CN102607946A - 一种原始级配堆石体大型真三轴试验装置及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大型真三轴试验方法及装置，可进行原始级配堆石体的真三轴试验。仪器置于混凝土洞室内，试样的六个面均用刚性板加荷，采用液压系统控制的液压千斤顶施加三个方向的主应力。钢板的内侧套两层橡皮膜，为减小摩擦，橡皮膜之间涂以硅脂。在刚性加压板上，分别设置位移传感器或百分表，用以测定试样各方向的变形。本装置可对堆石体大尺寸原始级配试样进行试验，完全避免了尺寸效应，并可达到较大的轴向应变，模拟复杂的应力应变路径。
Description
技术领域
本发明涉及一种试验装置及其使用方法，尤其是涉及一种原始级配堆石体大型真三轴试验装置及其使用方法。
背景技术
堆石体是一种典型的不连续颗粒介质材料，具有取材方便、适应性好的优点，在堆石坝工程、海岸工程、路堤建设等工程中得到广泛的应用。研究堆石体的力学特性，发挥其强度，控制工程结构变形和提高设计水平具有十分重要的意义。
由于目前已有的三轴试验设备的试样尺寸较小，原始级配堆石体的力学特性不易测得，一般通过缩尺试样进行研究，但每一种缩尺方法得到的缩尺试样都或多或少的改变了堆石的物理特性，包括颗粒粒径、堆石级配等，这在一定程度上肯定会影响堆石体的力学特性，这种影响差异就是堆石体的尺寸效应。在实际工程当中，堆石体一般处于三向不等应力状态下，所以，常规三轴试验结果不能够准确、全面地反映堆石体的力学性能。
发明内容
本发明主要是解决现有技术所存在的试验结果不能够准确、全面地反映堆石体的力学性能等的技术问题；提供了一种试验结果能够准确、全面地反映堆石体的力学性能，可对堆石体大尺寸原始级配试样进行试验，完全避免了尺寸效应，并可达到较大的轴向应变，模拟复杂的应力应变路径的一种原始级配堆石体大型真三轴试验装置及其使用方法。
本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：
一种原始级配堆石体大型真三轴试验装置，其特征在于，包括设置在混凝土洞室内用于测量堆石体试样强度和变形特性的至少两个对称设置的测量组件和一个固定组件，测量堆石体试样设置在两个测量组件之间。
在上述的一种原始级配堆石体大型真三轴试验装置，所述测量组件包括一个与测量堆石体试样一面贴靠的钢板，以及与钢板垂直设置并且一端与钢板接触另一端与混凝土洞室内壁接触的千斤顶。
在上述的一种原始级配堆石体大型真三轴试验装置，所述千斤顶和钢板的接触端通过一个传力板贴靠在钢板上。
在上述的一种原始级配堆石体大型真三轴试验装置，所述的钢板与测量堆石体试样之间还设置有润滑层。
在上述的一种原始级配堆石体大型真三轴试验装置，所述的测量组件为五个，分别为第一测量组件，第二测量组件、第三测量组件、第四测量组件以及第五测量组件，所述第一测量组件、第二测量组件、第三测量组件以及第四测量组件依次贴靠在堆石体试样的四个面上，并且第一测量组件和第二测量组件对称设置，第三测量组件和第四测量组件对称设置，所述第五测量组件分别与第一测量组件、第二测量组件、第三测量组件和第四测量组件垂直设置，并设置在堆石体试样顶端。
在上述的一种原始级配堆石体大型真三轴试验装置，所述固定组件包括一个与堆石体试样底端贴靠的底座(底座为可移动钢板)，所述底座与混凝土洞室内壁之间设有一个固定架，所述底座和堆石体试样之间还设置有润滑层。
在上述的一种原始级配堆石体大型真三轴试验装置，所述千斤顶上还设有用于查看施加压力大小的压力计，所述堆石体试样为方形体。
一种原始级配堆石体大型真三轴试验装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，根据加载系统按照预定的加载路径，通过第一测量组件、第二测量组件、第三测量组件、第四测量组件以及第五测量组件在互相垂直的堆石体试样面上施加独立的三个主应力，分别为 
，
，，并定义
表示大主应力，
表示中主应力，
表示小主应力；所述
为第五测量组件方向上的应力，
为第一测量组件和第二测量组件方向上的应力；
为第三测量组件和第四测量组件方向上的应力；
步骤2，通过传感仪器提取试验结果数据，进行数据整理与分析，从而得到试样在真三轴应力状态下的应力、应变特性。
在上述的一种原始级配堆石体大型真三轴试验装置的使用方法，所述的步骤2中，通过传感仪器提取试验结果数据，所述试验结果数据包括主应变和体积应变。
在上述的一种原始级配堆石体大型真三轴试验装置的使用方法，所述步骤1中，控制第一、第二测量组件以及第三、第四测量组件使
=
，进行轴对称试验；控制中主应变为0，也就是指固定某一方向上的测量组件（一般是侧面），使试样在这个方向不能变形，只在另外两个方向的测量组件上施加力，进行平面应变试验。
因此，本发明具有如下优点：1.试验结果能够准确、全面地反映堆石体的力学性能；2.可对堆石体大尺寸原始级配试样进行试验，完全避免了尺寸效应，并可达到较大的轴向应变，模拟复杂的应力应变路径。
附图说明
图1是本发明的一种主视结构示意图。
图2是本发明中堆石体试样设置钢板后的立体结构示意图。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。图中， 堆石体试样1、钢板2、润滑层3、传力板4、千斤顶5、压力计6、混凝土洞室7、底座8、固定架9。
实施例：
一种原始级配堆石体大型真三轴试验装置，包括设置在混凝土洞室7内用于测量堆石体试样1强度和变形特性的五个测量组件和一个固定组件，所述的测量组件为五个，分别为第一测量组件，第二测量组件、第三测量组件、第四测量组件以及第五测量组件，所述第一测量组件、第二测量组件、第三测量组件以及第四测量组件依次贴靠在堆石体试样1的四个面上，并且第一测量组件和第二测量组件对称设置，第三测量组件和第四测量组件对称设置，第五测量组件分别与第一测量组件、第二测量组件、第三测量组件和第四测量组件垂直设置，并设置在堆石体试样1顶端；固定组件包括一个与堆石体试样1底端贴靠的底座8，所述底座8与混凝土洞室7内壁之间设有一个固定架9，所述底座8和堆石体试样1之间还设置有润滑层。
测量组件包括一个与测量堆石体试样1一面贴靠的钢板2，以及与钢板2垂直设置并且一端与钢板2接触另一端与混凝土洞室7内壁接触的千斤顶5，千斤顶5和钢板2的接触端通过一个传力板4贴靠在钢板2上，钢板2与测量堆石体试样1之间还设置有润滑层3，千斤顶5上还设有用于查看施加压力大小的压力计6，所述堆石体试样1为方形体。
安装时，将本装置置于混凝土洞室内，采用刚性板加荷，试样安装在六个刚性板之内。当在三个应力方向施加压力时，试样便会产生相应的主应变。试样的变形达到很大时，仍能保持六面体。试验过程中，三个主应力可以在保持方向不变的情况下，变换大小。为了保持加压力的稳定性，施加在刚性板上的力可以采用伺服机控制。钢板的内侧套两层橡皮膜，为减小摩擦，橡皮膜之间涂以硅脂。试样的顶面及侧面为液压系统控制的液压千斤顶，用以施加三个方向的主应力。在三个方向的刚性加压板上，分别设置位移传感器或百分表，用以测定试样各方向的变形。
利用原始级配堆石体做成长方体试样，全面揭示堆石体的抗剪强度、变形、剪胀特性等性能，避免试样级配变化而产生的尺寸效应。
本装置的使用方法包括以下步骤：
步骤1，根据加载系统按照预定的加载路径，通过第一测量组件、第二测量组件、第三测量组件、第四测量组件以及第五测量组件在互相垂直的堆石体试样面上施加独立的三个主应力，分别为
，
，
，并定义
表示大主应力，
表示中主应力，
表示小主应力；另外，在本步骤中，控制第一、第二测量组件以及第三、第四测量组件使
=
，进行轴对称试验，若控制中主应变为0，则可进行平面应变试验。所述中主应变为0即试样在某一方向变形为0，在另外两个方向上分别产生压缩和膨胀，也就是指固定某一个测量组件（一般是侧面），使试样在这个方向不能变形，只在另外两个方向的测量组件上施加力，这就是平面应变试验。
步骤2，通过传感仪器提取试验结果数据，进行数据整理与分析，从而得到试样在真三轴应力状态下的应力、应变特性，在本步骤中，通过传感仪器提取试验结果数据，所述试验结果数据包括主应变和体积应变。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
Claims (10)
1.一种原始级配堆石体大型真三轴试验装置，其特征在于，包括设置在混凝土洞室（7）内用于测量堆石体试样（1）强度和变形特性的至少两个对称设置的测量组件和一个固定组件，测量堆石体试样（1）设置在两个测量组件之间。
2.根据权利要求1所述的一种原始级配堆石体大型真三轴试验装置，其特征在于，所述测量组件包括一个与测量堆石体试样（1）一面贴靠的钢板（2），以及与钢板（2）垂直设置并且一端与钢板（2）接触另一端与混凝土洞室（7）内壁接触的千斤顶（5）。
3.根据权利要求2所述的一种原始级配堆石体大型真三轴试验装置，其特征在于，所述千斤顶（5）和钢板（2）的接触端通过一个传力板（4）贴靠在钢板（2）上。
4.根据权利要求3所述的一种原始级配堆石体大型真三轴试验装置，其特征在于，所述的钢板（2）与测量堆石体试样（1）之间还设置有润滑层（3）。
5.根据权利要求1所述的一种原始级配堆石体大型真三轴试验装置，其特征在于，所述的测量组件为五个，分别为第一测量组件，第二测量组件、第三测量组件、第四测量组件以及第五测量组件，所述第一测量组件、第二测量组件、第三测量组件以及第四测量组件依次贴靠在堆石体试样（1）的四个面上，并且第一测量组件和第二测量组件对称设置，第三测量组件和第四测量组件对称设置，所述第五测量组件分别与第一测量组件、第二测量组件、第三测量组件和第四测量组件垂直设置，并设置在堆石体试样（1）顶端。
6.根据权利要求1所述的一种原始级配堆石体大型真三轴试验装置，其特征在于，所述固定组件包括一个与堆石体试样（1）底端贴靠的底座（8），所述底座（8）与混凝土洞室（7）内壁之间设有一个固定架（9），所述底座（8）和堆石体试样（1）之间还设置有润滑层。
7.根据权利要求2所述的一种原始级配堆石体大型真三轴试验装置，其特征在于，所述千斤顶（5）上还设有用于查看施加压力大小的压力计（6），所述堆石体试样（1）为方形体。
8.一种权利要求1所述的原始级配堆石体大型真三轴试验装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，根据加载系统按照预定的加载路径，通过第一测量组件、第二测量组件、第三测量组件、第四测量组件以及第五测量组件在互相垂直的堆石体试样（1）面上施加独立的三个主应力，分别为 
，，
，并定义
表示大主应力，
表示中主应力，
表示小主应力；所述
为第五测量组件方向上的应力，
为第一测量组件和第二测量组件方向上的应力；
为第三测量组件和第四测量组件方向上的应力；
步骤2，通过传感仪器提取试验结果数据，进行数据整理与分析，从而得到试样在真三轴应力状态下的应力、应变特性。
9.根据权利要求8所述的一种原始级配堆石体大型真三轴试验装置的使用方法，其特征在于，所述的步骤2中，通过传感仪器提取试验结果数据，所述试验结果数据包括主应变和体积应变。
10.根据权利要求8所述的一种原始级配堆石体大型真三轴试验装置的使用方法，其特征在于，所述步骤1中，控制第一、第二测量组件以及第三、第四测量组件使=
，进行轴对称试验，若控制中主应变为0，则可进行平面应变试验。
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