CN104458409A - 一种真三轴试验仪中主应力施加装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种真三轴试验仪中主应力施加装置，包括分别设置在试样两侧的两个底座；所述两个底座上均设有能在所述底座上水平移动、且能在竖直方向上伸缩的加载单元；所述试样其中一侧的加载单元外侧与加压装置接触；所述试样另外一侧的加载单元外侧与反力支架接触，所述反力支架上安装有应力传感器。本发明实现了真三轴中主应力的独立施加，同时解决了现行采用加压板叠合施加中主应力时摩擦力过大以及土体挤进缝隙导致试验误差过大的问题，为进一步分析三维应力状态下土体力学特性创造了试验条件。
Description
技术领域
本发明涉及一种真三轴试验仪中主应力施加装置。
背景技术
目前，用于室内土体试验的各种各样的真三轴仪大体上可以归为两大类。第一类真三轴仪三个主应力非完全独立地施加，大、中主应力σ 1、σ 2是在小主应力σ 3的基础上分别施加偏应力σ 1-σ 3、σ 2-σ 3得到的，此类真三轴仪难以进行如等p等q等特殊应力路径试验。
第二类真三轴仪可以完全独立的施加三个主应力。这类真三轴仪的大、中、小主应力可在三个方向之间自由轮换，因此可以方便地进行各种应力路径试验。缺点是这类仪器三个方向的加压系统之间都容易相互干扰。
第二类仪器中主应力加压方式主要有刚性加压板加压和柔性橡皮膜加压两种。采用柔性橡皮膜加压，虽然可以克服三个方向相互干扰的问题，但是往往存在加压面压力分布不均匀以及施加的压力水平有限等问题，压力过大，橡皮膜可能破坏，尤其对于粗粒土更是如此。而采用刚性板加压虽然可以解决压力分布不均匀、施加的压力水平有限的问题，但是由于刚性板缺乏变形协调性，经常出现加压系统之间相互干扰的问题。
由此，有研究者提出了采用刚性加压板与柔性填充物逐层相间叠合的方法来解决加载过程中相互干扰的问题，取得了一些效果。但新的问题来了，首先，试验过程中，由于柔性填充物刚度很小，在轴向压力下，部分土体挤进加压板空隙中，形成凹凸不平的接触表面，一方面增大了试样与加压板间摩擦力，另一方面阻碍了试样轴向变形的发展，导致试验结果失真；其次，由于加压板和填充物刚度差异很大，与试样接触时形成软硬交错的接触面，在试样表面附近形成极为复杂的应力场，对试验结果的影响很难评估，不利于试验结果分析与运用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，针对上述现有技术的不足，提供一种真三轴试验仪中主应力施加装置。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种真三轴试验仪中主应力施加装置，包括分别设置在试样两侧的两个底座；所述两个底座上均设有能在所述底座上水平移动、且能在竖直方向上伸缩的加载单元；所述试样其中一侧的加载单元外侧与加压装置接触；所述试样另外一侧的加载单元外侧与反力支架接触，所述反力支架上安装有应力传感器。
所述两个加载单元的顶端均与能在所述加载单元上水平移动的轴向加压支架接触；所述试样顶端与承压板接触；所述承压板与竖直设置的轴向传力杆底端接触；所述轴向传力杆顶端与所述轴向加压支架固定连接。保证轴向加压过程中试样的轴向变形与中主应力加载装置竖向变形协调一致。
所述底座包括导轨和设置在所述导轨上、且能在所述导轨上转动的多个轴承；该底座结构简单，制作方便。
所述加载单元包括下加压板和与所述下加压板平行的上加压板；所述下加压板和上加压板之间平行设置有多个中间加压板；所述下加压板与中间加压板之间、相邻的中间加压板之间、所述上加压板与中间加压板之间均设有弹性橡皮管；所述下加压板下表面与所述试样底面处于同一水平面上；所述下加压板下表面与所述轴承接触；所述上加压板、多个中间加压板上均开设有至少一个通孔，竖直设置的立柱自所述通孔穿过所述上加压板和多个中间加压板，且所述立柱底端与所述下加压板固定连接；所述立柱横截面直径小于所述通孔底面直径。该加载单元水平向、竖直向均可以自由滑动，可在试样一侧任意独立施加中主应力，由反作用原理在另一侧得出其应力值。通孔大小略大于立柱的直径，以便上加压板、中间加压板能上下自由移动。
所述下加压板、上加压板靠近所述试样的一侧分别与下接触挡板、上接触挡板固定连接，且所述下接触挡板顶部与所述上接触挡板底部接触且能在竖直方向上相对滑动。下接触挡板、上接触挡板克服了试验时摩擦力过大以及土体挤入中间加压板的问题。
所述下加压板和上加压板靠近所述所述试样的一侧均开设有L形凹槽；所述下接触挡板底端、上接触挡板顶端均设有与所述凹槽匹配的榫头；所述榫头卡合到所述凹槽内。凹槽和榫头的连接牢固，防止挡板松动。
与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：本发明实现了真三轴中主应力的独立施加，同时解决了现行采用加压板叠合施加中主应力时摩擦力过大以及土体挤进缝隙导致试验误差过大的问题，为进一步分析三维应力状态下土体力学特性奠定了基础。
附图说明
图1为本发明一实施例中主应力加压装置示意图；
图2为下加压板构造示意图；
图3为中间加压板构造示意图；
图4为上加压板构造示意图；
图5为接触挡板构造示意图。
具体实施方式
如图1-图3所示，本发明一实施例包括包括导轨2和设置在所述导轨2上、且能在所述导轨2上转动的多个轴承3；加载单元包括下加压板5和与所述下加压板5平行的上加压板8；所述下加压板5和上加压板8之间平行设置有多个中间加压板7；所述下加压板5与中间加压板7之间、相邻的中间加压板7之间、所述上加压板8与中间加压板7之间均设有弹性橡皮管6；所述下加压板5下表面与所述试样25底面处于同一水平面上；所述下加压板5下表面与所述轴承3接触；所述上加压板8、多个中间加压板7上均开设有至少一个通孔12，竖直设置的立柱9自所述通孔12穿过所述上加压板8和多个中间加压板7，且所述立柱9底端与所述下加压板5固定连接；所述立柱9横截面直径小于所述通孔12底面直径；轴向加压支架19通过滚轴20与所述上加压板8接触；下加压板5、上加压板8靠近所述试样25的一侧分别与下接触挡板14、上接触挡板16固定连接，且所述下接触挡板14顶部与所述上接触挡板16底部接触且能在竖直方向上相对滑动。
下加压板5和上加压板8靠近所述所述试样25的一侧均开设有L形凹槽11；所述下接触挡板14底端、上接触挡板16顶端均设有与所述凹槽11匹配的榫头13；所述榫头13卡合到所述凹槽11内。
立柱9的顶部设有螺帽10，可以防止上加压板8松动。
每片中间加压板的厚度可取4mm-6mm，宽度与试样宽度保持一致，目前真三轴试验通常采用立方体试样，中主应力加载面的宽度一般在30mm-60mm。固定在下加压板5上的立柱9的直径可取3mm-5mm，高度主要取决于试样的高度，一般可取70mm-150mm，加压板之间采用弹性小橡皮管铺设，弹性小橡皮管一般为空心管，外径2mm-4mm即可。开设在上加压板、下加压板上的凹槽11的深度可取3mm-5mm，高度可取2mm-4mm；上接触挡板14、下接触挡板16采用高强度薄铝板，厚度0.5mm-1mm，高度取试样高度的2/3—3/4左右，保证上接触挡板14、下接触挡板16具有一定的搭接长度，试验时对挡板表面进行打磨刨光以减小其摩擦阻力。
试验时先将试样25安装好，接下来将下加压板5、弹性橡皮管6、中间加压板7、上加压板8依次叠层组装形成加压板组合体，并拧紧螺帽10，然后将上下接触挡板依次安装好，安装时先安装下接触挡板14，再安装上接触挡板16。最后将加压装置推近试样表面，让上下接触挡板与试样表面充分接触，并保证试样底面与下加压板底面处在同一水平面上，再将液压加压活塞18（提供中主应力）、反力支架23、应力传感器24安装到位。中主应力加压装置即安装完成。
为保证轴向加压过程中试样的轴向变形与中主应力加载装置竖向变形协调一致，将带滚轴20的轴向加压支架19固定到轴向传力杆21上，轴向加压支架19通过滚轴20将力通过上加压板8传到中主应力加载装置上，使其同步产生竖向变形。
下接触挡板14通过榫头13插入到下加压板5的凹槽11中。在下加压板5上铺设弹性橡皮管6，使其排列整齐均匀，再将中间加压板7通过预先设置的通孔12穿过立柱9，放置在铺设的弹性橡皮管6上，保证中间加压板7可以沿着立柱9上下自由移动。上加压板8上表面与试样顶面持平，拧好螺帽10，再将上接触挡板16通过榫头13插入到上加压板8的凹槽11当中。在组合加压板受压或者回弹时，上、下接触挡板可以上下自由错动，保证上、下接触挡板、加压板组合体及试样25保持同步变形。加压板组合体安装完成后，推近试样25，让上、下接触挡板与试样表面充分接触，然后将中主应力加压活塞18、反力支架23、应力传感器24安装好，接下来将小主应力的加压设备安装好，最后，装好承压板22、轴向传力杆21，将轴向加压支架19放置到加载单元上，使其滚轴20刚好与上加压板8的表面接触。
试验时，按试验方案依次独立施加三个方向的主应力。当施加轴向应力时(即大主应力)，传力杆21带动轴向加压支架19一起变形，由滚轴20将力传到加压板组合体上，使其同步变形，接触挡板也同时产生上下错动来协调竖向的变形；施加中主应力时，通过左侧的加压活塞18推动加压装置向右移动，由另一侧的应力传感器24来测得应力。试验过程中加载单元始终可以沿水平向、竖直向自由移动，具有较好的变形协调性。
Claims (7)
1.一种真三轴试验仪中主应力施加装置，其特征在于，包括分别设置在试样（25）两侧的两个底座（1）；所述两个底座（1）上均设有能在所述底座（1）上水平移动、且能在竖直方向上伸缩的加载单元；所述试样（25）其中一侧的加载单元外侧与加压装置接触；所述试样（25）另外一侧的加载单元外侧与反力支架（23）接触，所述反力支架（23）上安装有应力传感器（24）。
2.根据权利要求1所述的真三轴试验仪中主应力施加装置，其特征在于，所述两个加载单元的顶端均与能在所述加载单元上水平移动的轴向加压支架（19）接触；所述试样（25）顶端与承压板（22）接触；所述承压板（22）与竖直设置的轴向传力杆（21）底端接触；所述轴向传力杆（21）顶端与所述轴向加压支架（19）固定连接。
3.根据权利要求1或2所述的真三轴试验仪中主应力施加装置，其特征在于，所述底座（1）包括导轨（2）和设置在所述导轨（2）上、且能在所述导轨（2）上转动的多个轴承（3）。
4.根据权利要求3所述的真三轴试验仪中主应力施加装置，其特征在于，所述加载单元包括下加压板（5）和与所述下加压板（5）平行的上加压板（8）；所述下加压板（5）和上加压板（8）之间平行设置有多个中间加压板（7）；所述下加压板（5）与中间加压板（7）之间、相邻的中间加压板（7）之间、所述上加压板（8）与中间加压板（7）之间均设有弹性橡皮管（6）；所述下加压板（5）下表面与所述试样（25）底面处于同一水平面上；所述下加压板（5）下表面与所述轴承（3）接触；所述上加压板（8）、多个中间加压板（7）上均开设有至少一个通孔（12），竖直设置的立柱（9）自所述通孔（12）穿过所述上加压板（8）和多个中间加压板（7），且所述立柱（9）底端与所述下加压板（5）固定连接；所述立柱（9）横截面直径小于所述通孔（12）底面直径。
5.根据权利要求4所述的真三轴试验仪中主应力施加装置，其特征在于，所述轴向加压支架（19）通过滚轴（20）与所述上加压板（8）接触。
6.根据权利要求5所述的真三轴试验仪中主应力施加装置，其特征在于，所述下加压板（5）、上加压板（8）靠近所述试样（25）的一侧分别与下接触挡板（14）、上接触挡板（16）固定连接，且所述下接触挡板（14）顶部与所述上接触挡板（16）底部接触且能在竖直方向上相对滑动。
7.根据权利要求6所述的真三轴试验仪中主应力施加装置，其特征在于，所述下加压板（5）和上加压板（8）靠近所述所述试样（25）的一侧均开设有L形凹槽（11）；所述下接触挡板（14）底端、上接触挡板（16）顶端均设有与所述凹槽（11）形状大小匹配的榫头（13）；所述榫头（13）卡合到所述凹槽（11）内。
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