CN115165556A - 一种多加载边界真三轴仪及试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种多加载边界真三轴仪，包括设置在试样大主应力σ ₁方向的σ ₁方向刚性加载系统（1）和/或σ ₁方向半刚性传力装置（2），设置在试样中主应力σ ₂方向的σ ₂方向刚性加载系统（3）和/或σ ₂方向半刚性传力装置（4），设置在试样小主应力σ ₃方向的柔性加载系统（5）和/或施加围压应力σ _c的压力室结构（6），σ ₃方向的位移量测系统（7），试样制备装置（8）和/或试样固化系统（9），本发明还提供了一种多加载边界真三轴仪的试验方法。本发明采用可替换加载装置，适用于研究在三维应力下不同边界条件对试验结果的影响，可实现复杂应力路径下的真三轴试验，研究岩土材料的本构关系和微观结构的演化。

Description

一种多加载边界真三轴仪及试验方法

技术领域

本发明涉及一种多加载边界真三轴仪及试验方法，属于室内土工试验设备技术领域。

背景技术

真三轴仪可以对立方体土体试样施加三个不同的主应力分量σ₁、σ₂、σ₃，模拟土体的真实受力状态，是研究土体的本构关系的重要仪器。真三轴试验仪的研发和改进已有近百年的历程，根据加载方式的不同可分为：(1)刚性加载；(2)柔性加载；(3)混合型加载。现有研究指出，刚性加载存在摩擦力大、板间顶托等问题，柔性加载存在试样边角处受力不明和加载量程有限等问题，目前较为广泛被认可的加载方式为“混合型加载”。

混合型加载的真三轴仪中，根据加载方法的不同可分为：(1)σ₁刚性板+σ₂刚性板+σ_c围压室；(2)σ₁刚性板+σ₂水囊+σ_c围压室；(3)σ₁刚性板+σ₂可压缩传力块+σ_c围压室；(4)σ₁刚性板+σ₂可压缩传力块+σ₃水囊。可见，混合型加载真三轴仪的加载方式较为多样，涵盖了刚性、半刚性、柔性、围压室加载，共计4种不同组合的加载方式。

然而，受限于各类型真三轴仪加载方式的单一性，不同加载边界对真三轴试验结果影响的研究较为罕见。事实上，在室内土工试验中始终存在一个尚未明确的问题：边界条件对试验结果的影响，即同样的土体在不同仪器上得到的试验结果可能差别很大。特别是对于有4种不同组合加载方式的真三轴仪，其试验结果的离散性和影响因素会被进一步放大。

此外，岩土材料研究中的重点之一是建立多尺度联系，即宏观和微观参照性研究。然而土体的微细观研究大多集中于常规三轴和平面应变试验，真三轴试验中土体的微细观研究成果十分罕见，然而，真三轴试验中的微细观结构更能反映土体的真实结构状态。

研究不同加载边界对试验结果的影响对土工试验具有重要的实际意义，特别是对于边界更为复杂的真三轴试验，目前难以评估不同边界下试验结果的准确性，同时，建立一般应力状态下的多尺度联系可有效地揭示土体的变形机制；因此，研制一种多加载边界条件且可实现离散试样固化的真三轴仪并提供试验方法是有实践价值的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供了一种多加载边界真三轴仪，可以对试样施加不同的加载边界组合的三维应力，为研究不同加载边界条件对试验结果的影响提供依据。

同时，本发明提供一种多加载边界真三轴仪的试验方法，该法适用于研究在三维应力下不同边界条件对试验结果的影响；可实现复杂应力路径下的真三轴试验，制备不同沉积角度的试样，实现离散颗粒体试样的固化，研究岩土材料的本构关系和微细观结构的演化。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种多加载边界真三轴仪，包括设置在试样大主应力σ₁方向的σ₁方向刚性加载系统和/或σ₁方向半刚性传力装置，设置在试样中主应力σ₂方向的σ₂方向刚性加载系统和/或σ₂方向半刚性传力装置，设置在试样小主应力σ₃方向的柔性加载系统和/或施加围压应力σ_c的压力室结构，σ₃方向的位移量测系统，试样制备装置和/或试样固化系统；

位移量测系统用于检测试样的局部变形；

试样固化系统用于离散颗粒体试样的固化；

试样制备装置用于不同沉积角试样的制备。

所述σ₁方向刚性加载系统包括设置于试样顶端的上加载系统和设置于试样底部的下加载系统；所述上加载系统包括活动连接的上伺服电机和第一活塞杆，所述第一活塞杆与第一测力传感器连接，所述第一测力传感器与第一刚性板连接，所述第一活塞杆上还设置有同步变形杆；所述第一测力传感器与所述同步变形杆互相独立；所述同步变形杆包括用于与所述第一活塞杆相连的固定环，所述固定环上水平对称向外延伸有连板，两所述连板的下表面均连接有连杆，所述连杆的底端设置有用于与所述σ₂方向半刚性传力装置的上表面相接触的垫块；

所述下加载系统包括加载底座，所述加载底座上表面设置有用于与所述试样制备装置或所述试样固化系统相连接的外凸圆盘，所述加载底座沿σ₂方向对称设置两个用于与所述σ₂方向半刚性传力装置的底面相连接的楔齿。

所述σ₁方向半刚性传力装置包括若干分散块，定位格栅和磁性吸附装置；

所述分散块包括万向球和矩形块；

所述矩形块上设置有螺纹孔；

所述万向球包括矩形底托，所述矩形底托的下表面设置有用于与所述螺纹孔相适配的螺纹柱，所述矩形底托的上表面设置有半球形凹槽，所述半球形凹槽内设置有若干单层排布的滚珠，所述滚珠上设置有万向球本体，所述半球形凹槽的顶面开口直径小于所述万向球本体的直径；

所述定位格栅包括方格网和顶面覆膜；

所述方格网划分为若干用于与所述分散块相适配的方格；

所述方格网的顶面设置有所述顶面覆膜；

所述磁性吸附装置包括磁性座和铸铁板；

所述顶面覆膜的顶面设置有所述铸铁板，所述铸铁板上设置有用于吸附与解吸附所述分散块的所述磁性座。

优选地，所述σ₂方向刚性加载系统包括设置于试样前侧的前加载系统和设置于试样后侧的后加载系统，所述后加载系统与所述前加载系统结构相同；所述前加载系统包括前伺服电机、第二活塞杆、第二传感器、连接法兰盘和第二刚性板；所述前伺服电机与压力室结构中的载荷框架连接；所述前伺服电机与所述第二活塞杆活动连接，所述第二活塞杆与所述第二传感器连接，所述第二传感器与连接法兰盘通过螺栓连接；所述连接法兰盘与第二刚性板通过螺栓连接。

优选地，所述σ₂方向半刚性传力装置包括可压缩传力块和传力块底座；

所述可压缩传力块包括异形钢板、第一滚轴、第一光轴、轻木和钢珠一；

所述异形钢板为一侧面开设有若干个第一凹槽的方板；所述第一凹槽的侧壁上开设有用于贯穿所述第一光轴的通孔；

所述第一滚轴套设于所述第一光轴的外面；

所述钢珠一置入顶层的异形钢板顶面的第二凹槽中；

所述异形钢板的底面通过第三凹槽与轻木顶面的立方体凸起连接；

所述异形钢板和所述轻木分层间隔排列；

所述传力块底座包括座台、翼板、第二滚轴、第二光轴和第四凹槽；

所述座台的下表面设置有用于与所述楔齿相适配的所述第四凹槽；

座台为一平板，所述座台的两端向上延伸有竖直的翼板；

两所述翼板之间连接有在同一高度的若干第二光轴；

所述第二光轴上套有若干第二滚轴；

所述第二滚轴的底部高于所述座台的上表面；

所述第二滚轴上承载有所述可压缩传力块。

优选地，所述柔性加载系统包括设置于试样左侧的左侧柔性加载系统、设置于试样右侧的右侧柔性加载系统和连接定位装置，所述左侧柔性加载系统与右侧柔性加载系统结构相同，所述连接定位装置连接所述左侧柔性加载系统和所述右侧柔性加载系统；

所述左侧柔性加载系统包括橡皮膜水囊、矩形钢板、第三活塞杆、水囊框、光轴套筒、方形薄板和螺栓；

所述橡皮膜水囊嵌入所述水囊框，所述橡皮膜水囊通过所述螺栓夹于所述水囊框与所述矩形钢板之间；

所述橡皮膜水囊内侧与所述方形薄板粘连，所述第三活塞杆与方形薄板通过螺纹连接；

所述矩形钢板上对称开设有两个用于通过所述第三活塞杆的活塞孔；

所述矩形钢板左下角开设有用于为所述橡皮膜水囊注水的注水孔；

所述矩形钢板右上角开设排气孔；

所述光轴套筒通过O型圈与所述活塞孔密封连接；

所述连接定位装置包括L形底座、螺杆一和六角螺母；

所述L形底座分别与所述左侧柔性加载系统和所述右侧柔性加载系统通过螺纹连接，所述左侧柔性加载系统和右侧柔性加载系统通过所述螺杆一和所述六角螺母相连接；

所述L型底座的底面通过螺栓一与加载底座上与其相适配的孔洞连接；

所述L型底座的侧面通过螺栓二与所述矩形钢板连接。优选地，所述压力室结构包括压力室主体和若干载荷框架；所述压力室主体包括立方体压力室，左侧压力室门和右侧压力室门；所述立方体压力室通过阻尼铰链与左侧压力室门连接，所述立方体压力室与左侧压力室门之间通过橡胶圈密封；所述左侧压力室门中心位置开窗，内嵌亚力克板；所述右侧压力室门与左侧压力室门结构相同；所述载荷框架包括立柱和加载墩，所述加载墩通过立柱与压力室主体螺纹连接。

优选地，所述试样制备装置包括试样橡皮膜、承膜筒、试样帽、第一试样底座和制样调角装置；

所述试样橡皮膜底端套于所述第一试样底座上；

所述承膜筒套于所述试样橡皮膜的中部外侧；

所述承膜筒包括用螺栓三连接的左对开模和右对开模；

所述试样橡皮膜的顶部外翻套于所述承膜筒上边缘并向所述试样橡皮膜内添加试样并击实；

所述制样调角装置包括两个可调式角度规和角钢，所述可调式角度规的型号规格为NYN-906，所述角钢为不等边角钢，所述角钢的长边边长等于试样高度；

当制备不同沉积角度的试样时，调整所述可调式角度规至预设角度，将所述角钢置于两个所述可调式角度规上，再将所述第一试样底座连同试样橡皮膜和承膜筒整体固定在角钢上，向所述试样橡皮膜内添加试样并击实；

再将所述试样帽置于试样顶部，并将所述试样橡皮膜顶部翻回，套于所述试样帽外侧，上O型圈通过上侧向凹槽将所述试样橡皮膜与所述试样帽固定；

下O型圈通过下侧向凹槽将所述试样橡皮膜与所述第一试样底座固定；

所述试样帽顶部设置半球凹槽，钢珠二放入所述半球凹槽中，所述上加载系统的所述第一刚性板通过所述钢珠二将荷载传递至所述试样帽；

所述试样帽顶面设置有制样抽气管；

所述第一试样底座底面设置有用于与所述外凸圆盘相适配的第一圆盘凹槽；

所述第一试样底座上连通有第一饱和孔。

优选地，所述第一试样底座由试样固化系统替换；

所述试样固化系统包括第二试样底座和固化装置；

所述第二试样底座包括用于与所述外凸圆盘相适配的第二圆盘凹槽；

所述第二试样底座内部设置有由下向上倾斜设置并贯穿所述第二试样底座的固化孔；

所述第二试样底座内部还设置有贯穿所述第二试样底座顶面和侧面的L型的第二饱和孔；所述第二饱和孔在所述第二试样底座顶面的开口处活动设置有堵头；

所述固化装置包括用于插入所述固化孔的橡胶软管；

所述橡胶软管通过阀门与分液漏斗连接。

一种多加载边界真三轴仪的试验方法，包括以下步骤：

对于σ₁刚性+σ₂刚性+σ₃围压加载边界组合：首先，选择σ₁方向刚性加载系统、σ₂方向刚性加载系统，压力室结构和位移量测系统；用试样制备装置制备试样，然后将密封好后的试样从承膜筒中取出；将制备密封好的试样置于加载底座之上；关闭左侧压力室门并保证密封良好；通过电脑控制上伺服电机、前伺服电机和后伺服电机转动，使得第一刚性板和钢珠二接触，第二刚性板和试样表面接触；以上，完成σ₁刚性+σ₂刚性+σ₃围压加载边界组合的制样安装；以下将σ₁刚性+σ₂刚性+σ₃围压简称为基本组合；

对于σ₁刚性+σ₂刚性+σ₃水囊加载边界组合，在基本组合操作的基础上，安装柔性加载系统，通过电机控制水压控制橡皮膜水囊压力；

对于σ₁刚性+σ₂半刚性+σ₃围压加载边界组合，在基本组合操作的基础上，于加载底座上安装传力块底座，于试样前后侧布置可压缩传力块，控制前加载系统和后加载系统将第二刚性板与可压缩传力块接触；

对于σ₁刚性+σ₂半刚性+σ₃水囊加载边界组合，在σ₁刚性+σ₂刚性+σ₃水囊组合操作的基础上，于试样前侧和后侧布置σ₂方向半刚性传力装置；

对于σ₁半刚性+σ₂刚性+σ₃围压加载边界组合，在基本组合操作的基础上，于试样顶部和底部布置σ₁方向半刚性传力装置；

对于σ₁半刚性+σ₂刚性+σ₃水囊加载边界组合，在“σ₁刚性+σ₂刚性+σ₃水囊”组合操作的基础上，于试样顶部和底部布置σ₁方向半刚性传力装置；

对于σ₁半刚性+σ₂半刚性+σ₃围压加载边界组合，在σ₁刚性+σ₂半刚性+σ₃围压组合操作的基础上，于试样顶部和底部布置σ₁方向半刚性传力装置；

对于σ₁半刚性+σ₂半刚性+σ₃水囊加载边界组合，在σ₁刚性+σ₂半刚性+σ₃水囊操作的基础上，于试样顶部和底部布置σ₁方向半刚性传力装置。

本发明的有益效果：

本发明提供的一种多加载边界真三轴仪及试验方法，该真三轴仪可替换为多种加载方式，适用于不同的试验条件和边界效应研究。该真三轴仪可实现“σ₁刚性+σ₂刚性+σ₃围压”，“σ₁刚性+σ₂刚性+σ₃水囊”，“σ₁刚性+σ₂半刚性+σ₃围压”，“σ₁刚性+σ₂半刚性+σ₃水囊”，“σ₁半刚性+σ₂刚性+σ₃围压”，“σ₁半刚性+σ₂刚性+σ₃水囊”，“σ₁半刚性+σ₂半刚性+σ₃围压”，“σ₁半刚性+σ₂半刚性+σ₃水囊”共计8种加载边界组合。

本发明提供的一种多加载边界真三轴仪，可以将三维应力状态下离散的颗粒试样进行固化，借助切片、X光扫描、CT扫描等技术手段可分析土体内部微细观结构。

本发明提供的一种多加载边界真三轴仪，该真三轴仪采用楔齿嵌入方式，不同加载装置可便捷替换。该真三轴仪大主应力σ₁方向采用了将透水板替换为分散设计，将刚性透水板改为半刚性传力装置，实现了分散型加载的同时兼具透水性；中主应力σ₂方向的加载为刚性板与轻木层叠组合，实现了分散型加载的同时避免了σ₁和σ₂方向加载板的顶托问题，并且，刚性板与轻木之间通过嵌入连接，保证了加载块的整体性，便捷了安装过程。

因此，本发明提供的一种多加载边界真三轴仪及试验方法，可以有效完成三维应力加载，研究边界效应对试验结果的影响，并且能够实现离散试样的固化，便于微细观结构的进一步分析。

本发明采用可替换加载装置，σ₁和σ₂方向可采用刚性加载或半刚性加载，σ₃加载系统可采用柔性加载或围压室加载，适用于研究在三维应力下不同边界条件对试验结果的影响；本发明包括试样固化装置设计，适用于研究试样微观结构的演变过程。本发明提供的多加载边界真三轴仪，可实现复杂应力路径下的真三轴试验，研究岩土材料的本构关系和微观结构的演化。

附图说明

图1是本发明采用σ₁刚性+σ₂半刚性+σ₃围压加载边界组合的立体图；

图2是本发明采用σ₁刚性+σ₂半刚性+σ₃围压加载边界组合进行固化试验的结构示意图；

图3是本发明采用σ₁刚性+σ₂半刚性+σ₃水囊加载边界组合的结构示意图；

图4是本发明中σ₁方向刚性加载系统的结构示意图；

图5是本发明中σ₁方向半刚性传力装置的结构示意图；

图6是本发明中σ₂方向刚性加载系统的结构示意图；

图7是本发明中σ₂方向半刚性传力装置中的可压缩传力块的结构示意图；

图8是本发明中σ₂方向半刚性传力装置中的传力块底座的结构示意图；

图9是本发明中柔性加载系统的结构示意图；

图10是本发明中压力室结构的结构示意图；

图11是本发明中位移量测系统的结构示意图；

图12是本发明中试样制备装置的结构示意图；

图13是本发明中试样固化系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本发明一种多加载边界真三轴仪及试验方法作进一步详细说明。

实施例1

如图1～图2所示，一种多加载边界真三轴仪，包括设置在试样大主应力σ₁方向的σ₁方向刚性加载系统1和σ₁方向半刚性传力装置2，设置在中主应力σ₂方向的σ₂方向刚性加载系统3和σ₂方向半刚性传力装置4，设置在小主应力σ₃方向的柔性加载系统5，施加围压应力σ_c的压力室结构6，σ₃方向的位移量测系统7，试样制备装置8和试样固化系统9。

将本实施例的立方体试样位于真三轴仪中心位置，通过σ₁方向刚性加载系统1和σ₂方向的刚性加载系统3给试样施加大主应力σ₁和中主应力σ₂，通过σ₃方向的柔性加载系统5给试样施加小主应力σ₃，通过压力室结构6给试样施加围压应力σ_c。

如图4所示，所述σ₁方向刚性加载系统1包括上加载系统110和下加载系统120。所述上加载系统110包括上伺服电机111和第一活塞杆112，所述第一活塞杆112与第一测力传感器113连接，第一测力传感器113与第一刚性板114嵌入连接，所述第一活塞杆112上设置有同步变形杆115；所述第一测力传感器113与所述同步变形杆115互相独立；第一活塞杆112底面与试样帽830顶面通过钢珠二835接触，用以均匀传递荷载；所述同步变形杆115底面与试样帽830顶面水平对齐；所述加载底座121与第一试样底座840通过外凸圆盘122和第一圆盘凹槽841嵌入连接；所述加载底座121与传力块底座420通过楔齿123和第四凹槽425嵌入连接；当σ₂方向采用σ₂方向半刚性传力装置4时，所述加载底座121与传力块底座420通过楔齿123和第四凹槽425嵌入连接；当σ₂方向采用σ₂方向刚性加载系统3时，将传力块底座420取出。所述的传力块底座420顶面设有第一滚轴412，两侧设有翼板422。

如图5所示，所述σ₁方向半刚性传力装置2包括分散块210，定位格栅220和磁性吸附装置230；所述分散块210包括万向球211和矩形块212；所述定位格栅220包括方格网221和顶面覆膜222；所述磁性吸附装置230包括磁性座231和铸铁板232；所述分散块210由万向球211和矩形块212通过螺纹连接；所述定位格栅220材料为液体硅胶，所述定位格栅220厚度与矩形块212厚度相同；所述磁性吸附装置230的磁性座231可通过转动手柄调整磁化或退磁，所述磁性座231与铸铁板232固定连接，铸铁板232尺寸与定位格栅220尺寸相同，通过转动手柄可调整底座磁化或退磁。

具体地，分散块210由万向球211和矩形块212通过螺纹连接；万向球211一端为螺纹柱214，矩形块212的长宽尺寸不相等，沿σ₃方向尺寸略小于沿σ₂方向尺寸，矩形块212中心位置设有螺纹孔213；万向球211的外直径小于或等于矩形块212沿σ₃方向尺寸；定位格栅220材料为液体硅胶，定位格栅220厚度与矩形块212厚度相同；定位格栅220的方格网221为方形，方格尺寸与矩形块212沿σ₂方向尺寸相同；顶面覆膜222与方格网221尺寸相同；所述磁性吸附装置230的磁性座231可通过转动手柄调整磁化或退磁，磁性座231与铸铁板232固定连接，铸铁板232尺寸与定位格栅220尺寸相同。

详细实施方式如下：当σ₁方向采用半刚性、围压室加载σ_c时，首先将分散块210置于定位格栅220中，将铸铁板232置于定位格栅220上，再将磁性座231置于铸铁板232上；安装完毕后，将旋转磁性座231按钮调整至磁化，此时磁性座231的磁力通过铸铁板232传递到分散块210中，将所述分散块210和定位格栅220固定为一整体；将σ₁方向半刚性传力装置2整体分别置于试样橡皮膜810顶部和底部，再将磁性吸附装置230调整至退磁，取出磁性座231和铸铁板232，即可完成半刚性传力装置2的安装。

本实施例中的磁性座是一个常见的商业产品。

如图6所示，所述σ₂方向刚性加载系统3包括前加载系统310、后加载系统320，所述后加载系统320与前加载系统结构310相同；所述前加载系统310包括前伺服电机311、第二活塞杆312、第二传感器313、连接法兰盘314和第二刚性板315；第二活塞杆312通过第二传感器313和连接法兰盘314与第二刚性板315连接；所述前加载系统310中的前伺服电机311与压力室结构6中的载荷框架620连接；所述第二活塞杆312与第二传感器313连接，所述第二传感器313与连接法兰盘314通过螺栓连接；所述连接法兰盘314与第二刚性板315通过螺栓连接，第二刚性板315可根据试样尺寸更换。

如图7～图8所示，所述σ₂方向半刚性传力装置4包括可压缩传力块410和传力块底座420；所述可压缩传力块410包括异形钢板411、第一滚轴412、第一光轴413、轻木414和钢珠一415；轻木414优选为巴尔沙轻木；所述第一滚轴412通过第一光轴413嵌入异形钢板411的第一凹槽416并连接；所述钢珠一415置入顶层异形钢板411的第二凹槽417中；所述异形钢板411通过第三凹槽419与巴尔沙轻木连接；所述传力块底座420包括座台421、翼板422、第二滚轴423、第二光轴424和第四凹槽425；σ₂方向的可压缩传力块410由异形钢板411和巴尔沙轻木层叠而成；异形钢板411一侧开孔并设置2个第一凹槽416，分别放置第一光轴413和第一滚轴412，第一滚轴412与异形钢板411通过第一光轴413贯通连接；所述钢珠一415置入第二凹槽417中，优选地，钢珠一415覆盖面积为第二凹槽417顶面面积的1/2至2/3；所述异形钢板411与巴尔沙轻木通过第三凹槽419和立方体凸起418嵌入连接。立方体凸起418尺寸略小于第三凹槽419尺寸；巴尔沙轻木长宽尺寸与异形钢板411长宽尺寸相同。

本实施例中，所述σ₂方向半刚性传力装置4的压缩由同步变形杆115压缩巴尔沙轻木实现，所述钢珠一415顶面与同步变形杆115底面接触，所述钢珠一415可在第二凹槽417内自由滚动，以达到同步压缩和自由滑动的目的；优选地，巴尔沙轻木的总厚度为试样总高度的30％-40％。

所述传力块底座420包括座台421、翼板422、第二滚轴423、第二光轴424和第四凹槽425；所述座台421的下表面设置有用于与所述楔齿123相适配的所述第四凹槽425；座台421为一平板，所述座台421的两端向上延伸有竖直的翼板422；两所述翼板422之间连接有在同一高度的若干第二光轴424；所述第二光轴424上套有若干第二滚轴423；所述第二滚轴423的底部略高于所述座台421的上表面；所述第二滚轴423上承载有所述可压缩传力块410。

如图3、图9所示，所述σ₃方向的柔性加载系统5包括左侧柔性加载系统510、右侧柔性加载系统520和连接定位装置530，所述左侧柔性加载系统510与右侧柔性加载系统520相同；所述左侧柔性加载系统510包括橡皮膜水囊511、矩形钢板512、第三活塞杆513、水囊框514、光轴套筒515、方形薄板516和螺栓517；所述橡皮膜水囊511嵌入水囊框514，橡皮膜水囊511通过螺栓517夹于水囊框514与矩形钢板512之间；所述橡皮膜水囊511内侧与方形薄板516粘连，第三活塞杆504与方形薄板516通过螺纹连接；所述L形底座531分别与左侧柔性加载系统510和右侧柔性加载系统520通过螺纹连接，所述左侧柔性加载系统510和右侧柔性加载系统528通过螺杆一532和六角螺母533连接；连接定位装置530的L型底座531通过螺栓一534与加载底座121固定连接；矩形钢板512通过螺栓二535与L型底座531固定连接；

所述左侧柔性加载系统510与右侧柔性加载系统520通过螺杆一532和六角螺母533进行顶部连接；所述矩形钢板512通过螺栓517与水囊框514连接，橡皮膜水囊511翼缘夹于矩形钢板512和水囊框514之间；所述矩形钢板512对称开设两个活塞孔5121，用于通过第三活塞杆513；所述光轴套筒515通过O型圈5124与活塞孔5121密封连接；所述第三活塞杆513与方形薄板516螺纹连接；所述第三活塞杆513轴心对应于距离试样顶端和底端1/4试样高度位置；所述方形薄板516通过防水软胶与橡皮膜水囊511粘连；所述方形薄板516尺寸为试样高度1/4。

具体地，所述水囊框514为设置一级台阶的金属方框，所述水囊框514内壁尺寸等于橡皮膜水囊511外壁尺寸，所述橡皮膜水囊511外壁尺寸沿竖直方向与试样尺寸相同，沿σ₂方向大于试样尺寸；所述橡皮膜水囊511的翼缘尺寸略大于水囊框514壁厚；橡皮膜水囊511的翼缘夹于矩形钢板512和水囊框514之间；所述矩形钢板512左下角开设注水孔5122，用于水囊注水；所述矩形钢板512右上角开设排气孔5123。

如图10所示，所述压力室结构6包括压力室主体610和载荷框架620；所述压力室主体610包括立方体压力室611，左侧压力室门612，右侧压力室门613；所述立方体压力室611通过阻尼铰链614与左侧压力室门612连接，立方体压力室611与左侧压力室门612之间通过橡胶圈615密封；所述左侧压力室门612中心位置开窗，内嵌亚力克板616；所述右侧压力室门613与左侧压力室门612结构相同；所述载荷框架620包括立柱621和加载墩622，所述加载墩622通过立柱621与压力室主体610螺纹连接；当采用围压室加载σ_c时，保持一侧压力室门密闭，另一侧压力室门进行装样操作，当采用σ₃方向柔性加载系统5时，开启两侧压力室门安装σ₃方向柔性加载系统5。

具体地，所述压力室主体610包含两扇压力室门，分别为左侧压力室门612和右侧压力室门613；所述左侧压力室门612和右侧压力室门613于试样中心位置开窗，内置高透光率的亚力克板616，亚克力板616尺寸大于试样尺寸。

如图11所示，所述σ₃方向位移量测系统7包括4个微型激光位移传感器701、2个传感器支座702、4个反光薄板703；所述微型激光位移传感器701总计4个，微型激光位移传感器701沿σ₃方向对称分两层布置，固定于传感器支座702上；微型激光位移传感器701量测目标点分别位于距离试样顶端和底端1/4试样高度位置；所述反光薄板703贴附于试样橡皮膜810中轴线距离试样顶端和底端1/4处位置，当采用围压室加载σ_c时，微型激光位移传感器701透过亚力克板616监测反光薄板703位移，当采用σ₃方向柔性加载系统5时，微型激光位移传感器701监测第三活塞杆513的中心处位移。

如图12所示，所述试样制备装置8包括试样橡皮膜810、承膜筒820、试样帽830、第一试样底座840和制样调角装置850；所述试样橡皮膜810为圆盘形和矩形的异形体；所述承膜筒820包括左对开模821、右对开模822、螺栓三823、制样抽气管832；所述试样帽830包括半球凹槽831、制样抽气管832、上侧向凹槽833和上O型圈834；所述第一试样底座840包括第一圆盘凹槽841、第一饱和孔842、下侧向凹槽843和下O型圈844；所述上O型圈834可嵌入上侧向凹槽833中；所述第一试样底座840适用于无固化需求真三轴试验；所述试样橡皮膜810套于第一试样底座840上，再将左对开模821和右对开模822分别套于试样橡皮膜810外侧，并通过螺栓三823旋紧固定；将所述试样橡皮膜810顶部外翻套于承膜筒820上边缘；将土样倒入试样橡皮膜810中击实制样完成后，将试样帽830置于试样顶部，并将试样橡皮膜810顶部翻回，并通过上O型圈834将试样橡皮膜810与试样帽830固定；所述钢珠二835放入所述半球凹槽831中，上加载系统110的第一刚性板114通过钢珠二835将荷载传递至试样帽830。

具体地，试样橡皮膜810顶部和底部为无盖圆盘形，中部为中空立方体；承膜筒820外形与试样橡皮膜810一致，试样橡皮膜810外边缘尺寸与承膜筒820内边缘尺寸相同；承膜筒820上下圆盘深度小于试样橡皮膜810上下圆盘深度；承膜筒820于左对开模821和右对开模822各设置一个抽气孔；试样帽830为圆盘形，试样帽830顶部设置半球凹槽831，半球凹槽831半径略大于钢珠二835半径；试样帽830设置制样抽气管832，制样抽气管832贯通于试样帽830底部中心位置；第一圆盘凹槽841深度小于外凸圆盘122高度。

具体地，制样调角装置850包括两个可调式角度规851和一个角钢852，可调式角度规851的型号规格为NYN-906，角钢852为不等边角钢，不等边角钢的长边边长等于试样高度尺寸。当制备不同沉积角度的试样时，调整可调式角度规851至预设角度，将角钢852置于两个可调式角度规851上，再将第一试样底座840连同试样橡皮膜810和承膜筒820整体固定在角钢852上，向试样橡皮膜810内添加试样并击实。

如图13所示，所述试样固化系统9包括第二试样底座910、固化装置920；所述第二试样底座910包括第二圆盘凹槽911、第二饱和孔912、固化孔913和堵头914；固化装置920包括分液漏斗921、阀门922和橡胶软管923；所述第二试样底座910适用于有固化需求的真三轴试验；所述堵头914适用于风干非饱和试样，用于防止固化材料流入第二饱和孔912中；所述橡胶软管923插入固化孔913中；所述橡胶软管923通过阀门922与分液漏斗921连接；所述第二试样底座910的安装方法与第一试样底座840一致。

具体地，第二试样底座910外部尺寸结构与第一试样底座840结构相同，内部结构区别于第一试样底座840，第二试样底座910设置形态顺直的固化孔913；固化装置920包括橡胶软管923，橡胶软管923外径与固化孔913内径相同。

本实施例提供了一种多加载边界真三轴仪的试验方法，其具体操作步骤为：

1、根据设定方案，从以下“σ₁刚性+σ₂刚性+σ₃围压”，“σ₁刚性+σ₂刚性+σ₃水囊”，“σ₁刚性+σ₂半刚性+σ₃围压”，“σ₁刚性+σ₂半刚性+σ₃水囊”，“σ₁半刚性+σ₂刚性+σ₃围压”，“σ₁半刚性+σ₂刚性+σ₃水囊”，“σ₁半刚性+σ₂半刚性+σ₃围压”，“σ₁半刚性+σ₂半刚性+σ₃水囊”共计8种加载边界组合中，选择预定加载边界组合；

2、对于“σ₁刚性+σ₂刚性+σ₃围压”加载边界组合；首先，将σ₁方向刚性加载系统1、中主应力σ₂方向的σ₂方向刚性加载系统3，施加围压应力σ_c的压力室结构6和σ₃方向的位移量测系统7安装好；用试样制备装置8制备试样，然后将密封好后的试样从承膜筒820中取出；将制备密封好的试样置于加载底座121之上；关闭左侧压力室门612并保证密封良好；通过电脑控制上伺服电机111和前、后伺服电机转动，使得第一刚性板114和钢珠二835接触，第二刚性板315和试样表面接触；以上，完成“σ₁刚性+σ₂刚性+σ₃围压”加载边界组合的制样安装；以下将“σ₁刚性+σ₂刚性+σ₃围压”简称为基本组合；

3、对于“σ₁刚性+σ₂刚性+σ₃水囊”加载边界组合，在基本组合操作的基础上，安装σ₃方向柔性加载系统(5)，通过电机控制水压控制橡皮膜水囊压力；

4、对于“σ₁刚性+σ₂半刚性+σ₃围压”加载边界组合，在基本组合操作的基础上，于加载底座121安装传力块底座420，于试样前后侧布置可压缩传力块410，控制前加载系统310和后加载系统320，将第二刚性板315与压缩传力块410接触；

5、对于“σ₁刚性+σ₂半刚性+σ₃水囊”加载边界组合，在“σ₁刚性+σ₂刚性+σ₃水囊”组合操作的基础上，于试样前侧和后侧布置σ₂方向半刚性传力装置4；

6、对于“σ₁半刚性+σ₂刚性+σ₃围压”加载边界组合，在基本组合操作的基础上，于试样顶部和底部布置σ₁方向半刚性传力装置2；

7、对于“σ₁半刚性+σ₂刚性+σ₃水囊”加载边界组合，在“σ₁刚性+σ₂刚性+σ₃水囊”组合操作的基础上，于试样顶部和底部布置σ₁方向半刚性传力装置2；

8、对于“σ₁半刚性+σ₂半刚性+σ₃围压”加载边界组合，在“σ₁刚性+σ₂半刚性+σ₃围压”组合操作的基础上，于试样顶部和底部布置σ₁方向半刚性传力装置2；

9、对于“σ₁半刚性+σ₂半刚性+σ₃水囊”加载边界组合，在“σ₁刚性+σ₂半刚性+σ₃水囊”操作的基础上，于试样顶部和底部布置σ₁方向半刚性传力装置2。

实施例2

对于“σ₁刚性+σ₂刚性+σ₃围压”加载边界组合并且无需试样固化的试验，本实施例提供一种多加载边界真三轴仪，包括设置在试样大主应力σ₁方向的σ₁方向刚性加载系统1，设置在试样中主应力σ₂方向的σ₂方向刚性加载系统3、施加围压应力σ_c的压力室结构6，σ₃方向的位移量测系统7和试样制备装置8；上述组件的具体结构同实施例一。

实施例3

如图3所示，对于“σ₁刚性+σ₂半刚性+σ₃水囊”加载边界组合并且需要试样固化的试验，本实施例提供一种多加载边界真三轴仪，包括设置在试样大主应力σ₁方向的σ₁方向刚性加载系统1，设置在试样中主应力σ₂方向的σ₂方向刚性加载系统3和σ₂方向半刚性传力装置4，设置在试样小主应力σ₃方向的柔性加载系统5，σ₃方向的位移量测系统7，试样制备装置8和试样固化系统9，试样固化系统9中的第二试样底座910替换试样制备装置8中的第一试样底座840。上述组件的具体结构同实施例一。

实施例4

对于“σ₁刚性+σ₂刚性+σ₃水囊”加载边界组合并且无需试样固化的试验，本实施例提供一种多加载边界真三轴仪，包括设置在试样大主应力σ₁方向的σ₁方向刚性加载系统1，设置在试样中主应力σ₂方向的σ₂方向刚性加载系统3，设置在试样小主应力σ₃方向的柔性加载系统5，σ₃方向的位移量测系统7和试样制备装置8，上述组件的具体结构同实施例一。

实施例5

对于“σ₁刚性+σ₂半刚性+σ₃围压”加载边界组合并且需要试样固化的试验，本实施例提供一种多加载边界真三轴仪，包括设置在试样大主应力σ₁方向的σ₁方向刚性加载系统1，设置在试样中主应力σ₂方向的σ₂方向刚性加载系统3和σ₂方向半刚性传力装置4，施加围压应力σ_c的压力室结构6，σ₃方向的位移量测系统7，试样制备装置8和试样固化系统9，试样固化系统9中的第二试样底座910替换试样制备装置8中的第一试样底座840。上述组件的具体结构同实施例一。

实施例6

对于“σ₁半刚性+σ₂刚性+σ₃围压”加载边界组合并且无需试样固化的试验，本实施例提供一种多加载边界真三轴仪，包括设置在试样大主应力σ₁方向的σ₁方向刚性加载系统1和σ₁方向半刚性传力装置2，设置在试样中主应力σ₂方向的σ₂方向刚性加载系统3，施加围压应力σ_c的压力室结构6，σ₃方向的位移量测系统7和试样制备装置8；上述组件的具体结构同实施例一。

实施例7

对于“σ₁半刚性+σ₂刚性+σ₃水囊”加载边界组合并且需要试样固化的试验，本实施例提供一种多加载边界真三轴仪，包括设置在试样大主应力σ₁方向的σ₁方向刚性加载系统1和σ₁方向半刚性传力装置2，设置在试样中主应力σ₂方向的σ₂方向刚性加载系统3，设置在试样小主应力σ₃方向的柔性加载系统5，σ₃方向的位移量测系统7，试样制备装置8和试样固化系统9，试样固化系统9中的第二试样底座910替换试样制备装置8中的第一试样底座840。上述组件的具体结构同实施例一。

实施例8

对于“σ₁半刚性+σ₂半刚性+σ₃围压”加载边界组合并且无需试样固化的试验，本实施例提供一种多加载边界真三轴仪，包括设置在试样大主应力σ₁方向的σ₁方向刚性加载系统1和σ₁方向半刚性传力装置2，设置在试样中主应力σ₂方向的σ₂方向刚性加载系统3和σ₂方向半刚性传力装置4，施加围压应力σ_c的压力室结构6，σ₃方向的位移量测系统7和试样制备装置8；上述组件的具体结构同实施例一。

实施例9

对于“σ₁半刚性+σ₂半刚性+σ₃水囊”加载边界组合并且需要试样固化的试验，本实施例提供一种多加载边界真三轴仪，包括设置在试样大主应力σ₁方向的σ₁方向刚性加载系统1和σ₁方向半刚性传力装置2，设置在试样中主应力σ₂方向的σ₂方向刚性加载系统3和σ₂方向半刚性传力装置4，设置在试样小主应力σ₃方向的柔性加载系统5，σ₃方向的位移量测系统7，试样制备装置8和试样固化系统9；试样固化系统9中的第二试样底座910替换试样制备装置8中的第一试样底座840。上述组件的具体结构同实施例一。

本发明中的各种加载系统均由现有的控制器控制，本发明中的各种电气元件均由电源供电。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下被实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”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和简化描述，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。

类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多特征。更确切地说，如权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。

如在此所使用的那样，除非另行规定，使用序数词“第一”、“第二”、“第三”等等来描述普通对象仅仅表示涉及类似对象的不同实例，并且并不意图暗示这样被描述的对象必须具有时间上、空间上、排序方面或者以任意其它方式的给定顺序。

尽管根据有限数量的实施例描述了本发明，但是受益于上面的描述，本技术领域内的技术人员明白，在由此描述的本发明的范围内，可以设想其它实施例。此外，应当注意，本说明书中使用的语言主要是为了可读性和教导的目的而选择的，而不是为了解释或者限定本发明的主题而选择的。因此，在不偏离所附权利要求书的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。对于本发明的范围，对本发明所做的公开是说明性的，而非限制性的，本发明的范围由所附权利要求书限定。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种多加载边界真三轴仪，其特征在于，包括设置在试样大主应力σ₁方向的σ₁方向刚性加载系统(1)和/或σ₁方向半刚性传力装置(2)，设置在试样中主应力σ₂方向的σ₂方向刚性加载系统(3)和/或σ₂方向半刚性传力装置(4)，设置在试样小主应力σ₃方向的柔性加载系统(5)和/或施加围压应力σ_c的压力室结构(6)，σ₃方向的位移量测系统(7)，试样制备装置(8)和/或试样固化系统(9)；

位移量测系统(7)用于检测试样的局部变形；

试样制备装置(8)用于不同沉积角试样的制备；

试样固化系统(9)用于离散颗粒体试样的固化。

2.根据权利要求1所述的一种多加载边界真三轴仪，其特征在于，所述σ₁方向刚性加载系统(1)包括设置于试样顶端的上加载系统(110)和设置于试样底部的下加载系统(120)；所述上加载系统(110)包括活动连接的上伺服电机(111)和第一活塞杆(112)，所述第一活塞杆(112)与第一测力传感器(113)连接，所述第一测力传感器(113)与第一刚性板(114)连接，所述第一活塞杆(112)上还设置有同步变形杆(115)；所述第一测力传感器(113)与所述同步变形杆(115)互相独立；所述同步变形杆(115)包括用于与所述第一活塞杆(112)相连的固定环，所述固定环上水平对称向外延伸有连板，两所述连板的下表面均连接有连杆，所述连杆的底端设置有用于与所述σ₂方向半刚性传力装置(4)的上表面相接触的垫块；

所述下加载系统(120)包括加载底座(121)，所述加载底座(121)上表面设置有用于与所述试样制备装置(8)或所述试样固化系统(9)相连接的外凸圆盘(122)，所述加载底座(121)沿σ₂方向对称设置两个用于与所述σ₂方向半刚性传力装置(4)底面相连接的楔齿(123)。

3.根据权利要求1所述的一种多加载边界真三轴仪，其特征在于，所述σ₁方向半刚性传力装置(2)包括若干分散块(210)，定位格栅(220)和磁性吸附装置(230)；

所述分散块(210)包括万向球(211)和矩形块(212)；

所述矩形块(212)上设置有螺纹孔(213)；

所述万向球(211)包括矩形底托，所述矩形底托的下表面设置有用于与所述螺纹孔(213)相适配的螺纹柱(214)，所述矩形底托的上表面设置有半球形凹槽，所述半球形凹槽内设置有若干单层排布的滚珠，所述滚珠上设置有万向球本体，所述半球形凹槽的顶面开口直径小于所述万向球本体的直径；

所述定位格栅(220)包括方格网(221)和顶面覆膜(222)；

所述方格网(221)划分为若干用于与所述分散块(210)相适配的方格；

所述方格网(221)的顶面设置有所述顶面覆膜(222)；

所述磁性吸附装置(230)包括磁性座(231)和铸铁板(232)；

所述顶面覆膜(222)的顶面设置有所述铸铁板(232)，所述铸铁板(232)上设置有用于吸附与解吸附所述分散块(210)的所述磁性座(231)。

4.根据权利要求1所述的一种多加载边界真三轴仪，其特征在于，所述σ₂方向刚性加载系统(3)包括设置于试样前侧的前加载系统(310)和设置于试样后侧的后加载系统(320)，所述后加载系统(320)与所述前加载系统(310)结构相同；所述前加载系统(310)包括前伺服电机(311)、第二活塞杆(312)、第二传感器(313)、连接法兰盘(314)和第二刚性板(315)；所述前伺服电机(311)与压力室结构(6)中的载荷框架(620)连接；所述前伺服电机(311)与所述第二活塞杆(312)活动连接，所述第二活塞杆(312)与所述第二传感器(313)连接，所述第二传感器(313)与连接法兰盘(314)通过螺栓连接；所述连接法兰盘(314)与第二刚性板(315)通过螺栓连接。

5.根据权利要求2所述的一种多加载边界真三轴仪，其特征在于，所述σ₂方向半刚性传力装置(4)包括可压缩传力块(410)和传力块底座(420)；

所述可压缩传力块(410)包括异形钢板(411)、第一滚轴(412)、第一光轴(413)、轻木(414)和钢珠一(415)；

所述异形钢板(411)为一侧面开设有若干个第一凹槽(416)的方板；所述第一凹槽(416)的侧壁上开设有用于贯穿所述第一光轴(413)的通孔；

所述第一滚轴(412)套设于所述第一光轴(413)的外面；

所述钢珠一(415)置入顶层的异形钢板(411)顶面的第二凹槽(417)中；

所述异形钢板(411)的底面通过第三凹槽(419)与轻木(414)顶面的立方体凸起(418)连接；

所述异形钢板(411)和所述轻木(414)分层间隔排列；

所述传力块底座(420)包括座台(421)、翼板(422)、第二滚轴(423)、第二光轴(424)和第四凹槽(425)；

所述座台(421)的下表面设置有用于与所述楔齿(123)相适配的所述第四凹槽(425)；

座台(421)为一平板，所述座台(421)的两端向上延伸有竖直的翼板(422)；

两个所述翼板(422)之间连接有在同一高度的若干第二光轴(424)；

所述第二光轴(424)上套有若干第二滚轴(423)；

所述第二滚轴(423)的底部高于所述座台(421)的上表面；

所述第二滚轴(423)上承载有所述可压缩传力块(410)。

6.根据权利要求2所述的一种多加载边界真三轴仪，其特征在于，所述柔性加载系统(5)包括设置于试样左侧的左侧柔性加载系统(510)、设置于试样右侧的右侧柔性加载系统(520)和连接定位装置(530)，所述左侧柔性加载系统(510)与右侧柔性加载系统(520)结构相同，所述连接定位装置(530)连接所述左侧柔性加载系统(510)和所述右侧柔性加载系统(520)；

所述左侧柔性加载系统(510)包括橡皮膜水囊(511)、矩形钢板(512)、第三活塞杆(513)、水囊框(514)、光轴套筒(515)、方形薄板(516)和螺栓(517)；

所述橡皮膜水囊(511)嵌入所述水囊框(514)，所述橡皮膜水囊(511)通过所述螺栓(517)夹于所述水囊框(514)与所述矩形钢板(512)之间；

所述橡皮膜水囊(511)内侧与所述方形薄板(516)粘连，所述第三活塞杆(513)与方形薄板(516)通过螺纹连接；

所述矩形钢板(512)上对称开设有两个用于通过所述第三活塞杆(513)的活塞孔(5121)；

所述矩形钢板(512)左下角开设有用于为所述橡皮膜水囊(511)注水的注水孔(5122)；

所述矩形钢板(512)右上角开设排气孔(5123)；

所述光轴套筒(515)通过O型圈(5124)与所述活塞孔(5121)密封连接；

所述连接定位装置(530)包括L形底座(531)、螺杆一(532)和六角螺母(533)；

所述L形底座(531)分别与所述左侧柔性加载系统(510)和所述右侧柔性加载系统(520)通过螺纹连接，所述左侧柔性加载系统(510)和右侧柔性加载系统(528)通过所述螺杆一(532)和所述六角螺母(533)相连接；

所述L型底座(531)的底面通过螺栓一(534)与加载底座(121)上与其相适配的孔洞连接；

所述L型底座(531)的侧面通过螺栓二(535)与所述矩形钢板(512)连接。

7.根据权利要求1所述的一种多加载边界真三轴仪，其特征在于，所述压力室结构(6)包括压力室主体(610)和若干载荷框架(620)；所述压力室主体(610)包括立方体压力室(611)，左侧压力室门(612)和右侧压力室门(613)；所述立方体压力室(611)通过阻尼铰链(614)与左侧压力室门(612)连接，所述立方体压力室(611)与左侧压力室门(612)之间通过橡胶圈(615)密封；所述左侧压力室门(612)中心位置开窗，内嵌亚力克板(616)；所述右侧压力室门(613)与左侧压力室门(612)结构相同；所述载荷框架(620)包括立柱(621)和加载墩(622)，所述加载墩(622)通过立柱(621)与压力室主体(610)螺纹连接。

8.根据权利要求2所述的一种多加载边界真三轴仪，其特征在于，所述试样制备装置(8)包括试样橡皮膜(810)、承膜筒(820)、试样帽(830)、第一试样底座(840)和制样调角装置(850)；

所述试样橡皮膜(810)底端套于所述第一试样底座(840)上；

所述承膜筒(820)套于所述试样橡皮膜(810)的中部外侧；

所述承膜筒(820)包括用螺栓三(823)连接的左对开模(821)和右对开模(822)；

所述试样橡皮膜(810)的顶部外翻套于所述承膜筒(820)上边缘并向所述试样橡皮膜(810)内添加试样并击实；

再将所述试样帽(830)置于试样顶部，并将所述试样橡皮膜(810)顶部翻回，套于所述试样帽(830)外侧，上O型圈(834)通过上侧向凹槽(833)将所述试样橡皮膜(810)与所述试样帽(830)固定；

下O型圈(844)通过下侧向凹槽(843)将所述试样橡皮膜(810)与所述第一试样底座(840)固定；

所述试样帽(830)顶部设置半球凹槽(831)，钢珠二(835)放入所述半球凹槽(831)中，所述上加载系统(110)的所述第一刚性板(114)通过所述钢珠二(835)将荷载传递至所述试样帽(830)；

所述试样帽(830)顶面设置有制样抽气管(832)；

所述第一试样底座(840)底面设置有用于与所述外凸圆盘(122)相适配的第一圆盘凹槽(841)；

所述第一试样底座(840)上连通有第一饱和孔(842)；

所述制样调角装置(850)包括两个可调式角度规(851)和角钢(852)，所述可调式角度规(851)的型号规格为NYN-906，所述角钢(852)为不等边角钢，所述角钢(852)的长边边长等于试样高度。

9.根据权利要求8所述的一种多加载边界真三轴仪，其特征在于，所述第一试样底座(840)由试样固化系统(9)替换；

所述试样固化系统(9)包括第二试样底座(910)和固化装置(920)；

所述第二试样底座(910)包括用于与所述外凸圆盘(122)相适配的第二圆盘凹槽(911)；

所述第二试样底座(910)内部设置有由下向上倾斜设置并贯穿所述第二试样底座(910)的固化孔(913)；

所述第二试样底座(910)内部还设置有贯穿所述第二试样底座(910)顶面和侧面的L型的第二饱和孔(912)；所述第二饱和孔(912)在所述第二试样底座(910)顶面的开口处活动设置有堵头(914)；

所述固化装置(920)包括用于插入所述固化孔(913)的橡胶软管(923)；

所述橡胶软管(923)通过阀门(922)与分液漏斗(921)连接。

10.根据权利要求1～9任意一项所述的一种多加载边界真三轴仪的试验方法，其特征在于，包括以下步骤：

对于σ₁刚性+σ₂刚性+σ₃围压加载边界组合：首先，选择σ₁方向刚性加载系统(1)、σ₂方向刚性加载系统(3)，压力室结构(6)和位移量测系统(7)；用试样制备装置(8)制备试样，然后将密封好后的试样从承膜筒(820)中取出；将制备密封好的试样置于加载底座(121)之上；关闭左侧压力室门(612)并保证密封良好；通过电脑控制上伺服电机(111)、前伺服电机(311)和后伺服电机转动，使得第一刚性板(114)和钢珠二(835)接触，第二刚性板(315)和试样表面接触；以上，完成σ₁刚性+σ₂刚性+σ₃围压加载边界组合的制样安装；以下将σ₁刚性+σ₂刚性+σ₃围压简称为基本组合；

对于σ₁刚性+σ₂刚性+σ₃水囊加载边界组合，在基本组合操作的基础上，安装柔性加载系统(5)，通过电机控制水压控制橡皮膜水囊压力；

对于σ₁刚性+σ₂半刚性+σ₃围压加载边界组合，在基本组合操作的基础上，于加载底座(121)上安装传力块底座(420)，于试样前后侧布置可压缩传力块(410)，控制前加载系统(310)和后加载系统(320)将第二刚性板(315)与可压缩传力块(410)接触；

对于σ₁刚性+σ₂半刚性+σ₃水囊加载边界组合，在σ₁刚性+σ₂刚性+σ₃水囊组合操作的基础上，于试样前侧和后侧布置σ₂方向半刚性传力装置(4)；

对于σ₁半刚性+σ₂刚性+σ₃围压加载边界组合，在基本组合操作的基础上，于试样顶部和底部布置σ₁方向半刚性传力装置(2)；

对于σ₁半刚性+σ₂刚性+σ₃水囊加载边界组合，在“σ₁刚性+σ₂刚性+σ₃水囊”组合操作的基础上，于试样顶部和底部布置σ₁方向半刚性传力装置(2)；

对于σ₁半刚性+σ₂半刚性+σ₃围压加载边界组合，在σ₁刚性+σ₂半刚性+σ₃围压组合操作的基础上，于试样顶部和底部布置σ₁方向半刚性传力装置(2)；

对于σ₁半刚性+σ₂半刚性+σ₃水囊加载边界组合，在σ₁刚性+σ₂半刚性+σ₃水囊操作的基础上，于试样顶部和底部布置σ₁方向半刚性传力装置(2)。

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