本實(shí)用新型涉及巖土力學(xué)與巖土工程技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種巖石真三軸試驗(yàn)設(shè)備。

背景技術(shù)：

巖石力學(xué)性質(zhì)、本構(gòu)關(guān)系、強(qiáng)度準(zhǔn)則、破壞機(jī)理的研究是巖石力學(xué)與工程領(lǐng)域最基礎(chǔ)且最核心的內(nèi)容。目前相關(guān)的研究主要是通過單軸、雙軸、常規(guī)三軸試驗(yàn)進(jìn)行，由于地下工程圍巖在開挖前處于三維應(yīng)力狀態(tài)，考慮到三維應(yīng)力狀態(tài)下巖石特性與二維及一維應(yīng)力狀態(tài)下巖石性質(zhì)存在較大差異，如巖石強(qiáng)度準(zhǔn)則，二維應(yīng)力狀態(tài)下認(rèn)為巖石的破壞只與最大、最小主應(yīng)力有關(guān)，而與中主應(yīng)力無關(guān)，但目前研究發(fā)現(xiàn)中主應(yīng)力對巖石強(qiáng)度有較大影響，隨著中主應(yīng)力的增加，巖石強(qiáng)度先增加至峰值隨后會開始下降。因此，為了模擬圍巖真實(shí)環(huán)境、獲得準(zhǔn)確的巖石特性，有必要進(jìn)行巖石真三軸試驗(yàn)。

但是，現(xiàn)有技術(shù)中，由于施加中主應(yīng)力剛性結(jié)構(gòu)的關(guān)系，難以避免的會導(dǎo)致巖石試樣變形，中軸線偏移，從而導(dǎo)致側(cè)向?qū)χ袉栴}，嚴(yán)重影響實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的可靠性。同時，圍巖中節(jié)理、裂隙是主要的地下水滲流通道，絕大多數(shù)巖石工程或多或少都涉及到地下水滲流，地下水滲流特性嚴(yán)重影響工程安全穩(wěn)定及造價。此外，巖石化學(xué)溶蝕對巖石性質(zhì)也存在較大影響，于是，真三軸狀態(tài)下巖石滲透及化學(xué)腐蝕試驗(yàn)也十分重要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型提供一種巖石真三軸試驗(yàn)設(shè)備，解決了現(xiàn)有技術(shù)中真三軸試驗(yàn)中巖石試樣對中精度不高，中軸線偏移的技術(shù)問題。

為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型提供了一種巖石真三軸試驗(yàn)設(shè)備，包括：垂直加載系統(tǒng)、水平加載系統(tǒng)、反力架、三軸室以及浮動框架；

所述垂直加載系統(tǒng)設(shè)置在所述反力架上部；

所述三軸室固定在所述反力架上；

所述浮動框架通過滑動連接件與所述三軸室活動相連，可沿水平方向相對于所述三軸室滑動；

其中，所述浮動框架包括：第一固定板、第二固定板以及連接在兩者間的導(dǎo)向桿；所述導(dǎo)向桿通過設(shè)置在所述三軸室上的滑動管套與所述三軸室活動相連；

所述水平加載系統(tǒng)包括：第一施力組件以及與之相對的第二施力組件；所述第一施力組件固定在所述第一固定板上，所述第二施力組件固定在所訴第二固定板上。

進(jìn)一步地，所述三軸室包括：固定室、三軸室底座、升降連桿、側(cè)壓板以及側(cè)壓板支撐件；

所述固定室固定在所述反力架上，位于所述垂直加載系統(tǒng)正下方；

所述三軸室底座通過所述升降連桿與所述固定室相連；

所述側(cè)壓板通過所述側(cè)壓板支撐件固定在所述三軸室底座上；

其中，所述側(cè)壓板包括：第一側(cè)壓板以及第二側(cè)壓板；

在執(zhí)行試驗(yàn)時，巖石試樣固定在所述三軸室底座上，夾在所述第一側(cè)壓板和所述第二側(cè)壓板之間；所述第一施力組件抵靠在所述第一側(cè)壓板上，所述第二施力組件抵靠在所述第二側(cè)壓板上。

進(jìn)一步地，所述第一側(cè)壓板與所述第二側(cè)壓板結(jié)構(gòu)相同，包括：內(nèi)側(cè)壓板、外側(cè)壓板以及夾在兩者間的滾珠排。

進(jìn)一步地，所述第二施力組件包括：水平千斤頂、水平壓頭以及第二水平壓力傳感器；

所述水平千斤頂固定在所述第二固定板上；

所述第二水平壓頭固定在所述水平千斤頂前端；

所述水平壓力傳感器設(shè)置在所述水平千斤頂上，用于檢測水平壓力。

進(jìn)一步地，所述第一施力組件包括：旋轉(zhuǎn)推拉裝置以及第一水平壓頭；

所述第一水平壓頭固定在所述旋轉(zhuǎn)推拉裝置上；

所述旋轉(zhuǎn)推拉裝置固定在所述第一固定板上，可在水平方向上驅(qū)動所書第一水平壓頭移動。

進(jìn)一步地，所述垂直加載系統(tǒng)包括：垂直千斤頂、垂直壓力傳感器以及上壓頭；

所述垂直千斤頂固定在所述反力架上；

所述上壓頭固定在所述垂直千斤頂前端；

所述垂直壓力傳感器設(shè)置在所述垂直千斤頂，用于檢測豎向壓力。

進(jìn)一步地，所述垂直加載系統(tǒng)還包括：球形絞座以及與之匹配的球頭；

所述球形絞座連接與所述上壓頭相連，所述球頭與所述垂直千斤頂前端相連。

進(jìn)一步地，所述三軸室還包括：試驗(yàn)底座以及試樣頂部墊塊；

所述試樣底座固定在所述三軸室底座上，用于承載巖石試樣；

所述試樣頂部墊塊設(shè)置在所述上壓頭與巖石試樣頂部之間。

進(jìn)一步地，所述設(shè)備被還包括：萬向輪組；

所述萬向輪組固定在所述反力架底部。

進(jìn)一步地，所述反力架上設(shè)置加強(qiáng)鋼梁。

本申請實(shí)施例中提供的一個或多個技術(shù)方案，至少具有如下技術(shù)效果或優(yōu)點(diǎn)：

本申請實(shí)施例中提供的巖石真三軸試驗(yàn)設(shè)備，通過水平加載系統(tǒng)搭配浮動框架，第一施力組件充當(dāng)σ₂方向反力構(gòu)件，使得施加到巖石試樣的左右兩側(cè)的應(yīng)力均勻?qū)Φ?，同時在水平千斤頂施加σ₂方向應(yīng)力時，浮動框架可以左右移動，保證試樣σ₂方向兩側(cè)形變相同，從而保持中軸線穩(wěn)定不偏移，有效解決了真三軸試驗(yàn)中σ₂方向存在的對中問題，保證巖樣在側(cè)向的對中，保證加載時試樣處于基座中央。

進(jìn)一步地，在巖石試樣左右兩側(cè)設(shè)置側(cè)向壓板，且側(cè)向壓板采用滾珠排嵌于內(nèi)外兩側(cè)板的結(jié)構(gòu)形式，試驗(yàn)過程中嵌套滾排的方式可以有效減小側(cè)面摩擦效應(yīng)，保持所施加的σ₂的均勻性。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的巖石真三軸試驗(yàn)設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的浮動框架結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

本申請實(shí)施例通過提供一種巖石真三軸試驗(yàn)設(shè)備，解決了現(xiàn)有技術(shù)中真三軸試驗(yàn)中巖石試樣對中精度不高，中軸線偏移的技術(shù)問題；達(dá)到了提升對中可靠性，保證真三軸試驗(yàn)的穩(wěn)定可靠的技術(shù)效果。

為解決上述技術(shù)問題，本申請實(shí)施例提供技術(shù)方案的總體思路如下：

通過浮動框架的設(shè)置使得施加的σ₂的對稱性性，保持中軸線的穩(wěn)定；進(jìn)一步通過側(cè)向壓板有效減小側(cè)面摩擦效應(yīng)，保持所施加的σ₂的均勻性。

為了更好的理解上述技術(shù)方案，下面將結(jié)合說明書附圖以及具體的實(shí)施方式對上述技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明，應(yīng)當(dāng)理解本實(shí)用新型實(shí)施例以及實(shí)施例中的具體特征是對本申請技術(shù)方案的詳細(xì)的說明，而不是對本申請技術(shù)方案的限定，在不沖突的情況下，本申請實(shí)施例以及實(shí)施例中的技術(shù)特征可以相互組合。

參見圖1，本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種巖石真三軸試驗(yàn)設(shè)備，包括：垂直加載系統(tǒng)2、水平加載系統(tǒng)3、4、反力架1、三軸室(5、6、7、8、9)以及浮動框架。

具體來講，所述垂直加載系統(tǒng)2設(shè)置在所述反力架1上部；以所述反力架1為施力支點(diǎn)施加豎向力。

所述三軸室固定在所述反力架1上；用于固定承載巖石試樣10。

所述浮動框架通過滑動連接件與所述三軸室活動相連，可沿水平方向相對于所述三軸室滑動。

其中，所述浮動框架包括：第一固定板12、第二固定板13以及連接在兩者間的導(dǎo)向桿11；所述導(dǎo)向桿11通過設(shè)置在所述三軸室上的滑動管套與所述三軸室活動相連。

所述水平加載系統(tǒng)包括：第一施力組件3以及與之相對的第二施力組件4；所述第一施力組件3固定在所述第一固定板12上，所述第二施力組件4固定在所訴第二固定板13上。

具體來講，所述第一施力組件3以及與之相對的第二施力組件4分別以第一固定板12、第二固定板13為施力支點(diǎn)，相向施力，由于浮動框架可沿三軸室滑動，因此兩側(cè)施加的力相等，使得中軸線穩(wěn)定居中，保持了真三軸試驗(yàn)數(shù)據(jù)的穩(wěn)定可靠。

進(jìn)一步地，所述三軸室包括：固定室5、三軸室底座6、升降連桿7、側(cè)壓板9以及側(cè)壓板支撐件8。

所述固定室5固定在所述反力架1上，位于所述垂直加載系統(tǒng)2正下方；便于豎向施力。

所述三軸室底座6通過所述升降連桿7與固定室5相連；便于試樣裝卸。

所述側(cè)壓板9通過所述側(cè)壓板支撐件8固定在所述三軸室底座6上。

其中，所述側(cè)壓板6包括：第一側(cè)壓板以及第二側(cè)壓板；

在執(zhí)行試驗(yàn)時，巖石試樣10固定在所述三軸室底座6上，夾在所述第一側(cè)壓板和所述第二側(cè)壓板之間；所述第一施力組件3抵靠在所述第一側(cè)壓板上，所述第二施力組件4抵靠在所述第二側(cè)壓板上。通過側(cè)壓板受力傳遞給巖石試樣10。

進(jìn)一步地，所述第一側(cè)壓板與所述第二側(cè)壓板結(jié)構(gòu)相同，包括：內(nèi)側(cè)壓板、外側(cè)壓板以及夾在兩者間的滾珠排。能夠在受力的時候通過滾珠排滑動抑制摩擦效應(yīng)，保持施力穩(wěn)定可靠。

所述第二施力組件包括：水平千斤頂、水平壓頭以及第二水平壓力傳感器。

所述水平千斤頂固定在所述第二固定板13上；通過右側(cè)夾板15鎖緊。

所述第二水平壓頭固定在所述水平千斤頂前端；用于傳導(dǎo)水平力。

所述水平壓力傳感器設(shè)置在所述水平千斤頂上，用于檢測水平壓力。

所述第一施力組件3包括：旋轉(zhuǎn)推拉裝置以及第一水平壓頭。

所述第一水平壓頭固定在所述旋轉(zhuǎn)推拉裝置上；通過左側(cè)夾板鎖緊。

所述旋轉(zhuǎn)推拉裝置固定在所述第一固定板上，可在水平方向上驅(qū)動所書第一水平壓頭移動。

所述垂直加載系統(tǒng)包括：垂直千斤頂、垂直壓力傳感器以及上壓頭。

所述垂直千斤頂固定在所述反力架1上；作為施力支點(diǎn)。

所述上壓頭固定在所述垂直千斤頂前端；傳導(dǎo)豎向壓力。

所述垂直壓力傳感器設(shè)置在所述垂直千斤頂，用于檢測豎向壓力。

進(jìn)一步地，所述垂直加載系統(tǒng)還包括：球形絞座以及與之匹配的球頭；

所述球形絞座連接與所述上壓頭相連，所述球頭與所述垂直千斤頂前端相連；用于均勻豎向壓力。

進(jìn)一步地，所述三軸室還包括：試驗(yàn)底座以及試樣頂部墊塊；所述試樣底座固定在所述三軸室底座上，用于承載巖石試樣；所述試樣頂部墊塊設(shè)置在所述上壓頭與巖石試樣頂部之間。

進(jìn)一步地，所述設(shè)備被還包括：萬向輪組；

所述萬向輪組固定在所述反力架底部。

進(jìn)一步地，所述反力架上設(shè)置加強(qiáng)鋼梁。

下面將通過一個具體的結(jié)構(gòu)構(gòu)筑方案說明本實(shí)用新型。

巖石真三軸試驗(yàn)設(shè)備，包括垂直、水平加載系統(tǒng)、三軸室、反力架、浮動框架、控制系統(tǒng)和測量系統(tǒng)。

所述的反力架由加壓反力架和下部框架組成，加壓反力架由反力架頂、底板及反力架立柱組成，下部框架由頂面鋼板、橫梁和方管組成，反力架頂、底板長寬高相同，其中底板中間留有圓柱形通道，頂、底板通過立柱連接起來形成加壓反力架，加壓反力架通過螺栓固定在下部框架的頂面鋼板正中央，頂面鋼板中央留設(shè)有與反力架底板同心但直徑略小圓柱形通孔，四根方管分別位于頂面鋼板四角，與頂面鋼板連接在一起，方管底部通過橫梁相互連接，如有必要，方管中部也可以安設(shè)橫梁，以加大反力架剛度，橫梁下端面設(shè)置有滾輪。垂直加載系統(tǒng)固定安裝在加壓反力架的頂面鋼板中央，垂直千斤頂固定安裝在垂直加載系統(tǒng)的千斤頂安裝板上，垂直千斤頂活塞下方為垂直力傳感器過渡板、垂向力傳感器，垂向力傳感器通過力傳感器過渡板與垂直千斤頂活塞螺栓連接。垂向力傳感器正下方分別為與活塞尺寸配套的球頭、球座和上壓頭。球頭下表面與球座頂面圓弧尺寸配套，采用球頭設(shè)計(jì)可以確保施加的軸向力分布均勻。球座、上壓頭穿過反力架底板、頂面頂板留設(shè)的通孔，安裝在反力架上，且兩者連接在一起，可以上下運(yùn)動。

所述的三軸室由固定室、可動三軸室底座、基座、底部墊塊、左右側(cè)壓板支撐、三軸室升降連桿組成。三軸室固定室安裝在頂板中央正下方，固定室為立方體，固定室內(nèi)留有排氣孔、上端留有供上壓頭穿過的圓柱形通道且其左右兩端也留有安裝側(cè)壓頭的圓柱形通孔，通過活動連桿與底座相連，連桿可以升降從而控制三軸室的打開與閉合，底座為圓柱體，橫截面尺寸略大于三軸室橫截面尺寸，三軸室固定室與底座留有相同的與三軸室同軸呈環(huán)形分布的6個螺紋孔，在三軸室閉合后，通過螺栓將兩者緊密連接起來?；惭b在三軸室底座上，與底座同軸。試樣底座固定在基座中央，墊塊橫截面為60mm*60mm的正方形，大于巖石試樣橫截面尺寸50mm*50mm，沿著水平千斤頂軸向方向基座上試樣底座兩端對稱安裝有左右側(cè)壓板支撐，側(cè)壓板支撐通過螺栓固定在基座上，側(cè)壓板支撐位置可以調(diào)節(jié)。

基座、底座及試樣底座內(nèi)提前留設(shè)有滲流與管線孔。試驗(yàn)時，巖樣放置在底部墊塊中央，巖樣頂部放置有上部墊塊，上部墊塊與上壓頭尺寸匹配，垂向加載系統(tǒng)與試樣、試樣底座、三軸室同軸。

所述的浮動框架安裝在反力架下部框架頂面鋼板以下，三軸室外側(cè)，所述的水平加載系統(tǒng)安裝在浮動框架內(nèi)，兩者軸線重合。

所述的控制系統(tǒng)和測量系統(tǒng)與現(xiàn)有技術(shù)相同，不再贅述。

采用上述裝置的試驗(yàn)步驟：

試樣準(zhǔn)備工作

試驗(yàn)開始前，將試樣側(cè)向(σ₂方向)兩個面涂上硅膠，并將側(cè)向內(nèi)墊塊分別粘在試樣側(cè)面。需保證側(cè)向內(nèi)墊塊與試樣側(cè)面的中心線重合，上下所留出的預(yù)留行程一致。粘膠后試樣需要放置1天才能進(jìn)行試驗(yàn)。

安放試樣

將試樣(已粘上兩側(cè)墊塊)放置在軸向底座正中央；將已放置滾珠排的側(cè)向外墊塊放置在左右側(cè)壓板支撐上，與側(cè)向內(nèi)墊塊組合在一起形成側(cè)向墊塊系統(tǒng)，在試樣上方放置上部墊塊。

閉合三軸室

三軸室升起至最高位置，擰緊三軸室螺栓。

預(yù)加載

調(diào)整浮動框架至合適位置，轉(zhuǎn)動手柄使σ₂方向左側(cè)水平活動軸與左側(cè)外墊塊接觸，施加軸向、側(cè)向應(yīng)力至初始值(1MPa左右)，使得活動軸與墊塊緊密接觸。

真三軸試驗(yàn)與滲流真三軸試驗(yàn)

按照試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行各種試驗(yàn)，如簡單真三軸試驗(yàn)和真三軸滲流試驗(yàn)，簡單真三軸試驗(yàn)：施加油壓至給定σ₃值，水平加載系統(tǒng)加載至給定σ₂值，最后軸向加載系統(tǒng)加壓直至試樣破壞,同時記錄試樣過程中力、位移等特征值的變化規(guī)律。

真三軸滲流試驗(yàn)：施加三向壓力至給定值，然后通過基座、底座及試樣底座內(nèi)提前留設(shè)有滲流與管線孔開始滲流試驗(yàn)并記錄數(shù)據(jù)。

取出巖樣并結(jié)束試驗(yàn)

試驗(yàn)結(jié)束，卸載回油，卸下三軸室螺栓，然后下降三軸室，取出巖樣，清理三軸室。

本申請實(shí)施例中提供的一個或多個技術(shù)方案，至少具有如下技術(shù)效果或優(yōu)點(diǎn)：

本申請實(shí)施例中提供的巖石真三軸試驗(yàn)設(shè)備，通過水平加載系統(tǒng)搭配浮動框架，第一施力組件充當(dāng)σ₂方向反力構(gòu)件，使得施加到巖石試樣的左右兩側(cè)的應(yīng)力均勻?qū)Φ龋瑫r在水平千斤頂施加σ₂方向應(yīng)力時，浮動框架可以左右移動，保證試樣σ₂方向兩側(cè)形變相同，從而保持中軸線穩(wěn)定不偏移，有效解決了真三軸試驗(yàn)中σ₂方向存在的對中問題，保證巖樣在側(cè)向的對中，保證加載時試樣處于基座中央。

進(jìn)一步地，在巖石試樣左右兩側(cè)設(shè)置側(cè)向壓板，且側(cè)向壓板采用滾珠排嵌于內(nèi)外兩側(cè)板的結(jié)構(gòu)形式，試驗(yàn)過程中嵌套滾排的方式可以有效減小側(cè)面摩擦效應(yīng)，保持所施加的σ₂的均勻性。

最后所應(yīng)說明的是，以上具體實(shí)施方式僅用以說明本實(shí)用新型的技術(shù)方案而非限制，盡管參照實(shí)例對本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本實(shí)用新型技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。