CN104215506A - 一种梯度围压加载方法 - Google Patents
一种梯度围压加载方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN104215506A CN104215506A CN201410470292.5A CN201410470292A CN104215506A CN 104215506 A CN104215506 A CN 104215506A CN 201410470292 A CN201410470292 A CN 201410470292A CN 104215506 A CN104215506 A CN 104215506A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- sample
- material layer
- plastic material
- gradient
- elastic
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Abstract
本发明公开了一种梯度围压加载方法，利用嵌套在刚性圆筒内的理想弹塑性材料层受压间接实现试样的围压加载，所述的刚性圆筒是完全刚性，所述理想弹塑性材料层的竖直梯度方向与试样的非均质竖直梯度方向一致；通过控制所述理想弹塑性材料层的弹性模量沿试样高度方向的连续分布或非连续分布，可实现试样在高度方向上围压的连续分布或非连续分布；通过控制实验过程中双向同时施压的位移量，实现试样所受压力梯度和平均压力的恒定。该方法简单、经济、操作灵活，能够在室内模拟实际地层中岩土介质所受的非均匀压力分布，具有显著的技术和经济优势。
Description
技术领域
本发明涉及一种试样的围压加载方法，尤其是一种梯度围压加载方法。
背景技术
试样在不同围压下的试验结果，是分析试样的强度及变形的基本依据，对现场基础结构设计、施工等做出指导。目前已有土工三轴仪、冻土三轴仪以及岩石三轴仪，均是在恒定围压下对试样的强度及变形进行测试，试验结果作为试样的基本力学性质，然后进行理论公式的推导、数值模拟的计算。这种处理方法是把试样作为一个点单元进行处理，首先还原试样现场的围压大小，然后进行竖向荷载的施加，但是这种简化的处理与现场土体实际周围压力不完全吻合。
现场土体的周围压力沿竖向呈现梯度增加的趋势，因此用点单元简化得到的结果与实际有出入。因此亟需一种可以实现试样的梯度围压加载的方法，此试样不再是一个材料单元，可以看作一个微模型结构，与现场土体实际的周围压力分布更为吻合。
发明内容
发明目的：本发明提供一种梯度围压的加载方法，解决现有试验中试样高度方向围压恒定的问题。
技术方案：为实现上述目的，本发明的技术方案如下：梯度围压加载方法，利用嵌套在刚性圆筒内的理想弹塑性材料层受试样挤压间接实现试样的围压加载，通过控制理想弹塑性材料层的弹性模量即屈服应力沿试样高度方向的梯度分布，实现试样在高度方向上所受压力的梯度分布；具体步骤如下：
(1)制备具有竖向梯度的试样，制备弹性模量即屈服强度沿试样高度方向梯度变化的理想弹塑性材料层；
(2)将理想弹塑性材料层嵌套在刚性圆筒中，放置试样于理想弹塑性材料层的空腔中，放置环形箍在刚性圆筒上、下表面，并用螺栓固定，放置加载帽于试样上、下表面；
(3)通过加载帽对试样进行竖向加载，试样径向膨胀，挤压理想弹塑性材料层，理想弹塑性材料层产生变形，超过理想弹性范围后屈服，屈服强度即试样的围压保持不变；由于理想弹塑性材料层的屈服强度沿竖向梯度变化，则试样的围压呈现竖向梯度变化。
更进一步的，所述的刚性圆筒是完全刚性，所述理想弹塑性材料层的竖直梯度方向与试样的非均质竖直梯度方向一致；通过控制所述理想弹塑性材料层的弹性模量即屈服强度沿试样高度方向的连续分布即梯度恒定或非连续分布即梯度变化，可实现试样在高度方向上围压的连续分布或非连续分布；试样荷载施加方向为双向同步加载，且加载步长相同。
有益效果，由于采用了上述方案，本发明与现有技术相比具有以下显著特点和优势：该方法简单、经济、操作灵活，能够在室内模拟实际地层中岩土介质所受的非均匀压力分布，具有显著的技术和经济优势。
1、本发明中通过调整理想弹塑性材料层的屈服强度，即可实现围压梯度大小的变化，能够适用不同量级的围压加载；通过控制理想弹塑性材料层的竖向分布，则可实现围压梯度的连续分布或非连续分布。
2、试样的竖直梯度沿高度方向可以由小变大，也可以由大变小，围压梯度方向与试样梯度方向保持一致，能够研究不同围压梯度及其梯度组合条件下的土体强度变形规律。
3、本发明中的加载方向是双向同步加载，在保证初始理想弹性材料层的屈服强度分布即梯度和平均值恒定条件下，始终能保持试样所受围压梯度和平均压力的恒定。
4、本发明中实验对象可以是融土试样、冻土试样、软岩试样等，也可是传感、测试、保温等高分子功能材料。
附图说明
图1为本发明中实现梯度围压加载方法的结构装置示意图。
图2为理想弹塑性材料层的本构关系示意图。
图3为理想弹塑性材料层可施加的连续围压示意图。
图4为理想弹塑性材料层可施加的非连续围压示意图。
图中，1、加载帽；2、环形箍；3、刚性圆筒；4、理想弹塑性材料层；5、螺栓；6、试样；7、竖直梯度方向。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
一种梯度围压加载方法，如附图1所示，利用嵌套在刚性圆筒3内的理想弹塑性材料层4受试样6挤压间接实现试样6的围压加载，通过控制理想弹塑性材料层4的弹性模量(屈服应力)沿试样6高度方向的梯度分布，实现试样6在高度方向上所受压力的梯度分布。刚性圆筒3是完全刚性。理想弹塑性材料层4外表面与刚性圆筒3内表面紧密接触，理想弹塑性材料层4内表面与试样6表面紧密接触。理想弹塑性材料层4的竖直梯度方向7与试样6的竖直梯度方向7一致。
通过控制理想弹塑性材料层4的弹性模量(屈服强度)沿试样6高度方向的连续分布或非连续分布，可实现试样6在高度方向上围压的连续分布或非连续分布，如图3、4所示。
本发明中理想弹塑性材料层4的本构关系如图2所示。理想弹塑性材料层4的制作，可以通过控制石蜡、凡士林、粉末橡胶的比例，可以调整屈服强度(弹性模量)，则可以实现理想弹塑性材料层4的屈服强度沿高度方向的梯度分布。
本发明包括以下步骤：
a、制备具有竖向梯度的试样6，制备弹性模量即屈服强度沿试样高度方向梯度变化的理想弹塑性材料层4；
b、将理想弹塑性材料层4嵌套在刚性圆筒3中，放置试样6于理想弹塑性材料层4的空腔中，放置环形箍2在刚性圆筒3上、下表面，并用螺栓5固定，放置加载帽1于试样6上、下表面；
c、通过加载帽1对试样6进行竖向双向加载，试样6径向膨胀，挤压理想弹塑性材料层4，理想弹塑性材料层4产生变形，超过理想弹性范围后屈服，屈服强度即试样6的围压保持不变；由于理想弹塑性材料层4的屈服强度沿竖向梯度变化，则试样6的围压呈现竖向梯度变化。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (2)
1.一种梯度围压加载方法，其特征是：梯度围压加载方法，利用嵌套在刚性圆筒内的理想弹塑性材料层受试样挤压间接实现试样的围压加载，通过控制理想弹塑性材料层的弹性模量即屈服应力沿试样高度方向的梯度分布，实现试样在高度方向上所受压力的梯度分布；
具体步骤如下：
（1）制备具有竖向梯度的试样，制备弹性模量即屈服强度沿试样高度方向梯度变化的理想弹塑性材料层；
（2）将理想弹塑性材料层嵌套在刚性圆筒中，放置试样于理想弹塑性材料层的空腔中，放置环形箍在刚性圆筒上、下表面，并用螺栓固定，放置加载帽于试样上、下表面；
（3）通过加载帽对试样进行竖向加载，试样径向膨胀，挤压理想弹塑性材料层，理想弹塑性材料层产生变形，超过理想弹性范围后屈服，屈服强度即试样的围压保持不变；由于理想弹塑性材料层的屈服强度沿竖向梯度变化，则试样的围压呈现竖向梯度变化。
2.根据权利要求1所述的一种梯度围压加载方法，其特征在于：所述的刚性圆筒是完全刚性，所述理想弹塑性材料层的竖直梯度方向与试样的非均质竖直梯度方向一致；通过控制所述理想弹塑性材料层的弹性模量即屈服强度沿试样高度方向的连续分布即梯度恒定或非连续分布即梯度变化，可实现试样在高度方向上围压的连续分布或非连续分布；试样荷载施加方向为双向同步加载，且加载步长相同。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410470292.5A CN104215506B (zh) | 2014-09-15 | 2014-09-15 | 一种梯度围压加载方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410470292.5A CN104215506B (zh) | 2014-09-15 | 2014-09-15 | 一种梯度围压加载方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN104215506A true CN104215506A (zh) | 2014-12-17 |
| CN104215506B CN104215506B (zh) | 2016-06-22 |
Family
ID=52097227
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201410470292.5A Expired - Fee Related CN104215506B (zh) | 2014-09-15 | 2014-09-15 | 一种梯度围压加载方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN104215506B (zh) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105954109A (zh) * | 2016-04-29 | 2016-09-21 | 温州大学 | 三轴状态下单元土样的真空固结试验装置 |
| CN106932280A (zh) * | 2017-05-17 | 2017-07-07 | 中国矿业大学(北京) | 一种深部原位煤岩围压加载腔体 |
| CN107560929A (zh) * | 2017-08-18 | 2018-01-09 | 中原工学院 | 一种力值梯级调节装置及其使用方法 |
| CN114002095A (zh) * | 2021-08-29 | 2022-02-01 | 浙江理工大学 | 一种土工试验加压装置及实验方法 |
| CN114235595A (zh) * | 2022-01-27 | 2022-03-25 | 福州大学 | 可智能化反映原岩应力变化的注浆模拟试验系统 |
| CN114486618A (zh) * | 2022-01-27 | 2022-05-13 | 福建工程学院 | 考虑温度-应力耦合作用的瓦斯吸附-解吸-驱替试验装置及其试验方法 |
| CN114486996A (zh) * | 2022-01-27 | 2022-05-13 | 福建工程学院 | 智能控制岩石热膨胀测试仪及其应用方法 |
| CN115824783A (zh) * | 2022-12-13 | 2023-03-21 | 中国矿业大学 | 一种深部地下围岩动静耦合梯度荷载施加装置及方法 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0307940A1 (en) * | 1987-09-17 | 1989-03-22 | AT&T Corp. | Non-destructive optical trap for biological particles and method of doing same |
| CN101942205A (zh) * | 2010-08-13 | 2011-01-12 | 中国矿业大学 | 一种弹塑性相似材料及其制备方法 |
| CN102323159A (zh) * | 2011-08-12 | 2012-01-18 | 河海大学 | 高应力高水力梯度大剪切变形下土与结构物接触渗透仪 |
| CN102645396A (zh) * | 2012-05-11 | 2012-08-22 | 太原理工大学 | 一种提高煤岩渗透率的试验方法及其装置 |
| CN103033406A (zh) * | 2012-12-26 | 2013-04-10 | 上海交通大学 | 不同应力比重塑土制样装置 |
| CN103076270A (zh) * | 2013-01-29 | 2013-05-01 | 大连海事大学 | 一种环向裂隙岩石试件及其mhc 耦合渗流实验装置及装置的使用方法 |
| CN203658217U (zh) * | 2014-01-06 | 2014-06-18 | 西南石油大学 | 一种渗流启动压力梯度测试实验装置 |
-
2014
- 2014-09-15 CN CN201410470292.5A patent/CN104215506B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0307940A1 (en) * | 1987-09-17 | 1989-03-22 | AT&T Corp. | Non-destructive optical trap for biological particles and method of doing same |
| CN101942205A (zh) * | 2010-08-13 | 2011-01-12 | 中国矿业大学 | 一种弹塑性相似材料及其制备方法 |
| CN102323159A (zh) * | 2011-08-12 | 2012-01-18 | 河海大学 | 高应力高水力梯度大剪切变形下土与结构物接触渗透仪 |
| CN102645396A (zh) * | 2012-05-11 | 2012-08-22 | 太原理工大学 | 一种提高煤岩渗透率的试验方法及其装置 |
| CN103033406A (zh) * | 2012-12-26 | 2013-04-10 | 上海交通大学 | 不同应力比重塑土制样装置 |
| CN103076270A (zh) * | 2013-01-29 | 2013-05-01 | 大连海事大学 | 一种环向裂隙岩石试件及其mhc 耦合渗流实验装置及装置的使用方法 |
| CN203658217U (zh) * | 2014-01-06 | 2014-06-18 | 西南石油大学 | 一种渗流启动压力梯度测试实验装置 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 周国庆 等: "不同温度梯度两种应力路径冻结中砂应力–应变特性试验研究", 《岩土工程学报》 * |
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105954109A (zh) * | 2016-04-29 | 2016-09-21 | 温州大学 | 三轴状态下单元土样的真空固结试验装置 |
| CN106932280A (zh) * | 2017-05-17 | 2017-07-07 | 中国矿业大学(北京) | 一种深部原位煤岩围压加载腔体 |
| CN107560929A (zh) * | 2017-08-18 | 2018-01-09 | 中原工学院 | 一种力值梯级调节装置及其使用方法 |
| CN107560929B (zh) * | 2017-08-18 | 2019-09-24 | 中原工学院 | 一种力值梯级调节装置及其使用方法 |
| CN114002095A (zh) * | 2021-08-29 | 2022-02-01 | 浙江理工大学 | 一种土工试验加压装置及实验方法 |
| CN114235595A (zh) * | 2022-01-27 | 2022-03-25 | 福州大学 | 可智能化反映原岩应力变化的注浆模拟试验系统 |
| CN114486618A (zh) * | 2022-01-27 | 2022-05-13 | 福建工程学院 | 考虑温度-应力耦合作用的瓦斯吸附-解吸-驱替试验装置及其试验方法 |
| CN114486996A (zh) * | 2022-01-27 | 2022-05-13 | 福建工程学院 | 智能控制岩石热膨胀测试仪及其应用方法 |
| CN114486618B (zh) * | 2022-01-27 | 2023-10-17 | 福建工程学院 | 考虑温度-应力耦合作用的瓦斯吸附-解吸-驱替试验装置及其试验方法 |
| CN114486996B (zh) * | 2022-01-27 | 2023-11-03 | 福建工程学院 | 智能控制岩石热膨胀测试仪及其应用方法 |
| CN115824783A (zh) * | 2022-12-13 | 2023-03-21 | 中国矿业大学 | 一种深部地下围岩动静耦合梯度荷载施加装置及方法 |
| CN115824783B (zh) * | 2022-12-13 | 2024-03-01 | 中国矿业大学 | 一种深部地下围岩动静耦合梯度荷载施加装置及方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN104215506B (zh) | 2016-06-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN104215506A (zh) | 一种梯度围压加载方法 | |
| CN102222126B (zh) | 一种级配碎石三轴试验的数值模拟方法 | |
| CN102230870B (zh) | 一种级配碎石cbr数值试验方法 | |
| CN104198233B (zh) | 三轴重塑土样成型方法及其装置 | |
| CN101592576A (zh) | 气囊式土石混合体原位压剪试验装置 | |
| CN103983516A (zh) | 一种测算土体泊松比的装置及方法 | |
| CN109211666A (zh) | 基于ct扫描的预测应力加载条件下煤体渗透率的方法 | |
| CN108195684A (zh) | 可用于研究循环移动荷载作用下地基力学行为的试验系统 | |
| CN110108855A (zh) | 应力与渗流耦合作用下的隧道三维模型试验装置及方法 | |
| CN106813977A (zh) | 砂颗粒纳米凝胶胶结区细观应变测量装置及测量方法 | |
| CN108225918A (zh) | 大型碎石料-岩石接触面流变特性试验仪及其使用方法 | |
| Thevakumar et al. | The influence of cyclic loading on the response of soft subgrade soil in relation to heavy haul railways | |
| CN103278613A (zh) | 一种用于在模型试验中产生模拟水平应力的装置及其方法 | |
| CN104181002B (zh) | 一种用于隧道结构模型试验的均匀水压模拟加载装置和方法 | |
| Zhu et al. | Improved isotropically consolidated undrained triaxial test method for non-self-supporting materials | |
| CN103218494A (zh) | 一种建立材料或土体弹塑性本构模型的方法 | |
| Dong et al. | Experimental study on deformation properties of unsaturated compacted soil based on digital image measurement | |
| CN203572696U (zh) | 应力控制式土工压样器 | |
| CN103955597A (zh) | 一种级配碎石抗压强度数值试验方法 | |
| CN103257082B (zh) | 一种减小直剪试验试样扰动的方法及环刀 | |
| CN105424591B (zh) | 土体在多种状态下贯入阻力的室内测量装置 | |
| CN110646583B (zh) | 一种煤层注水相似模拟试验的方法及装置 | |
| CN104297449B (zh) | 胶结节理化岩体自然崩落法相似模型试验方法 | |
| CN206410906U (zh) | 湿捣法制备空心圆柱砂土试样的击实装置 | |
| Poon et al. | Stress concentration ratio and design method for stone columns using 2D FEA with equivalent strips |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20160622 Termination date: 20210915 |