CN101477004B - 携带式真三轴仪 - Google Patents

Abstract

本发明为携带式真三轴仪，解决已有仪器体积大、笨重、搬运和装配不便、功能单一的问题。垂直方向加载系统有四根立柱(1)，其上端与上板(2)连接，下端与下板(3)连接，垂直油缸(4)与上板(2)连接，Y方向加载系统有对称的X方向的两个夹具(5)各与两根立柱连接，一夹具与第一水平油缸或压力传感器(6)连接，另一夹具与加力手轮(7)连接，有两根Y方向的对称的拉杆(8)各与两根立柱连接，X方向加载系统有底板(9)位于下板(3)上与其连接，底板(9)两端各有一个立板(10)，两立板相平行，二或四根X方向的水平柱(11)分别与两立板的两端连接，一个立板上有第二水平油缸(12)，另一个立板与第一圆柱体(13)螺纹连接。

Description

携带式真三轴仪

技术领域：

本发明与水电、石油、地下硐室工程的深部岩体试验装置有关。

背景技术：

已有的地下工程深部岩石试验装置体积大，笨重，搬运和安装不便，传力板适应的试验的岩土试样尺寸单一，功能单一。

发明内容：

本发明的目的是提供一种体积小，拆卸和组装方便，可适应不同边长岩土试样，功能多样的携带式真三轴仪。

本发明是这样实现的：

本发明携带式真三轴仪，由垂直方向加载系统和水平X、Y方向加载系统组成，垂直方向加载系统有四根立柱1，其上端与上板2连接，下端与下板3连接，垂直油缸4与上板2连接，Y方向加载系统有对称的X方向的两个夹具5各与两根立柱连接，一夹具与第一水平油缸或压力传感器6连接，另一夹具与加力手轮7连接，有两根Y方向的对称的拉杆8各与两根立柱连接，X方向加载系统有底板9位于下板3上与其连接，底板9两端各有一个立板10，两立板相平行，二或四根X方向的水平柱11分别与两立板的两端连接，一个立板上有第二水平油缸12，另一个立板与第一圆柱体13螺纹连接。

立柱与上、下板，底板与下板，夹具、拉杆与立柱，第一圆柱体、垂直油缸、第一、二水平油缸与夹具或立板或上板之间的连接件为螺栓。

正方体试样的六个面各与一个传力板16或附加传力板14连接，每个附加传力板通过联接销钉15与一个传力板16连接，除了与底板9连接的传力板，其它传力板外侧中央固连有球形座套17。

第一、二水平油缸和垂直油缸4的端板18的中孔与内传力柱19一端的螺杆螺纹配合，内传力柱19的另一端为凸圆弧形，与球形座套17配合，底板9上有

形条20，传力板刚好安放在

形条20内与底板接触。

Y方向加载系统的一个夹具中央有轴套21，轴套21中的内腔一端与加力手轮7轴心的第二圆柱体22螺纹配合，另一端有传力柱23，传力柱一端为平面与圆柱体的顶端弧面连接，传力柱的另一端为凸圆弧形与球形座套17配合。

X方向加载系统的一个立板10与第一圆柱体13连接，第一圆柱体13的中孔与内传力柱19一端的螺杆螺纹配合，内传力柱19的另一端为凸圆弧形，与球形座套17配合。

所述附加传力板14为100-150mm边长的系列附加传力板。

所述夹具5为块状，其中央有孔与水平油缸25或轴套21连接，其两端各与第一铐形套26连接，第一铐形套26与立柱1连接，所述的拉杆8的两端各与第二铐形套27连接，第二铐形套27与立柱1连接。

本发明有如下优点：

本发明属于便携式仪器类型，框架式结构，组装式，体积小，可全部拆卸装在几个小箱内(最长一个部件仅70cm)，搬运方便，易于安装；无需交流电，适合野外操作。这是本发明特点之一。

本发明适合中小尺寸(边长100mm～150mm)的岩石试样或模型试样。本本发明有不同尺寸边长的附加传力板，在三向油缸储力确定的情况下，可根据工程环境应力，调整试样尺寸，即制成与附加传力板相同边长的试样，从而保证三向最大荷载，换句话讲，本仪器能灵活地通过改变加载面积，而相应调整试样的三向应力。这是本发明又一特点。

本发明Y方向加载系统为一新颖设计，它利用了垂向立柱、铐式夹具、限制立柱向外变形的铐式拉杆三者之间配合而减少一套Y方向的加载框架，特别是解决了Y方向这套加载框架的四根水平柱在仪器内不好安放的难题。本发明Y方向除采用水平油缸进行加力及读数外；还可改由加力手轮配合压力传感器进行加力及读数，后者可省去一套油缸及油泵设备。

本发明为大型水电工程、石油工程、地下硐室、隧道等工程的深部岩体研究，进行现场岩土试验的设备轻便化，提供了新的仪器。适用于野外测试队和大专院校、科研单位的现场试验场所。

本发明造价较低，适宜推广使用。

附图说明：

图1为本发明结构图。

图2为本发明主视图。

图3为图2的右视图。

图4为图2的左视图。

图5为图1的X-X视图。

图6为图1的y-y剖视图。

图7为图6的Z-Z剖视图。

具体实施方式：

本发明由以下五套系统组成：

1.垂直方向加载系统

由四根φ48mm立柱1，上、下板2、3(各厚45mm)、底板9(厚17mm)，带球形座上传力板16(145mm×145mm)、下传力板16(150mm×150mm)、附加传力板14(95mm×95mm×25mm；也可根据工程环境应力，改变边长，下同。)及垂直油缸4(500KN，高190mm)组成，总高度630mm。

上传力板16的球形座由内传力柱19与球形座套17组成；内传力柱19一端为螺杆，旋人垂直油缸顶端板18中孔；另一端为凸圆弧形，进人球形座套17；当试样上下不平行时，球形座套可使传力板角度微调，而保持传力板与试样之间紧密接触。当顺时针旋转出垂直油缸顶端板18时，驱使上传力板与试样紧密接触。

附加传力板14通过联接销钉15联接在带球形座套的传力板正中部位，方便拆卸与安装。

底板9上设计有“∏”型条20，开口向前，下传力板刚好安放在“∏”型条内，试样放在下传力板上，也即试样摆放最佳位置。

2.X方向(水平方向)加载系统

由四根φ35mm水平柱11，立板10(各厚35mm)，前旋转圆柱体13、带球形座套前传力板16(145mm×145mm)、带球形座套后传力板16(145mm×145mm)、附加传力板14，及水平油缸(300KN，长180mm)组成，总长度700mm。

前、后传力板的球形座套结构同上传力板的球形座套。后传力板球形座套同样是内传力柱一端螺杆旋人水平油缸顶端板中孔，另一端凸圆弧形进人球形座套。前传力板的球形座套稍不同是内传力柱一端螺杆旋人的是前旋转圆柱体中，另一端凸圆弧形不变，进入球形座套。当顺时针旋转出水平油缸顶端板时，驱使后传力板与试样紧密接触；前旋转圆柱体安装在立板上，当用板手顺时针旋转伸进时，驱使前传力板与试样紧密接触。

附加传力板14通过联接销钉15联接在带球形座套的传力板正中部位，方便拆卸与安装。

设置四根水平柱11的目的是使水平系统传力更均衡。

3.Y方向(水平方向)加载系统

由安置在垂向立柱1上的左、右铐式夹具5，限制立柱向外变形铐式拉杆8，带球形座套左传力板16(145mm×145mm)、带球形座套右传力板16(145mm×145mm)、附加传力板14，及水平油缸(50KN)或压力传感器6、右旋转圆柱体22、加力手轮7组成，总长度500mm。

左、右传力板的球形座套结构同上传力板的球形座套，左传力板的球形座套同样是内传力柱19一端螺杆旋人水平油缸顶端板中孔或压力传感器顶端板中孔，另一端凸圆弧形进人球形座套与右传力板的球形座套连接的传力柱23一端为平面，而右旋转圆柱体22前端为尖弧形突起体，两者点接触，传力柱23另一端凸圆弧形进入球形座套。水平油缸或压力传感器安装在左铐式夹具上，当顺时针旋转出水平油缸顶端板或压力传感器顶端板时，驱使左传力板与试样紧密接触；右旋转圆柱体22安装在右铐式夹具上，加力手轮安装在其后端，当操作加力手轮将右旋转圆柱体22顺时针旋转前进时，推动传力柱，驱使右传力板与试样紧密接触。

附加传力板14通过联接销钉联接在带球形座套传力板正中部位，方便拆卸与安装。

本系统加力有两种方式：或直接由水平油缸进行加力及读数；或由加力手轮配合压力传感器进行加力及读数；右传力板的传力柱一端的平面与圆柱体尖弧形突起体两者采取点接触的目的是当加力手轮施力时，右旋转圆柱体只传力，而不能带动右传力板旋转。

由于水平油缸与加力手轮均着力于立柱上，故增设限制立柱向外变形铐式拉杆；经测试，水平油缸(Y方向)最大出力达50KN(5吨)时，立柱向外变形量甚微；因本仪器测位移的磁性表座安置在上板，位移传感器或百分表表脚直接接触传力板，与立柱无丝毫接触，且立柱向外变形甚微，故不影响位移数据采集的准确性。

4.加压系统

本仪器垂向、水平油泵采用改进型。油缸加载、卸载过程中，勿需多个操纵轮，只需一个换向把即可。垂向油泵还设计有调压阀门，目的是进行稳压调整。

5.量测系统

(1).三向位移：

配置磁性表座，表座吸附在上板，三向位移传感器或百分表表脚直接接触传力板。

(2).硐室模型内应变片导线经传力板上导线引出孔穿出。

(3).压力测试：

垂直、水平油泵都有大、小两个量程三通接口，三通接口一通安装压力表，另一通安装压力传感器，其中小量程三通接口前设置开启阀轮，目的在于保护小量程压力表与小量程传感器。

试验操作

1.坚硬岩石的三轴变形试验；较软岩石或模型的三轴变形与破坏试验；

先将下传力板安放在底板“∏”型条内，再将试样放其上，若试样为边长150mm的正方体，则要求试样各边与下传力板各边对齐；若试样为边长小于150mm的正方体，则要求试样各边与下传力板各边平行和等距离；

然后在试样左、右、前、后、上方依次安放附加传力板、带球形座传力板；同时旋转Y方向左侧50KN水平油缸(或压力传感器)与Y方向右侧加力手轮，驱使左右传力板或附加传力板紧密接触试样；同时旋转出X方向300KN水平油缸顶端板与X方向前旋转圆柱体，驱使前后传力板或附加传力板紧密接触试样；最后旋转出垂直方向500KN垂直油缸顶端板，驱使上传力板或附加传力板紧密接触试样。安装完毕。

安装磁性表座与水平、垂直位移传感器或位移百分表。调零。

同时将垂直、水平油缸的油泵换向把转向加载端；若试样强度较大，则关闭小量程压力表开启阀轮；摇动油泵手柄，同时施力进行试验。

2.硐室模型三轴变形试验

事先将模型内应变片导线从传力板引出孔穿出后，操作程序照试验1。

用途

主要用于现场或室内进行以下试验项目：

1.坚硬岩石的三轴变形试验；较软岩石或模型的三轴变形与破坏试验；

2.硐室模型三轴变形试验；

主要技术指标

1.仪器外形尺寸：高630mm、长700mm、宽500mm。

2.仪器垂直油缸(Z方向、σ₁方向)：最大出力500KN(50吨)，最大行程60mm；

仪器水平油缸(X方向、σ₂方向)：最大出力300KN(30吨)，最大行程60mm；

仪器水平油缸(Y方向、σ₃方向)：最大出力50KN(5吨)，最大行程60mm。

3.仪器重量：约300Kg(包括三个油泵)。

4.适合试样尺寸：

(1)岩石或模型：正方体，边长100mm～150mm；

(2)硐室模型：正方体，边长150mm，中孔φ＝50mm(或自定)。

5.仪器三向最大荷载：

(1)试样边长100mm时：σ₁＝50Mpa，σ₂＝30Mpa，σ₃＝5Mpa；

(2)试样边长150mm时：σ₁＝22Mpa，σ₂＝13Mpa，σ₃＝2.2Mpa。

Claims (5)

1.携带式真三轴仪，由垂直方向加载系统和水平X、Y方向加载系统组成，其特征在于垂直方向加载系统有四根立柱(1)，其上端与上板(2)连接，下端与下板(3)连接，垂直油缸(4)与上板(2)连接，Y方向加载系统有对称的X方向的两个夹具(5)各与两根立柱连接，一夹具与第一水平油缸或压力传感器(6)连接，另一夹具与加力手轮(7)连接，有两根Y方向的对称的拉杆(8)各与两根立柱连接，X方向加载系统有底板(9)位于下板(3)上与下板连接，底板(9)两端各有一个立板(10)，两立板相平行，二或四根X方向的水平柱(11)分别与两立板的两端连接，一个立板上有第二水平油缸(12)，另一个立板与第一圆柱体(13)螺纹连接。

2.根据权利要求1所述的携带式真三轴仪，其特征在于立柱与上、下板，底板与下板，夹具、拉杆与立柱，第一圆柱体、垂直油缸、第一、二水平油缸与夹具或立板或上板之间的连接件为螺栓。

3.根据权利要求1所述的携带式真三轴仪，其特征在于正方体试样的六个面各与一个传力板(16)或附加传力板(14)连接，每个附加传力板通过联接销钉(15)与一个传力板(16)连接，除了与底板(9)连接的传力板，其它传力板外侧中央固连有球形座套(17)，第一、二水平油缸和垂直油缸(4)的端板(18)的中孔与内传力柱(19)一端的螺杆螺纹配合，内传力柱(19)的另一端为凸圆弧形，与球形座套(17)配合，底板(9)上有∏形条(20)，传力板刚好安放在∏形条(20)内与底板接触，Y方向加载系统的一个夹具中央有轴套(21)，轴套(21)中的内腔一端与加力手轮(7)轴心的第二圆柱体(22)螺纹配合，另一端有传力柱(23)，传力柱一端为平面与第二圆柱体的顶端弧面连接，传力柱的另一端为凸圆弧形与球形座套(17)配合，X方向加载系统的一个立板(10)与第一圆柱体(13)连接，第一圆柱体(13)的中孔与内传力柱(19)一端的螺杆螺纹配合，内传力柱(19)的另一端为凸圆弧形，与球形座套(17)配合。

4.根据权利要求3所述的携带式真三轴仪，其特征在于所述附加传力板(14)为100-150mm边长的系列附加传力板。

5.根据权利要求3所述的携带式真三轴仪，其特征在于所述夹具(5)为块状，其中央有孔与水平油缸(25)或轴套(21)连接，其两端各与第一铐形套(26)连接，第一铐形套(26)与立柱(1)连接，所述的拉杆(8)的两端各与第二铐形套(27)连接，第二铐形套(27)与立柱(1)连接。

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