CN105021461B - 土工真三轴试验双向微摩擦荷载传力板 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种土工真三轴试验双向微摩擦荷载传力板，用于真三轴试验时放置试样两侧，所述土工真三轴试验双向微摩擦荷载传力板包括矩形承载板，矩形承载板的上部设有可沿σ1方向滚动的滚轴排，滚轴排上沿σ1方向依次循环布置第一滑条、第二滑条和第三滑条，第一滑条、第二滑条和第三滑条上沿矩形承载板的σ3方向依次设有滑块，滑块可在第一滑条、第二滑条和第三滑条上沿σ3方向自由滑动，第一滑条、第二滑条和第三滑条上的滑块拼成一个大于试样尺寸的矩形接触板，用于与试样直接接触。本发明可实现真三轴应力状态下试样在接触面上的双向自由变形，有效解决加载板与试样接触面的摩阻力过大的问题。
Description
技术领域
本发明涉及土力学室内试验技术领域，具体是一种土工真三轴试验双向微摩擦荷载传力板。
背景技术
土工真三轴仪是一种真实模拟土体三向受力状态的土工测试仪器，真三轴仪采用立方体试样，从三个主应力方向独立加载，使土样中产生均匀的应力和应变，相对于常规三轴试验，真三轴试验可以更全面、更真实的反映土单元的三向受力状态，可用于研究土体的应力应变特性以及验证和发展土体本构模型等。根据力学原理，土体内某点的应力可分解为作用于相互垂直面上的三个主应力，分别称为大主应力σ1、中主应力σ2和小主应力σ3，其大小为σ1>σ2>σ3，真三轴试验要求三个方向施加的荷载均为正应力，加载面无剪应力。但因其设备本身的复杂性，目前的真三轴仪还存在不足之处，主要表现在加载板与试样接触面存在较大摩阻力，即在加载面上产生了附加的剪应力，导致试验结果与实际情况产生偏差。因此，在设计真三轴仪时必须考虑如何减小加载板与试样接触面的摩阻力，尽可能实现应力状态的可靠性。在真三轴试验中，因试样在σ2方向与刚性板接触，要求试样在σ1方向被压缩的同时，在σ3方向可以自由变形，这是双向界面摩擦阻力问题。因此，探索并发明一种土工真三轴试验双向微摩擦荷载传力板，有效消除试样与加载板之间的界面摩阻力，使试样在接触面切线方向上可以自由双向变形，尽可能提高试验精度，提高真三轴试验的技术水平，具有重要实际意义。
现有降低界面摩阻力的技术通常有以下几种：采用高抛光板、摩擦系数较小的垫片或在加载板与试样接触面间涂黄油、凡士林等润滑剂，以上方法虽有一定的效果，但仍不能满足试验的要求，无法实现试样在接触面上的双向自由变形。
发明内容
本发明的目的在于提供一种土工真三轴试验双向微摩擦荷载传力板，以实现真三轴应力状态下试样在接触面上的双向自由变形，有效解决加载板与试样接触面的摩阻力过大的问题。
本发明采用如下技术方案实现：
一种土工真三轴试验双向微摩擦荷载传力板，用于真三轴试验时放置试样两侧，真三轴试验中试样受到三组作用于相互垂直面上的应力，三组作用力分别称为大主应力σ1、中主应力σ2和小主应力σ3，其特征在于：所述土工真三轴试验双向微摩擦荷载传力板包括矩形承载板，矩形承载板的上部设有可沿σ1方向滚动的滚轴排，滚轴排上沿σ1方向依次循环布置第一滑条、第二滑条和第三滑条，第一滑条、第二滑条和第三滑条上沿矩形承载板的σ3方向依次设有滑块，滑块可在第一滑条、第二滑条和第三滑条上沿σ3方向自由滑动，第一滑条、第二滑条和第三滑条上的滑块拼成一个大于试样尺寸的矩形接触板，用于与试样直接接触。
如上所述的土工真三轴试验双向微摩擦荷载传力板，矩形承载板的上部沿σ3方向间隔设置多个滑槽，相邻两个滑槽之间形成支架，支架上间隔设置多个弧形凹槽，所有支架的弧形凹槽在σ3方向处于同一直线上，每一滑槽中在每个弧形凹槽对应位置处设置滚轴，转轴穿过位于矩形承载板的σ3方向同一直线上的滚轴后架设在弧形凹槽上，转轴穿设的滚轴在σ1方向上形成所述滚轴排。
如上所述的土工真三轴试验双向微摩擦荷载传力板，第一滑条和第三滑条的上端均沿矩形承载板的σ3方向依次套设有多个第一滑块，第二滑条的上端沿矩形承载板的σ3方向依次套设有多个第二滑块，第一滑块搭接在第二滑块的上方，并保持一定的间隙，以保证试样在σ1方向的压缩变形，同时防止加载时试样嵌入滑块间隙，第一滑块和第二滑块均可通过滚珠在各自对应滑条上沿矩形承载板的σ3方向自由滑动。
如上所述的土工真三轴试验双向微摩擦荷载传力板，第一滑条的两端各设有一块翼板，第二滑条距离两端一定距离处各设有一块翼板，第三滑条的中部设有一块翼板，三种滑条的翼板相互嵌入形成一有间隙的平面，以保证三种滑条可通过滚轴排在矩形承载板上沿σ1方向自由滑动。
如上所述的土工真三轴试验双向微摩擦荷载传力板，矩形承载板的两侧部位设有侧板，侧板上均布钻孔，第一滑条两端的翼板分别设有钻孔，用杆状件依次穿过第一滑条两端的翼板上的钻孔以及侧板上的钻孔，以保证试验时从σ1方向施加轴向压力时保证传力板能够直立且侧面跟试样能够紧密贴合。
本发明在使用时放置在试样两侧，试样在σ1方向压缩变形时，滚轴排可以有效降低微摩擦荷载传力板与水平加载板之间的摩阻力，当试样在σ3方向变形时，多层滑块可以减小加载板与试样接触面的摩阻力，使试样在接触面切线方向上可以自由双向变形，可以有效地将荷载施加在试样上，在试样与荷载传力板界面接触面切线方向上没有摩擦力或者摩阻力极小(微摩擦)，提高真三轴试验的技术水平。
附图说明
图1是本发明土工真三轴试验双向微摩擦荷载传力板的结构分解示意图；
图2所示为本发明土工真三轴试验双向微摩擦荷载传力板正立面图；
图3所示为本发明土工真三轴试验双向微摩擦荷载传力板侧立面图；
图4是本发明土工真三轴试验双向微摩擦荷载传力板的滑块布置图；
图5是本发明第一滑条的立体结构图；
图6是本发明第二滑条的立体结构图；
图7是本发明第三滑条的立体结构图；
图8(a)是本发明工作时的俯视图；
图8(b)是本发明工作时的侧视图。
图中：1—矩形承载板，2—滑槽，21—支架，22—弧形凹槽，3—滚轴排，31—转轴，4—第一滑条，5—第二滑条，6—第三滑条，7—滚珠，8—第一滑块，9—第二滑块，10—侧板，41、51、61—翼板。
具体实施方式
下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。
图1所示为本发明土工真三轴试验双向微摩擦荷载传力板的部分结构分解示意图，所述土工真三轴试验双向微摩擦荷载传力板用于真三轴试验时放置试样两侧，真三轴试验中试样受到三组作用于相互垂直面上的应力，三组作用力分别称为大主应力σ1、中主应力σ2和小主应力σ3(如图8(a)和图8(b)所示)。
所述土工真三轴试验双向微摩擦荷载传力板包括矩形承载板1，矩形承载板1的顶部沿σ3方向间隔设置多个滑槽2，相邻两个滑槽2之间形成支架21，支架21上间隔设置多个弧形凹槽22，所有支架21的弧形凹槽22在σ3方向处于同一直线上。
每一滑槽2中在每个弧形凹槽22对应位置处设置滚轴3，转轴31穿过位于矩形承载板1的σ3方向同一直线上的滚轴3后架设在弧形凹槽22上。转轴31穿设的滚轴3在矩形承载板1的σ1方向上形成滚轴排，滚轴排的上面从左向右依次循环的设有第一滑条4、第二滑条5和第三滑条6，三种滑条均可通过滚轴排沿矩形承载板1的σ1方向自由滑动。
第一滑条4和第三滑条6的上端均沿矩形承载板1的σ3方向依次套设有多个第一滑块8，第二滑条5的上端沿矩形承载板1的σ3方向依次设有多个第二滑块9，第一滑块8搭接在第二滑块9的上方，并保持一定的间隙，以保证试样在σ1方向的压缩变形，同时防止加载时试样嵌入滑块间隙，两种滑块均通过滚珠在各自对应滑条上沿σ3方向自由滑动。
请一并参考图2和图3，所述土工真三轴试验双向微摩擦荷载传力板是一长，宽，高分别为700mm，350mm，80mm的矩形板，从下往上依次为矩形承载板1、滚轴3、滑条(第一滑条4、第二滑条5和第三滑条6)、滚珠7、滑块(第一滑块8和第二滑块9)。矩形承载板1的两侧部位设有侧板10，侧板10上均布2mm钻孔。
图4所示为本发明土工真三轴试验双向微摩擦荷载传力板中滑块的布置图，第一滑块8和第二滑块9沿σ1方向依次间隔布置，形成尺寸大于试样尺寸的矩形接触板。
图5、图6、图7分别为第一滑条4、第二滑条5和第三滑条6的立体结构示意图，第一滑条4的两端各设有一块翼板41，第二滑条5距离两端一定距离处各设有一块翼板51，第三滑条6的中部设有一块翼板61，三种滑条的翼板相互嵌入形成一有间隙的平面，以保证三种滑条可通过滚轴排在矩形承载板1上沿σ1方向自由滑动。
第一滑条4的两端底部分别设有翼板41，第二滑条5距离两端一定距离处各设有一块翼板51，第三滑条6的中部设有一块翼板61，第一滑条4两端的翼板41分别设有钻孔。试验时将第一滑条4与侧板10用杆状件固定，即用杆状件依次穿过第一滑条4两端的翼板41上的钻孔以及侧板10上的钻孔，以保证滑条沿σ1方向在试样侧面均匀有间隔分布。
本发明工作时的原理图请参见图8(a)和图8(b)，真三轴试验中试样受到三组作用于相互垂直面上的应力，三组作用力分别称为大主应力σ1、中主应力σ2和小主应力σ3，本发明土工真三轴试验双向微摩擦荷载传力板放置在试样两侧，承受中主应力σ2，土工真三轴试验双向微摩擦荷载传力板中的多层滑块(第一滑块8和第二滑块9)与试样直接接触，当试样在σ3方向变形时，多层滑块可以减小加载板与试样接触面的摩阻力，试样在σ1方向压缩变形时，滚轴排可以有效降低微摩擦荷载传力板与水平加载板之间的摩阻力，使试样在接触面切线方向上可以自由双向变形。因此，本发明土工真三轴试验双向微摩擦荷载传力板，可以有效地将荷载施加在试样上，在试样与荷载传力板界面接触面切线方向上没有摩擦力或者摩阻力极小(微摩擦)，提高真三轴试验的技术水平。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (4)
1.一种土工真三轴试验双向微摩擦荷载传力板，用于真三轴试验时放置于试样两侧，真三轴试验中试样受到三组作用于相互垂直面上的应力，三组作用力分别称为大主应力σ1、中主应力σ2和小主应力σ3，其特征在于：所述土工真三轴试验双向微摩擦荷载传力板包括矩形承载板(1)，矩形承载板(1)的上部设有可沿σ1方向滚动的滚轴排，滚轴排上沿σ1方向依次循环布置第一滑条(4)、第二滑条(5)和第三滑条(6)，第一滑条(4)、第二滑条(5)和第三滑条(6)上沿矩形承载板的σ3方向依次设有滑块，滑块可在第一滑条(4)、第二滑条(5)和第三滑条(6)上沿σ3方向自由滑动，第一滑条(4)、第二滑条(5)和第三滑条(6)上的滑块拼成一个大于试样尺寸的矩形接触板，用于与试样直接接触；矩形承载板(1)的上部沿σ3方向间隔设置多个滑槽(2)，相邻两个滑槽(2)之间形成支架(21)，支架(21)上间隔设置多个弧形凹槽(22)，所有支架(21)的弧形凹槽(22)在σ3方向处于同一直线上，每一滑槽(2)中在每个弧形凹槽(22)对应位置处设置滚轴(3)，转轴(31)穿过位于矩形承载板(1)的σ3方向同一直线上的滚轴(3)后架设在弧形凹槽(22)上，转轴(31)穿设的滚轴(3)在σ1方向上形成所述滚轴排。
2.如权利要求1所述的土工真三轴试验双向微摩擦荷载传力板，其特征在于：第一滑条(4)和第三滑条(6)的上端均沿矩形承载板(1)的σ3方向依次套设有多个第一滑块(8)，第二滑条(5)的上端沿矩形承载板(1)的σ3方向依次设有多个第二滑块(9)，第一滑块(8)搭接在第二滑块(9)的上方，并保持一定的间隙，以保证试样在σ1方向的压缩变形，同时防止加载时试样嵌入滑块间隙，第一滑块(8)和第二滑块(9)均可通过滚珠(7)在各自对应滑条上沿矩形承载板(1)的σ3方向自由滑动。
3.如权利要求1所述的土工真三轴试验双向微摩擦荷载传力板，其特征在于：第一滑条(4)的两端各设有一块第一翼板(41)，第二滑条(5)距离两端一定距离处各设有一块第二翼板(51)，第三滑条(6)的中部设有一块第三翼板(61)，第一翼板(41)、第二翼板(51)和第三翼板(61)相互嵌入形成一有间隙的平面，以保证三种滑条可通过滚轴排在矩形承载板(1)上沿σ1方向自由滑动。
4.如权利要求3所述的土工真三轴试验双向微摩擦荷载传力板，其特征在于：矩形承载板(1)的两侧部位设有侧板(10)，侧板(10)上均布钻孔，第一滑条(4)两端的第一翼板(41)分别设有钻孔，用杆状件依次穿过第一滑条(4)两端的第一翼板(41)上的钻孔以及侧板(10)上的钻孔，以保证试验时从σ1方向施加轴向压力时保证传力板能够直立且侧面跟试样能够紧密贴合。
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