CN114486554A - 一种三轴试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种三轴试验装置，包括圆柱试样，夹持部，包括施力件和支撑件，施力件位于支撑件内，且施力件与支撑件可拆卸连接，圆柱试样位于施力件内；围压部，设置在支撑件靠近圆柱试样的一侧，围压部包括与支撑件固接的挤压组件，圆柱试样位于挤压组件内，且挤压组件对圆柱试样施加围压；温控部，设置在挤压组件靠近圆柱试样的一侧，温控部包括若干周向设置的调温板，调温板与挤压组件固接，调温板靠近圆柱试样的一侧与圆柱试样抵接。本发明能够实现使得试样不与液压油接触，从而减少了试验的操作步骤，缩短试验所需时间，同时，提高对试样周围温度控制的精确性，并降低试验所需能耗。

Description

一种三轴试验装置

技术领域

本发明涉及土工仪器技术领域，特别是涉及一种三轴试验装置。

背景技术

三轴仪是对岩样试验的设备，能够对岩样的各种参数进行检查，能够对岩样施加围向的压力，又能够对岩样施加上下轴向的压力，从而实现岩样的试验。

然而在进行三轴试验时，通常在试样周围灌入液压油，以对试样施加围压，当需要取出试样时，需要先将液压油导出，提高了试验的操作步骤，同时液压油会粘附在试样上，从而影响试验的进行。此外，为了模拟试样的环境温度，通常将整体装置放置于温控箱内，该种做法不利于对试样周围温度进行较为精确的控制，同时能耗较高。

发明内容

本发明的目的是提供一种三轴试验装置，以解决上述现有技术存在的问题，能够实现使得试样不与液压油接触，从而减少了试验的操作步骤，缩短试验所需时间，同时，提高对试样周围温度控制的精确性，并降低试验所需能耗。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种三轴试验装置，包括圆柱试样，

夹持部，包括施力件和支撑件，所述施力件位于所述支撑件内，且所述施力件与所述支撑件可拆卸连接，所述圆柱试样位于所述施力件内；

围压部，设置在所述支撑件靠近所述圆柱试样的一侧，所述围压部包括与所述支撑件固接的挤压组件，所述圆柱试样位于所述挤压组件内，且所述挤压组件对所述圆柱试样施加围压；

温控部，设置在所述挤压组件靠近所述圆柱试样的一侧，所述温控部包括若干周向设置的调温板，所述调温板与所述挤压组件固接，所述调温板靠近所述圆柱试样的一侧与所述圆柱试样抵接。

优选的，所述支撑件包括下支撑板，所述下支撑板顶端周向设置有若干支撑杆，所述支撑杆底端与所述下支撑板顶端固接，所述支撑杆远离所述圆柱试样的一侧固接有限位板，所述支撑杆通过所述限位板与所述施力件可拆卸连接。

优选的，所述施力件包括设置在所述限位板上方的上支撑板，所述支撑杆贯穿所述上支撑板，且所述支撑杆与所述上支撑板滑动连接，所述上支撑板和所述下支撑板分别开设有贯穿口，所述下支撑板的贯穿口内滑动连接有下压板，所述上支撑板的贯穿口内滑动连接有上压板，所述圆柱试样位于所述上压板与所述下压板之间，且所述圆柱试样顶端和底端分别与所述上压板和所述下压板抵接。

优选的，所述挤压组件包括相邻设置的进油垫和出油垫，所述圆柱试样外周向设置有若干挤压垫，所述进油垫、所述出油垫、所述挤压垫均与所述支撑杆固接，若干所述挤压垫位于所述进油垫和所述出油垫之间，所述进油垫出油端通过油路管与所述挤压垫进油端连通，所述挤压垫出油端通过另一所述油路管与所述出油垫进油端连通。

优选的，所述进油垫连通有进油管，所述出油垫连通有出油管，所述进油管进油端和所述出油管出油端连通有油箱，且所述进油管上设置有第一驱动泵。

优选的，若干所述调温板通过水路管连通，一所述调温板上连通有进水管，另一相邻所述调温板上连通有出水管，所述进水管和所述出水管连通有控温箱，所述进水管上设置有第二驱动泵。

优选的，所述调温板为弧形结构，所述调温板靠近所述圆柱试样的一侧与所述圆柱试样外壁相适配。

优选的，所述调温板靠近所述圆柱试样的一侧固接有压力传感器，所述压力传感器与所述圆柱试样抵接。

优选的，所述水路管为弧形结构，所述水路管与所述调温板滑动连接，且所述水路管与所述调温板相适配。

本发明公开了以下技术效果：

1.设置施力件和支撑件，支撑件对施力件进行支撑，而施力件对圆柱试样施加轴向压力，进而便于试验的进行。

2.通过挤压组件对圆柱试样施加围压，在挤压组件的作用下，使得液压油不与圆柱试验接触，且可以较为均匀的对圆柱试样施加围压，进而满足试验要求。

3.在挤压组件上设置调温板，调温板在挤压组件的作用下对圆柱试样施加围压，同时，调温板的温度可调节，从而模拟不同的环境温度，提高本装置的适用范围。

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，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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他的附图。

图1为三轴试验装置未施加围压状态的结构示意图；

图2为三轴试验装置施加围压状态的结构示意图；

图3为图2中A处的局部放大图；

图4为围压部俯视图的结构示意图；

图5为图4中B处局部放大图；

图6为调温板与水路管连接关系的示意图；

图7为实施例2的结构示意图；

其中，1-圆柱试样，2-调温板，3-下支撑板，4-支撑杆，5-限位板，6-上支撑板，7-下压板，8-上压板，9-进油垫，10-出油垫，11-挤压垫，12-油路管，13-进油管，14-出油管，15-油箱，16-第一驱动泵，17-水路管，18-出水管，19-控温箱，20-第二驱动泵，21-压力传感器，22-进水管，23-传力杆，24-第一螺栓，25-短板，26-安装板，27-第二螺栓。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅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。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例1

本发明提供一种三轴试验装置，包括圆柱试样1，夹持部，包括施力件和支撑件，施力件位于支撑件内，且施力件与支撑件可拆卸连接，圆柱试样1位于施力件内；围压部，设置在支撑件靠近圆柱试样1的一侧，围压部包括与支撑件固接的挤压组件，圆柱试样1位于挤压组件内，且挤压组件对圆柱试样1施加围压；温控部，设置在挤压组件靠近圆柱试样1的一侧，温控部包括若干周向设置的调温板2，调温板2与挤压组件固接，调温板2靠近圆柱试样1的一侧与圆柱试样1抵接。

将圆柱试样1放置在施力件上，而支撑件的存在是对施力件进行限位，通过支撑件对施力件进行支撑，同时，将施力件与外部施力装置连接，以通过施力件对圆柱试样施加轴向压力，当圆柱试样1安装完毕后，向挤压组件内通入液压油，挤压组件由于液压油的通入向靠近圆柱试样1的方向膨胀，并带动多个调温板2向圆柱试样1的方向移动，调温板2与圆柱试样1接触并对圆柱试样1施加较为均匀的围压。同时，向调温板2内通入满足试验需求的介质，通过通入不同温度的介质，模拟圆柱试样1在不同温度下的受力。随后进行试验，当试验结束后，可以快速排出挤压组件内的液压油，使得调温板2不再与圆柱试样1接触，随后可取下圆柱试样1，记录并观察，同时更换新的圆柱试样1。

进一步优化方案，支撑件包括下支撑板3，下支撑板3顶端周向设置有若干支撑杆4，支撑杆4底端与下支撑板3顶端固接，支撑杆4远离圆柱试样1的一侧固接有限位板5，支撑杆4通过限位板5与施力件可拆卸连接。下支撑板3对支撑杆4进行支撑，在限位板5的作用下，支撑杆4和限位板5对施力件进行支撑。

本发明的一个实施例中，限位板5的顶端应当低于圆柱试样1的顶端，以便于施力件向圆柱试样1的施加压力。

进一步优化方案，施力件包括设置在限位板5上方的上支撑板6，支撑杆4贯穿上支撑板6，且支撑杆4与上支撑板6滑动连接，上支撑板6和下支撑板3分别开设有贯穿口，下支撑板3的贯穿口内滑动连接有下压板7，上支撑板6的贯穿口内滑动连接有上压板8，圆柱试样1位于上压板8与下压板7之间，且圆柱试样1顶端和底端分别与上压板8和下压板7抵接。多个支撑杆4的存在，可以对上支撑板6进行限位，使得上支撑板6不能转动，从而使得上支撑板6的运动不对圆柱试样1造成影响。同时，由于贯穿口的存在，使得下压板7和上压板8可以垂直移动，从而对圆柱试样1施加压力。

本发明的一个实施例中，下压板7和上压板8靠近圆柱试样1的一侧均开设有凹槽，圆柱试样1的顶端和底端分别位于凹槽内。凹槽的存在，便于对圆柱试样1进行定位。

本发明的一个实施例中，下压板7和上压板8远离圆柱试样1的一侧分别固接有传力杆23，传力杆23连接有施力装置。其中，施力装置采用现有技术即可，以实现通过传力杆23向圆柱试样1施加轴向压力为优选。

本发明的一个实施例中，上压板8顶端螺纹连接有第一螺栓24，上压板8通过第一螺栓24与限位板5可拆卸连接。

进一步优化方案，挤压组件包括相邻设置的进油垫9和出油垫10，圆柱试样1外周向设置有若干挤压垫11，进油垫9、出油垫10、挤压垫11均与支撑杆4固接，若干挤压垫11位于进油垫9和出油垫10之间，进油垫9出油端通过油路管12与挤压垫11进油端连通，挤压垫11出油端通过另一油路管12与出油垫10进油端连通。进油垫9、出油垫10、挤压垫11的结构相同，且周向分布在圆柱试样1的周围，液压油进入进油垫9内，通过油路管12流入挤压垫11内，由挤压垫流入出油垫10内，此时液压油在出油垫10内并不排出，进油垫9、出油垫10、挤压垫11内液压油增多，三者同时膨胀，推动调温板2向圆柱试样1方向运动，当调温板2对圆柱试样1施加压力满足需求后，停止向进油垫9内注入液压油。当试验结束后，可以通过出油垫10快速将液压油导出，以缩短圆柱试样1的试验时间。

进一步优化方案，进油垫9连通有进油管13，出油垫10连通有出油管14，进油管13进油端和出油管14出油端连通有油箱15，且进油管13上设置有第一驱动泵16。油箱15的存在是提供液压油，在第一驱动泵16的作用下，使得油箱15内的液压油通过进油管13进入进油垫9内。

进一步优化方案，若干调温板2通过水路管17连通，一调温板2上连通有进水管22，另一相邻调温板2上连通有出水管18，进水管22和出水管18连通有控温箱19，进水管22上设置有第二驱动泵20。在第二驱动泵20和水路管17的作用下，介质在多个调温板2内循环流动，由于调温板2与圆柱试样1接触，因此一方面降低了模拟温度的能耗，另一方面可以较为精确的进行控温。

本发明的一个实施例中，调温板2靠近圆柱试样1的一侧设置有温度传感器(图中未示出)，温度传感器可以对调温板2的温度进行监控，以满足圆柱试样1的试验需求。

本发明的一个实施例中，当模拟温度较低时，例如地表温度时，控温箱19内流动有循环水，当模拟温度较高时，例如地底温度时，控温箱19内流动有高温气体，从而可以实现模拟圆柱试样1处于不同深度的环境温度。

进一步优化方案，调温板2为弧形结构，调温板2靠近圆柱试样1的一侧与圆柱试样1外壁相适配。多个调温板2对圆柱试样1进行挤压，当进油垫9、出油垫10，挤压垫11膨胀时，多个调温板2向内收缩并挤压圆柱试样1，以对圆柱试样1施加较为均匀的围压。

进一步优化方案，调温板2靠近圆柱试样1的一侧固接有压力传感器21，压力传感器21与圆柱试样1抵接。压力传感器21是对向圆柱试样1施加的压力进行监控，以满足试验需求。

进一步优化方案，水路管17为弧形结构，水路管17与调温板2滑动连接，且水路管17与调温板2相适配。当多个调温板2同时向圆柱试样1靠近，水路管17伸入调温板2内，使得水路管17的存在不影响多个调温板2的正常移动，同时，水路管17的存在可以对多个调温板2进行限位，使得多个调温板2较为均匀的对圆柱试样1施加压力。

使用原理：

将上支撑板6穿入支撑杆4内，并通过第一螺栓24将上支撑板6和限位板5进行连接，随后在下压板7顶端放置圆柱试样1，将圆柱试样1和下压板7穿过贯穿口伸入下支撑板3和上支撑板6之间，随后将上压板8安装在圆柱试样1顶端，并通过传力杆23连接外部施力装置，待圆柱试样安装完毕后，启动第一驱动泵16，油箱15通过进油管13向进油垫9内注入液压油，随着液压油的增多，进油垫9、出油垫10，挤压垫11膨胀并带动调温板2向圆柱试样1方向运动，调温板2与圆柱试样1接触并对圆柱试样1施加围压，在此过程中，启动第二驱动泵20，通过控温箱19向调温板2内通入符合试验温度的介质，通过压力传感器21监测压力，当围压满足需求后停止施加注入液压油，随后通过外部施力装置向传力杆23施加压力进行试验，当试验完毕后，通过出油垫10快速排出液压油，使得调温板2与圆柱试样1分离，并取出圆柱试样1。

实施例2

挤压垫11靠近调温板2的一侧固接有两短板25，调温板2靠近挤压垫的一侧固接有安装板26，安装板26位于两短板25之间，短板25上螺栓连接有第二螺栓27，短板25通过第二螺栓27与安装板26可拆卸连接。通过短板25、安装板26、第二螺栓27配合，使得调温板2与挤压垫11可拆卸连接，因此可以根据圆柱试样1的尺寸相对应的对挤压垫11进行更换，以满足试验需求，同理，进油垫9，出油垫10均采用相同的连接方式与调温板2进行连接，以满足试验需求。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (9)

1.一种三轴试验装置，包括圆柱试样(1)，其特征在于，

夹持部，包括施力件和支撑件，所述施力件位于所述支撑件内，且所述施力件与所述支撑件可拆卸连接，所述圆柱试样(1)位于所述施力件内；

围压部，设置在所述支撑件靠近所述圆柱试样(1)的一侧，所述围压部包括与所述支撑件固接的挤压组件，所述圆柱试样(1)位于所述挤压组件内，且所述挤压组件对所述圆柱试样(1)施加围压；

温控部，设置在所述挤压组件靠近所述圆柱试样(1)的一侧，所述温控部包括若干周向设置的调温板(2)，所述调温板(2)与所述挤压组件固接，所述调温板(2)靠近所述圆柱试样(1)的一侧与所述圆柱试样(1)抵接。

2.根据权利要求1所述的三轴试验装置，其特征在于：所述支撑件包括下支撑板(3)，所述下支撑板(3)顶端周向设置有若干支撑杆(4)，所述支撑杆(4)底端与所述下支撑板(3)顶端固接，所述支撑杆(4)远离所述圆柱试样(1)的一侧固接有限位板(5)，所述支撑杆(4)通过所述限位板(5)与所述施力件可拆卸连接。

3.根据权利要求2所述的三轴试验装置，其特征在于：所述施力件包括设置在所述限位板(5)上方的上支撑板(6)，所述支撑杆(4)贯穿所述上支撑板(6)，且所述支撑杆(4)与所述上支撑板(6)滑动连接，所述上支撑板(6)和所述下支撑板(3)分别开设有贯穿口，所述下支撑板(3)的贯穿口内滑动连接有下压板(7)，所述上支撑板(6)的贯穿口内滑动连接有上压板(8)，所述圆柱试样(1)位于所述上压板(8)与所述下压板(7)之间，且所述圆柱试样(1)顶端和底端分别与所述上压板(8)和所述下压板(7)抵接。

4.根据权利要求3所述的三轴试验装置，其特征在于：所述挤压组件包括相邻设置的进油垫(9)和出油垫(10)，所述圆柱试样(1)外周向设置有若干挤压垫(11)，所述进油垫(9)、所述出油垫(10)、所述挤压垫(11)均与所述支撑杆(4)固接，若干所述挤压垫(11)位于所述进油垫(9)和所述出油垫(10)之间，所述进油垫(9)出油端通过油路管(12)与所述挤压垫(11)进油端连通，所述挤压垫(11)出油端通过另一所述油路管(12)与所述出油垫(10)进油端连通。

5.根据权利要求4所述的三轴试验装置，其特征在于：所述进油垫(9)连通有进油管(13)，所述出油垫(10)连通有出油管(14)，所述进油管(13)进油端和所述出油管(14)出油端连通有油箱(15)，且所述进油管(13)上设置有第一驱动泵(16)。

6.根据权利要求1所述的三轴试验装置，其特征在于：若干所述调温板(2)通过水路管(17)连通，一所述调温板(2)上连通有进水管(22)，另一相邻所述调温板(2)上连通有出水管(18)，所述进水管(22)和所述出水管(18)连通有控温箱(19)，所述进水管(22)上设置有第二驱动泵(20)。

7.根据权利要求1所述的三轴试验装置，其特征在于：所述调温板(2)为弧形结构，所述调温板(2)靠近所述圆柱试样(1)的一侧与所述圆柱试样(1)外壁相适配。

8.根据权利要求1所述的三轴试验装置，其特征在于：所述调温板(2)靠近所述圆柱试样(1)的一侧固接有压力传感器(21)，所述压力传感器(21)与所述圆柱试样(1)抵接。

9.根据权利要求6所述的三轴试验装置，其特征在于：所述水路管(17)为弧形结构，所述水路管(17)与所述调温板(2)滑动连接，且所述水路管(17)与所述调温板(2)相适配。

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