一種原始級配堆石體大型真三軸試驗裝置及其使用方法
2023-11-07 16:59:32
專利名稱：一種原始級配堆石體大型真三軸試驗裝置及其使用方法
技術領域：
本發明涉及一種試驗裝置及其使用方法，尤其是涉及一種原始級配堆石體大型真三軸試驗裝置及其使用方法。
背景技術：
堆石體是一種典型的不連續顆粒介質材料，具有取材方便、適應性好的優點，在堆石壩工程、海岸工程、路堤建設等工程中得到廣泛的應用。研究堆石體的力學特性，發揮其強度，控制工程結構變形和提高設計水平具有十分重要的意義。由於目前已有的三軸試驗設備的試樣尺寸較小，原始級配堆石體的力學特性不易測得，一般通過縮尺試樣進行研究，但每一種縮尺方法得到的縮尺試樣都或多或少的改變了堆石的物理特性，包括顆粒粒徑、堆石級配等，這在一定程度上肯定會影響堆石體的力學特性，這種影響差異就是堆石體的尺寸效應。在實際工程當中，堆石體一般處於三向不等應力狀態下，所以，常規三軸試驗結果不能夠準確、全面地反映堆石體的力學性能。
發明內容
本發明主要是解決現有技術所存在的試驗結果不能夠準確、全面地反映堆石體的力學性能等的技術問題；提供了一種試驗結果能夠準確、全面地反映堆石體的力學性能，可對堆石體大尺寸原始級配試樣進行試驗，完全避免了尺寸效應，並可達到較大的軸向應變， 模擬複雜的應力應變路徑的一種原始級配堆石體大型真三軸試驗裝置及其使用方法。本發明的上述技術問題主要是通過下述技術方案得以解決的
一種原始級配堆石體大型真三軸試驗裝置，其特徵在於，包括設置在混凝土洞室內用於測量堆石體試樣強度和變形特性的至少兩個對稱設置的測量組件和一個固定組件，測量堆石體試樣設置在兩個測量組件之間。在上述的一種原始級配堆石體大型真三軸試驗裝置，所述測量組件包括一個與測量堆石體試樣一面貼靠的鋼板，以及與鋼板垂直設置並且一端與鋼板接觸另一端與混凝土洞室內壁接觸的千斤頂。在上述的一種原始級配堆石體大型真三軸試驗裝置，所述千斤頂和鋼板的接觸端通過一個傳力板貼靠在鋼板上。在上述的一種原始級配堆石體大型真三軸試驗裝置，所述的鋼板與測量堆石體試樣之間還設置有潤滑層。在上述的一種原始級配堆石體大型真三軸試驗裝置，所述的測量組件為五個，分別為第一測量組件，第二測量組件、第三測量組件、第四測量組件以及第五測量組件，所述第一測量組件、第二測量組件、第三測量組件以及第四測量組件依次貼靠在堆石體試樣的四個面上，並且第一測量組件和第二測量組件對稱設置，第三測量組件和第四測量組件對稱設置，所述第五測量組件分別與第一測量組件、第二測量組件、第三測量組件和第四測量組件垂直設置，並設置在堆石體試樣頂端。
在上述的一種原始級配堆石體大型真三軸試驗裝置，所述固定組件包括一個與堆石體試樣底端貼靠的底座(底座為可移動鋼板)，所述底座與混凝土洞室內壁之間設有一個固定架，所述底座和堆石體試樣之間還設置有潤滑層。在上述的一種原始級配堆石體大型真三軸試驗裝置，所述千斤頂上還設有用於查看施加壓力大小的壓力計，所述堆石體試樣為方形體。一種原始級配堆石體大型真三軸試驗裝置的使用方法，其特徵在於，包括以下步驟
步驟1，根據加載系統按照預定的加載路徑，通過第一測量組件、第二測量組件、第三測量組件、第四測量組件以及第五測量組件在互相垂直的堆石體試樣面上施加獨立的三個王應力，分別為crI > crJ > crS >並定乂
1表示大主應力，表示中主應力，表示小主應力；所述I為第五測量組件方向上的應力σ力第一測量組件和第二測量組件方向上的應力；σ.為第三測量組件和第四測量組件方向上的應力；
步驟2，通過傳感儀器提取試驗結果數據，進行數據整理與分析，從而得到試樣在真三軸應力狀態下的應力、應變特性。在上述的一種原始級配堆石體大型真三軸試驗裝置的使用方法，所述的步驟2 中，通過傳感儀器提取試驗結果數據，所述試驗結果數據包括主應變和體積應變。在上述的一種原始級配堆石體大型真三軸試驗裝置的使用方法，所述步驟I中， 控制第一、第二測量組件以及第三、第四測量組件使A = σ,,進行軸對稱試驗；控制中主應變為0，也就是指固定某一方向上的測量組件(一般是側面)，使試樣在這個方向不能變形， 只在另外兩個方向的測量組件上施加力，進行平面應變試驗。因此，本發明具有如下優點1.試驗結果能夠準確、全面地反映堆石體的力學性能；2.可對堆石體大尺寸原始級配試樣進行試驗，完全避免了尺寸效應，並可達到較大的軸向應變，模擬複雜的應力應變路徑。
圖I是本發明的一種主視結構示意圖。圖2是本發明中堆石體試樣設置鋼板後的立體結構示意圖。
具體實施例方式下面通過實施例，並結合附圖，對本發明的技術方案作進一步具體的說明。圖中， 堆石體試樣I、鋼板2、潤滑層3、傳力板4、千斤頂5、壓力計6、混凝土洞室7、底座8、固定架9。實施例
一種原始級配堆石體大型真三軸試驗裝置，包括設置在混凝土洞室7內用於測量堆石體試樣I強度和變形特性的五個測量組件和一個固定組件，所述的測量組件為五個，分別為第一測量組件，第二測量組件、第三測量組件、第四測量組件以及第五測量組件，所述第一測量組件、第二測量組件、第三測量組件以及第四測量組件依次貼靠在堆石體試樣I的四個面上，並且第一測量組件和第二測量組件對稱設置，第三測量組件和第四測量組件對稱設置，第五測量組件分別與第一測量組件、第二測量組件、第三測量組件和第四測量組件垂直設置，並設置在堆石體試樣I頂端；固定組件包括一個與堆石體試樣I底端貼靠的底座 8，所述底座8與混凝土洞室7內壁之間設有一個固定架9，所述底座8和堆石體試樣I之間還設置有潤滑層。測量組件包括一個與測量堆石體試樣I 一面貼靠的鋼板2，以及與鋼板2垂直設置並且一端與鋼板2接觸另一端與混凝土洞室7內壁接觸的千斤頂5，千斤頂5和鋼板2的接觸端通過一個傳力板4貼靠在鋼板2上，鋼板2與測量堆石體試樣I之間還設置有潤滑層 3，千斤頂5上還設有用於查看施加壓力大小的壓力計6，所述堆石體試樣I為方形體。 安裝時，將本裝置置於混凝土洞室內，採用剛性板加荷，試樣安裝在六個剛性板之內。當在三個應力方向施加壓力時，試樣便會產生相應的主應變。試樣的變形達到很大時， 仍能保持六面體。試驗過程中，三個主應力可以在保持方向不變的情況下，變換大小。為了保持加壓力的穩定性，施加在剛性板上的力可以採用伺服機控制。鋼板的內側套兩層橡皮膜，為減小摩擦，橡皮膜之間塗以矽脂。試樣的頂面及側面為液壓系統控制的液壓千斤頂， 用以施加三個方向的主應力。在三個方向的剛性加壓板上，分別設置位移傳感器或百分表， 用以測定試樣各方向的變形。利用原始級配堆石體做成長方體試樣，全面揭示堆石體的抗剪強度、變形、剪脹特性等性能，避免試樣級配變化而產生的尺寸效應。本裝置的使用方法包括以下步驟
步驟1，根據加載系統按照預定的加載路徑，通過第一測量組件、第二測量組件、第三測量組件、第四測量組件以及第五測量組件在互相垂直的堆石體試樣面上施加獨立的三個主應力，分別為A, A , O3，並定義O1表示大主應力T表示中主應力，σ3表示小主應力；另外，在本步驟中，控制第一、第二測量組件以及第三、第四測量組件使4 = A，進行軸對稱試驗，若控制中主應變為0，則可進行平面應變試驗。所述中主應變為O即試樣在某一方向變形為0，在另外兩個方向上分別產生壓縮和膨脹，也就是指固定某一個測量組件(一般是側面)，使試樣在這個方向不能變形，只在另外兩個方向的測量組件上施加力，這就是平面應變試驗。步驟2，通過傳感儀器提取試驗結果數據，進行數據整理與分析，從而得到試樣在真三軸應力狀態下的應力、應變特性，在本步驟中，通過傳感儀器提取試驗結果數據，所述試驗結果數據包括主應變和體積應變。本文中所描述的具體實施例僅僅是對本發明精神作舉例說明。本發明所屬技術領域的技術人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或採用類似的方式替代，但並不會偏離本發明的精神或者超越所附權利要求書所定義的範圍。
權利要求
1.一種原始級配堆石體大型真三軸試驗裝置，其特徵在於，包括設置在混凝土洞室 (7)內用於測量堆石體試樣(I)強度和變形特性的至少兩個對稱設置的測量組件和一個固定組件，測量堆石體試樣(I)設置在兩個測量組件之間。
2.根據權利要求I所述的一種原始級配堆石體大型真三軸試驗裝置，其特徵在於，所述測量組件包括一個與測量堆石體試樣(I) 一面貼靠的鋼板(2)，以及與鋼板(2)垂直設置並且一端與鋼板(2)接觸另一端與混凝土洞室(7)內壁接觸的千斤頂(5)。
3.根據權利要求2所述的一種原始級配堆石體大型真三軸試驗裝置，其特徵在於，所述千斤頂(5)和鋼板(2)的接觸端通過一個傳力板(4)貼靠在鋼板(2)上。
4.根據權利要求3所述的一種原始級配堆石體大型真三軸試驗裝置，其特徵在於，所述的鋼板(2)與測量堆石體試樣(I)之間還設置有潤滑層(3)。
5.根據權利要求I所述的一種原始級配堆石體大型真三軸試驗裝置，其特徵在於，所述的測量組件為五個，分別為第一測量組件，第二測量組件、第三測量組件、第四測量組件以及第五測量組件，所述第一測量組件、第二測量組件、第三測量組件以及第四測量組件依次貼靠在堆石體試樣(I)的四個面上，並且第一測量組件和第二測量組件對稱設置，第三測量組件和第四測量組件對稱設置，所述第五測量組件分別與第一測量組件、第二測量組件、 第三測量組件和第四測量組件垂直設置，並設置在堆石體試樣(I)頂端。
6.根據權利要求I所述的一種原始級配堆石體大型真三軸試驗裝置，其特徵在於，所述固定組件包括一個與堆石體試樣(I)底端貼靠的底座(8)，所述底座(8)與混凝土洞室(7)內壁之間設有一個固定架(9)，所述底座(8)和堆石體試樣(I)之間還設置有潤滑層。
7.根據權利要求2所述的一種原始級配堆石體大型真三軸試驗裝置，其特徵在於，所述千斤頂(5)上還設有用於查看施加壓力大小的壓力計(6)，所述堆石體試樣(I)為方形體。
8.—種權利要求I所述的原始級配堆石體大型真三軸試驗裝置的使用方法，其特徵在於，包括以下步驟步驟1，根據加載系統按照預定的加載路徑，通過第一測量組件、第二測量組件、第三測量組件、第四測量組件以及第五測量組件在互相垂直的堆石體試樣(I)面上施加獨立的三個主應力，分別為O1, % , ，並定義crI表示大主應力 ' 表示中主應力，表示小主應力；所述4為第五測量組件方向上的應力，％為第一測量組件和第二測量組件方向上的應力；巧為第三測量組件和第四測量組件方向上的應力；步驟2，通過傳感儀器提取試驗結果數據，進行數據整理與分析，從而得到試樣在真三軸應力狀態下的應力、應變特性。
9.根據權利要求8所述的一種原始級配堆石體大型真三軸試驗裝置的使用方法，其特徵在於，所述的步驟2中，通過傳感儀器提取試驗結果數據，所述試驗結果數據包括主應變和體積應變。
10.根據權利要求8所述的一種原始級配堆石體大型真三軸試驗裝置的使用方法，其特徵在於，所述步驟I中，控制第一、第二測量組件以及第三、第四測量組件使A = O3，進行軸對稱試驗，若控制中主應變為0，則可進行平面應變試驗。
全文摘要
本發明公開了一種大型真三軸試驗方法及裝置，可進行原始級配堆石體的真三軸試驗。儀器置於混凝土洞室內，試樣的六個面均用剛性板加荷，採用液壓系統控制的液壓千斤頂施加三個方向的主應力。鋼板的內側套兩層橡皮膜，為減小摩擦，橡皮膜之間塗以矽脂。在剛性加壓板上，分別設置位移傳感器或百分表，用以測定試樣各方向的變形。本裝置可對堆石體大尺寸原始級配試樣進行試驗，完全避免了尺寸效應，並可達到較大的軸向應變，模擬複雜的應力應變路徑。
文檔編號G01N3/08GK102607946SQ20121004751
公開日2012年7月25日 申請日期2012年2月28日 優先權日2012年2月28日
發明者周偉, 常曉林, 胡超, 馬剛 申請人:武漢大學