CN108414349B - 一种真三轴试验机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种真三轴试验机，它包括反力框架（1）和支撑装置，反力框架（1）内设有四个千斤顶，所述千斤顶分别与反力框架（1）内侧四壁固定连接；所述支撑装置包括设在反力框架（1）中心位置下方的操作平台（2），操作平台（2）上设有试样夹块，试样夹块两侧设有一方向垫块（3）。本发明结构简单，设备成本低，采用控制两个方向的加载，加载容易控制，并且能实现二三方向应力等比例加载。

Description

一种真三轴试验机
技术领域
本发明涉及一种真三轴试验设备，特别是一种真三轴试验机。
背景技术
真三轴试验是使岩石试件处于三个主应力不相等（即σ1>σ2>σ3）的应力组合状态下的三轴压缩试验。
由于工程岩土体及工程结构的力学边界条件的复杂，在结构体及工程岩体内部应力分布不均，基本上很难存在单一均匀的应力状态。一般而言，三个方向的应力大小各不相同，按从大到小分别叫做大主应力、中主应力和小主应力，用符号σ1、σ2、σ3表示。真三轴试验是模拟结构体受到荷载作用下，结构体内任一小单元所处的应力环境。研究在主应力方向固定的条件下，工程材料（岩石、混凝土等）的变形特性及强度特性，即本构关系。试样一般为正立方体或长方体。试验时对试样各个互相垂直的主应力面（即X、Y、Z）分别施加大主应力σ1、中主应力σ2及小主应力σ3，即试样在三个互相垂直面上施加各自独立的三个主应力σ1、σ2、σ3，测定相应的主应变ε1、ε2、ε3和体积变化等。而现有的真三轴试验机通常是采用三组方向控制的压力装置，不仅施压控制较复杂，高应力难以施加，而且设备成本较高。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种真三轴试验机。本发明结构简单，设备成本低，采用控制两个方向的加载，施压容易控制，并且能实现二三方向应力等比例加载。
本发明的技术方案：一种真三轴试验机，包括反力框架和支撑装置，反力框架内设有四个千斤顶，所述千斤顶分别与反力框架内侧四壁固定连接；所述支撑装置包括设在反力框架中心位置下方的操作平台，操作平台上设有试样夹块，试样夹块两侧设有一方向垫块。
前述的一种真三轴试验机中，所述千斤顶包括两个一方向千斤顶和两个二方向千斤顶，一方向千斤顶分别设在反力框架左右两内侧壁中间位置，并与反力框架左右两内侧壁固定连接；二方向千斤顶分别设在反力框架前后两内侧壁中间位置，并与反力框架前后两内侧壁固定连接。
前述的一种真三轴试验机中，所述试样夹块包括两个形状相同二方向垫块，试样夹块中间位置设有试样夹孔。
前述的一种真三轴试验机中，所述一方向垫块设在试样夹孔两侧，一方向垫块与操作平台之间设有支撑块。
前述的一种真三轴试验机中，所述一方向千斤顶内设有一方向活塞；所述二方向千斤顶内设有二方向活塞。
与现有技术相比，千斤顶固定于反力框架上，操作平台置于反力框架中心位置，试验时试样置于操作平台之上，设计时，通过设计垫块的尺寸使试样的中心与两个方向千斤顶轴线重合；加载时，一方向主应力由一方向千斤顶施加，二方向和三方向主应力由二方向千斤顶施加；为保证加载过程中试样中心不动，同方向的一对千斤顶用同一油管供油，保证加载过程中两个千斤顶力大小一致；千斤顶的力通过垫块传递给试样；二方向垫块通过试样夹孔角度设计，使试样的二方向和三方向上应力不同，从而实现真三轴的应力状态。
如图6所示，本发明的特征在于通过二方向垫块的试样夹孔设计，采用不同的垫块与试样夹孔的角度，使加在二方向垫块上的力/>分配到试样第二主应力方向和第三主应力方向的相应面上的应力各不相同，加上一方向的垫块施加的应力，实现真三轴应力状态。
根据平衡方程有：
由以上两式求解得：
应力仅需用力除以相应的面积即可。
本发明有如下优点：①相较茂木式真三轴试验机（2个方向采用刚性加载，1个方向采用柔性加载），由于3个方向都采用刚性加载，3个方向都能实现很高的应力，解决现有真三轴难以施加高应力的问题；②相较茂木式真三轴试验机，由于采用通过改变垫块角度实现真三轴应力状态，仅用两个方向的2对千斤顶即可，少了压力室，同时也少了一个方向的控制，造价大幅降低；③相较传统三个方向刚性的真三轴试验机采用3对千斤顶加载的方式，少了1对千斤顶，同时也少了一个方向的控制，造价大幅降低；③如图7所示，现有真三轴难以实现图中A部分的应力状态，该发明的真三轴采用时，如当一方向的应力大于二、三方向时，为三轴伸展试验，即可达到图中的A点。弥补了现有真三轴试验机的不足；④该试验机能实现二三方向应力等比例加载直至试样破坏，这在现有试验机中很难实现。综上所述，本发明结构简单，设备成本低，采用控制两个方向的加载，施压容易控制，并且能实现二三方向应力等比例加载。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是试样夹具的结构示意图；
图3是本发明的前视透视图；
图4是本发明的右视透视图；
图5是本发明的仰视透视图；
图6是二方向垫块的应力示意图；
图7是真三轴应力状态示意图。
附图中的标记为：1-反力框架，2-操作平台，3-一方向垫块，4-一方向千斤顶，5-二方向千斤顶，6-二方向垫块，7-支撑块，8-一方向活塞，9-二方向活塞。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。
实施例：一种真三轴试验机，如图1至图7所示，包括反力框架1和支撑装置，反力框架1内设有四个千斤顶，所述千斤顶分别与反力框架1内侧四壁固定连接；所述支撑装置包括设在反力框架1中心位置下方的操作平台2，操作平台2上设有试样夹块，试样夹块两侧设有一方向垫块3。
所述千斤顶包括两个一方向千斤顶4和两个二方向千斤顶5，一方向千斤顶4分别设在反力框架1左右两内侧壁中间位置，并与反力框架1左右两内侧壁固定连接；二方向千斤顶5分别设在反力框架1前后两内侧壁中间位置，并与反力框架1前后两内侧壁固定连接；所述试样夹块包括两个形状相同二方向垫块6，试样夹块中间位置设有试样夹孔；所述一方向垫块3设在试样夹孔两侧，一方向垫块3与操作平台2之间设有支撑块7；所述一方向千斤顶4内设有一方向活塞8；所述二方向千斤顶5内设有二方向活塞9。
工作原理：千斤顶固定于反力框架1上，操作平台2置于反力框架1中间，试验时试样置于操作平台2之上，设计时，通过设计垫块的尺寸使试样的中心与两个方向千斤顶轴线重合；加载时，一方向主应力由一方向千斤顶4施加，二方向和三方向主应力由二方向千斤顶5施加；为保证加载过程中试样中心不动，同方向的一对千斤顶用同一油管供油，保证加载过程中两个千斤顶力大小一致；千斤顶的力通过垫块传递给试样；二方向垫块6通过角度设计，使试样的二方向和三方向上应力不同，从而实现真三轴的应力状态。

Claims (3)

1.一种真三轴试验机，其特征在于：包括反力框架（1）和支撑装置，反力框架（1）内设有四个千斤顶，所述千斤顶分别与反力框架（1）内侧四壁固定连接；所述支撑装置包括设在反力框架（1）中心位置下方的操作平台（2），操作平台（2）上设有试样夹块，试样夹块两侧设有一方向垫块（3）；
所述千斤顶包括两个一方向千斤顶（4）和两个二方向千斤顶（5），一方向千斤顶（4）分别设在反力框架（1）左右两内侧壁中间位置，并与反力框架（1）左右两内侧壁固定连接；二方向千斤顶（5）分别设在反力框架（1）前后两内侧壁中间位置，并与反力框架（1）前后两内侧壁固定连接；
所述试样夹块包括两个形状相同二方向垫块（6），试样夹块中间位置设有试样夹孔；
试验时试样置于操作平台（2）之上，设计时，通过设计垫块的尺寸使试样的中心与两个方向千斤顶轴线重合；加载时，一方向主应力由一方向千斤顶（4）施加，二方向和三方向主应力由二方向千斤顶（5）施加；为保证加载过程中试样中心不动，同方向的一对千斤顶用同一油管供油，保证加载过程中两个千斤顶力大小一致；千斤顶的力通过垫块传递给试样；二方向垫块（6）通过试样夹孔角度设计，使试样的二方向和三方向上应力不同，从而实现真三轴的应力状态。
2.根据权利要求1所述的一种真三轴试验机，其特征在于：所述一方向垫块（3）设在试样夹孔两侧，一方向垫块（3）与操作平台（2）之间设有支撑块（7）。
3.根据权利要求1所述的一种真三轴试验机，其特征在于：所述一方向千斤顶（4）内设有一方向活塞（8）；所述二方向千斤顶（5）内设有二方向活塞（9）。
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