巖體三軸壓縮試驗系統的製作方法
2023-09-18 02:21:55
巖體三軸壓縮試驗系統的製作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種巖體三軸壓縮試驗系統，包括用於測定圓柱形試體強度的軸向加荷設備和側向加荷設備；軸向加荷設備由自下而上依次疊置在所述圓柱形試體頂面的承壓板、液壓千斤頂、變接頭鋼板、傳力柱、鋼墊板構成；圍繞圓柱形試體設置有環形槽，環形槽的深度等於圓柱形試體的高度；側向加荷設備包括套裝於圓柱形試體外周面的環狀橡膠囊，用於封閉環形槽的環形鋼板，在承壓板上對稱安裝有多個位移傳感器；環狀橡膠囊的充水管和排氣管分別引出環形鋼板上的穿孔並與對應的高壓水泵出水口和排氣閥相連通。本實用新型用環狀橡膠囊替代現有多臺千斤頂或液壓枕對試體施加側向荷載，縮短了巖體三軸壓縮試驗的時間，提高了工作效率，降低了試驗費用。
【專利說明】巖體三軸壓縮試驗系統
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及巖體三軸壓縮試驗，尤其是涉及巖體三軸壓縮試驗系統。
【背景技術】
[0002] 水利工程建設中建築物的地基、地下洞室和隧道圍巖的巖體，一般處於三向應力 狀態，而巖石力學性質通常與所處應力狀態有關。因此，在三向應力狀態下測定建築物的 地基、地下洞室和隧道圍巖的巖體強度，應當按照《水利水電工程巖石試驗規程》（SL264- 2001)的規範進行"巖體三軸壓縮試驗"。
[0003] 目前，開展上述試驗，試體(試驗樣品）的製備均由人工(石匠）在試驗洞底板向下 開鑿巖體來完成，製備的試體採用斷面為正方形的柱體，邊長不小於30cm，高度為邊長的 2. 0?2. 5倍，每組試體不宜少於5個。製備時，採用人工在試驗平洞底板向下鑿成所述尺 寸的試體，並挖除試體四周基巖使試體四周空間滿足側向加荷設備(多臺千斤頂或液壓枕） 以及人員安裝操作的要求，然後安裝側向、軸向加荷設備與測量儀器進行巖體三軸壓縮試 驗。巖體三軸壓縮試驗屬於現場巖體類特大型試驗，為滿足設備安裝和人員操作的需要，該 試驗需要有較大尺寸的試驗洞以及在試體周邊足夠大的空間，這就造成現場巖體開挖量較 大；由於笨重的側向加荷設備與繁瑣的安裝方法等原因，使得該項試驗實施的難度很大，人 員投入較多，不僅過程時間長而且費用也很高。鑑於上述原因許多巖土工程在勘察與施工 階段想做但不得不放棄巖體三軸壓縮試驗。
【發明內容】
[0004] 本實用新型目的在於提供一種巖體三軸壓縮試驗系統。
[0005] 為實現上述目的，本實用新型採取下述技術方案：
[0006] 本實用新型所述的巖體三軸壓縮試驗系統，包括用於測定圓柱形試體強度的軸向 加荷設備和側向加荷設備；所述軸向加荷設備由自下而上依次疊置在所述圓柱形試體頂面 的承壓板、液壓千斤頂、變接頭鋼板、傳力柱、鋼墊板構成；所述液壓千斤頂進、出液口分別 通過管道與高壓油泵的出、進液口連通；圍繞所述圓柱形試體設置有環形槽，所述環形槽的 深度等於圓柱形試體的高度；所述側向加荷設備包括：套裝於所述圓柱形試體外周面的環 狀橡膠囊，所述環狀橡膠囊的高度等於圓柱形試體的高度；用於封閉所述環形槽的環形鋼 板，所述環形鋼板的環孔直徑等於圓柱形試體的直徑而外徑大於環形槽的直徑，在承壓板 上對稱安裝有多個位移傳感器；所述環狀橡膠囊的充水管和排氣管分別引出開設在所述環 形鋼板上的穿孔，並與對應的高壓水泵出水口和排氣閥相連通。
[0007] 本實用新型優點在於採用環狀橡膠囊替代現有多臺千斤頂或液壓枕對試體施加 側向荷載，解決了現有側向施壓設備繁瑣的安裝、調試、需要較大安裝空間的問題，大大縮 短了巖體三軸壓縮試驗的時間，提高了工作效率，降低了試驗費用。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0008] 圖1是本實用新型的布置結構示意圖。
[0009] 圖2是本實用新型所述圓柱形試體置於環形槽內的布置示意圖。
[0010] 圖3是圖2的俯視結構示意圖。
【具體實施方式】
[0011] 下面結合附圖對本實用新型作進一步詳細描述：
[0012] 如圖1-3所示，本實用新型所述的巖體三軸壓縮試驗系統，包括用於測定圓柱形 試體3強度的軸向加荷設備和側向加荷設備；所述軸向加荷設備由自下而上依次疊置在所 述圓柱形試體3頂面的承壓板11、液壓千斤頂12、變接頭鋼板13、傳力柱14、鋼墊板15構 成；所述液壓千斤頂12進、出液口分別通過管道與高壓油泵17的出、進液口連通；圍繞所 述圓柱形試體3設置有環形槽4,所述環形槽4的深度等於圓柱形試體3的高度；所述側向 加荷設備包括：套裝於所述圓柱形試體3外周面的環狀橡膠囊6,所述環狀橡膠囊6的高度 等於圓柱形試體3的高度；用於封閉所述環形槽4的環形鋼板7,所述環形鋼板7的環孔直 徑等於圓柱形試體3的直徑而外徑大於環形槽4的直徑，在環形鋼板7上均布安裝有4個 位移傳感器18 ;所述環狀橡膠囊6的充水管和排氣管分別引出開設在所述環形鋼板7上的 穿孔，並與對應的高壓水泵8出水口和排氣閥9相連通。
[0013] 本實用新型工作原理簡述如下：
[0014] 如圖1-3所示，首先採用爆破的方法在山體上開挖一個高2m、寬2m的試驗平洞1 ; 然後進行圓柱形試體3和環形槽4的製備。製備圓柱形試體3和環形槽4時，先在試驗平 洞1底板面2的基巖上選定試驗部位後，通過鑽機採用內孔直徑為32cm (外徑32. 5 cm) 的空心鑽頭垂直向下第一次鑽進，第一次鑽進深度75cm ;然後更換外徑為72cm (內孔直徑 70cm)的空心鑽頭在原位向下第二次鑽進，所述第二次鑽進深度等於第一次鑽進深度，且兩 次鑽進為同心鑽孔；採用電鎬或風鎬剔除第一次鑽進的環形縫與第二次鑽進的環形縫之間 的巖體，如圖2、3所示，形成直徑D為32cm、高度Η為75cm的試體3,同時形成圍繞該試體3 的寬度為20cm、深度為75cm的環形槽4 ;至此完成試體3和環形槽4的製備；用數位相機對 試體3頂面與四周拍照並作地質描述，然後進行側向加荷設備的安裝：首先在環形槽4底部 澆築5cm厚水泥漿5,保證試體滿足規定高度且水泥漿5表面平整；待水泥漿5凝固後將形 狀及尺寸與環形槽4相適應的環狀橡膠囊6套入試體3外周面上，然後通過5cm厚的環形 鋼板7 ((內徑等於試體3直徑、外徑大於環形槽4直徑10cm)將環形槽4封閉，並將環狀橡 膠囊6的充水管、排氣管從環形鋼板預留穿孔中引出，分別與高壓水泵8、排氣閥9連通後用 錨固螺栓10將環形鋼板7固定在試驗平洞底板面2的基巖上(錨固力不宜小於側向應力的 1. 5倍)，這樣，即可通過高壓水泵8向環狀橡膠囊6內充水使其膨脹形成對試體3施加的側 向應力；最後進行軸向加荷設備安裝：在所述試體3頂面由下往上依次疊置安裝承壓板11、 液壓千斤頂12、變接頭鋼板13、傳力柱14、鋼墊板15,然後在鋼墊板15與試驗平洞1頂壁 之間填築水泥砂漿16,將所述液壓千斤頂12進、出液口分別通過管道與高壓油泵17的出、 進液口連通，待填築的水泥砂漿16凝固後，通過液壓千斤頂12適當加壓使軸向加荷設備中 各個部件之間結合良好以保持系統穩定，最後在承壓板11上對稱安裝4個位移傳感器18 ; 至此完成軸向加荷設備的安裝，即可按照技術規範《水利水電工程巖石試驗規程》（SL264- 2001)要求進行巖體三軸壓縮試驗。
[0015] 本實用新型用環狀橡膠囊6替代常規試驗所使用的笨重千斤頂或液壓枕以及配 套設備作為側向加荷設備，而環狀橡膠囊6非常簡易的安裝取代了現有側向加荷設備繁瑣 的安裝操作，使複雜的巖體三軸壓縮試驗的變得簡單且易操作。採用環狀橡膠囊6對試體 施加側向荷載，由於環狀橡膠囊6完整地包裹在試體3的外周面，且兩者是柔性接觸、直接 施壓，從而保證了試體3側向圍壓受力均勻，解決了現有試驗採用多臺千斤頂或液壓枕並 聯施加側向壓力所存在的受力均布性差、側向加荷設備安裝繁瑣、需要較大安裝空間、受力 不均勻形成力偶產生偏轉的不足，同時也避免了現有側向加荷設備安裝後初期需反覆進行 調試、調整，使整個試驗時間延長的弊端。
【權利要求】
1. 一種巖體三軸壓縮試驗系統，包括用於測定圓柱形試體強度的軸向加荷設備和側向 加荷設備；所述軸向加荷設備由自下而上依次疊置在所述圓柱形試體頂面的承壓板、液壓 千斤頂、變接頭鋼板、傳力柱、鋼墊板構成；所述液壓千斤頂進、出液口分別通過管道與高壓 油泵的出、進液口連通；其特徵在於：圍繞所述圓柱形試體設置有環形槽，所述環形槽的深 度等於圓柱形試體的高度；所述側向加荷設備包括：套裝於所述圓柱形試體外周面的環狀 橡膠囊，所述環狀橡膠囊的高度等於圓柱形試體的高度；用於封閉所述環形槽的環形鋼板， 所述環形鋼板的環孔直徑等於圓柱形試體的直徑而外徑大於環形槽的直徑，在承壓板上對 稱安裝有多個位移傳感器；所述環狀橡膠囊的充水管和排氣管分別引出開設在所述環形鋼 板上的穿孔，並與對應的高壓水泵出水口和排氣閥相連通。
【文檔編號】G01N3/12GK203881626SQ201420311698
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年6月12日 優先權日:2014年6月12日
【發明者】袁兆華 申請人:黃河勘測規劃設計有限公司