CN101504356B

CN101504356B - 自平衡岩石全端面真三轴压缩试验装置

Info

Publication number: CN101504356B
Application number: CN2009100610105A
Authority: CN
Inventors: 周辉; 张传庆; 汤艳春; 房敬年; 刘继光; 冯夏庭; 张伟
Original assignee: Wuhan Institute of Rock and Soil Mechanics of CAS
Current assignee: Wuhan Institute of Rock and Soil Mechanics of CAS
Priority date: 2009-03-06
Filing date: 2009-03-06
Publication date: 2012-04-25
Anticipated expiration: 2029-03-06
Also published as: CN101504356A

Abstract

本发明公开了一种自平衡岩石全端面真三轴压缩试验装置，该装置由三轴压力室、四联板机构、σ₁加载传递系统、σ₂加载传递系统和σ₃加载传递系统组成，其特征在于：σ₁加载传递系统位于三轴压力室上端，通过σ₁方向活塞与三轴压力室相连；σ₂加载传递系统位于三轴压力室的侧端，通过σ₂方向活塞与三轴压力室相连；σ₃加载传递系统通过排水孔与进水孔与三轴压力室相连；四联板机构位于三轴压力室内部。该装置能进行多种岩石的多种试验，进行多数可溶岩和不溶岩的真三轴压缩试验；能够通过水溶液来施加一个方向的压力，可以进行可溶岩的应力-溶解耦合试验；对岩石试件能够全端面施加应力，真实的反应岩体的受荷状态；该试验装置结构简单，易操作，具备自平衡功能。

Description

自平衡岩石全端面真三轴压缩试验装置

技术领域

本发明涉及地学和岩体工程技术领域，更具体涉及一种自平衡岩石全端面真三轴压缩试验装置，主要是用于研究在复杂的组合应力状态下岩石的基本力学特性以及可溶岩的应力-溶解耦合特性，试验结果可应用于地学和岩体工程研究及岩石力学学科。

背景技术

在天然条件下，地壳和工程岩体是在复杂的组合应力状态下产生变形和破坏的。岩体是一种复杂的地质体，处于复杂的三维应力场中，岩体破坏通常是由于其所赋存的应力状态发生改变引起的。常规三轴岩石力学试验一般都是对岩石施加一定的围压，然后保持围压不变(即σ₂＝σ₃)增加最大主应力σ₁使岩石发生破坏，这种试验方法只能研究轴对称的应力状态，不适用于中间主应力对岩体强度和变形的影响。真三轴试验可以解决常规三轴试验不能反映的复杂应力路径的演化问题，通过主应力σ₁，σ₂，σ₃的独立变化，可以体现岩体实际受荷情况。

岩石(特别是可溶于水的岩石，如岩盐、石膏、石灰岩等)的应力、溶解耦合过程研究是国际岩石力学领域最前沿的课题之一，是核废料地下处置、地下能源储存、地下二氧化碳储存、地热开发、石油开采、坝基、边坡、硐室等众多与水相关的岩石工程的最基础性研究课题之一，具有十分重要的研究意义。在岩石工程的安全性的诸多影响因素中，水是最活跃的一个因素，对于岩石，特别是可溶于水的岩石，其力学性质和溶解特性相互作用，相互影响：一方面，由于在一定的应力和应力变化作用下岩石发生塑性变形，从而产生不同尺度的裂隙，当岩石与水溶液接触时，由于裂隙的不断产生和扩展，岩石的溶蚀过程发生了变化；另一方面，由于水溶液对岩石裂隙产生溶蚀作用，从而进一步使裂隙开度增大，对岩石的力学性质产生影响。

在岩石(特别是可溶于水的岩石，如岩盐)的溶蚀机理方面，从二十世纪六十年代开始，R.W.Durie、F.W.Jessen、Saberian等大批学者进行了大量试验研究，对岩盐表面光滑程度、溶蚀面倾角、环境温度、流速及岩石组成等因素对溶蚀速度的影响进行了分析。吴刚、杨俊六、赵晓华、刘成伦、黄德芳等从二十世纪八十年代开始进行了岩盐溶蚀模拟试验研究。但岩石(特别是可溶于水的岩石，如岩盐)的力学性质和溶解特性是相互作用，相互影响，目前对于岩石(特别是可溶于水的岩石，如岩盐)的应力-溶解耦合机理方面的研究还不够完善。

目前国内外已研发的岩石力学试验设备，主要存在以下几个方面的问题：

1、未真实的反应岩体的受荷状态

岩石常规三轴压缩装置虽然采用了油(或水溶液)施加围压，但无法真实的反应岩体的实际受荷状态；岩石真三轴压缩试验装置采用了三向应力施加方式，但在对岩石试件施加全端面应力方面存在着不足：

(1)采用方形压板对岩石试件施加应力，试件未被施加全端面应力。采用方形压板对岩石试件进行压缩试验时，为了避免岩石试件变形后不同方向的方形压板互相影响，在不同方向的方形压板之间预留了一定的空间，这一部分空间决定了该试验仪器的变形测量量程，但由于这部分空间的存在，造成岩石试件的受力状态与实际不符，不是全端面受力。

(2)采用斜断面的压板对岩石试件施加应力，不同方向的斜断面压板之间存在着空间，但是由于空间较小，可近似地认为岩石试件被施加了全端面应力。压板采用斜断面的方式可以扩大岩石试件的变形范围，但是由于不同方向的斜断面压板之间的空间较小，使得该试验装置的测量范围还是较小，变形量程小，不适于变形量大的岩石，限制了该试验装置的适用范围。

(3)对岩石试件施加了全端面的应力，但是由于不同方向的压板之间的相互影响，造成岩石试件与压板之间的摩擦力大，这与岩石的实际受力状态不符。

2、试验仪器在结构上不具备“自平衡”功能，即试验装置不能够从本身结构设计上实现加载力和反力相平衡，这就造成试验仪器必须使用巨大的承力柱去承担由于加载而产生的反力，试验装置的尺寸大，仪器笨重，应力的施加方式较单一，操作难度较高，人力进行试验操作比较困难，安全性较差。

3、某些岩石三轴压缩试验装置在设计上限制了该装置的功能，不能较好的进行试验仪器功能的扩展，特别是不能进行岩石试件的应力-溶解耦合试验。

为此，必须对岩石三轴压缩试验装置进行改进，使得三轴压缩试验装置的应力施加方式多样化，真实的反应岩体的受荷状态，对岩石试件能够全端面施加应力；能够测试可溶岩的应力-溶解耦合特性，使得试验装置的功能多样化；并且通过对试验装置结构上的设计使得该试验装置结构简单，易操作。本试验装置针对以上各点进行了改进。

发明内容

本发明的目的是在于提供了一种自平衡岩石全端面真三轴压缩试验装置，该装置能进行多种岩石的多种试验，对多数可溶岩(如岩盐、石膏、石灰岩等)和不溶岩(如花岗岩、砂岩等)的真三轴压缩进行试验；另外由于其能够通过水溶液来施加一个方向的压力，还可以对可溶岩(如岩盐、石膏等)的应力-溶解耦合进行试验；对岩石试件能够全端面施加应力，真实的反应岩体的受荷状态；通过对试验装置结构上的设计使得该试验装置结构简单，易操作，具备“自平衡”功能。

该试验装置由三轴压力室、“四联板”机构、σ₁加载传递系统、σ₂加载传递系统和σ₃加载传递系统组成，其特征在于：σ₁加载传递系统位于三轴压力室上端，通过σ₁方向活塞与三轴压力室相连；σ₂加载传递系统位于三轴压力室的侧端，通过σ₂方向活塞与三轴压力室相连；σ₃加载传递系统通过排水孔与进水孔与三轴压力室相连；“四联板”机构位于三轴压力室内部。该试验装置的主要技术特征在于：使用四联板机构能够对岩石试件施加全端面应力，消除岩石试件与试验装置之间的摩擦力，真实的反应岩体的实际受荷状态。下面分别对试验装置的各个组成部分详细进行说明。

(1)三轴压力室

该系统由三轴压力室顶板，三轴压力室右侧盖板，三轴压力室围板，三轴压力室下盖板，三轴压力室上盖板，σ₁方向底座，螺栓共同组装而成。

三轴压力室顶板一次性加工成型，嵌套有σ₁方向活塞。三轴压力室上盖板还嵌套有σ₁方向加载传递油孔，三轴压力室顶板通过螺栓与三轴压力室上盖板固定在一起。

三轴压力室右侧盖板一次性加工成型，中心为一圆孔，嵌套有σ₂方向活塞，通过螺栓与三轴压力室围板相连，三轴压力室右侧盖板内嵌σ₂方向加载传递油孔和σ₂方向活塞回收油孔。

三轴压力室围板通过螺栓以及密封圈与三轴压力室上盖板，三轴压力室右侧盖板以及三轴压力室下盖板组装在一起。右侧三轴压力室围板中间为一圆孔，通过密封圈与σ₂方向活塞相连，右侧三轴压力室围板沿σ₂方向活塞左右对称。

三轴压力室下盖板通过螺栓与三轴压力室围板固定在一起，并与σ₁方向底座相接。其内嵌排水孔和进水孔。

三轴压力室上盖板为一半工字形，上部为正方形，工字形内部为圆形，三轴压力室上盖板中心有一圆孔，通过密封圈与σ₁方向活塞相连，三轴压力室上盖板沿σ₁方向活塞左右对称。三轴压力室上盖板通过螺栓以及密封圈与三轴压力室顶板、三轴压力室围板连接在一起。

σ₁方向底座为方形或长方形，处于三轴压力室下盖板和“四联板”机构之间，其长度尺寸与三轴压力室内部空间σ₁方向的尺寸相匹配。其主要作用是使岩石试件的中心与σ₂加载传递系统的中心线重合，以保证σ₂方向应力与岩石试件的中心对中。

(2)“四联板”机构

该机构由σ₁方向滚珠压头，σ₂方向滚珠压头，第一、第二σ₁方向应力施加平板，第一、第二σ₂方向应力施加平板，以及岩石试件共同组装而成。

σ₁方向滚珠压头位于σ₁方向活塞和第一σ₁方向应力施加平板之间，其为一圆柱形压头，圆柱形压头底部镶嵌有滚珠，滚珠在圆柱形压头底部对称分布。其主要作用是将σ₁方向应力传递到第一σ₁方向应力施加平板上，并通过压头底部的滚珠消除第一σ₁方向应力施加平板与σ₁方向滚珠压头之间的摩擦力，保证σ₁方向应力垂直加载传递。

σ₂方向滚珠压头和σ₁方向滚珠压头的文字描述是等同的。

岩石试件位于第一、第二σ₁方向应力施加平板和第一、第二σ₂方向应力施加平板之间，长方形。岩石试件与第一、第二σ₁方向应力施加平板和第一、第二σ₂方向应力施加平板接触的四个面上有一层光滑金属箔片，其主要作用是消除应力施加压板与岩石试件之间的摩擦力。

第一、第二σ₁方向应力施加平板和第一、第二σ₂方向应力施加平板与岩石试件相接触。第二σ₂方向应力施加平板的长度超过岩石试件的长度，第二σ₂方向应力施加平板的一端有弹簧，弹簧的另一端抵在σ₁方向底座上，弹簧的作用是利于第二σ₂方向应力施加平板安装，并保证其与σ₁方向底座之间预留一定的空隙，这部分空隙决定了第二σ₂方向应力施加平板向下移动的范围，决定了σ₁方向变形的量程。当第二σ₂方向应力施加平板受到第一σ₁方向应力施加平板的挤压时，第二σ₂方向应力施加平板可以向空隙处移动。第二σ₁方向应力施加平板的长度大于岩石试件的宽度，其位于岩石试件和σ₁方向底座之间；第二σ₁方向应力施加平板与三轴压力室围板之间有一定的空隙，这部分空隙决定了第二σ₁方向应力施加平板向左移动的范围，决定了σ₂方向变形的量程；第二σ₁方向应力施加平板通过一排滚珠与σ₁方向底座相接触，滚珠镶嵌在第二σ₁方向应力施加平板上，其作用是消除第二σ₁方向应力施加平板与σ₁方向底座之间的摩擦力。这四块压板组合在一起，当岩石试件产生变形后，第一σ₁方向应力施加平板在σ₁方向滚珠压头的推动下产生沿σ₁方向的移动；第二σ₂方向应力施加平板在σ₂方向滚珠压头的推动下产生沿σ₂方向的移动，同时在第一σ₁方向应力施加平板的挤压下产生向下的移动；第二σ₁方向应力施加平板在第二σ₂方向应力施加平板的挤压下产生沿σ₂方向的移动；第一σ₂方向应力施加平板在试验过程中位置保持不变。

“四联板”机构的主要作用是在σ₁和σ₂方向通过应力施加平板对岩石试件施加压力，σ₃方向则通过溶液或油等对岩石试件施加压力，并且该机构可以保证岩石试件所承受的σ₁方向应力为垂直应力，所承受的σ₂方向应力为水平应力，应力方向不会发生偏转；该机构能够保证在σ₁和σ₂方向对岩石试件进行全端面的应力施加；该机构能够消除岩石试件与应力施加压板之间的摩擦力，同时避免第一σ₁方向应力施加压板与σ₁方向球形压头之间的摩擦力以及第二σ₁方向应力施加压板与σ₁方向底座之间的摩擦力。

(3)σ₁加载传递系统

该系统包含以下部件：σ₁方向位移测量计；σ₁方向提手；σ₁方向活塞；σ₁方向油缸压板；σ₁方向油缸；σ₁方向加载传递油孔；σ₁方向活塞回收油孔；σ₁方向稳压器；σ₁方向手压泵。该系统的主要作用是提供σ₁方向应力。

σ₁加载传递系统与三轴压力室顶板，三轴压力室上盖板以及“四联板”机构相连，其主要作用是将σ₁方向应力传递给“四联板”机构，并测量岩石试件在σ₁方向受压后所产生的变形。σ₁加载传递系统套装在三轴压力室顶板中，并通过密封圈以及螺栓与三轴压力室顶板，三轴压力室上盖板联结成一体。

σ₁方向位移测量计通过σ₁方向提手与三轴压力室顶板相接，其作用为测量σ₁方向应力施加后仪器以及试样在σ₁方向上产生的变形。

σ₁方向提手套装在σ₁方向活塞上，σ₁方向提手上套有σ₁方向位移测量计，其主要作用是固定σ₁方向位移测量计，并用于安装σ₁方向活塞。

σ₁方向活塞通过密封圈嵌套在三轴压力室顶板中间，并通过密封圈与三轴压力室上盖板相连，其与σ₁方向滚珠压头相接，其上套装有σ₁方向提手和σ₁方向油缸压板，其主要作用是采用变径增压的方式将σ₁方向压力通过σ₁方向油缸压板挤压σ₁方向油缸中的油，从而将σ₁方向应力传递到σ₁方向滚珠压头上。

σ₁方向油缸压板为圆柱形，套装在σ₁方向活塞上，位于σ₁方向油缸中，与三轴压力室顶板的内径相匹配，通过密封圈与三轴压力室顶板相接，其主要作用是传递σ₁方向的压力并推动σ₁方向活塞。σ₁方向油缸压板的活动范围被局限在σ₁方向油缸中，并且其要保证σ₁方向油缸下部的油不会漏进σ₁方向油缸上部。

σ₁方向油缸为三轴压力室顶板所形成的空间，圆柱形，被σ₁方向油缸压板分为两个部分。其主要作用为装油的容器，并为σ₁方向油缸压板提供活动的范围。

σ₁方向加载传递油孔嵌套在三轴压力室顶板中，其通过管路与σ₁方向稳压器相连通。其主要作用是让提供σ₁方向压力的油进入σ₁方向油缸的上部。

σ₁方向活塞回收油孔嵌套在三轴压力室上盖板中，与σ₁方向油缸下部相连，其主要作用是让σ₁方向活塞回程复位。

σ₁方向稳压器的型号为NXQ₁-L，与σ₁方向手压泵相连，其主要作用是提供稳定的σ₁方向压力。

σ₁方向手压泵分级实行加压，压力表格的最小刻度为0.1MPa，每手动压一次压力变化0.1MPa。

(4)σ₂加载传递系统

该系统包含以下部件：σ₂方向位移测量计；σ₂方向提手；σ₂方向活塞；σ₂方向油缸压板；σ₂方向油缸；σ₂方向加载传递油孔；σ₂方向活塞回收油孔；σ₂方向稳压器；σ₂方向手压泵。该系统的主要作用是提供σ₂方向应力。

σ₂加载传递系统与三轴压力室右侧盖板，三轴压力室围板以及“四联板”机构相连，其主要作用是将σ₂方向压力传递给“四联板”机构，并测量岩石试件在σ₂方向受压后所产生的变形。σ₂加载传递传递系统套装在三轴压力室右侧盖板和三轴压力室围板中，并通过密封圈以及螺栓与三轴压力室右侧盖板和三轴压力室围板联结成一体。该系统与σ₁加载传递系统的文字描述是等同的。

(5)σ₃加载传递系统

该系统包含以下部件：排水孔；进水孔；σ₃方向稳压器；σ₃方向手压泵；手动双吸筒泵。该系统的主要作用是提供σ₃方向应力。

排水孔嵌套在三轴压力室下盖板中，与三轴压力室内部空间连通，是一个直线型通道，其主要作用是排水溶液或油等。

进水孔嵌套在三轴压力室下盖板中，与三轴压力室内部空间连通，是一个折线型的通道，并与σ₃方向稳压器相连，其主要作用是供具有σ₃方向应力的水溶液或油等进入三轴压力室内部空间的通道。

σ₃方向稳压器和σ₃方向手压泵与σ₁方向稳压器和σ₁方向手压泵的文字描述是等同的。

手动双吸筒泵由左侧进油(水)口，左侧出油(水)口，右侧进油(水)口，右侧出油(水)口，左侧缸筒，左侧活塞，双缸中间隔层，右侧缸筒，活塞杆，右侧活塞，活塞手柄传动杆，活塞手柄共同组装而成。其主要作用是循环供油(水)，从而保证为σ₃方向提供不间断的溶液，手动双吸筒泵采用手摇柄进行转动来进行供油(水)。此设备采用不锈钢制造，不施加压力。

手动双吸筒泵正常工作时全过程如下：当手握活塞手柄推右侧活塞时(也就是右侧活塞向左移动)，左侧出油(水)口打开，左侧进油(水)口关闭，右侧出油(水)口关闭，右侧进油(水)口打开；当手握活塞手柄拉右侧活塞时(也就是右侧活塞向右移动)，右侧出油(水)口打开，右侧进油(水)口关闭，左侧出油(水)口关闭，左侧进油(水)口打开。如此反复，不论是推右侧活塞还是拉右侧活塞的过程中，都会不间断的实现供油(水)。

本发明的特点是：

1、本试验装置应力施加的方式多样化，该装置两个方向的应力施加是采用平板压头施加，另一方向的应力是通过油(或水溶液)进行施加。

2、本试验装置可以进行多种岩石的多种试验，其可以进行多数可溶岩(如岩盐、石膏、石灰岩等)和不溶岩(如花岗岩、砂岩等)的真三轴压缩试验；另外由于其能够通过水溶液来施加一个方向的压力，故可以进行可溶岩(如岩盐、石膏、石灰岩等)的应力-溶解耦合试验。

3、本试验装置包含“四联板”机构，该机构主要有4个功能：(1)可以保证对岩石试件的每个面都能够全端面施加应力；(2)可以保证岩石试件所承受的σ₁方向应力和σ₂方向应力的方向在试验过程中不会发生偏转；(3)消除岩石试件与应力施加压板之间的摩擦力，以及应力施加压板与压头之间的摩擦力；(4)岩石试件变形测量范围大，能够进行大量程变形的岩石压缩试验。

4、本试验装置中的三轴压力室在结构上具有“自平衡”功能，能够从本身结构设计上实现加载力和反力相平衡。

5、本试验装置尺寸小，结构简单，易操作，并且能够较容易的实现功能的扩展。

附图说明

图1是自平衡岩石全端面真三轴压缩试验装置结构示意图。

其中：1a.σ₁方向位移测量计；1b.σ₂方向位移测量计；2a.σ₁方向提手；2b.σ₂方向提手；3a.σ₁方向活塞；3b.σ₂方向活塞；4a.σ₁方向油缸压板；4b.σ₂方向油缸压板；5a.σ₁方向油缸；5b.σ₂方向油缸；6a.σ₁方向滚珠压头；6b.σ₂方向滚珠压头；7a.σ₁方向加载传递油孔；7b.σ₂方向加载传递油孔；8a.σ₁方向活塞回收油孔；8b.σ₂方向活塞回收油孔；9a、9b、9c、9d.第一、第二、第三、第四三轴压力室顶板；10a、10b.第一、第二三轴压力室右侧盖板；11a、11b、11c.第一、第二、第三三轴压力室围板；12.三轴压力室下盖板；13a、13b、13c、13d、13e、13f.第一、第二、第三、第四、第五、第六螺栓；14.排水孔；15a、15b.第一、第二σ₁方向应力施加平板；16a、16b.第一、第二σ₂方向应力施加平板；17.σ₁方向底座；18.岩石试件；19.进水孔；20a.σ₁方向稳压器；20b.σ₂方向稳压器；20c.σ₃方向稳压器；21a.σ₁方向手压泵；21b.σ₂方向手压泵；21c.σ₃方向手压泵；22.手动双吸筒泵；23a、23b.第一、第二三轴压力室上盖板。

图2是三轴压力室各部件的结构示意图。图中的各部件的标号与图1是相同的。

图3是三轴压力室内部各部件的结构示意图。图中的各部件的标号与图1是相同的。

图4是手动双吸筒泵结构示意图。

其中：A.左侧进油(水)口；B.左侧出油(水)口；C.右侧进油(水)口；D.右侧出油(水)口；E.左侧缸筒；F.左侧活塞；G.双缸中间隔层；H.右侧缸筒；I.活塞杆；J.右侧活塞；K.活塞手柄传动杆；L.活塞手柄。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作进一步的说明。

由图1、图2、图3和图4可知，该试验装置由三轴压力室I、“四联板”机构II、σ₁加载传递系统III、σ₂加载传递系统IV和σ₃加载传递系统V组成，σ₁加载传递系统III位于三轴压力室I上端，通过σ₁方向活塞3a与三轴压力室I相连；σ₂加载传递系统IV位于三轴压力室I的侧端，通过σ₂方向活塞3b与三轴压力室I相连；σ₃加载传递系统V通过排水孔14与进水孔19与三轴压力室I相连；“四联板”机构II位于三轴压力室I内部。下面分别对试验装置的各个组成部分详细进行说明。

(1)三轴压力室

所述的三轴压力室I由第一、第二、第三、第四三轴压力室顶板9a、9b、9c、9d、第一、第二三轴压力室右侧盖板10a、10b、第一、第二、第三三轴压力室围板11a、11b、11c、三轴压力室下盖板12、第一、第二三轴压力室上盖板23a、23b、σ₁方向底座17、第一、第二、第三、第四、第五、第六螺栓13a、13b、13c、13d、13e、13f组成，嵌套有σ₁方向活塞3a，第一三轴压力室上盖板9a还嵌套有σ₁方向加载传递油孔7a，第三三轴压力室顶板9c通过第一螺栓13a与第一三轴压力室上盖板23a固定，第四三轴压力室顶板9d通过第二螺栓13b与第二三轴压力室上盖板23b固定；其详细构成如图2所示。

第一、第二、第三、第四三轴压力室顶板9a、9b、9c、9d一次性加工成型，嵌套有σ₁方向活塞3a。第一三轴压力室上盖板9a还嵌套有σ₁方向加载传递油孔7a，第三三轴压力室顶板通过第一螺栓13a与第一三轴压力室上盖板23a固定在一起，第四三轴压力室顶板通过第二螺栓13b与第二三轴压力室上盖板23b固定在一起。

第一、第二三轴压力室右侧盖板10a、10b一次性加工成型，中心为一圆孔，嵌套有σ₂方向活塞3b，通过第五、第六螺栓13e、13f与第二、第三三轴压力室围板11b、11c相连，第一三轴压力室右侧盖板10a内嵌σ₂方向加载传递油孔7b；第二三轴压力室右侧盖板10b内嵌σ₂方向活塞回收油孔8b。

第一、第二、第三三轴压力室围板11a、11b、11c通过第一、第二、第三、第四、第五、第六螺栓13a、13b、13c、13d、13e、13f以及密封圈与第一、第二三轴压力室上盖板23a、23b，第一、第二三轴压力室右侧盖板10a、10b以及三轴压力室下盖板12组装在一起。第二、第三三轴压力室围板11b、11c中间为一圆孔，通过密封圈与σ₂方向活塞3b相连，第二、第三三轴压力室围板11b、11c沿σ₂方向活塞3b左右对称。

三轴压力室下盖板12通过第三螺栓13c与第一三轴压力室围板11a固定在一起，通过第四螺栓13d与第三三轴压力室围板11c固定在一起，并与σ₁方向底座17相接。其内嵌排水孔14和进水孔19。

第一、第二三轴压力室上盖板23a、23b为一半工字形，上部为正方形，工字形内部为圆形，第一、第二三轴压力室上盖板23a、23b中心有一圆孔，通过密封圈与σ₁方向活塞3a相连，第一、第二三轴压力室上盖板23a、23b沿σ₁方向活塞3a左右对称。第一三轴压力室上盖板23a通过第一螺栓13a以及密封圈与第三三轴压力室顶板9c、第一三轴压力室围板11a连接在一起，第二三轴压力室上盖板23b通过第二螺栓13b以及密封圈与第四三轴压力室顶板9d、第二三轴压力室围板11b连接在一起。

σ₁方向底座17为方形或长方形，处于三轴压力室下盖板12和“四联板”机构II之间，其长度尺寸与三轴压力室I内部空间σ₁方向的尺寸相匹配。其主要作用是使岩石试件18的中心与σ₂加载传递系统IV的中心线重合，以保证σ₂方向应力与岩石试件18的中心对中。

(2)“四联板”机构

所述的四联板机构II由σ₁方向滚珠压头6a、σ₂方向滚珠压头6b、第一、第二σ₁方向应力施加平板15a、15b、第一、第二σ₂方向应力施加平板16a、16b及岩石试件18组成，σ₁方向滚珠压头6a位于σ₁方向活塞3a和第一σ₁方向应力施加平板15a之间，圆柱形压头底部镶嵌有滚珠，滚珠在圆柱形压头底部对称分布，岩石试件18位于第一、第二σ₁方向应力施加平板15a、15b和第一、第二σ₂方向应力施加平板16a、16b之间，第一、第二σ₁方向应力施加平板15a、15b和第一、第二σ₂方向应力施加平板16a、16b与岩石试件18相接触，第二σ₂方向应力施加平板16b的一端有弹簧，弹簧的另一端抵在σ₁方向底座17上，第二σ₁方向应力施加平板15b与第一三轴压力室围板11a之间有空隙，滚珠镶嵌在第二σ₁方向应力施加平板15b上。其详细构成如图3所示。

σ₁方向滚珠压头6a位于σ₁方向活塞3a和第一σ₁方向应力施加平板15a之间，其为一圆柱形压头，圆柱形压头底部镶嵌有滚珠，滚珠在圆柱形压头底部对称分布。其主要作用是将σ₁方向应力传递到第一σ₁方向应力施加平板15a上，并通过压头底部的滚珠消除第一σ₁方向应力施加平板15a与σ₁方向滚珠压头6a之间的摩擦力，保证σ₁方向应力垂直加载传递。

σ₂方向滚珠压头6b和σ₁方向滚珠压头6a的文字描述是等同的。

岩石试件18位于第一、第二σ₁方向应力施加平板15a、15b和第一、第二σ₂方向应力施加平板16a、16b之间，长方形。岩石试件18与第一、第二σ₁方向应力施加平板15a、15b和第一、第二σ₂方向应力施加平板16a、16b接触的四个面上有一层光滑金属箔片，其主要作用是消除应力施加压板与岩石试件之间的摩擦力。

第一、第二σ₁方向应力施加平板15a、15b和第一、第二σ₂方向应力施加平板16a、16b与岩石试件18相接触。第二σ₂方向应力施加平板16b的长度超过岩石试件18的长度，其一端有一个弹簧，弹簧的另一端抵在σ₁方向底座17上，弹簧的作用是利于第二σ₂方向应力施加平板16b安装，并保证其与σ₁方向底座17之间预留一定的空隙，这部分空隙决定了第二σ₂方向应力施加平板16b向下移动的范围，决定了σ₁方向变形的量程。当第二σ₂方向应力施加平板16b受到第一σ₁方向应力施加平板15a的挤压时，第二σ₂方向应力施加平板16b可以向空隙处移动。第二σ₁方向应力施加平板15b的长度大于岩石试件18的宽度，其位于岩石试件18和σ₁方向底座17之间；第二σ₁方向应力施加平板15b与第一三轴压力室围板11a之间有一定的空隙，这部分空隙决定了第二σ₁方向应力施加平板15b向左移动的范围，决定了σ₂方向变形的量程；第二σ₁方向应力施加平板15b通过一排滚珠与σ₁方向底座17相接触，滚珠镶嵌在第二σ₁方向应力施加平板15b上，其作用是消除第二σ₁方向应力施加平板15b与σ₁方向底座17之间的摩擦力。这四块压板组合在一起，当岩石试件18产生变形后，第一σ₁方向应力施加平板15a在σ₁方向滚珠压头6a的推动下向下移动；第二σ₂方向应力施加平板16b在σ₂方向滚珠压头6b的推动下产生沿σ₂方向的移动，同时在第一σ₁方向应力施加平板15a的挤压下产生向下的移动；第二σ₁方向应力施加平板15b在第二σ₂方向应力施加平板16b的挤压下产生向左的移动；第一σ₂方向应力施加平板16a在试验过程中位置保持不变。

“四联板”机构II的主要作用是在σ₁和σ₂方向通过应力施加平板对岩石试件18施加压力，σ₃方向则通过溶液或油等对岩石试件18施加压力，并且该机构可以保证岩石试件18所承受的σ₁方向应力为垂直应力，所承受的σ₂方向应力为水平应力，应力方向不会发生偏转；该机构能够保证在σ₁和σ₂方向对岩石试件18进行全端面的应力施加；该机构能够消除岩石试件18与应力施加压板15a、15b、16a、16b之间的摩擦力，同时避免第一σ₁方向应力施加压板15a与σ₁方向球形压头6a之间的摩擦力以及第二σ₁方向应力施加压板15b与σ₁方向底座17之间的摩擦力。

(3)σ₁加载传递系统

所述的σ₁加载传递系统III包括σ₁方向位移测量计1a、σ₁方向提手2a、σ₁方向活塞3a、σ₁方向油缸压板4a、σ₁方向油缸5a、σ₁方向加载传递油孔7a、σ₁方向活塞回收油孔8a、σ₁方向稳压器20a、σ₁方向手压泵21a，σ₁加载传递系统III与第一、第二、第三、第四三轴压力室顶板9a、9b、9c、9d、第一、第二三轴压力室上盖板23a、23b、四联板机构II相连，σ₁加载传递系统III套装在第一、第二、第三、第四三轴压力室顶板9a、9b、9c、9d中，通过密封圈及第一、第二螺栓13a、13b与第一、第二、第三、第四三轴压力室顶板9a、9b、9c、9d、第一、第二三轴压力室上盖板23a、23b连接，σ₁方向位移测量计1a通过σ₁方向提手2a与第二三轴压力室顶板9b相接，σ₁方向提手2a套装在σ₁方向活塞3a上，σ₁方向提手2a上套有σ₁方向位移测量1a，σ₁方向活塞3a通过密封圈嵌套在第一、第二、第三、第四三轴压力室顶板9a、9b、9c、9d中间，并通过密封圈与第一、第二三轴压力室上盖板23a、23b相连，其与σ₁方向滚珠压头6a相接，其上套装有σ₁方向提手2a和σ₁方向油缸压板4a，σ₁方向油缸压板4a为圆柱形，套装在σ₁方向活塞3a上，位于σ₁方向油缸5a中，σ₁方向加载传递油孔7a嵌套在第一三轴压力室顶板9a中，通过管路与σ₁方向稳压器20a相连通，σ₁方向活塞回收油孔8a嵌套在第二三轴压力室上盖板23b中，与σ₁方向油缸5a相连。

σ₁加载传递系统III与第一、第二、第三、第四三轴压力室顶板9a、9b、9c、9d，第一、第二三轴压力室上盖板23a、23b以及“四联板”机构II相连，其主要作用是将σ₁方向应力传递给“四联板”机构II，并测量岩石试件18在σ₁方向受压后所产生的变形。σ₁加载传递系统III套装在第一、第二、第三、第四三轴压力室顶板9a、9b、9c、9d中，并通过密封圈以及第一、第二螺栓13a、13b与第一、第二、第三、第四三轴压力室顶板9a、9b、9c、9d，第一、第二三轴压力室上盖板23a、23b联结成一体。

σ₁方向位移测量计1a通过σ₁方向提手2a与第二三轴压力室顶板9b相接，其作用为测量σ₁方向应力施加后仪器以及试样在σ₁方向上产生的变形。

σ₁方向提手2a套装在σ₁方向活塞3a上，σ₁方向提手2a上套有σ₁方向位移测量计1a，其主要作用是固定σ₁方向位移测量计1a，并用于安装σ₁方向活塞3a。

σ₁方向活塞3a通过密封圈嵌套在第一、第二、第三、第四三轴压力室顶板9a、9b、9c、9d中间，并通过密封圈与第一、第二三轴压力室上盖板23a、23b相连，其与σ₁方向滚珠压头6a相接，其上套装有σ₁方向提手2a和σ₁方向油缸压板4a，其主要作用是采用变径增压的方式将σ₁方向压力通过σ₁方向油缸压板4a挤压σ₁方向油缸5a中的油，从而将σ₁方向应力传递到σ₁方向滚珠压头6a上。

σ₁方向油缸压板4a为圆柱形，套装在σ₁方向活塞3a上，位于σ₁方向油缸5a中，与第一、第二三轴压力室顶板9a、9b的内径相匹配，通过密封圈与第一、第二三轴压力室顶板9a、9b相接，其主要作用是传递σ₁方向的压力并推动σ₁方向活塞3a。σ₁方向油缸压板4a的活动范围被局限在σ₁方向油缸5a中，并且其要保证σ₁方向油缸5a下部的油不会漏进σ₁方向油缸5a上部。

σ₁方向油缸5a为第一、第二、第三、第四三轴压力室顶板9a、9b、9c、9d所形成的空间，圆柱形，被σ₁方向油缸压板4a分为两个部分。其主要作用为装油的容器，并为σ₁方向油缸压板4a提供活动的范围。

σ₁方向加载传递油孔7a嵌套在第一三轴压力室顶板9a中，其通过管路与σ₁方向稳压器20a相连通。其主要作用是让提供σ₁方向压力的油进入σ₁方向油缸5a的上部。

σ₁方向活塞回收油孔8a嵌套在第二三轴压力室上盖板23b中，与σ₁方向油缸5a下部相连，其主要作用是让σ₁方向活塞3a回程复位。

σ₁方向稳压器20a的型号为NXQ₁-L，与σ₁方向手压泵21a相连，其主要作用是提供稳定的σ₁方向压力。

σ₁方向手压泵21a分级实行加压，压力表格的最小刻度为0.1MPa，每手动压一次压力变化0.1MPa。

(4)σ₂加载传递系统

所述的σ₂加载传递系统IV包括σ₂方向位移测量计1b、σ₂方向提手2b、σ₂方向活塞3b、σ₂方向油缸压板4b、σ₂方向油缸5b、σ₂方向稳压器20b；σ₂方向手压泵21b。σ₂加载传递系统IV与第一、第二三轴压力室右侧盖板10a、10b、第二、第三三轴压力室围板11b、11c、四联板机构II相连，σ₂加载传递系统套装在第一、第二三轴压力室右侧盖板10a、10b和第二、第三三轴压力室围板11b、11c中，通过密封圈以及第五、第六螺栓13e、13f与第一、第二三轴压力室右侧盖板10a、10b和第二、第三三轴压力室围板11b、11c联结成一体。

该σ₂加载传递系统IV包含以下部件：σ₂方向位移测量计1b；σ₂方向提手2b；σ₂方向活塞3b；σ₂方向油缸压板4b；σ₂方向油缸5b；σ₂方向加载传递油孔7b；σ₂方向活塞回收油孔8b；σ₂方向稳压器20b；σ₂方向手压泵21b。该系统的主要作用是提供σ₂方向应力。

σ₂加载传递系统IV与第一、第二三轴压力室右侧盖板10a、10b，第二、第三三轴压力室围板11b、11c以及“四联板”机构II相连，其主要作用是将σ₂方向压力传递给“四联板”机构II，并测量岩石试件18在σ₂方向受压后所产生的变形。σ₂加载传递传递系统IV套装在第一、第二三轴压力室右侧盖板10a、10b和第二、第三三轴压力室围板11b、11c中，并通过密封圈以及第五、第六螺栓13e、13f与第一、第二三轴压力室右侧盖板10a、10b和第二、第三三轴压力室围板11b、11c联结成一体。该系统与σ₁加载传递系统的文字描述是等同的。

(5)σ₃加载传递系统

σ₃加载传递系统V包括排水孔14、进水孔19、σ₃方向稳压器20c、σ₃方向手压泵21c、手动双吸筒泵22，排水孔14嵌套在三轴压力室下盖板12中，与三轴压力室I内部空间连通，σ₃方向手压泵21c、手动双吸筒泵22、σ₃方向稳压器20c、进水孔19通过管线依次相连，进水孔19嵌套在三轴压力室下盖板12中，与三轴压力室I内部空间连通，并与σ₃方向稳压器20c相连。

排水孔14嵌套在三轴压力室下盖板12中，与三轴压力室I内部空间连通，是一个直线型通道，其主要作用是排水溶液或油等。

进水孔19嵌套在三轴压力室下盖板12中，与三轴压力室I内部空间连通，是一个折线型的通道，并与σ₃方向稳压器20c相连，其主要作用是提供具有σ₃方向应力的水溶液或油等进入三轴压力室I内部空间的通道。

σ₃方向手压泵21c、手动双吸筒泵22、σ₃方向稳压器20c、进水孔19通过管线依次相连，相连后其主要作用是提供σ₃方向应力。σ₃方向稳压器20c和σ₃方向手压泵21c与σ₁方向稳压器20a和σ₁方向手压泵21a的文字描述是等同的。

手动双吸筒泵22的详细构成如图4所示，由左侧进油(水)口A，左侧出油(水)口B，右侧进油(水)口C，右侧出油(水)口D，左侧缸筒E，左侧活塞F，双缸中间隔层G，右侧缸筒H，活塞杆I，右侧活塞J，活塞手柄传动杆K，活塞手柄L共同组装而成。其主要作用是循环供油(水)，从而保证为σ₃方向提供不间断的溶液，手动双吸筒泵22采用手摇柄进行转动来进行供油(水)。此设备采用不锈钢制造，不施加压力。

手动双吸筒泵22正常工作时全过程如下：当手握活塞手柄L推右侧活塞J时(也就是图4中右侧活塞J向左移动)，左侧出油(水)口B打开，左侧进油(水)口A关闭，右侧出油(水)口D关闭，右侧进油(水)口C打开；当手握活塞手柄L拉右侧活塞J时(也就是图4中右侧活塞J向右移动)，右侧出油(水)口D打开，右侧进油(水)口C关闭，左侧出油(水)口B关闭，左侧进油(水)口A打开。如此反复，不论是推右侧活塞J还是拉右侧活塞J的过程中，都会不间断的实现供油(水)。

本试验装置的安装过程如下：

第一步，分别将σ₁加载传递系统III、σ₂加载传递系统IV和σ₃加载传递系统V组装。

第二步，将σ₁加载传递系统III与第一、第二、第三、第四三轴压力室顶板9a、9b、9c、9d，σ₁方向滚珠压头6a组装在一起，为方便文字上的描述，将此组装部分称为“σ₁方向组装部分”；同样，将σ₂加载传递系统IV与第一、第二三轴压力室右侧盖板10a、10b，σ₂方向滚珠压头6b组装在一起，为方便文字上的描述，将此组装部分称为“σ₂方向组装部分”。

第三步，将第一、第二、第三三轴压力室围板11a、11b、11c与三轴压力室下盖板12用螺栓组装在一起。

第四步，将岩石试件18受压板施加压力的四个面用光滑金属箔片贴好，然后将第一、第二σ₁方向应力施加平板15a、15b，第一、第二σ₂方向应力施加平板16a、16b和岩石试件18组装在一起，为方便文字上的描述，将此组装部分称为“岩石试件组装部分”。

第五步，将σ₁方向底座17放入三轴压力室I内部，然后将“岩石试件组装部分”放入三轴压力室内部σ₁方向底座17之上，将岩石试件18的垂直或水平中心线与σ₁方向滚珠压头6a或σ₂方向滚珠压头6b的中心线对中。

第六步，通过密封圈和螺栓将“σ₂方向组装部分”与第二、第三三轴压力室围板11b、11c组装起来。

第七步，通过密封圈和螺栓将“σ₁方向组装部分”与第一、第二三轴压力室围板11a、11b，以及第一、第二三轴压力室上盖板23a、23b组装起来。

完成上述安装步后，即完成了该实验装置的安装。

Claims

1.一种自平衡岩石全端面真三轴压缩试验装置，该装置由三轴压力室(I)、四联板机构(II)、σ₁加载传递系统(III)、σ₂加载传递系统(IV)和σ₃加载传递系统(V)组成，其特征在于：σ₁加载传递系统(III)位于三轴压力室(I)上端，通过σ₁方向活塞(3a)与三轴压力室(I)相连，σ₂加载传递系统(IV)位于三轴压力室(I)的侧端，通过σ₂方向活塞(3b)与三轴压力室(I)相连，σ₃加载传递系统(V)通过排水孔(14)与进水孔(19)与三轴压力室(I)相连，四联板机构(II)位于三轴压力室(I)内部，

所述的三轴压力室(I)由第一、第二、第三、第四三轴压力室顶板(9a、9b、9c、9d)、第一、第二三轴压力室右侧盖板(10a、10b)、第一、第二、第三三轴压力室围板(11a、11b、11c)、三轴压力室下盖板(12)、第一、第二三轴压力室上盖板(23a、23b)、σ₁方向底座(17)组成，嵌套有σ₁方向活塞(3a)，第一三轴压力室上盖板(9a)还嵌套有σ₁方向加载传递油孔(7a)，第三三轴压力室顶板(9c)通过第一螺栓(13a)与第一三轴压力室上盖板(23a)固定，第四三轴压力室顶板(9d)通过第二螺栓(13b)与第二三轴压力室上盖板(23b)固定；第一、第二三轴压力室右侧盖板(10a、10b)中心共同形成一圆孔，嵌套有σ₂方向活塞(3b)，第一三轴压力室右侧盖板(10a)通过第五螺栓(13e)与第二三轴压力室围板(11b)相连，第二三轴压力室右侧盖板(10b)通过第六螺栓(13f)与第三三轴压力室围板(11c)相连，第一三轴压力室右侧盖板(10a)内嵌σ₂方向加载传递油孔(7b)；第二三轴压力室右侧盖板(10b)内嵌σ₂方向活塞回收油孔(8b)，第一、第二、第三三轴压力室围板(11a、11b、11c)通过第一、第二、第三、第四、第五、第六螺栓(13a、13b、13c、13d、13e、13f)以及密封圈与第一、第二三轴压力室上盖板(23a、23b)，第一、第二三轴压力室右侧盖板(10a、10b)及三轴压力室下盖板(12)组装在一起，第二、第三三轴压力室围板(11b、11c)中心共同形成一圆孔，通过密封圈与σ₂方向活塞(3b)相连，σ₂方向活塞的轴线方向为水平方向，第二、第三三轴压力室围板(11b、11c)沿σ₂方向活塞(3b)左右对称；三轴压力室下盖板(12)通过第三螺栓(13c)与第一三轴压力室围板(11a)固定，通过第四螺栓(13d)与第三三轴压力室围板(11c)固定，并与σ₁方向底座(17)相接；第一、第二三轴压力室上盖板(23a、23b)为一半工字形，上部为正方形，工字形内部为圆形，第一、第二三轴压力室上盖板(23a、23b)中心共同形成一圆孔，通过密封圈与σ₁方向活塞(3a)相连，σ₁方向活塞的轴线方向为垂直方向，第一、第二三轴压力室上盖板(23a、23b)沿σ₁方向活塞(3a)左右对称，第一三轴压力室上盖板(23a)通过第一螺栓(13a)及密封圈同时与第三三轴压力室顶板(9c)、第一三轴压力室围板(11a)连接，第二三轴压力室上盖板(23b)通过第二螺栓(13b)及密封圈同时与第四三轴压力室顶板(9d)、第二三轴压力室围板(11b)连接，

所述的四联板机构(II)由σ₁方向滚珠压头(6a)、σ₂方向滚珠压头(6b)、第一、第二σ₁方向应力施加平板(15a、15b)、第一、第二σ₂方向应力施加平板(16a、16b)及岩石试件(18)组成，σ₁方向滚珠压头(6a)位于σ₁方向活塞(3a)和第一σ₁方向应力施加平板(15a)之间，σ₁方向滚珠压头(6a)和σ₂方向滚珠压头(6b)底部镶嵌有滚珠，滚珠在σ₁方向滚珠压头(6a)和σ₂方向滚珠压头(6b)底部对称分布，岩石试件(18)位于第一、第二σ₁方向应力施加平板(15a、15b)和第一、第二σ₂方向应力施加平板(16a、16b)之间，第一、第二σ₁方向应力施加平板(15a、15b)和第一、第二σ₂方向应力施加平板(16a、16b)与岩石试件(18)相接触，第二σ₂方向应力施加平板(16b)的一端有弹簧，弹簧的另一端抵在σ₁方向底座(17)上，第二σ₁方向应力施加平板(15b)与第一三轴压力室围板(11a)之间有空隙，滚珠镶嵌在第二σ₁方向应力施加平板(15b)上。

2.根据权利要求1所述的一种自平衡岩石全端面真三轴压缩试验装置，其特征在于：

所述的σ₁加载传递系统(III)包括σ₁方向位移测量计(1a)、σ₁方向提手(2a)、σ₁方向活塞(3a)、σ₁方向油缸压板(4a)、σ₁方向油缸(5a)、σ₁方向加载传递油孔(7a)、σ₁方向活塞回收油孔(8a)、σ₁方向稳压器(20a)、σ₁方向手压泵(21a)，σ₁加载传递系统(III)与第一、第二、第三、第四三轴压力室顶板(9a、9b、9c、9d)、第一、第二三轴压力室上盖板(23a、23b)、四联板机构(II)相连，σ₁加载传递系统(III)套装在第一、第二、第三、第四三轴压力室顶板(9a、9b、9c、9d)中，通过密封圈及第一螺栓(13a)分别与第一、第二三轴压力室顶板(9a、9b)、第一三轴压力室上盖板(23a)连接，并且通过密封圈及第二螺栓分别与第三、第四三轴压力室顶板(9c、9d)、第二三轴压力室上盖板(23b)连接，σ₁方向位移测量计(1a)通过σ₁方向提手(2a)与第二三轴压力室顶板(9b)相接，σ₁方向提手(2a)套装在σ₁方向活塞(3a)上，σ₁方向提手(2a)上套有σ₁方向位移测量计(1a)，σ₁方向活塞(3a)通过密封圈嵌套在第一、第二、第三、第四三轴压力室顶板(9a、9b、9c、9d)中间，并通过密封圈与第一、第二三轴压力室上盖板(23a、23b)相连，其与σ₁方向滚珠压头(6a)相接，其上套装有σ₁方向提手(2a)和σ₁方向油缸压板(4a)，σ₁方向油缸压板(4a)为圆柱形，套装在σ₁方向活塞(3a)上，位于σ₁方向油缸(5a)中，σ₁方向加载传递油孔(7a)嵌套在第一三轴压力室顶板(9a)中，通过管路与σ₁方向稳压器(20a)相连通，σ₁方向活塞回收油孔(8a)嵌套在第二三轴压力室上盖板(23b)中，与σ₁方向油缸(5a)相连。

3.根据权利要求1所述的一种自平衡岩石全端面真三轴压缩试验装置，其特征在于：

所述的σ₂加载传递系统(IV)包括σ₂方向位移测量计(1b)、σ₂方向提手(2b)、σ₂方向活塞(3b)、σ₂方向油缸压板(4b)、σ₂方向油缸(5b)、σ₂方向稳压器(20b)；σ₂方向手压泵(21b)，σ₂加载传递系统(IV)与第一、第二三轴压力室右侧盖板(10a、10b)、第二、第三三轴压力室围板(11b、11c)、四联板机构(II)相连，σ₂加载传递系统套装在第一、第二三轴压力室右侧盖板(10a、10b)和第二、第三三轴压力室围板(11b、11c)中，通过密封圈以及第五螺栓(13e)分别与第一、第二三轴压力室右侧盖板(10a、10b)联结，并且通过密封圈以及第六螺栓(13f)分别与第二、第三三轴压力室围板(11b、11c)联结。

4.根据权利要求1所述的一种自平衡岩石全端面真三轴压缩试验装置，其特征在于：σ₃加载传递系统(V)包括排水孔(14)、进水孔(19)、σ₃方向稳压器(20c)、σ₃方向手压泵(21c)、手动双吸筒泵(22)，排水孔(14)嵌套在三轴压力室下盖板(12)中，与三轴压力室(I)内部空间连通，σ₃方向手压泵(21c)、手动双吸筒泵(22)、σ₃方向稳压器(20c)、进水孔(19)通过管线依次相连，进水孔(19)嵌套在三轴压力室下盖板(12)中，与三轴压力室(I)内部空间连通，并与σ₃方向稳压器(20c)相连。