大型真三軸試驗測試設備的製作方法

2023-05-24 13:31:21 1

專利名稱：大型真三軸試驗測試設備的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及土工試驗設備技術領域，具體是一種大型真三軸試驗測試設備。
背景技術：
對土石壩土體進行變形研究，任一點的受力狀態都是三相的，存在大主應力σ 1;小主應力σ3和中主應力O 2。進行試驗研究即是對土體施加軸向壓力(大主應力O)、中主應力O2、小主應力O 3,測定不同應力狀態下試樣軸向壓力(大主應力O1)和中主應力02、軸向應變￡1和體應變εν，至試樣破壞，求得試樣抗剪強度和應力應變關係。目前，高土石壩土料進行力學特性試驗研究的一個重要手段是使用高壓三軸試驗系統和高壓平面應變系統，但是三軸試驗系統的側向力相等(即小主應力σ 3=中主應力σ 2)，不能反映中主應力σ 2的變化；而高壓平面應變系統的中主應力σ2是一種被動力，不能施加主動應力。因此開展複雜應力狀態與複雜應力路徑下大壩填料的本構特徵研究，需要進行真三軸試驗，大型真三軸試驗設備在對高土石壩土料的力學特性研究中佔有重要的 作用。為了研究粒徑更大的土料力學性質，需要較大尺寸的大型真三軸儀。目前土石壩常用的堆石料最大粒徑達I米量級，利用現有的大型試驗儀器還不能對原型級配土石料進行力學試驗。因而，室內試驗用料的最大粒徑受到限制，需要對超過試驗容許最大粒徑的部分進行必要的縮尺處理。對直徑300 IOOOmm範圍內試樣的普通高壓三軸試驗研究表明，堆石料試驗採用直徑為300mm的試樣即可，現在國內外一般都以直徑300mm的三軸壓縮儀作為粗粒料的常規試驗設備。現有技術中公開的真三軸儀器，一是西安理工大學申請的一種三向獨立加載壓力室結構的真三軸儀(專利號CN200710019066. 5)，其試驗尺寸是75mm*75mm*150mm，小主應力O3和中主應力％加載採用4個液壓囊，邊角處採用剛性板隔開，其存在最大加載量較小只有I. OMPa，而且加載囊易吹破等問題；二是河海大學申請的變形不受側向幹擾的真三軸儀(專利申請號CN200810243975. I)的試驗尺寸是120mm*120mm*60mm，也屬於小尺寸真三軸儀，大主應力O1和中主應力O 2方向加載方式屬於剛性加載，儘管在中主應力O 2方向增加了剛柔混合體，但只能減小豎向摩擦，不能減小水平向摩擦力；小主應力O3採用液壓囊加載，其存在小主應力03最大加載量只有O. 8MPa，同時邊角力學概念不明確，邊角處理困難、03液壓囊易撕破等問題。這兩種專利介紹的真三軸儀的試樣尺寸均較小，只能進行12mm以下粒徑的土樣，均不能利用在大型粒徑尺寸的真三軸研究上，而且均存在加載困難，囊袋易破，圍壓不能滿足高壓力的要求，因此需要對現有的真三軸加載方式進行技術革新，實用新型一種適應大型粒徑尺寸的真三軸儀是亟需的。
發明內容本實用新型提供一種大型真三軸試驗測試設備，可以對試樣的六個面分別施加應力，滿足高土石壩壩料複雜應力路徑的試驗研究。—種大型真三軸試驗測試設備，在壓力室底座上設置第一軸向活塞，第一軸向活塞通過密封銅套與壓力室底座密封連接，第一軸向活塞下部連接平衡盤，第一軸向活塞上部焊接試樣底座，試樣安裝在試樣底座上，試樣兩側分別依次放置可壓縮傳力板和側向傳力板，外部依次與側向活塞、O2載荷傳感器、O2加壓油缸連接，02加壓油缸固定在側向反力梁上，四根拉杆穿過壓力室後與兩端的側向反力梁連接固定，在壓力室的頂部設置第二軸向活塞，第二軸向活塞通過密封銅套與壓力室密封連接。如上所述的大型真三軸試驗測試設備，壓力室上設置供四根拉杆橫向穿過的拉杆 孔，四根拉杆通過拉杆孔後與側向反力梁連接固定形成O 2方向反力框架。如上所述的大型真三軸試驗測試設備，在試樣與側向傳力板之間設置剛柔組合的可壓縮傳力板,可壓縮傳力板由特製傳力柱和泡沫墊柔性材料間隔組合而成,特製傳力柱的結構為傳力柱兩端設置滾珠排，兩端的滾珠排呈「十」字型布置。本實用新型去除現有技術中採用的小尺寸真三軸儀的加壓囊袋，將試樣筒與底座密封連接後，採用直接在試樣筒內貯滿水，對試樣施加水壓力(即小主應力03)，然後通過O2應力式加載同步控制系統和O1應變加載同步控制系統對試樣前後上下四個面施加主應力，實現了真三軸試驗對各個方向施加應力的技術要求，同時在中主應力O 2方向增加了可壓縮傳力板，在豎向和水平向分別放置了滾珠排，克服了試樣沿％和02方向變形時與O 2側向加壓板的摩阻力。另外本實用新型的大型真三軸儀的試樣尺寸達到300 X 300 X 700mm，其小主應力o 3可達到3. OMPa，與普通大型三軸儀的試樣尺寸和圍壓相近，可以滿足粒徑要求。本實用新型可以使圍壓滿足高壓力的要求，而且加載容易、實施方便，滿足高土石壩複雜應力和不同應力路徑的試驗研究的要求。

圖I是本實用新型大型真三軸試驗測試設備的系統原理圖；圖2是本實用新型大型真三軸試驗測試設備的系統主視圖；圖3是本實用新型大型真三軸試驗測試設備的系統俯視圖；圖4是本實用新型大型真三軸試驗測試設備的壓力室底座俯視圖；圖5是本實用新型大型真三軸試驗測試設備的平衡盤布置圖；圖6是本實用新型真三軸試驗測試設備的可壓縮傳力板結構圖；圖中1_主機油缸J-O1下加壓油缸J-O1下油缸內置載荷傳感器；4_平衡油缸；5_平衡支撐調節杆；6_側向反力梁；7_平衡盤；8- O i下油缸位移計；9_壓力室底座；10-第一軸向活塞；11_側向傳力墊板；12_試樣底座；13-o 2加壓油缸；14_拉杆；15_側向傳力板；16_ O 2方向傳感器；17- O 2油缸位移計；18_側向活塞；19_可壓縮傳力板；20_試樣；21_試樣加壓帽；22_壓力室；23_第二軸向活塞；24- o :上油缸位移計；25_ o :上油缸內置載荷傳感器；26 — O I上加壓油缸；27—拉杆孔；28—連接螺栓；29—圍壓進口 ；30—孔壓進口 ；31—反壓進口 ；32—排水口 ；33—特製傳力柱；34—泡沫墊柔性材料。
具體實施方式
下面將結合本實用新型中的附圖，對本實用新型中的技術方案進行清楚、完整地描述。請參考圖f圖3，本實用新型大型真三軸試驗測試設備包括O i應變加載同步控制系統、σ2應力式加載同步控制系統、O3加載控制系統、平衡壓力控制系統、真空飽和系統、主機加載系統。具體的，壓力室22與壓力室底座9用螺栓密封連接，壓力室底座9上設置第一軸向活塞10，第一軸向活塞10通過密封銅套與壓力室底座9密封連接。第一軸向活塞10上部焊接面積300 X 300mm的試樣底座12，試樣20安裝在試樣底座12上，試樣20兩側分別依次放置可壓縮傳力板19和側向傳力板15，可壓縮傳力板19的寬度350mm、高度700mm、厚度40mm,側向傳力板15的寬度400mm、高度710mm、厚度58mm,可壓縮傳力板19和側向傳力板15與試樣20預固定,側向傳力板15的外部依次與側向活塞18、02載荷傳感器16、02加壓油缸13連接，02加壓油缸13與σ2應力式加載同步控制系統連接，σ 2力口壓油缸13固定在側向反力梁6上，四根拉杆14穿過壓力室22後與兩端的側向反力梁6連接固定。在壓力室22的頂部設置第二軸向活塞23，第二軸向活塞23通過密封銅套與壓力 室22密封連接。壓力室底座9下增加平衡油缸4和平衡盤7，用於試驗中平衡試樣底座12和試樣20的重量，平衡壓力控制系統與平衡油缸4連接。在主機油缸I上部的平臺上放置σ 下加壓油缸2，在其周邊對稱放置三個平衡油缸4和三個平衡支撐調節杆5，平衡盤7放置在平衡油缸4和σ i下加壓油缸2的上部，平衡支撐調節杆5穿過平衡盤7，第一軸向活塞10放置在平衡支撐調節杆5上部。第二軸向活塞23與σ I上加壓油缸26連接，σ I下加壓油缸2和σ I上加壓油缸26與σ i應變加載同步控制系統連接。請參考圖4，本實用新型大型真三軸試驗測試設備的壓力室底座9上設有圍壓進口 29、孔壓進口 30、反壓進口 31、排水口 32，與試樣加壓帽21連接後，可以根據試驗需要對試樣20進行抽真空、飽和、加反壓等操作。請參考圖6，本實用新型大型真三軸試驗測試設備的可壓縮傳力板19由特製傳力柱33和泡沫墊柔性材料34間隔組合而成，特製傳力柱33的結構為傳力柱兩端設置滾珠排，兩端的滾珠排呈「十」字型布置，即在可壓縮傳力板19的豎向和水平向分別放置了滾珠排，可以在水平方向傳遞荷載的同時保證垂直方向進行壓縮變形，有效減小了豎向和水平向的摩阻力。試驗過程如下I、將乳膠膜與試樣底座12密封連接，安裝制樣成膜筒，製作尺寸300 X 300 X 700mm的矩形方塊形狀的試樣20後，在試樣20頂部安裝試樣加壓帽21，並將乳膠膜與試樣加壓帽21密封連接。壓力室底座9設有圍壓進口 29、孔壓進口 30、反壓進口31、排水口 32，試驗時關閉排水口 32，通過反壓進口 31連接真空泵，抽氣使試樣20內部形成負壓；2、拆除成膜筒，在試樣20的前後兩個方向安裝可壓縮傳力板19和側向傳力板15，並將其與試樣20預固定；3、安裝壓力室22，擰緊連接螺母，通過圍壓進口 29對壓力室22內部進行充水；4、安裝側向反力梁6，將σ2應力式加載同步控制系統與02加壓油缸13連接，啟動σ2應力式加載同步控制系統，通過02加壓油缸13依次推動σ2傳感器16、側向活塞18、側向傳力板15、可壓縮傳力板19，使可壓縮傳力板19與試樣20接觸，當σ 2傳感器16出現力值時，關閉σ2應力式加載同步控制系統；5、對試樣20施加保護壓力，然後對試樣20進行飽和固結；具體的，可採用水頭飽和方法，通過孔壓進口 30加水，通過排水口 32排出氣泡，進而使試樣20實現飽和固結。在O I下加壓油缸2內部安裝O工下油缸載荷傳感器3,在壓力室底座9和第一軸向活塞10之間安裝O1下油缸位移計8，在O I上加壓油缸26內部安裝O i上油缸載荷傳感器25，在第二軸向活塞23和壓力室22之間安裝O1上油缸位移計24，在O 2加壓油缸13和側向活塞18之間安裝O2方向傳感器16，在側向活塞18和壓力室22之間安裝O2方向位移計17，試驗準備工作完成；6、將O3加載控制系統與圍壓進口 29連接，試樣20飽和固結完成後，啟動03加載控制系統，對試樣20施加預定O 3應力值；7、試樣20飽和固結完成後，啟動O2應力式加載同步控制系統，對試樣施加預定O 2方向應力；啟動平衡壓力控制系統，施加平衡力後使平衡盤7承受試樣底座12和試樣20的重量；啟動O I應變加載同步控制系統，通過第二軸向活塞23和第一軸向活塞10對試樣施加O1軸向偏應力，控制O1上油缸位移計24和O工下油缸位移計8等速率增加，直到試 驗結束。試驗過程中測記O i上油缸載荷傳感器25荷載值、O1上油缸位移計24變形值、
0I下油缸載荷傳感器3荷載值、O I下油缸位移計8變形值、O 2方向傳感器16荷載值、O 2方向位移計17變形值、體積變形值。本實用新型採用直接在試樣筒內貯滿水，對試樣施加水壓力(即小主應力03)，然後通過O2應力式加載同步控制系統和O1應變加載同步控制系統對試樣前後上下四個面施加主應力，實現了真三軸試驗對各個方向施加應力的技術要求。本實用新型可以使圍壓滿足高壓力的要求，而且加載容易、實施方便，滿足高土石壩複雜應力和不同應力路徑的試驗研究的要求。以上所述，僅為本實用新型的具體實施方式
，但本實用新型的保護範圍並不局限於此，任何屬於本技術領域的技術人員在本實用新型揭露的技術範圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本實用新型的保護範圍之內。因此，本實用新型的保護範圍應該以權利要求的保護範圍為準。
權利要求1.一種大型真三軸試驗測試設備，其特徵在於在壓力室底座(9)上設置第一軸向活塞(10)，第一軸向活塞(10)通過密封銅套與壓力室底座(9)密封連接，第一軸向活塞(10)下部連接平衡盤(7)，第一軸向活塞(10)上部焊接試樣底座(12)，試樣(20)安裝在試樣底座(12)上,試樣(20)兩側分別依次放置可壓縮傳力板(19)和側向傳力板(15),外部依次與側向活塞(18)、O 2載荷傳感器(16)、O 2加壓油缸(13)連接，O 2加壓油缸(13)固定在側向反力梁(6)上，四根拉杆(14)穿過壓力室(22)後與兩端的側向反力梁(6)連接固定，在壓力室(22)的頂部設置第二軸向活塞(23)，第二軸向活塞(23)通過密封銅套與壓力室(22)密封連接。
2.如權利要求I所述的大型真三軸試驗測試設備，其特徵在於壓力室(22)上設置供四根拉杆(14)橫向穿過的拉杆孔(27)，四根拉杆(14)通過拉杆孔(27)後與側向反力梁(6)連接固定形成O2方向反力框架。
3.如權利要求I所述的大型真三軸試驗測試設備，其特徵在於壓力室底座(9)設有圍壓進口(29)、孔壓進口(30)、反壓進口 (31)、排水口(32)。
4.如權利要求I所述的大型真三軸試驗測試設備，其特徵在於在試樣與側向傳力板(15)之間設置剛柔組合的可壓縮傳力板(19)，可壓縮傳力板(19)由特製傳力柱(33)和泡沫墊柔性材料(34)間隔組合而成，特製傳力柱(33)的結構為傳力柱兩端設置滾珠排，兩端的滾珠排呈「十」字型布置。
5.如權利要求I所述的大型真三軸試驗測試設備，其特徵在於試樣(20)為矩形方塊形狀，尺寸為300 X 300 X 700mm，試驗最小主應力可達到3. OMPa0
專利摘要一種大型真三軸試驗測試設備，在壓力室底座上設第一軸向活塞，第一軸向活塞通過密封銅套與壓力室底座密封連接，第一軸向活塞下部連接平衡盤，第一軸向活塞上部焊接試樣底座，試樣安裝在試樣底座上，試樣兩側分別依次放置可隨試樣變形的壓縮傳力板和側向傳力板，外部依次與側向活塞、σ2載荷傳感器、σ2加壓油缸連接，σ2加壓油缸固定在側向反力梁上，四根拉杆穿過壓力室後與兩端的側向反力梁連接固定，壓力室的頂部設置第二軸向活塞，第二軸向活塞通過密封銅套與壓力室密封連接。本實用新型可對試樣的σ1、σ2、σ3方向分別施加壓力，實現了真三軸試驗的測試技術要求。
文檔編號G01N3/12GK202383024SQ20112047298
公開日2012年8月15日 申請日期2011年11月24日 優先權日2011年11月24日
發明者丁紅順, 左永振, 張繼勳, 程展林 申請人:長江水利委員會長江科學院