CN103149078A - 一种基于拉压扭剪耦合的应力路径三轴仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于拉压扭剪耦合的应力路径三轴仪，在三轴压力室上部设置轴向力加载轴和在三轴压力室下部底座设置扭转传动轴；轴向力加载轴上采用了数显推拉力传感器和位移传感器；在仪器下部底座扭矩传动轴上同时采用了扭矩传感器、显示仪表和绝对式角位移传感器、角位移显示仪；采用压力室液体自动给排功能的设计，使用围压水给排控制器能够给压力室内部分别进行上水和下水。本发明不仅为圆柱体土样处于无围压或者有围压条件下的拉、压、扭、剪及其组合条件下强度特性的测定提供了一种可行的试验装置，显著地提高了试验的可靠度。

Description

一种基于拉压扭剪耦合的应力路径三轴仪

技术领域

本发明属于岩土工程测试技术领域，用于土体拉、压、扭剪及其耦合的应力路径的强度试验装置，涉及一种基于拉压扭剪耦合的应力路径三轴仪。

背景技术

土是地质作用演变过程的产物，具有多相分散体系的特征，又具有类型的多样性特征，且性质复杂而多变。土不同于其它诸如金属、混凝土和塑料等性质具有相对的稳定性和规格化的建筑材料。同一类土，采用不同类型的仪器可能测出的结果不同，而即使采用同类仪器，试验方法和技巧不同也会产生较大的差异。因此，在土工试验中由于力学参数的测试差误，有时可能比计算方法不同引起的差误更大，这就是人们之所以坚持不懈地从事土工仪器设备的研制、进行试验方法的探索和改进的原因之一。

由于土体强度试验以抗剪强度为主要测试方面，此外，对其单轴抗压特性也已有一定的研究成果。目前现有强度测试设备主要有直剪仪、常规三轴仪、空心扭剪三轴仪、平面应变三轴仪、真三轴仪、单轴抗压仪等。其中直剪仪只是模拟给定剪切面上的法向应力和切向应力，其操作方便但剪切面限定在上下盒之间，同时剪应力分布不均匀，也不能控制排水条件；常规三轴仪只能模拟轴对称应力条件，不能实现一般应力条件；空心扭剪三轴仪试验中土体试样应力应变分布较均匀，可进行多种应力路径的试验，但考虑的应力状态以压扭（剪）应力状态为主，不能考虑拉扭（剪）应力条件；真三轴仪能够实现三个轴向分别施加不同大小的主应力，三轴轴向产生应变，但是不能模拟拉应力存在条件下各种复杂受力状态下的强度特性；在单轴抗压仪试验过程中，虽然能够测得土体试验的单轴抗压强度，但难以控制排水条件。以上的试验设备虽然能够达到试验设备测试的预期目的，但是都限制了应力路径的使用范围，功能较为单一，同时，对于不同的应力路径下，拉伸试验以及拉扭（剪）耦合作用的土体强度特性的研究都不能开展试验研究。

由于土工建筑物的抗拉能力较低，其抗拉特性常常被人们忽视。然而许多土工建筑物的破坏，与土的抗拉特性有关：高土石坝心墙由于沉降变形，产生拱效应，出现拉裂缝；土坡滑动前，坡顶上几乎都先产生裂缝，这些裂缝根据产生机理可分为剪切裂缝和拉裂缝，且拉裂缝通常为张开裂缝，对建筑物的危害更大，可见土的抗拉特性对土工建筑物的稳定性影响很大。因而，在研究这些裂缝的产生原因，对土的抗拉强度特性研究和试验测定越来越显得重要。单轴土工拉伸仪的拉伸试验是获得土体抗拉强度最直接的方法，测试结果为试样在只有轴向拉力作用下破坏时的极限正应力，但不能控制排水或排气条件，也不能适用一般应力条件。另一方面，由于土工建筑物的抗扭剪的能力较低，其扭剪特性也常常被人们忽视。但是，地震引起的地表扭转变形，海啸引起的海岸线的不均匀受力，结构性土边坡的扭转受力状态，都会由于部分土体发生拉扭（剪）破坏现象；但对土体的拉应力存在的各种拉扭（剪）复杂应力条件还缺乏相应的测试设备，对于结构性土体的抗扭（剪）方面的强度特性的研究还处于起步阶段，因此开展相应的强度测试设备的研究具有一定的意义。

综上所述，现有强度测试设备存在仪器功能单一、试验应力路径过于简单等问题，不适应非饱和土体拉伸、抗压、扭剪及其组合作用的强度测定，也不适用于具有特殊结构性的原状土的强度测试，不适用于饱和条件下土体的压扭（剪）受力状态下的强度测试。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于拉压扭剪耦合的应力路径三轴仪，解决了现有技术中土体强度测试设备存在的仪器功能单一、试验应力路径过于简单、以及不能完成试样的拉扭（剪）强度测试功能的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种基于拉压扭剪耦合的应力路径三轴仪，包括箱体，箱体内安装有电动机平台，电动机平台的中心位置安装有扭矩电动机，扭矩电动机与扭矩电动机控制器信号连接，在箱体内部分别安装有围压水体给排控制器、角位移显示仪、扭矩显示仪、围压加载测量仪和孔压测量仪；在扭矩电动机的电机传动轴上套装有绝对式角位移传感器，绝对式角位移传感器信号输出端与角位移显示仪连接；电动机主轴向上与下传动轴同轴连接，下传动轴上套装有盘式扭矩传感器；

箱体上端面作为工作台，工作台的上表面固定设置有围压室底座，围压室底座上座有压力室外壳，该压力室外壳由多个支撑柱、围压罩和压力室盖组成，压力室盖设置有排气螺栓，压力室盖、围压罩与围压室底座三者共同构成密封的围压腔；

围压室底座开设有孔压测量通道、围压水体给排通道、围压控制测量通道和体变测量通道，这些连接通道分别与孔压测量仪、围压水体给排控制器、围压加载测量仪和体变测量器对应连接；

下传动轴穿过围压室底座，围压室底座上表面中心位置固定安装有试样座，试样座上用于放置试样；

试样座通过体变测量管与体变测量通道连通，试样座另外通过孔压测量管与孔压测量通道连通；

在工作台上还竖立安装有多个机架立柱，体变测量器固定安装在其中一个机架立柱上；所有机架立柱上端共同安装有一个上平台，在上平台上安装有电控箱和位移测量支座，位移测量支座下部悬臂段安装有轴向位移测量仪；上平台的中心位置安装有轴向电动机支架与丝杠套筒，轴向电动机支架与丝杠套筒设置有轴向电动机机座，轴向电动机机座中安装有轴向电动机，轴向电动机与轴向传动丝杠传动连接；

在压力室盖上部轴心位置设置有定位夹持器，与试样连接的上端加载轴向上穿过该定位夹持器与轴向力传感器下端接头、S型轴向力传感器、轴向力传感器上端接头、轴向传动丝杠依次连接，其中定位夹持器侧壁带有一个穿孔螺杆；轴向力传感器下端接头沿水平方向固定安装有位移测量平台，位移测量平台与轴向位移测量仪接触连接；S型轴向力传感器与轴向力显示仪连接。

本发明的有益效果是：

1）本发明采用在三轴压力室上部设置轴向力加载轴和在三轴压力室下部底座设置扭转传动轴以完成轴向力和扭矩分离，采用轴向力和扭矩独立施加的方式，避免了两种施力结构之间的相互影响，这种结构的优点在于很好地解决了轴向力与扭矩在传动主轴上的干扰问题，不仅能够实现单独施加轴向力和单独扭矩的功能，而且能够同时施加任意组合的轴向力作用与扭矩作用，适用于不同的试验方案，具有良好的适用性，能够分析拉扭耦合或压扭耦合复杂条件下土体的强度特性，显著拓宽了本发明装置的使用范围和功能。

2）本发明采用可调速电机在仪器上部轴向力加载轴上施加轴向力作用，实现了轴向力施加控制性能稳定的技术措施，在进行试验时能够有效地减小由于人为因素导致而产生的试验误差。

3）本发明采用可调速电机在仪器下部底座扭转传动轴上施加扭矩作用，实现了扭矩施加控制性能稳定的技术措施，在进行试验时亦能够有效地减小由于人为因素导致而产生的试验误差。

4）本发明在轴向力加载轴上设置了数显推拉力传感器和位移传感器，实现了轴向力和位移测量数据自动采集，使得数据采集方便且可靠。

5）本发明在仪器下部底座扭矩传动轴上同时设置了扭矩传感器、显示仪表和绝对式角位移传感器、角位移显示仪，实现了扭矩和角位移测量数据采集，使得数据采集方便且可靠。

6）本发明采用在三轴压力室下部底座设置了体变测量通道和孔压测量通道，分别连接外部的体变压差传感器和孔压传感器测量显示装置，减小了人为读数的误差，在数据的可靠性方面，有了显著的提高。

7）本发明采用压力室液体自动给排功能，使用围压水给排控制器能够给围压罩的内部空腔充入水，方便了围压加载测量仪施加液压，有效缩短了压力室上水和下水的时间，亦减小了以往压力室上水和下水时间过长对试样造成的影响，提高了试验精度。

8）本发明采用土体试样和拉压加载轴底座、扭转传动轴顶座分别采用化学胶结，将土体试样与上下底座连接成一个整体，确保了拉伸试验、扭剪试验和拉扭剪试验的实施前提。

9）本发明在仪器下部扭剪电机底座设置有四角高度可微调的结构，减小了施加扭矩时的扭转偏心问题，确保了各种涉及扭剪试验在实施中扭矩传动轴心和试样轴心的共轴性，从而保证了施加扭矩的精度。

10）本发明设置有润滑辅助机构，有效减小了机械摩擦阻力，提高了试验数据的可靠性。

本发明装置能够用于测定圆柱体土样在拉、压、扭、剪作用及其组合条件下测定土体强度特性，是一种控制性能稳定、操作规范、测量方便、适应拉、压、扭、剪作用及其组合测试功能的试验装置，能够用于无围压或者有围压时土体试样在拉、压、扭、剪作用及其组合的各种条件下土体的强度试验，以适应研究特殊性质的土体在更广泛的应力路径作用下的强度特性。

附图说明

图1是本发明装置的整体的剖面结构示意图；

图2是本发明装置的竖向剖面结构示意图；

图3是本发明装置中的扭矩电动机底座的俯视结构示意图；

图4是本发明装置中的扭矩施加试验机构的正面结构示意图；

图5是本发明装置中的拉压力传动试验机构的正面结构示意图；

图6是本发明的试样受荷应力状态示意图。

图中，1.底座；2.箱体；3.电动机平台；4.扭矩电动机；5.扭矩电动机控制器；6.左部仪表平台；7.右部仪表平台；8.角位移显示仪；9.绝对式角位移传感器；10.电机传动轴；11.孔压测量仪；12.围压加载测量仪；13.围压水体给排控制器；14.扭矩显示仪；15.盘式扭矩传感器；16.下传动轴；17.固定螺栓；18.工作台；19.围压室底座；20.体变测量器；21.机架立柱；22.上平台；23.轴向电动机支架与丝杠套筒；24.轴向电动机机座；25.轴向电动机；26.润滑机构；27.轴向传动丝杠；28.电控箱；29.S型轴向力传感器；30.轴向力传感器上端接头；31.轴向力显示仪；32.上端加载轴；33.压力室盖；34.排气螺栓；35.轴向力传感器下端接头；36.位移测量平台；37.位移测量支座；38.轴向位移测量仪；39.试样；40.围压罩；41.围压腔；42.支撑柱；43.定位夹持器；44.试样座；45.体变测量管；46.孔压测量管；47.固定螺栓；48.围压水体给排通道；49.孔压测量通道；50.体变测量通道；51.围压控制测量通道；52.升降调平机座；53.升降对中螺母；54.水准管；55.压力室固定螺栓；56.密封橡胶圈；57.密封橡胶圈；58.密封橡胶圈。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明装置的结构是，如图1、图2所示，包括箱体2，箱体2设置在底座1上表面，箱体2内安装有电动机平台3，电动机平台3的中心位置安装有可升降的扭矩电动机4，扭矩电动机4与扭矩电动机控制器5信号连接，在箱体2内部两侧分别固定有左部仪表平台6与右部仪表平台7，在左部仪表平台6的上、下表面分别安装有围压水体给排控制器13和角位移显示仪8，在左部仪表平台6的端部安装有扭矩显示仪14；在右部仪表平台7的上、下表面分别安装有围压加载测量仪12和孔压测量仪11，（这些部件也可以根据需要位置安装固定）；在扭矩电动机4的电机传动轴10上套装有绝对式角位移传感器9，绝对式角位移传感器9信号输出端与角位移显示仪8连接；电动机主轴10向上通过固定螺栓17与下传动轴16同轴连接，下传动轴16上套装有盘式扭矩传感器15；

箱体2上端面作为工作台18，工作台18的上表面固定设置有围压室底座19，见图2，围压室底座19上座有压力室外壳，该压力室外壳由多个支撑柱42、有机玻璃材料的围压罩40和压力室盖33组成，其中，压力室外壳下端面通过多个压力室固定螺栓55与围压室底座19的台阶平面固定连接，压力室外壳下端面与围压室底座19的台阶立面之间设置有密封橡胶圈57，密封橡胶圈57起到了进一步的密封作用，压力室盖33设置有排气螺栓34，压力室盖33、围压罩40与围压室底座19三者共同构成密封的围压腔41；

围压室底座19开设有孔压测量通道49、围压水体给排通道48、围压控制测量通道51和体变测量通道50，这些连接通道分别与孔压测量仪11、围压水体给排控制器13、围压加载测量仪12和体变测量器20对应连接；

下传动轴16穿过围压室底座19，并在下传动轴16与围压室底座19之间设置有密封橡胶圈56，围压室底座19上表面中心位置通过固定螺栓47固定安装有试样座44，试样座44上用于放置试样39，试样39包裹有橡皮膜，试样39上下两个端面采用强力胶与对应的加载接触部件粘接，橡皮膜两端同时与对应加载接触部件绑扎牢固；

试样座44通过体变测量管45与体变测量通道50连通，试样座44另外通过孔压测量管46与孔压测量通道49连通；

在工作台18上还竖立安装有多个机架立柱21，体变测量器20固定安装在其中一个机架立柱21上；所有机架立柱21上端共同安装有一个上平台22，在上平台22上安装有电控箱28、位移测量支座37及轴向力显示仪31，位移测量支座37下部悬臂段安装有轴向位移测量仪38，同时，由于位移测量支座37下部悬臂段可以限制位移测量平台36的水平转动，因此可以锁定上端加载轴32的转动，但并不影响上端加载轴32的轴向移动；上平台22的中心位置安装有轴向电动机支架与丝杠套筒23，轴向电动机支架与丝杠套筒23设置有轴向电动机机座24，轴向电动机机座24中安装有轴向电动机25，轴向电动机25与轴向传动丝杠27传动连接，轴向传动丝杠27与润滑机构26连通；

在压力室盖33上部轴心位置设置有定位夹持器43，与试样39连接的上端加载轴32向上穿过该定位夹持器43与轴向力传感器下端接头35、S型轴向力传感器29、轴向力传感器上端接头30、轴向传动丝杠27依次连接，其中定位夹持器43侧壁带有一个穿孔螺杆，拧紧该穿孔螺杆可以锁定上端加载轴32，而松开该穿孔螺杆可以使得上端加载轴32上下自由运动，此外，压力室盖33与上端加载轴32之间设置有密封橡胶圈58，保证压力室上部的密封特性；轴向力传感器下端接头35沿水平方向固定安装有位移测量平台36，位移测量平台36与轴向位移测量仪38接触连接；S型轴向力传感器29与轴向力显示仪31连接；

电控箱28与轴向电动机25、扭矩电动机4分别控制连接。

上述的轴向力显示仪31、轴向位移测量仪38、孔压测量仪11、围压加载测量仪12、角位移显示仪8、围压水体给排控制器13、扭矩显示仪14组成整个显示仪表机构。

支撑柱42能够固定及保护围压罩40；定位夹持器43能够减少在试验调试过程中对试样39造成的影响。

本发明装置按照功能分为轴向加载及测量机构、扭矩加载及测量机构、围压加载及测量机构、围压水体给排水机构、体变测量机构、孔压测量机构、润滑机构和供电设备。其中三个加载机构是实现对圆柱体土体试样施加荷载的核心；测量传感器与显示仪表是实现圆柱体土体试样的各项物理参数精确测量的保证。电控箱作为供电设备，它为各个电动机及其电动机控制器、各种测量传感器与测量仪表提供能够统一控制管理的电能；

所述的轴向加载及测量机构主要包括轴向电动机25、轴向传动丝杠27、轴向力传感器上端接头、S型轴向力传感器29、轴向力传感器下端接头、上端加载轴32、轴向力显示仪31、轴向位移测量仪38。轴向电动机带动轴向传动丝杠轴向运动，从而带动轴向力传感器上端接头、S型轴向力传感器、轴向力传感器下端接头、上端加载轴都会沿着轴向运动，能够对试样产生轴向拉力或者压力，其中当给试样施加拉力时，试样的上下两个面要与试样上下两端对应的接触传力部件用强力胶粘接。由于轴向力传感器与轴向施力装置直接连接，所以在施加轴向力时，轴向力大小能够通过连接在轴向力传感器上的轴向力显示仪直接读出并存储；其中的轴向位移测量部件主要包括位移测量平台、测量支座和轴向位移测量仪38，位移测量平台固定在轴向力传感器下端接头上，能够随着轴向力传动装置的轴向运动而移动，这一位移能够通过轴向位移测量仪测出，得到土体试样的轴向位移大小；

所述的扭矩加载及测量机构主要包括扭矩电动机4、扭矩电动机控制器5、电动机主轴10、下传动轴16、试样座44、绝对式角位移传感器9、角位移显示仪8、盘式扭矩传感器15和扭矩显示仪14。通过扭矩电动机控制器控制扭矩电动机转动，电动机主轴能够带动下传动轴、试样座一起同步转动，从而给土体试样施加一个扭矩，其中体变测量管与孔压测量管均是细长软管，不影响试样座扭转转动，调节可升降调平的电机底座能够避免在电动机施加扭矩的时候产生偏心问题。当给试样施加扭矩时，试样的上下两个面要分别与压力室中的上加载轴端面和试样底座采用强力胶进行粘接，电动机主轴带动下传动轴转动时，安装在扭矩电动机上的绝对式角位移传感器能够测量扭转角，并用角位移显示仪显示并记录，扭矩能够用安装在工作台下方的盘式扭矩传感器测量，并用扭矩显示仪显示并记录；

所述的围压加载及测量机构主要包括围压水体给排控制器13、压力室、围压罩40和围压加载测量仪12。用围压水体给排控制器给围压罩的内部的围压腔内部充入围压水，再由围压加载测量仪予以施加液压，围压加载测量仪能够增加或者减小围压罩内部的水压，从而调节施加在包裹橡皮膜的试样上的围压。当围压罩内不需要围压水体时，能够测试土体试样处于无围压条件下的单轴拉伸、单轴压缩、纯扭剪和拉压扭剪耦合受力状态下的不同应力路径作用下的强度特性；

所述的体变测量机构主要包括体变测量器20，体变测量器用水管直接与土体内部连接，能够直接测量土体内部的排水量完成体变量测，并记录体变值；

所述的孔压测量机构主要包括孔压测量仪11，孔压测量仪用水管直接与土体内部连接，能够直接测量并记录孔压值；

所述的润滑机构26，能够根据需要给机械连接部分供给润滑剂，以确保减小在试验过程中产生的机械摩擦阻力，提高试验数据的精确度，在试验结束后，可将剩余的润滑剂自动收集存储。

本发明装置中的试样安装过程是，

如图1、图2所示，接通各个传感器电源，调节各个传感器与显示仪表，记录显示仪表的显示数值；使用轴向电动机25将上端加载轴32升起一段距离，并向上提起由支撑柱42、有机玻璃围压罩40和压力室盖33组成的压力室外壳；将包裹橡皮膜的试样39用强力胶粘接在试样座44上，同时将橡皮膜绑扎在试样座44上，使用轴向电动机25将上端加载轴32向下降落，使其刚好与试样39接触，把试样39上端用强力胶粘接在上端加载轴32上，同时将橡皮膜绑扎在上端加载轴32上；向下推动由支撑柱42、有机玻璃围压罩40和压力室盖33组成的压力室外壳，通过压力室螺栓55使其与围压室底座19紧密连接；在试验加载前拧紧定位夹持器43侧面的螺杆锁定上端加载轴32的位置，以便保护试样不受其位置变化的扰动；拧松排气螺栓34，通过围压水体给排控制器13向围压腔41内部充入水；当有水从排气螺栓34处溢出时，关闭围压水体给排控制器13，并拧紧排气螺栓34；对仪器进行调整，即可进入试验阶段，注意在进行试验时，要松开定位夹持器43侧面的螺杆，以使轴力顺利上下传递。

本发明装置用于围压施加的试验过程是，

如图1、图2所示，围压的施加主要依靠围压加载测量仪12和围压水体给排控制器13实施。本发明采用的是液压传递压力模式，用围压水体给排控制器13能够给围压腔41内部充入水，再由围压加载测量仪12予以施加液压。围压加载测量仪12能够增加或者减小围压罩40内部的水压，从而调节施加在包裹橡皮膜的试样39上的围压。围压罩40内部不充入围压水体时，能够测试土体试样处于无围压条件下的单轴拉伸、单轴压缩、纯扭剪和拉压扭剪耦合受力状态下的不同应力路径作用下的强度特性。

本发明装置用于轴向力施加的试验过程是，

如图1、图5所示，轴向力的施加是通过轴向力加载与测量机构施加的。轴向电动机25的转动，带动轴向传动丝杠27沿着轴向运动，通过带动轴向力传感器上端接头30、S型轴向力传感器29、轴向力传感器下端接头35和上端加载轴32，最终传递到土体试样上，在土体试样内部产生轴向拉力或者压力，这个压力的大小能够通过轴向力显示仪31显示并存储；同时，由于位移测量支座37下部悬臂段可以限制位移测量平台36的水平转动，因此，可以锁定上端加载轴32的转动而只能产生轴向移动。

本发明装置用于扭矩施加的试验过程是，

如图3、图4所示，扭矩的施加是通过可升降的扭矩电动机4直接施加的。通过扭矩电动机控制器5控制扭矩电动机4转动，电动机主轴10能够带动下传动轴16、固定螺栓17、下传动轴16、连接螺栓47及试样座44同步转动，从而给土体试样施加一个扭矩，其中体变测量管45与孔压测量管46均是细长软管，不影响底座44转动。其中在扭矩电动机4的升降调平机座52上表面，设置有多个方向的水准管54及安装有调节升降对中螺母53。调节升降对中螺母53能够升降扭矩电动机4的升降调平机座52；水准管54能够观测扭矩电动机4的升降调平机座52的水平状态，从而确保可升降的扭矩电动机4能适当的调节高度与角度，保证在施加扭矩的时候，不会产生偏心。

本发明装置进行数据采集的过程是，通过相应的传感器与对应的显示仪表实现的，具体包括：

轴向电动机25的转动，带动轴向传动丝杠27沿着轴向运动，通过带动轴向力传感器上端接头30、S型轴向力传感器29、轴向力传感器下端接头35和上端加载轴32，最终传递到土体试样上，在土体试样内部产生轴向拉力或者压力，这个力能够用连接在S型轴向力传感器29上的轴向力显示仪31直接获取。轴向力传感器下端接头35与位移测量平台36固定连接，这个轴向位移能够用与位移测量平台36接触的轴向位移测量仪38测量并记录；

通过扭矩电动机控制器5控制扭矩电动机4转动，电动机主轴10能够带动下传动轴16转动，安装在扭矩电动机4上的绝对式角位移传感器9能够测量扭转角，并用角位移显示仪8显示并记录；扭矩能够通过安装在工作台18下方的盘式扭矩传感器15测量，并用扭矩显示仪14显示并记录；

土体试样内部孔压值能够用孔压测量仪11测量并记录；

土体试样围压值能够用围压加载测量仪12控制并测量与记录；

土体试样体变值能够用体变测量器20直接测量并记录数据。

综上所述，参照图6，本发明装置能够按照单轴拉伸、单轴压缩、纯扭剪、拉扭、压扭、三轴拉伸、三轴压缩、三轴扭剪、三轴拉扭以及三轴压扭十种受力状态进行试验研究，对于每一种受力状态进行强度特性试验，获得相应试验的应力-应变曲线，用于进行数据分析。

Claims (6)

1.一种基于拉压扭剪耦合的应力路径三轴仪，其特征在于：包括箱体（2），箱体（2）内安装有电动机平台（3），电动机平台（3）的中心位置安装有扭矩电动机（4），扭矩电动机（4）与扭矩电动机控制器（5）信号连接，在箱体（2）内部分别安装有围压水体给排控制器（13）、角位移显示仪（8）、扭矩显示仪（14）、围压加载测量仪（12）和孔压测量仪（11）；在扭矩电动机（4）的电机传动轴（10）上套装有绝对式角位移传感器（9），绝对式角位移传感器（9）信号输出端与角位移显示仪（8）连接；电动机主轴（10）向上与下传动轴（16）同轴连接，下传动轴（16）上套装有盘式扭矩传感器（15）；

箱体（2）上端面作为工作台（18），工作台（18）的上表面固定设置有围压室底座（19），围压室底座（19）上座有压力室外壳，该压力室外壳由多个支撑柱（42）、围压罩（40）和压力室盖（33）组成，压力室盖（33）设置有排气螺栓（34），压力室盖（33）、围压罩（40）与围压室底座（19）三者共同构成密封的围压腔（41）；

围压室底座（19）开设有孔压测量通道（49）、围压水体给排通道（48）、围压控制测量通道（51）和体变测量通道（50），这些连接通道分别与孔压测量仪（11）、围压水体给排控制器（13）、围压加载测量仪（12）和体变测量器（20）对应连接；

下传动轴（16）穿过围压室底座（19），围压室底座（19）上表面中心位置固定安装有试样座（44），试样座（44）上用于放置试样（39）；

试样座（44）通过体变测量管（45）与体变测量通道（50）连通，试样座（44）另外通过孔压测量管（46）与孔压测量通道（49）连通；

在工作台（18）上还竖立安装有多个机架立柱（21），体变测量器（20）固定安装在其中一个机架立柱（21）上；所有机架立柱（21）上端共同安装有一个上平台（22），在上平台（22）上安装有电控箱（28）和位移测量支座（37），位移测量支座（37）下部悬臂段安装有轴向位移测量仪（38）；上平台（22）的中心位置安装有轴向电动机支架与丝杠套筒（23），轴向电动机支架与丝杠套筒（23）设置有轴向电动机机座（24），轴向电动机机座（24）中安装有轴向电动机（25），轴向电动机（25）与轴向传动丝杠（27）传动连接；

在压力室盖（33）上部轴心位置设置有定位夹持器（43），与试样（39）连接的上端加载轴（32）向上穿过该定位夹持器（43）与轴向力传感器下端接头（35）、S型轴向力传感器（29）、轴向力传感器上端接头（30）、轴向传动丝杠（27）依次连接，其中定位夹持器（43）侧壁带有一个穿孔螺杆；轴向力传感器下端接头（35）沿水平方向固定安装有位移测量平台（36），位移测量平台（36）与轴向位移测量仪（38）接触连接；S型轴向力传感器（29）与轴向力显示仪（31）连接。

2.根据权利要求1所述的基于拉压扭剪耦合的应力路径三轴仪，其特征在于：所述的扭矩电动机（4）为可升降结构，在扭矩电动机（4）的升降调平机座（52）上表面，设置有多个方向的水准管（54）及安装有调节升降对中螺母（53）。

3.根据权利要求1所述的基于拉压扭剪耦合的应力路径三轴仪，其特征在于：所述的轴向传动丝杠（27）与润滑机构（26）连通。

4.根据权利要求1所述的基于拉压扭剪耦合的应力路径三轴仪，其特征在于：所述的电控箱（28）与轴向电动机（25）、扭矩电动机（4）分别控制连接。

5.根据权利要求1所述的基于拉压扭剪耦合的应力路径三轴仪，其特征在于：所述的试样（39）包裹有橡皮膜，试样（39）上下两个端面采用强力胶与对应的加载接触部件粘接，橡皮膜与对应加载接触部件绑扎牢固。

6.根据权利要求1所述的基于拉压扭剪耦合的应力路径三轴仪，其特征在于：所述的压力室外壳下端面与围压室底座（19）的台阶立面之间设置有密封橡胶圈（57），在下传动轴（16）与围压室底座（19）之间设置有密封橡胶圈（56）；此外，压力室盖（33）与上端加载轴（32）之间设置有密封橡胶圈（58）。

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