CN112834320B - 一种干湿循环三轴试验机及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种干湿循环三轴试验机及其使用方法，试验机包括：三轴压缩系统、干湿循环系统；三轴压缩系统包括板件组与螺杆组，板件组包括自上而下设置的第一顶板、第一底板、第二顶板、第二底板、第三顶板、第三底板，螺杆组包括从外到里设置的第一螺杆、第二螺杆、第三螺杆；第一螺杆的上部通过螺栓与第一顶板连接，下部通过螺栓与第三顶板连接；第二螺杆的上部通过螺栓与第一顶板连接，下部通过螺栓与第二顶板连接；第三螺杆的上部通过螺栓与第一顶板连接，下部通过螺栓与第三底板连接；干湿循环系统包括多个用于储水的储水壁。该干湿循环三轴试验机能够同时进行多个圆柱形试件在不同环境下的竖向荷载，且成本低、结构简单。

Description

一种干湿循环三轴试验机及其使用方法

技术领域

本发明属于建筑工程、公路桥梁及隧道工程中的实验室试验技术领域，具体涉及一种干湿循环三轴试验机及其使用方法。

背景技术

在隧道工程和坝体工程中建设中，工程构件暴露在自然环境中，比如隧道工程的岩体、桥梁中的桩基岩石、水坝岩石和混凝土等都会遭受到自然降雨、浸泡等影响，为了分析相同环境对岩石和混凝土干燥和雨水浸泡下的力学特性，则需要考虑三向围压下干湿循环的试验研究。

为此建立一个能够解决圆柱试件在干湿循环作用下，同时施加竖向荷载和横向围压的试验设备是进行干湿循环试验研究的基础。而当前常用的方法需要耗费大量的时间、人力和物力，试验成本高，试验速度极慢，不能满足试验需求。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种干湿循环三轴试验机，该试验机能够实现在干燥或潮湿环境下进行岩石试件的三轴压缩试验与研究。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：一种干湿循环三轴试验机，包括：包括：三轴压缩系统、干湿循环系统；其中，

所述三轴压缩系统包括板件组与螺杆组，所述板件组包括自上而下设置的第一顶板、第一底板、第二顶板、第二底板、第三顶板、第三底板，所述螺杆组包括从外到里设置的第一螺杆、第二螺杆、第三螺杆；其中，

所述第一螺杆的上部通过螺栓与所述第一顶板连接，下部通过螺栓与所述第三顶板连接；

所述第二螺杆的上部通过螺栓与第一顶板连接，下部通过螺栓与所述第二顶板连接；

所述第三螺杆的上部通过螺栓与第一顶板连接，下部通过螺栓与所述第三底板连接，且所述第三螺杆的中间部位通过螺栓自上而下与所述第一底板、第二顶板、第二底板、第三顶板连接；

所述干湿循环系统包括多个用于储水的储水壁，所述第一底板、第二底板、第三底板上均设有凹槽，凹槽用于放置所述储水壁。

进一步地，所述储水壁上部设置有注水孔，下部设置有排水孔，且所述储水壁的外壁设置有水位测量器。

进一步地，所述板件组的第一顶板、第二顶板、第三顶板为钢顶板，第一底板、第二底板、第三底板为钢底板。

进一步地，所述第一顶板、第一底板、第三螺杆间形成用于固定待测岩石试件的第一试件室，所述第二顶板、第二底板、第三螺杆间形成用于固定待测岩石试件的第二试件室，所述第三顶板、第三底板、第三螺杆间形成用于固定待测岩石试件的第三试件室。

进一步地，还包括用于紧密包括待测岩石试件的围压加载装置，所述围压加载装置为柔性高强度轻质薄片。

进一步地，还包括支撑底座，所述支撑底座包括底座支撑腿和底座板，所述支撑腿一端与所述底座板固定连接，另一端通过螺栓与所述第三底板固定连接。

进一步地，所述三轴压缩系统、所述干湿循环系统、所述围压装置、所述支撑底座之间可拆卸连接。

有鉴于此，本发明的目的之二在于提供一种使用上述试验机进行三轴压缩试验的方法，该方法能快速实现在干/湿环境下进行三轴压缩试验，且成本低。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：一种使用上述试验机进行三轴压缩试验的方法，包括以下步骤：

在至少一个待测岩石试件表面包裹围压加载装置，并将所述待测岩石置于第一试件室，和/或，第二试件室，和/或，第三试件室；

当待测岩石试件压缩试验所需环境为湿润时，打开待测岩石试件对应的储水壁上的注水孔注入溶液；

当待测岩石试件压缩试验所需环境为干燥时，打开待测岩石试件对应的储水壁上的排水孔排出溶液；

调节螺杆组的螺杆与第一顶板连接处的螺栓，使顶板向底板靠近，对试件室的待测岩石试件施加竖向力。

进一步地，所述调节螺杆组的螺杆与第一顶板连接处的螺栓，使顶板向底板靠近，对试件室的待测岩石试件施加竖向力的步骤具体包括：

调节第三螺杆与第一顶板连接处的螺栓，使第一顶板向第一底板靠近，对第一试件室的待测岩石试件施加竖向力；

调节第二螺杆与第一顶板连接处的螺栓，使第二顶板向第二底板靠近，对第二试件室的待测岩石试件施加竖向力；

调节第一螺杆与第一顶板连接处的螺栓，使第三顶板向第三底板靠近，对第三试件室的待测岩石试件施加竖向力。

进一步地，所述待测岩石式样为圆柱形。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

本发明提供一种干湿循环三轴试验机及其使用方法，该干湿循环三轴试验机是圆柱形试件三轴试验与干湿循环为一体的试验机，能够同时对进行多个圆柱形试件施加竖向荷载和横向围压，通过调整试验试件室内不同溶液的注水量和排水量和溶液浸泡方式有效模拟自然环境中的干湿环境，以满足试验要求；且结构设计简单、合理，操作使用便利，解决了试验设备不能满足多条件试验要求、快速和高效的试验的现状，具有操作使用方便、维护费用低、效率高和不易损坏、寿命周期长，可重复使用等优点，该试验机有重要的运用前景和实际意义，适宜推广使用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明一种干湿循环三轴试验机的总体布置图；

图2为本发明一种干湿循环三轴试验机的A-A简图；

图3为本发明一种干湿循环三轴试验机的B-B简图；

图4为本发明一种干湿循环三轴试验机的C-C简图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

所举实施例是为了更好地对本发明进行说明，但并不是本发明的内容仅局限于所举实施例。所以熟悉本领域的技术人员根据上述发明内容对实施方案进行非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。

实施例1

参考图1-图4，本实施例中提供一种干湿循环三轴试验机，包括：三轴压缩系统、干湿循环系统；其中，

三轴压缩系统包括板件组与螺杆组，板件组包括自上而下设置的第一顶板112a、第一底板511a、第二顶板112b、第二底板511b、第三顶板112c、第三底板511c，螺杆组包括从外到里设置的第一螺杆111a、第二螺杆111b、第三螺杆111c；

具体地，板件组的第一顶板112a、第二顶板112b、第三顶板112c为钢顶板，第一底板511a、第二底板511b、第三底板511c为钢底板。

进一步地，第一螺杆111a包括3根螺杆，第二螺杆111b包括3根螺杆，第三螺杆111c包括三根螺杆，当然，在其他实施例中，第一螺杆111a、第二螺杆111b、第三螺杆111c也可以是其他数量，能将稳定支撑本实施例的干湿循环三轴实验机即可；

本实施例中，螺杆组竖直设置，第一螺杆111a的上部通过螺栓与第一顶板112a连接，下部通过螺栓与第三顶板112c连接；第二螺杆111b的上部通过螺栓与第一顶板112a连接，下部通过螺栓与第二顶板112b连接；第三螺杆111c的上部通过螺栓113与第一顶板112a连接，下部通过螺栓与第三底板511c连接，且第三螺杆111c的中间部位通过螺栓自上而下与第一底板511a、第二顶板112b、第二底板511b、第三顶板112c连接；

进一步地，本实施例中的板件组的顶板与底板的平面可以为多边形，如四边形、不规则多边形等，在一具体实施例中，顶板与底板的平面为类三角形状，对于第一顶板112a，第一螺杆111a通过螺栓固定在第一顶板112a的三个角位置，第二螺杆111b与第一顶板112a固定的位置比第一螺杆111a与第一顶板112a固定位置更靠近第一顶板112a中心，第三螺杆111c与第一顶板112a固定的位置比第二螺杆111b与第一顶板112a固定的位置再更靠近第一顶板112a中心；第一底板511a的三个角与第三螺杆111c的中间靠上位置连接；第二顶板112b的三个角与第二螺杆111b连接，且第三螺杆的中间部分穿过该连接处再靠近第二顶板中间处的位置；第二底板511b的三角附近位置与第三螺杆111c的中间靠下部分连接，且第三螺杆111c穿过第三顶板112c与第三底板511c连接；

优选地，第一顶板112a、第一底板511a、第三螺杆111c间形成用于固定待测岩石试件的第一试件室，第二顶板112b、第二底板511b、第三螺杆间111c形成用于固定待测岩石试件的第二试件室，第三顶板112c、第三底板511c、第三螺杆111c间形成用于固定待测岩石试件的第三试件室；本实施例中系统，可以通过调节第三螺杆111c与第一底板112a连接处的螺栓，即螺栓113来使得第一顶板112a向第一底板511a靠近，产生竖向力，从而对第一试件室中的待测岩石试件施加相应的竖向力；或是调节第二螺杆111b与第一顶板112a连接处的螺栓，使得第二顶板112b向第二底板511b靠近，从而对第二试件室中的待测岩石试件施加相应的竖向力；或是调节第一螺杆111a与第一顶板112a连接处的螺栓，使得第三顶板112c向第三底板511c靠近，从而对第三试件室中的待测岩石试件施加相应的竖向力。

进一步地，干湿循环系统还包括多个用于储水的储水壁214，第一底板511a的第一试件室范围内、第二底板511b的第二试件室范围内、第三底板511c的第三试件室范围内均开设有一与储水壁241底部形状互补的凹糟，储水壁214可通过凹槽放置在底板上，如在一具体实施例中，储水壁214为圆形储水器，则凹槽也为圆形；即每个试件室对应一个储水壁214；储水壁214上部设置有注水孔211，下部设置有排水孔212，且储水壁的外壁设置有水位测量器213，测量所需水量，该储水壁可以从各底板上拆卸连接。

优选地，该干湿循环系统还包括用于紧密包括待测岩石试件的围压加载装置311，围压加载装置311为柔性高强度轻质薄片，围压加载装置311与圆柱形待测岩石试件紧密接触，通过其收缩变形提供围压；

本实施例中，该试验机在使用时，通过围压加载装置311紧密包裹待测岩石试件，然后将待测岩石试件放置在试件室中，一个试件室最多可放置一个，放置好后，可以调节螺栓将储水壁放置在各试件室的底板凹槽中，然后进行压缩试验，本实施例中的储水壁可以为柔性材料，在通过各顶板对待测岩石试件进行压缩时，可压缩储水壁；在其他实施例中，储水壁也可以为不能伸缩的储水器，在试验过程中，选用待测岩石试件高度高于储水壁高度，且在压缩实验中，压缩的待测岩石最低高度也高于储水壁高度，即实验中，各顶板不能压缩到储水壁。

再进一步地，还包括支撑底座，支撑底座包括底座支撑腿512和底座板513，支撑腿512一端与底座板513固定连接，另一端通过螺栓与第三底板511c固定连接，且支撑腿与第三底板511c连接的位置需在第三底板511c与第三螺杆111c连接位置的外围，即在第三实验室以外的其他位置；本实施例中的支撑底座可以是1个或多个，只要能固定稳定该干湿循环三轴试验机即可；

进一步地，三轴压缩系统、干湿循环系统、围压装置、支撑底座之间可拆卸连接。

实施例2

基于实施例1中的干湿循环三轴试验机，本实施例中公开一种使用上述试验机进行三轴压缩试验的方法，包括以下步骤：

S1：在至少一个待测岩石试件表面包裹围压加载装置，并将待测岩石置于第一试件室，和/或，第二试件室，和/或，第三试件室；

本步骤中，选择合适形状的待测岩石式样，本实施例中的待测岩石式样为圆柱形，然后使用围压加载装置紧密包裹待测岩石试件，本实施例中的待测岩石试件可以为1个、2个、3个，然后分别固定在第一试件室，和/或，第二试件室，和/或，第三试件室，最多一个试件室放置一个待测岩石试件；

S2：当待测岩石试件压缩试验所需环境为湿润时，打开待测岩石试件对应的储水壁上的注水孔注入溶液；

本步骤中，根据待测岩石试件需要的试验环境决定是否打开注水孔注入溶液，比如，在一具体实施例中，第一试件室中待测岩石试件需要在湿润环境下进行三轴压缩试验，则打开第一试件室上的储水壁上的注水孔注入溶液，其他试件室中的注水孔不打开；

优选地，注水孔中的溶液可以是水，或是其他环境需要的且不影响储水壁、注水孔等设备使用的溶液，如弱酸性溶液等；

S3：当待测岩石试件压缩试验所需环境为干燥时，打开待测岩石试件对应的储水壁上的排水孔排出溶液；

在另一实施例中，第三试件室中的待测岩石试件需要在干燥环境下进行三轴压缩试验，则打开第一试件室上的储水壁上的排水孔排出溶液，还可以对待测岩石试件进行天然干燥或人工干燥。

S4：调节螺杆组的螺杆与第一顶板连接处的螺栓，使顶板向底板靠近，对试件室的待测岩石试件施加竖向力。

本步骤中，调节第一顶板上的不同螺杆，向不同试件室中的待测岩石试件施加竖向力；

具体为：调节第三螺杆与第一顶板连接处的螺栓，使第一顶板向第一底板靠近，对第一试件室的待测岩石试件施加竖向力；

调节第二螺杆与第一顶板连接处的螺栓，使第二顶板向第二底板靠近，对第二试件室的待测岩石试件施加竖向力；

调节第一螺杆与第一顶板连接处的螺栓，使第三顶板向第三底板靠近，对第三试件室的待测岩石试件施加竖向力。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (9)

1.一种干湿循环三轴试验机，其特征在于，包括：三轴压缩系统、干湿循环系统；其中，

所述三轴压缩系统包括板件组与螺杆组，所述板件组包括自上而下设置的第一顶板、第一底板、第二顶板、第二底板、第三顶板、第三底板，所述螺杆组包括从外到里设置的第一螺杆、第二螺杆、第三螺杆；其中，

所述第一螺杆的上部通过螺栓与所述第一顶板连接，下部通过螺栓与所述第三顶板连接；

所述第二螺杆的上部通过螺栓与第一顶板连接，下部通过螺栓与所述第二顶板连接；

所述第三螺杆的上部通过螺栓与第一顶板连接，下部通过螺栓与所述第三底板连接，且所述第三螺杆的中间部位通过螺栓自上而下与所述第一底板、第二顶板、第二底板、第三顶板连接；

所述第一顶板、第一底板、第三螺杆间形成用于固定待测岩石试件的第一试件室，所述第二顶板、第二底板、第三螺杆间形成用于固定待测岩石试件的第二试件室，所述第三顶板、第三底板、第三螺杆间形成用于固定待测岩石试件的第三试件室；

所述干湿循环系统包括多个用于储水的储水壁，所述第一底板、第二底板、第三底板上均设有凹槽，凹槽用于放置所述储水壁。

2.根据权利要求1所述的试验机，其特征在于，所述储水壁上部设置有注水孔，下部设置有排水孔，且所述储水壁的外壁设置有水位测量器。

3.根据权利要求1所述的试验机，其特征在于，所述板件组的第一顶板、第二顶板、第三顶板为钢顶板，第一底板、第二底板、第三底板为钢底板。

4.根据权利要求1所述的试验机，其特征在于，还包括用于紧密包括待测岩石试件的围压加载装置，所述围压加载装置为柔性轻质薄片。

5.根据权利要求4所述的试验机，其特征在于，还包括支撑底座，所述支撑底座包括底座支撑腿和底座板，所述支撑腿一端与所述底座板固定连接，另一端通过螺栓与所述第三底板固定连接。

6.根据权利要求5所述的试验机，其特征在于，所述三轴压缩系统、所述干湿循环系统、所述围压加载装置、所述支撑底座之间可拆卸连接。

7.一种使用如权利要求1-6任一项所述试验机进行三轴压缩试验的方法，其特征在于，包括以下步骤：

在至少一个待测岩石试件表面包裹围压加载装置，并将所述待测岩石置于第一试件室，和/或，第二试件室，和/或，第三试件室；

当待测岩石试件压缩试验所需环境为湿润时，打开待测岩石试件对应的储水壁上的注水孔注入溶液；

当待测岩石试件压缩试验所需环境为干燥时，打开待测岩石试件对应的储水壁上的排水孔排出溶液；

调节螺杆组的螺杆与顶板连接处的螺栓，使顶板向底板靠近，对试件室的待测岩石试件施加竖向力。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述调节螺杆组的螺杆与第一顶板连接处的螺栓，使顶板向底板靠近，对试件室的待测岩石试件施加竖向力的步骤具体包括：

调节第三螺杆与第一顶板连接处的螺栓，使第一顶板向第一底板靠近，对第一试件室的待测岩石试件施加竖向力；

调节第二螺杆与第二顶板连接处的螺栓，使第二顶板向第二底板靠近，对第二试件室的待测岩石试件施加竖向力；

调节第一螺杆与第三顶板连接处的螺栓，使第三顶板向第三底板靠近，对第三试件室的待测岩石试件施加竖向力。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述待测岩石式样为圆柱形。

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