心處安裝有壓頭滑槽23，滑動(dòng)端頭20兩端與壓頭滑槽23活動(dòng)連接，壓板21左側(cè)安裝有壓板連接頭19，右上側(cè)和右下側(cè)均開(kāi)設(shè)有框架滑槽22，框架滑槽22與左固定板塊6中的滑動(dòng)框架18壓板連接頭活動(dòng)連接，目的是實(shí)現(xiàn)第一壓板21前后移動(dòng)過(guò)程中，帶動(dòng)左固定板塊6的滑動(dòng)框架18也前后移動(dòng)，而第一壓板21左右移動(dòng)時(shí)，左固定板塊6的滑動(dòng)框架18則保持不動(dòng)；所述的固定壓頭由第二壓板27、加固肋24、固定端頭25以及預(yù)留滑槽26構(gòu)成，第二壓板27上安裝有四條加固肋24，且中心處安裝有固定端頭25，第二壓板27右側(cè)設(shè)有預(yù)留滑槽26，與第一壓板的壓板連接頭19活動(dòng)連接，目的是配合滑動(dòng)端頭20，實(shí)現(xiàn)第二壓板27左右移動(dòng)的過(guò)程中，帶動(dòng)第一壓板21也左右移動(dòng)；而第一壓板21前后移動(dòng)時(shí)，第二壓板27則保持不動(dòng)；保證試件始終處于密閉的壓縮環(huán)境中，不會(huì)被擠出。

優(yōu)選地，所述底板12和墊板11均為鋼板

優(yōu)選地，所述左固定板塊6和前固定板塊10的中間部位做成鏤空式，鏤空處設(shè)有U型鋼滑動(dòng)框架18和有機(jī)玻璃板17，實(shí)現(xiàn)對(duì)巖土相似材料試件前、左兩個(gè)端面的變形破裂現(xiàn)象進(jìn)行直接觀測(cè)。

上述一種可觀測(cè)巖土相似材料變形破裂的真三軸加卸載實(shí)驗(yàn)裝置的實(shí)驗(yàn)方法，包括如下步驟：

S1、將制作好的立方體相似材料試件放入上述實(shí)驗(yàn)裝置內(nèi)，搖動(dòng)后端和右端手輪，使后端和右端的壓頭壓板、前固定板、左固定板與試件直接接觸；

S2、將上述實(shí)驗(yàn)裝置移動(dòng)到單軸加載試驗(yàn)機(jī)平臺(tái)上，在巖土相似材料試件的左端和前端兩個(gè)方向各分別布置1臺(tái)高分辨率數(shù)碼相機(jī)已對(duì)試件的兩個(gè)斷面進(jìn)行變形破裂數(shù)字照相量測(cè)；

S3、控制單軸加載試驗(yàn)機(jī)對(duì)試件頂面進(jìn)行加載和卸載；或分別搖動(dòng)后端或右端的手輪配合渦輪減速器，推動(dòng)絲桿緩慢對(duì)巖土相似材料試件的后、右兩個(gè)端面進(jìn)行不同程度的加載或卸載。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以作出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。