所屬技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種豎向壓縮輔助試驗裝置，尤其是指在巖土工程領(lǐng)域借助伺服壓力機進(jìn)行巖土體豎向壓縮試驗的輔助試驗裝置，即側(cè)限條件可調(diào)節(jié)式巖土體豎向壓縮輔助試驗裝置。

背景技術(shù)：

對服役過程中的巖土體而言，圍壓狀態(tài)的差異，尤其是臨空面的存在會影響其力學(xué)性能。根據(jù)巖土體在建筑結(jié)構(gòu)或自然界中的位置，并考慮臨空面的數(shù)量及其相對位置后可將受壓工況簡化為六種情況，分別為：①無側(cè)限受壓工況，如普通巖石柱體；②單面?zhèn)认奘軌汗r，如有依托面的巖石柱體；③鄰面?zhèn)认奘軌汗r，如角部突出的受壓巖體；④對面?zhèn)认奘軌汗r，如巖石條形基礎(chǔ)；⑤三面?zhèn)认奘軌汗r，如高切坡巖石臨空部位的巖體；⑥完全（四面）側(cè)限受壓工況，如深部巖體。各類受壓工況因圍壓不同而導(dǎo)致其服役過程中應(yīng)力分布規(guī)律不一，承載能力存在很大差異。

目前，通常采用以下三種室內(nèi)外試驗方法來實現(xiàn)對巖土體在各種工況下變形和強度的研究，方法一：無側(cè)限單軸壓縮試驗，該方法將圓柱形和角柱形等各種形狀的巖樣或土樣直接放置在壓力設(shè)備加壓倉內(nèi)，通過軸向施加荷載進(jìn)行試驗，該工況下試樣側(cè)向位移不受約束，最終通過軸向加壓造成試樣壓縮破壞；方法二：普通三軸壓縮試驗,也叫做假三軸壓縮試驗，該方法將圓柱形巖樣放在具有液壓的容器中,對圓柱形巖土體試樣施加恒定圍壓后再施加軸向壓力,直至發(fā)生剪切破壞；方法三：真三軸壓縮試驗，該方法采用直接棱柱體或立方體巖樣,附以消除端面摩擦的墊板,從x、y、z三個方向施加大小不同的壓力，以測定試樣的變形和強度特征。

對于方法一而言，只在其軸向上受力，而其水平方向位移不受限制，故只能模擬無側(cè)限的受壓工況；對第二種試驗方法，常規(guī)三軸試驗中主應(yīng)力和小主應(yīng)力相等（σ2=σ3），就是使試樣在軸對稱的應(yīng)力狀態(tài)下進(jìn)行試驗，這顯然無法適用于所有工況，因為實際巖土環(huán)境中，土單元所受的大主應(yīng)力、中主應(yīng)力和小主應(yīng)力往往是不相等的，因此無法模擬實際受壓工況下巖土體的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系；方法三中的真三軸壓縮試驗雖在假三軸壓縮試驗的基礎(chǔ)上有所改進(jìn)，使巖石試件處于三個主應(yīng)力不相等（即σ1>σ2>σ3）的應(yīng)力組合狀態(tài)下，但是仍然不能模擬單邊受限、鄰邊側(cè)限等實際服役工況，同時該方法所使用的真三軸試驗機存在造極其昂貴、能耗高、操作復(fù)雜等缺點。

綜上所述，設(shè)計開發(fā)出一種能夠靈活調(diào)整側(cè)限條件，并能在常規(guī)壓力機上使用的豎向壓縮輔助試驗裝置具有很強的必要性。該輔助試驗裝置加工完成后通過靈活拆裝即可實現(xiàn)前述六種工況的室內(nèi)試驗，進(jìn)而室內(nèi)模擬巖土工程領(lǐng)域處于不同服役狀況的巖土體的變形與力學(xué)性能，該裝置的開發(fā)具有廣泛的應(yīng)用前景。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

發(fā)明內(nèi)容概述

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中巖土體強度和變形研究時使用真三軸試驗機成本昂貴、操作復(fù)雜、能耗高、實用性差和難以對巖土體所處的上述所有六種工況實現(xiàn)模擬等問題，本發(fā)明提供了一種結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、成本低廉、實用性高、能耗低、可實時測定并記錄，并可實現(xiàn)模擬前述六種土體側(cè)限受壓工況的側(cè)限條件可調(diào)節(jié)式巖土體豎向壓縮輔助試驗裝置。

擬解決的技術(shù)問題與采取的技術(shù)方案

本發(fā)明擬解決的主要技術(shù)問題是設(shè)計一套能夠在室內(nèi)常規(guī)豎向壓縮試驗過程中用于輔助改變試樣側(cè)限條件的裝置，該裝置須實現(xiàn)試樣側(cè)限條件可靈活調(diào)節(jié)，并能夠與室內(nèi)常規(guī)壓力機配套使用。

為解決上述技術(shù)問題，側(cè)限條件可調(diào)節(jié)式巖土體豎向壓縮輔助試驗裝置包括底板、左側(cè)壁，右側(cè)壁、前側(cè)壁、后側(cè)壁、螺紋、螺栓、傳壓模塊、位移傳感器、比側(cè)臺。其特征在于:所述底板上設(shè)置有數(shù)個螺孔，并預(yù)留好螺紋，能使各側(cè)壁通過螺栓和螺紋固定在底板上；所述左（右）側(cè)壁由一個條形底板和一面矩形面板組成，條形底板上預(yù)留螺孔，可通過螺栓和前（后）側(cè)壁固定或拆卸；所述的前（后）側(cè)壁由一個條形底板、一面矩形面板和兩個條形豎板構(gòu)成，條形底板和兩個條形豎板上都均勻布置螺孔、螺紋、螺栓，并可通過螺栓和左（右）側(cè)壁安裝和拆卸；左（右）側(cè)壁和前（后）側(cè)壁圍成內(nèi)徑空腔用于裝載試樣，長乘以寬尺寸為150cm×150cm，高度為180cm~200cm，以使標(biāo)準(zhǔn)立方體試樣剛好可放入其中；所述傳壓模塊由圓柱體和一底板構(gòu)成，底板的寬度略小于前述腔體尺寸150cm×150cm，使其剛好可放置在試樣表面，并可在壓力機作用下上下移動。試驗時，首先在腔體內(nèi)裝載試樣，受壓模塊放置在立方體試樣表面，使試樣豎向受力均勻。所述位移傳感器由比測臺固定，位移傳感器連接計算機后可自動實時采集試驗過程中試樣的側(cè)面位移數(shù)據(jù)，位移傳感器可選用市場上技術(shù)比較成熟的千分表、位移計或激光測距儀等。所述比測臺可將位移傳感器固定在立方體試樣的臨空面位置，并能手動調(diào)節(jié)位移傳感器的位置，以測定試樣在各側(cè)限受壓條件下的水平位移。

發(fā)明的有益效果

與現(xiàn)有技術(shù)相比，采用本發(fā)明所述的設(shè)計方案，可以實現(xiàn)如下有益效果：

（1）上述側(cè)限條件可調(diào)節(jié)式巖土體豎向壓縮輔助試驗裝置，通過靈活拆裝前、后、左、右護(hù)壁改變試樣的側(cè)限條件，以實現(xiàn)對巖土體不同受壓工況的模擬，有效解決了傳統(tǒng)三軸儀、真三軸儀試驗工況單一的問題，且具有操作簡單，實用性強等優(yōu)點。

（2）上述側(cè)限條件可調(diào)節(jié)式巖土體豎向壓縮輔助試驗裝置，融合了通過比測臺固定的位移傳感器，并通過數(shù)據(jù)線連接計算機采集數(shù)據(jù)，可在試驗工程中實時采集巖土體受壓情況下臨空面的位移；比測臺除了起到固定位移傳感器的作用外，它還具有可旋轉(zhuǎn)式的旋臂，試驗過程中可人為干預(yù)控制位移傳感器的方向和角度，具有方便、實用等優(yōu)點。

（3）上述側(cè)限條件可調(diào)節(jié)式巖土體豎向壓縮輔助試驗裝置，裝載試樣的腔體及傳力裝置由鋼材構(gòu)成，相對較高的強度和穩(wěn)定性能夠確保試驗結(jié)果的精度和準(zhǔn)確性。

（4）上述側(cè)限條件可調(diào)節(jié)式巖土體豎向壓縮輔助試驗裝置，它還包括傳壓模塊，傳壓模塊的底板是平滑的面板，上部為鋼制圓柱體。鋼制圓柱體直接承受壓力機傳遞的豎向壓力，平滑面板能夠均勻傳遞豎向壓力。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和實例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

圖1是本發(fā)明的軸側(cè)圖。

圖2是設(shè)備底板的結(jié)構(gòu)圖。

圖3是前（后）側(cè)壁的結(jié)構(gòu)圖。

圖4是左（右）側(cè)壁的結(jié)構(gòu)圖。

圖5是連接壓力機和試樣的傳壓模塊。

圖6是記錄試樣臨空面位移的裝置

在圖中：1.底板，2.前（后）側(cè)壁的條形底板，3.螺栓，4.前（后）側(cè)壁的矩形面板，5.左（右）側(cè)壁的底板，6.左（右）側(cè)壁的條形豎板，7.左（右）側(cè)壁的矩形面板，8.傳壓模塊的底板，9.傳壓模塊的圓柱體，10.比測臺，11.位移傳感器。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本技術(shù)做進(jìn)一步說明。

本發(fā)明這樣實現(xiàn)的，所述底板1上設(shè)置有數(shù)個螺孔，并預(yù)留好螺紋，能使各側(cè)壁通過螺栓3和螺紋固定在底板1上或者通過擰松螺栓進(jìn)行拆卸。所述前（后）側(cè)壁（圖3）由一個條形底板2和一面矩形面板4組成，條形底板2上預(yù)留螺孔，可通過螺栓3和左（右）側(cè)壁（圖4）固定和拆卸。所述的左（右）側(cè)壁由一個條形底板5、一個矩形面板7和兩個條形豎板6構(gòu)成，條形底板5和兩個條形豎板5上都均勻布置螺孔、螺紋、螺栓，并可通過螺栓3和前（后）側(cè)壁安裝和拆卸。所述比測臺10可將位移傳感器11固定在立方體試樣的臨空面位置，并能手動調(diào)節(jié)位移傳感器11的位置，以測定試樣在各側(cè)限受壓條件下的水平位移。

關(guān)于試驗過程中六種工況的設(shè)置做如下說明：將四面?zhèn)缺诙纪ㄟ^螺栓拆卸掉是便形成了無側(cè)限的受壓工況；當(dāng)將其中三面拆卸后，便形成了單面?zhèn)认奘軌汗r；當(dāng)只留下相鄰的兩面?zhèn)缺?，便形成了鄰邊?cè)限受壓工況；當(dāng)拆除一個前側(cè)壁和一個后側(cè)壁，便形成對邊側(cè)限受壓工況；當(dāng)只拆除一面?zhèn)缺?，便形成了三面?zhèn)认奘軌汗r；當(dāng)四面?zhèn)缺谌堪惭b完成，便形成了四面?zhèn)认薜氖軌汗r。以此種方式，將該壓縮輔助試驗裝置于常規(guī)壓力機結(jié)合便能夠?qū)r土體所處的前述六種工況實施室內(nèi)試驗，并實時采集試樣的豎向與水平向變形，以進(jìn)一步分析巖土體在各種復(fù)雜工況下的應(yīng)力應(yīng)變和變形、強度等特征。