CN103645096B - 可变尺寸的真三轴试验机 - Google Patents

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Abstract

一种可变尺寸的真三轴试验机，包括：一垂向加载系统，该垂向加载系统的吊装轨道上安装有三轴压力室；其中：三轴压力室内由四块扇形柱状夹具分成四个腔室，每个腔室内垂直放置有液压囊加载装置，液压囊加载装置的结构是在一呈十字形的液压囊加载框架内各放置一柔性液压囊，试件放置于三轴压力室内中间位置且位于四个腔室的液压囊加载装置中间；试件与液压囊加载装置之间、试件与轴向加载垫块之间均安装有复合加压板，所述复合加压板是在一刚性加压板的一侧间隔地排列有柔性条和刚性条；所述液压囊加载装置由千斤顶进行加载，也可以通过柔性液压囊连接一油路通道直接由油压进行加载。

Description

可变尺寸的真三轴试验机
技术领域
本发明属于试验装置领域，更具体是涉及一种可变尺寸的真三轴试验机，该装置不仅能完成单轴和常规三轴试验，同时经过在常规压力室内添加简单隔断及可实现真三轴应力状态下的岩石力学性质测试。
背景技术
目前已有的三轴试验机只能进行单轴试验或常规三轴试验，无法实现真三轴试验。目前已有的真三轴试验机通常只能进行真三轴试验而无法实现单轴或常规三轴试验。若需要同时进行单轴、常规三轴和真三轴试验，则需要购置两套试验设备，在空间与经费上都构成很大的浪费。
GCTS公司生产了一种真三轴压力室，可与该公司生产的常规三轴仪配套使用。但该压力室对试件尺寸要求苛刻，只能对单一且较小尺寸的试样进行测试。本发明公开的试验装置，可配备不同尺寸的分割夹具，来实现不同尺寸岩石样品的力学性质测试。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可变尺寸的真三轴试验机，以改进公知技术中存在的缺陷。
为实现上述目的，本发明提供的可变尺寸的真三轴试验机，包括：
一垂向加载系统，该垂向加载系统的吊装轨道上安装有三轴压力室；
其中：
三轴压力室内由四块扇形柱状夹具分成四个腔室，每个腔室内垂直放置有液压囊加载装置，液压囊加载装置的结构是在一呈十字形的液压囊加载框架内各放置一柔性液压囊，试件放置于三轴压力室内中间位置且位于四个腔室的液压囊加载装置中间；
试件与液压囊加载装置之间、试件与轴向加载垫块之间均安装有复合加压板，所述复合加压板是在一刚性加压板的一侧间隔地排列有柔性条和刚性条；
所述液压囊加载装置与腔室壁之间安装有千斤顶由千斤顶进行加载，也可以通过柔性液压囊连接两组油路通道直接由油压进行加载。
其中，液压囊加载装置的上下两端各放置一个用以调整液压囊装置与试件的高度相同的垫块，三轴压力室内试件的上端及下端放置有调整试件高度的轴向加载垫块。
其中，液压囊加载框架和复合加压板上开设有放置测试设备的孔洞。
其中，柔性液压囊安装在液压囊加载框架内后，柔性液压囊略突出于液压囊加载框架。
其中，试件上端轴向加载垫款通过弹簧支撑体与垂向加载上压盘相连接。
本发明的真三轴试验机既可进行单轴和常规三轴试验，又可在同一压力室中进行不同尺寸样品的真三轴试验，解决了公知真三轴试验机在功能多元化上的局限性。
附图说明
图1是本发明真三轴试验机的整体外观图。
图2是真三轴压力室的纵向剖面侧视图，显示了油压加载的结构；
图3是真三轴压力室的水平剖面俯视图，显示了千斤顶加载的结构；
图4是液压囊加载框架的示意图；
图5是复合加压板与试件的连接关系示意图；
图6是图5中沿A-A方向的剖视图。
附图中主要组件符号说明：
1垂向加载系统；2试验机底座；3垂向加载下压盘；4垂向加载上压盘；5垂向加载系统上部横梁；6垂向加载系统上下连接杆；7垂向加载系统上部横梁升降控制油缸；8三轴压力室；9腔室壁；10三轴压力室上盖板；11三轴压力室支撑底座；12分割夹具；13柔性液压囊；14液压囊加载框架；14A孔洞；15复合加压板；16弹簧支撑体；17轴向加载垫块；17A液压囊加载装置垫块；18测量系统通道；19油路通道；20销钉；21试件；22千斤顶；23柔性条；24刚性条；25刚性加压板；26吊装轨道；27轨道总成；28小车。
具体实施方式
本发明是在公知的垂向加载系统基础上所作的改进。
以下结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明：
如图1所示，本发明是在公知的单轴万能试验系统上进行的改进。为为便于后面的说明，先对单轴万能试验系统作一概述。
垂向加载系统1，包括试验机底痤2，试验机底痤2上安装有垂向加载下压盘3。试验机底座2上固定有轨道总成27和吊装轨道26，三轴压力室8通过一小车28安装在吊装轨道26上。垂向加载系统1的顶部为垂向加载系统上部横梁5，通过垂向加载系统上下连接杆6固定在试验机底痤2上，垂向加载系统上部横梁5的升降由垂向加载系统上部横梁升降控制油缸7进行控制。
本发明的重点是对三轴压力室8进行了改进。
请参阅图2和图3，三轴压力室8内部安装有四个呈扇形柱状的分割夹具12，将三轴压力室8内部原有的单独一个腔室分割成A、B、C、D四个腔室，四个腔室的中间放置需要测试的试件21。每两个相邻的分割夹具12之间形成的腔室内均分别各安装有液压囊加载装置，本发明的液压囊加载装置是在一个呈十字形的液压囊加载框架14（如图4所示）的四个框架a、b、c、d内各放置一柔性液压囊13，形成由四个柔性液压囊13组成的液压囊加载装置。考虑到实际使用的效果，四个框架内放置的柔性液压囊13前后略突出于框架的边缘。
位于腔室中间位置的试件21底部通过轴向加载垫块17固定在三轴压力室支撑底座11上，试件21顶部为轴向加载垫块17，轴向加载垫块17与垂向加载上压盘14之间安装有弹簧支撑体16。
在加载时，试件21四周的液压囊加载装置之间会产生相互影响。为避免相互影响，通常六面加压板均制作成略小于试件的加载面，但会产生边角效应，影响试验数据的准确性。为此，本发明在液压囊加载框架14与试件21之间安装有复合加压板15，同时在试件21与轴向加载垫块17之间也安装有复合加压板15，以避免试验过程中试件21各方向的相互影响，并避免产生边角效应。
请参阅图5和图6，本发明的复合加压板15是在一钢性加压板25的一面安装有间隔排列的柔性条23和刚性条24组成复合加压板，复合加压板15的一面抵顶试件21，复合加压板15的另一面通过刚性加压板25抵顶液压囊加载装置。
本发明的柔性液压囊13分别连接两组进行加载时注入液压油的油路通道19，直接由油压进行加载（如图2所示）。也可由固定在腔室壁9上的千斤顶22进行加载（如图3所示），通过复合加压板15将力传递给试件21。
由于由于各种试件的尺寸不同，因此本发明的扇形柱状的分割夹具12可加工成几套不同尺寸的夹具，以便为不同尺寸试件提供试验条件。
在实际操作过程中，首先将分割夹具12固定在三轴压力室8内，与腔室壁9固定后，再与三轴压力室底座11、三轴压力室上盖板10分别并用销钉20固定。根据具体试件的尺寸，调节垂向加载下压盘3的高度，在垂向加载下压盘3上放置垂向加载垫块17和复合加压板15，将试件21放置复合加压板15上，在试件21的四周侧面及顶面也安装复合加压板15，安装液压囊加载装置时，通过液压囊加载装置垫块17A调整液压囊加载装置与试件21同高度。按上述步骤装配完成后，盖上三轴压力室上盖板10，并调整垂向加载上压盘4，通过弹簧支撑体16使垂向加载上压盘4与试件21上部轴向加载垫块17微接触，开始试验。
目前，岩石力学试验加载系统中，柔性加载方式通常采用液压囊加载，相对于直接由压力液加载而言，可有效避免各向压力间的相互干扰，但由于液压囊的影响，无法用LVDT（线性差动变压位移传感器,一种位移测量装置）对试件进行位移测量，也无处放置图像采集装置。本发明采用呈十字形的液压囊加载框架14，中间留出圆孔14A放置测试设备，可实现利用液压囊加载的同时，利用LVDT、微型摄像仪、CT扫描等设备，对试件进行监测并可对监测设备实施保护。各设备的连接线由测量系统通道18延伸出来。

Claims (3)

1.一种可变尺寸的真三轴试验机，包括：
一垂向加载系统，该垂向加载系统的吊装轨道上安装有三轴压力室；
其特征是：
三轴压力室内由四块扇形柱状夹具分成四个腔室，每个腔室内垂直放置有液压囊加载装置，液压囊加载装置的结构是在一呈十字形的液压囊加载框架内各放置一柔性液压囊，试件放置于三轴压力室内中间位置且位于四个腔室的液压囊加载装置中间，四个腔室内放置的柔性液压囊前后略突出于框架的边缘，其中，夹具被加工成几套不同尺寸的夹具；
位于腔室中间位置的试件底部通过轴向加载垫块固定在三轴压力室支撑底座上，试件顶部为轴向加载块，轴向加载块与垂向加载块上压盘之间安装有弹簧支撑体；
试件与液压囊加载装置之间、试件与轴向加载垫块之间均安装有复合加压板，所述复合加压板是在一刚性加压板与试件接触的一面上间隔地排列有柔性条和刚性条；复合加压版的一面抵顶试件，复合加压版的另一面通过刚性加压板抵顶液压囊加载装置；
液压囊加载框架和复合加压板上开设有放置测试设备的孔洞；
所述液压囊加载装置与腔室壁之间安装有进行加载的千斤顶。
2.一种可变尺寸的真三轴试验机，包括：
一垂向加载系统，该垂向加载系统的吊装轨道上安装有三轴压力室；
其特征是：
三轴压力室内由四块扇形柱状夹具分成四个腔室，每个腔室内垂直放置有液压囊加载装置，液压囊加载装置的结构是在一呈十字形的液压囊加载框架内各放置一柔性液压囊，试件放置于三轴压力室内中间位置且位于四个腔室的液压囊加载装置中间，四个腔室内放置的柔性液压囊前后略突出于框架的边缘，其中，夹具加工成几套不同尺寸的夹具；
位于腔室中间位置的试件底部通过轴向加载垫块固定在三轴压力室支撑底座上，试件顶部为轴向加载块，轴向加载块与垂向加载块上压盘之间安装有弹簧支撑体；
试件与液压囊加载装置之间、试件与轴向加载垫块之间均安装有复合加压板，所述复合加压板是在一刚性加压板的一面间隔地排列有柔性条和刚性条；复合加压版的一面抵顶试件，复合加压版的另一面通过刚性加压板抵顶液压囊加载装置；
液压囊加载框架和复合加压板上开设有放置测试设备的孔洞；
所述柔性液压囊分别连接两组进行加载的油路通道，对试件水平俩个方向进行加载。
3.根据权利要求1或2所述可变尺寸的真三轴试验机，其中，液压囊加载装置的上下两端各放置一个用以调整液压囊装置与试件的高度相同的垫块，三轴压力室内试件的上端和下端放置有调整试件高度的轴向加载垫块。
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