CN109030325B - 一种适用于泥岩干湿循环试验和三轴试验的一体机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种适用于泥岩干湿循环试验和三轴试验的一体机，包括基座，基座上固定两立柱和反力厚壁，反力厚壁内侧安放环状油压囊且厚壁内安装油压传感器，油压囊环绕圆柱状泥岩试样，基座上固定底部压力轴，底部压力轴上端连接底部轴向压板，泥岩试样支撑于底部轴向压板，泥岩试样上端被顶部轴向压板覆盖，顶部轴向压板上部连接顶部压力轴下端，顶部压力轴上端连接升降台，升降台架于升降机上，所述顶部压力轴上安装有压力传感器，载台底端装有位移传感器，烘箱内设有电热管，一体机还包括压力水管、计算机和CT扫描仪，压力水管接入油压囊内壁和泥岩试样间隙。本发明可在真实应力条件下进行干湿循环崩解及三轴试验，助于揭示泥岩的力学响应。

Description

一种适用于泥岩干湿循环试验和三轴试验的一体机

技术领域

本发明涉及岩土工程技术领域，尤其涉及一种适用于泥岩干湿循环试验和三轴试验的一体机。

背景技术

在干湿循环条件下，泥岩通常表现出明显的遇水崩解、溶蚀、泥化、失水干裂等特性，极易引发相应的工程问题，因而引起人们的广泛关注。泥岩干湿循环崩解试验研究已经较为普遍，国内外不少学者均开展过相关研究，不仅从宏观和微观层面揭示了泥岩崩解机理，还提出系列量化指标用于定量表征泥岩崩解机制及崩解程度，服务工程实践。目前该类试验的操作方法存在一个共同特点，即首先将泥岩切割成块状，然后在无侧限压力下进行干湿循环。

然而，纵观三峡库区巴东段的红层泥岩岸坡失稳事件可以发现，泥岩库岸经受库水位周期性升降而长期处于干湿循环状态，崩解、泥化等现象十分突出，由于原生裂隙的存在，干湿循环可逐步向纵深方向发展，导致表层以下的泥质岩亦遭受崩解软化，并最终可在重力及外部环境作用下形成深部软弱面从而诱发库岸滑坡。表明库岸泥岩的干湿循环过程并非完全是在无侧限压力条件下进行的。尤其就泥岩库岸滑坡来看，其滑带、滑床部位的岩体必然是在原有地应力条件下经历周期性干湿循环，并逐步发生弱化，从而构成库岸边坡独特的演化过程机制。显然，现有的无侧限干湿循环崩解试验方法已经难以符合库岸泥岩的真实力学条件。

此外，研究泥岩在干湿循环过程中的力学特性变化也是十分关键，可有助于全面掌握水库泥岩岸坡在原有应力条件及干湿循环条件下的力学响应，指导灾害防治工作。目前来说，三轴试验是研究岩石力学特性的比较可靠和成熟的试验方法，然而这项试验技术并没有很好地与泥岩干湿循环试样有机结合为同一套试验体系。

因此，基于上述两点不足，本发明意图在实现泥岩试样干湿循环的基础上，设计出一种适用于泥岩干湿循环试验和三轴试验的一体机，以弥补以往试验方法的不足。

发明内容

本发明提供了一种适用于泥岩干湿循环试验和三轴试验的一体机，该装备不仅可为泥岩试验提供真实应力下的干湿循环条件，还可实现泥岩干湿循环过程的三轴试验。该装备同时配备CT扫描仪，可对干湿循环过程中岩样的各断面进行实时扫描，记录各循环次数下岩样的崩解碎裂状况，分析试样粒径级配，亦可在三轴试验时探测岩样内部裂纹的扩展规律。此外，该设备还配套了计算机伺服控制系统，能够通过调控液压升降台和油泵实时地调节施加给试验样的三轴压力和加载速率，计算机亦可发出指令调控水泵进水，调节电热管温度，以及操控CT扫描仪。设备同时满足低成本，便捷高效，可研性强等经济和技术要求。

实现本发明目的所采用的技术方案为，一种适用于泥岩干湿循环试验和三轴试验的一体机，至少包括试验筒、液压升降系统、油压加载系统、计算机监测控制系统以及框架五个部分。所述的试验筒位于框架正中，由框架基座、筒状反力厚壁、烘箱盖板所围限，其部件主要包括烘箱盖板、轴向压板、挡水板、电热管、油压囊、压力水管、筒状反力厚壁。液压升降系统主要由液压升降机、变频器、升降台、连轴载台以及压力轴组成，其中压力轴末端与顶部的轴向压板相焊形成一个整体，可在液压升降机的带动下对试样进行轴向加压。压力轴中部与烘箱盖板相焊接，盖板与顶部压板以及边侧的反力厚壁恰可围限成为烘箱空间。油压加载系统由油泵、油压管和油压囊组成，其中油泵受计算机进行指令性操控，油压管穿过筒状反力厚壁，与油压囊相连，可往囊内泵入液压油，施加油压。计算机监测控制系统可实现人机交互，实验人员可通过计算机对试验过程进行操控，同时通过计算机来储存和反馈试验监测数据。该系统主要包括实验专用计算机、轴向位移传感器、轴向压力传感器、油压传感器、水泵以及CT扫描仪等部件。框架由基座和立柱构成，基座固定在水泥地面，两端架有立柱，立柱上端安装有液压升降机。筒状反力厚壁嵌入基座，基座中部安装有底轴载台，底轴与其相连并与底部的轴向压板相焊接，可安放试样。

所述烘箱盖板为圆盘形，盖板边缘通过盖板滚珠与筒状反力厚壁的内侧面光滑接触，盖板中部与压力轴中部相焊接，因此可在液压升降机的带动下沿厚壁内侧面上下移动。盖板与顶部的轴向压板以及边侧的反力厚壁恰可围限成为上部烘箱，且盖板底面布设有电热管，因此可给上部烘箱升温，盖板面还开有排气孔，有利于烘焙干燥过程的湿气外排。此外，压力水管亦可从盖板内穿出，与外部的水泵相连接。

所述轴向压板分为顶部轴向压板和底部轴向压板，其中顶部轴向压板与顶部轴向压板末端相焊接，因此可在液压升降机的带动下对试样进行轴向加压。底部的轴向压板与底轴相焊接，位置保持不变，与基座、筒状反力厚壁可围限成下部烘箱。压板面呈圆盘状，尺寸与烘箱盖板相同，边缘通过压板滚珠与筒状反力厚壁的内侧面光滑接触。压板面大于圆柱状试样的轴面，试样轴面居中与压板面相接触，压板与试样轴面相重合的部分开有蒸发孔，可使试样内的水分在干燥过程中蒸发出来，加快干燥速率。压板面与试样轴面重合之外的部分呈环状，并且与油压囊接触，紧靠试样外圈部位的压板内通有压力水管，可使水体泵入油压囊与试样之间的间隙中。

所述挡水板呈圆盘状，通过升降器安装在与压板相连的压力轴上，可由计算机操控升降器，使挡水板上下移动。当水体泵入进行湿润试样时，可将上部挡水板下移，下部挡水板上移，从而封住压板上的蒸发孔，防止水体从中溢出。当水体抽挤排出，进行试样干燥时，则将上部挡水板上移，下部挡水板下移，从而敞开蒸发孔，使水分蒸发出来。

所述电热管布设于上部烘箱的盖板底面和下部烘箱的基座顶面，主要用于排出水过后提高烘箱内的温度，促进湿试样的干燥速率。电热管的温度可由计算机进行调控。

所述油压囊呈桶状套在试样外围，油压囊外圈紧贴筒状反力厚壁的内侧面，且与油压管相连。油压管穿过反力厚壁，与油泵连接，因此，通过计算机操控油泵可将油压泵入油压囊，起到给圆柱试样施加侧向压力的作用。

所述压力水管外端与水泵相连，末端分别穿透顶部轴向压板和底部轴向压板，且紧靠试样外圈，用于在湿润试样环节将水体注入油压囊与试样之间的间隙。其中，上部的压力水管还从盖板内穿出，与外部的水泵相连接。由于水泵是由计算机进行伺服控制，因此在注入水体的过程中，需保证油烟囊压力和水压力的协调性，确保两者之间的动态平衡，使施加给试样的侧向压力保持稳定不变。

所述筒状反力厚壁为刚性材质，呈桶状安装在基座上，其内侧表面较为光滑，与烘箱盖板、压板均通过滚珠光滑接触。厚壁与油压囊接触的部位等间距安装有油压传感器，用于实时监测囊内的油压，即施加给试样的侧向压力。油压管以及底部的压力水管已从厚壁中传出，分别于油泵和水泵相连。厚壁下端开有底部排气孔，可使下部烘箱内的湿气外排。

所述液压升降机安装于框架两端的立柱上，主要是在变频器的调节下带动升降台上下移动，在装样时抬升使得有足够的空间放样，试验时下降可对试样进行轴向加载。且全程均可由计算机进行指令性操作。

所述变频器主要用于控制液压升降机的升降速率和升降高度，并直接由计算机发出指令进行操控。

所述液压升降台架于液压升降机上，在变频器的调控下，液压升降机可带动升降台上下移动。升降台底面正中焊有连轴载台，顶部轴向压板与载台相连，因而与升降台构成一个整体，可随升降台上下移动，并将轴向压力通过压力轴传递给轴向压板进而给试样施加轴向荷载。

所述压力轴分为顶轴和底轴，其中顶轴末端与顶部的轴向压板相焊形成一个整体，可在液压升降机的带动下对试样进行轴向加压。顶轴中部与烘箱盖板相焊接，盖板与顶部压板以及边侧的反力厚壁恰可围限成为烘箱空间。底轴与底轴载台相连，并与底部的轴向压板相焊接，底部轴向压板的位置保持不变，可与基座、筒状反力厚壁围限成下部烘箱。

所述油泵主要通过油压管给油压囊泵入液压油，起到给试样施加侧向压力的作用。油泵的运行完全受控于计算机预设的程序指令。油压管的一端连着油泵，穿过框架立柱和筒状反力厚壁，另一端连入油压囊。

所述计算机可由实验人员操作，主要用于伺服控制液压升降机上的变频器加以对液压升降台进行升降控制，进而控制施加给试样的轴向荷载和加载速率。亦可通过计算机指令调控水泵进水，电热管温度，油泵以及操控CT扫描仪等。同时接收位移传感器、压力传感器、电热管、扫描仪发送回来的监测数据，以方便计算机储存数据以及及时做出相关指令对各个设备等进行控制。

所述轴向位移传感器安装于液压升降机底部，用以监测压力轴的行进位移(即试样轴向变形)。同时，位移传感器可将监测位移值实时反馈给计算机，进行数据的储存，亦可使计算机及时做出相关指令控制压力杆加载速率。

所述轴向压力传感器安装于压力轴上，用于监测升降台施加给轴向压板的压力值。同时，压力传感器可将监测值实时反馈给计算机，以便数据的储存，亦方便计算机及时做出相关指令伺服控制加载量级。

所述油压传感器等间距安装于反力厚壁内侧与油压囊接触的部位，用于实时监测囊内的油压，即施加给试样的侧向压力。同时将监测数据实时反馈给计算机，进行数据储存，亦可使计算机发出指令对油压泵和水泵进行联合操控，实现试样侧向压力的伺服控制。

所述水泵主要由计算机进行指令操作。当试样装样、加载完成后，即可通过计算机指令将水泵中的水泵入油压囊与试样之间的间隙，用于浸湿试样。在注入水体的过程中，需同时兼顾油烟囊压力和水压力的协调性，确保两者之间的动态平衡，使施加给试样的侧向压力保持稳定不变，此时就需要计算机私服系统对油泵及水泵同时进行私服操作。

所述CT扫描仪安装于整个试验框架的侧面，由计算机进行操作控制，且可以上下移动，因此可确保试样的每个截面均可以被CT扫描。在干湿循环试验及后续的三轴试验过程中，试验全程暴露在CT扫描仪的扫描范围内，因此可以保证在试验过程中的任何时刻均可对试样的各个横截面进行CT扫描，并可将扫描结果实时地反馈给计算机进行储存。

所述框架由基座和立柱构成，基座固定在水泥地面，且两端架有立柱，立柱上端安装有液压升降机。筒状反力厚壁嵌入基座，基座中部安装有底轴载台，底轴与载台相连并与底部的轴向压板相焊接，可安放试样。下部烘箱内的基座面上布设有电热管。

与现有试验技术相比，本发明提供的试验装备的优点在于：

1、本发明可使泥岩干湿循环试验的全过程均在有侧限的应力条件下进行，更加符合泥岩库岸工程的实际情况。

2、本发明配备压力传感器和位移传感器等监测设备，因此，在进行干湿循环试验之后亦可开展三轴压缩实验。

3、本发明配备CT扫描仪，可由计算机操控并上下移动，用于实时扫描泥岩干湿循环过程的崩解碎裂状况及程度，亦可在三轴压缩实验时记录泥岩的裂纹扩展和破裂过程。

4、本发明很好地将泥岩干湿循环试验、三轴试验、CT扫描技术有机结合为同一套试验体系，可以十分系统地对泥岩库岸边坡的动态力学响应开展细致研究。

5、本发明的烘箱设计精巧，均布有电热管进行箱内升温。且上烘箱在烘箱盖板上开有排气孔，利于烘焙干燥过程的湿气外排；下烘箱在反力厚壁上开有排气孔，用于湿气外排。

6、本发明的轴向压板较为独特，其表面开有圆形蒸发孔，可使试样内的水分在干燥过程中蒸发出来，加快干燥速率。且根据圣维南原理可知，加压板上开设均匀分布的蒸发孔并不会影响试样整体的均匀受力状况。

7、本发明配备有计算机私服系统，该系统可以实时地接收监测数据并储存数据，以便及时对各级设备做出相关指令，进行私服控制。系统为人机交互型，可调控水泵进水、油泵进油，实时调节电热管温度，以及操控CT扫描仪进行扫描并储存信息；可通过接收位移传感器反馈回来的监测数据，及时对液压升降机的变频器做出相关指令，实现位移控制；通过接受压力传感器反馈回来的监测数据，及时对轴向荷载和侧向油压水压进行伺服控制。实现试验过程的自动化。

附图说明

图1是本发明一种适用于泥岩干湿循环试验和三轴试验的一体机的示意图；

图2是本发明一种适用于泥岩干湿循环试验和三轴试验的一体机图1中的B-B剖视图；

图3是本发明一种适用于泥岩干湿循环试验和三轴试验的一体机图1中的A-A剖视图；

图4是本发明一种适用于泥岩干湿循环试验和三轴试验的一体机图1中的C-C剖视图；

图5是本发明一种适用于泥岩干湿循环试验和三轴试验的一体机图1中的D-D剖视图；

图6是图1中上向压板17及泥岩试样的受力精细图。

图中：1-立柱，2-升降台，3-轴向位移传感器，4-变频器，5-压力水管，6-水泵，7-盖板滚珠，8-轴向压力传感器，9-压板滚珠，10-油压传感器，11-油压管，12-液压升降机，13-连轴载台，14-顶部轴向压板，15-烘箱盖板，16-电热管，17-顶部轴向压板，18-油压囊，19-计算机，20-筒状反力厚壁，21-CT扫描仪，22-基座，23-蒸发孔，24-底轴载台，25-轴向力，26-挡水板，27-泥岩试样，28-边部环形应力，29-轴面应力，30-升降器，31-底部排气孔，32-盖板排气孔，33-油泵，34-底部轴向压板，35-底部压力轴。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细具体说明，本发明的内容不局限于以下实施例。

本发明提供的适用于竖向剪切面的环剪试验及土样制备装置，其结构如图1所示，包括试验筒、液压升降系统、油压加载系统、计算机监测控制系统以及框架五个部分。本发明的基本框架主要由试验筒、基座22及架于其上的立柱1所构成。上部，液压升降机12安装于两端的立柱1上，液压升降台2架于液压升降机上12，升降台2底面正中焊有连轴载台13，顶部轴向压板14与载台13相连，因而与升降台2构成一个整体。在变频器4的调节下，升降台2可沿升降机12上下移动，在装样时抬升使有足够的空间放样，试验时下降可通过压力轴14和轴向压板17给试样施加轴向荷载。变频器4主要用于控制液压升降机12的升降速率和升降高度，并直接由计算机19指令性操控。中部为主试验空间，圆柱形泥岩试样27居中放置于底部轴向压板34上，并由顶部轴向压板17与试样27上端面进行接触加压。顶部压板17的中部与顶部轴向压板14末端相焊接形成一个整体，顶轴14的中部与烘箱盖板相焊接，上部与连轴载台13相连，因此在液压升降机12的带动下，升降台可上下升降，并通过压力轴和顶部压板将轴向压力传递给试样。盖板15、压板(17、34)均呈圆盘状，其边缘均通过滚珠(7、9)与筒状反力厚壁20的内侧面光滑接触，可沿厚壁内侧面上下滚动。盖板15、顶部压板17以及边侧的反力厚壁20恰可围限成为上部烘箱，盖板15底面布设有电热管16，因此可给上部烘箱升温。压板(17、34)面大于圆柱状试样27的轴面，试样轴面居中与压板面相接触，压板与试样轴面相重合的部分开有蒸发孔23，可使试样内的水分在干燥过程中蒸发出来，加快干燥速率。压板面与试样轴面重合之外的部分呈环状，并与油压囊18接触，紧靠试样27外圈部位的压板(17、34)内通有压力水管5，可使水体泵入油压囊18与试样27之间的间隙。上部的压力水管5通过上部烘箱并从盖板15穿出，与外部的水泵6相连；下部的压力水管5通过下部烘箱并从反力厚壁20的下端穿出，与外部的水泵6相连。底轴35与底轴载台24相连，并与底部的轴向压板34相焊接，底部轴向压板34保持不动，可与基座22、筒状反力厚壁20围限成下部烘箱，且基座顶面和底轴载台上布有电热管16，可给下部烘箱升温。挡水板26通过升降器30安装在与压板相连的压力轴(14、35)上，可由计算机19操控进行上下移动。当水体泵入湿润试样时，可将上部挡水板下移，下部挡水板上移，从而封住压板上的蒸发孔23，防止水体从中溢出。当水体抽挤排出，进行试样干燥时，则将上部挡水板上移，下部挡水板下移，从而敞开蒸发孔23，使水分蒸发出来。油压囊18呈桶状套在试样27外围，油压囊外圈紧贴筒状反力厚壁20的内侧面，且与油压管11相连，油压管11穿过反力厚壁20，与油泵33连接，因此，通过计算机19操控油泵可将油压泵入油压囊18，起到给圆柱试样27施加侧向压力的作用。当注入水体湿润试样时，需同时兼顾油烟囊压力和水压力的协调性，确保两者之间的动态平衡，使施加给试样的侧向压力保持稳定不变。油压囊18外围是筒状反力厚壁20，其上端与烘箱盖板15及顶部压板17构成上部烘箱；下端与基座22及底部压板34围成底部烘箱，且开有底部排气孔31供湿气外排；中端与油压囊18接触的部位等间距安装有油压传感器10，用于实时监测施加给试样的侧向压力。此外，轴向位移传感器3安装于液压升降机12底部，用以监测压力轴的行进位移，即试样轴向变形；轴向压力传感器8安装于顶轴14中下端，用于监测升降台2施加给轴向压板17的压力值。下部，基座22固定在水泥地面，且两端架有立柱1，筒状反力厚壁20嵌入基座22，基座中部安装有底轴载台24，底轴35与载台24相连并与底部的轴向压板34相焊接，可安放试样。下部烘箱内的基座面上布设有电热管16。侧边为CT扫描仪21，由计算机19进行操作控制，且可以上下移动，因此可确保试样的每个截面均可以被实时扫描，扫描数据亦可反馈给计算机19进行储存。

附图2为图1的BB向视图，主要展示了轴向压板(17，34)的结构。由图可见，压板(17、34)呈圆盘状装，并正中与压力轴(14，35)相焊接，构成一个整体。压板与试样轴面相重合的部分开有若干23蒸发孔，可使试样内的水分在干燥过程中蒸发出来，加快干燥速率。且根据圣维南原理可知，加压板上开设均匀分布的蒸发孔并不会影响试样整体的均匀受力状况。紧靠蒸发孔23外圈的压板(17、34)内通有压力水管5，可使水体泵入油压囊18与试样27之间的间隙。压板边缘通过压板滚珠9与筒状反力厚壁20的内侧面光滑接触，同时可见连接油压囊18的油压管11从反力厚壁20中穿出。

附图3为图1的AA向视图，较完整地展示了烘箱盖板15的表面结构。由图可见，盖板15为圆盘形，其边缘通过盖板滚珠7与筒状反力厚壁20的内侧面光滑接触，其正中与顶轴14相焊接，因此可在液压升降机12的带动下沿厚壁内侧面上下移动。盖板中圈开有排气孔32，有利于烘焙干燥过程的湿气外排。压力水管5亦从盖板内穿出，与外部的水泵相连接。此外，可见反力厚壁内侧呈环形布设有油压传感器10，用于实时监测囊18内的油压；且亦可见油压管11从反力厚壁20中穿出。

附图4为图1的CC向视图，主要展示了立柱1、液压升降机12、升降台2以及连轴载台13的相互关系。由图可见，液压升降机12安装在立柱1上，而升降台2架于液压升降机12上，且升降台2底面正中焊有连轴载台13，因而连轴载台13可随升降台2一起沿着液压升降机12上下移动。

附图5为图1的DD向视图，主要展示了下部烘箱的底面结构。由图可见，其底面恰由基座22顶面与反力厚壁20的横截面所构成。可见基座22正中安装有底轴载台24，载台24与厚壁20之间的基座面上呈圆圈形布设有电热管16，用以对下部烘箱加热。

附图6为轴向压板17及试样的受力精细图。由图可见，升降台2通过顶轴14传递给轴向压板17的合力为F，而压板面与试样轴面重合之外的环形面与油压囊18接触，因此将受到油压囊施加的反力，且呈均布应力的分布形式，为q1，环面宽度为L1。因此实际施加给试样轴面的分布应力为q2，轴面直径为L2。根据受力平衡，可得到

其中，q1即为油压囊18内的油压(或囊与试样间隙内的水压，因为私服控制油压与水压相等，确保试样侧向压力不变)，因为囊内油压处处相等，因此q1也是施加给试样侧面的侧向应力。显然，试验前可先由预设的试样侧向压应力q1和轴面压应力q2来确定顶轴需要传递给轴向压板17的合力F，然后通过计算机19设定该目标值进行试验。图中亦可见挡水板26、升降器30、压力水管5等部件。

采用本发明提供的泥岩干湿循环崩解试验装备进行干湿循环试验的基本过程如下：

一、制样及装样

在此步骤之前，先由液压升降机将升降台抬升使得有足够的空间放样。按照试验装备规定的尺寸切割泥岩，使制成圆柱形泥岩试样。将试样居中放置于底部轴向压板之上，然后由计算机选择目标位移，并操控变频器，选择速率控制，使升降台沿液压升降机下降，连带顶部压板缓慢地靠近试样的上部轴面，当加压板将要贴近试样轴面时，则进一步选择目标位移，控制变频器放慢加压板行进速度，并时刻观察轴向压力传感器反馈给计算机的监测数据。当压力监测值超过零时，说明顶部轴向压板已经与试样轴面相接触，此时通过计算机发出指令停止升降台继续下降，使轴向压板保持不动。

二、试样加载

步骤一完成后，选择预定的荷载，通过计算机对液压升降机进行指令性操控，采用应力控制模式使顶部轴向压板对试样进行轴向加载，并由轴向压力传感器实时监测并反馈轴向荷载，直到压力传感器反馈给计算机的监测数值长时间稳定为指定的压力值F。同时，可由计算机指令开启油泵，将油体泵入油压囊，并由油压传感器实时监测囊内的油压，即施加给试样的侧向应力，监测数据可实时反馈给计算机，当监测值为预设值q1并长时间维持不变，即可停止继续泵油。至此，试样的轴向加载及侧向加载均已完成，实现了假三轴应力条件。

三、干湿循环试验及CT扫描

步骤二完成后，即可通过注水、挤排水、烘干、CT扫描等步骤进行干湿循环试验。但是在该试验正式开始之前，需首先利用本发明装置测定泥岩试样被水体完全浸润所需的标准时长(记为T1)，以及在某一温度下由湿样完全干燥所需的标准时长(记为T2)。然后参照标准时长，正式开始干湿循环试验。在注入水体的过程中，需同时兼顾油烟囊压力和水压力的协调性，既确保两者之间的动态平衡，又要使水体能够泵入到油压囊与试样之间的间隙用于浸湿试样。此时就需要计算机私服控制系统同时对油泵及水泵同时进行私服操作，使有足够的水体泵入，并保证这一过程中施加给试样的侧向压应力基本保持稳定不变。当浸润时长超过T1，则又需通过计算机协调油泵和水泵的运行，在保持试样侧向压应力基本保持稳定的同时将水体逐渐排挤回水泵，排净之后即可将电热管调到指定温度，通过上下烘箱对湿样进行为时T2的烘干。烘干后，即可开启CT扫描仪，在计算机操控下可上下移动，因此可确保试样的每个横截面均可以被实时扫描，扫描数据亦可反馈给计算机进行储存，并拼凑形成立体的泥岩试样崩解裂纹发展图，用于揭示崩解机制，以及方便统计分析崩解颗粒级配。重复上述注水、挤排水、烘干、CT扫描等步骤，即可对泥岩开展干湿循环崩解试验研究。

四、三轴试验及CT扫描

为满足泥岩在干湿循环条件下力学特性的研究需要，还可在本发明同一套试验设备体系中进行泥岩在干湿循环过程中的三轴试验研究，且同样可在该发明装置进行。即在每次干湿循环结束后，维持试样侧向荷载不变，通过计算机指令调节变频器，选择合适的速率使升降台匀速下降，继续对试样进行轴向加载，直到试样完全破坏。三轴试验过程中，通过压力传感器和位移传感器实时记录轴向压力、轴位移、侧向应变，侧压等数据，反馈给计算机即可形成三轴试验过程中的压力-变形曲线，反映出试样的力学性质。通过对不同干湿循环次数下的泥岩试样进行三轴试验，可研究干湿循环条件对于泥岩力学性质的影响。

在三轴试验过程中，亦可利用CT扫描技术实时扫描试样各个横截面在压缩变形过程中的裂纹扩展规律和破碎状况，从微观力学层面研究泥岩试样在干湿循环崩解过程中的三轴压缩宏观力学特性。

在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。

在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种适用于泥岩干湿循环试验和三轴试验的一体机，其特征在于：包括基座和两立柱，两所述立柱固定于所述基座上，两所述立柱之间所述基座上固定有筒状的反力厚壁，所述反力厚壁内安放环状油压囊且二者之间间隙安装油压传感器，所述油压囊套在圆柱状泥岩试样外围且紧贴所述反力厚壁内壁，所述油压囊连接油压管一端，所述油压管另一端穿过所述反力厚壁且连接油泵，所述基座上固定底部压力轴，所述底部压力轴上端连接底部轴向压板，所述泥岩试样下端支撑于所述底部轴向压板，所述泥岩试样上端被顶部轴向压板覆盖，所述顶部轴向压板上部连接顶部压力轴下端，所述顶部压力轴上端连接液压升降机，所述液压升降机固定于两所述立柱上，所述顶部压力轴上安装有轴向压力传感器和轴向位移传感器，所述反力厚壁内设有电热管，所述一体机还包括压力水管、CT扫描仪和计算机，所述压力水管一端接入所述油压囊内壁和泥岩试样之间间隙，另一端连接水泵，所述CT扫描仪设置于所述反力厚壁侧方用于扫描泥岩试样截面，所述计算机分别连接所述油压传感器、所述轴向压力传感器、所述轴向位移传感器、所述油泵、所述水泵和CT扫描仪，所述计算机由所述CT扫描仪获取扫描信息并拼凑形成泥岩试样崩解裂纹发展图，所述基座上所述底部压力轴一侧固定有一升降器，所述升降器上端连接一挡水板且所述底部压力轴穿过该挡水板，所述升降器驱动该挡水板沿着所述底部压力轴上下运动，该挡水板堵住所述油压囊下端口，所述液压升降机下部连接连轴载台，所述连轴载台下部连接所述顶部压力轴，所述顶部压力轴向下依次贯穿烘箱盖板和另一挡水板，且烘箱盖板和所述顶部压力轴固定连接，所述连轴载台上所述顶部压力轴一侧固定有另一升降器，该升降器下端连接该挡水板，该升降器驱动该挡水板沿着所述底部压力轴上下运动，所述烘箱盖板上设有排气孔，所述烘箱盖板堵住所述反力厚壁上端口，该挡水板堵住所述油压囊上端口，所述电热管包括上电热管和下电热管，所述上电热管固定于所述烘箱盖板下表面，所述下电热管固定于所述反力厚壁内所述基座上表面。

2.如权利要求1所述的一种适用于泥岩干湿循环试验和三轴试验的一体机，其特征在于：所述液压升降机连接变频器，所述变频器连接并受控于所述计算机。

3.如权利要求1所述的一种适用于泥岩干湿循环试验和三轴试验的一体机，其特征在于：所述烘箱盖板侧边缘设有盖板滚珠，所述顶部轴向压板和所述底部轴向压板的侧边缘均设有压板滚珠。

4.如权利要求1所述的一种适用于泥岩干湿循环试验和三轴试验的一体机，其特征在于：所述顶部轴向压板和所述底部轴向压板上设有若干环形均匀分布的蒸发孔。

5.如权利要求1所述的一种适用于泥岩干湿循环试验和三轴试验的一体机，其特征在于：所述压力水管分为上压力水管和下压力水管，所述上压力水管接入所述油压囊内壁上端和泥岩试样之间间隙，所述下压力水管接入所述油压囊内壁下端和泥岩试样之间间隙。

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