CN210347355U - 一种岩土材料三向蠕变试验加载装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种岩土材料三向蠕变试验加载装置，包括一底板、四块L型板、四个侧面增压装置和一个顶面增压装置,所述四块L型板与四块U型板组成一个“十”字型框体,每一所述U型板上固定安装一所述侧面增压装置,每相邻两L型板平行的两侧面间垂直设置一块侧面加载板，每一所述侧面加载板的背面与一所述侧面增压装置固定连接，所述侧面加载板滑动连接于所述“十”字型框体；所述顶面增压装置的下端部与一块顶面加载板固定连接，上端部可拆卸连接于反力架,在侧面增压装置和顶面增压装置设有力传感器和位移传感器，测量相关数据变化。本实用新型提供一种能够对岩土材料施加侧向围压，模拟岩土体材料在三向围压荷载作用下的蠕变的加载装置。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种岩土工程室内模型试验技术，特别涉及一种岩土材料三向蠕变试验加载装置。
背景技术
岩土体蠕变是指岩土材料在应力不变的条件下，应变随时间延长而增加的现象。工程实践中，由岩土体的蠕变导致的工程问题非常普遍，例如软土地区基坑开挖后，软弱土体蠕变导致支护结构变形持续增大，影响基坑周边环境的安全；高速铁路路基填料的长期蠕变导致路基沉降，影响列车安全运行。因此，充分认识岩土材料的蠕变特性对岩土工程实践具有重要的意义。
目前，各研究机构、高校针对岩土体的蠕变进行大量的研究，并研发了相应的岩土体蠕变试验装置，例如英国GDS公司研制生产的GDS，但该设备较为复杂昂贵，试验成本高昂；此外，研究人员还研制了较多的单轴蠕变实验装置，但这些装置不能准确模拟岩土体所受的实际应力状态，与实践情况差距较大。因此，需要开发一种能准确对岩土体施加侧向围压，并允许岩土体在蠕变过程中产生三向变形的试验装置。
发明内容
本实用新型要解决的技术问题，在于提供一种能够方便对岩土材料施加侧向围压，模拟岩土体材料在三向围压荷载作用下的蠕变的试验加载装置。
本实用新型是这样实现的：
一种岩土材料三向蠕变试验加载装置，包括一底板、四块L型板、四个侧面增压装置和一个顶面增压装置；
所述四块L型板立设于底板上，且每一L型板两侧面分别与相邻的两L 型板的一侧面间隔平行设置，相邻两L型板平行的两侧面通过一块U型板固定连接，所述四块U型板与四块L型板组成一个“十”字型框体；
每一所述U型板上固定安装一所述侧面增压装置；
每相邻两L型板平行的两侧面间垂直设置一块侧面加载板，每一所述侧面加载板的背面与一所述侧面增压装置固定连接，所述侧面加载板滑动连接于所述“十”字型框体；
每一所述侧面增压装置与对应的侧面加载板之间设置一力传感器，每一所述侧面增压装置上还设有位移传感器；
所述顶面增压装置的下端部与一块顶面加载板固定连接，上端部通过一反力架固定于所述“十”字型框体的中心正上方位置，所述顶面增压装置与对应的顶面加载板之间设置一力传感器，所述顶面增压装置上还设有位移传感器。
进一步地，所述侧面增压装置包括承压板、固定杆、弹簧、增压件、第一空心杆和反力螺杆；
所述力传感器夹设于所述承压板与侧面加载板之间，所述位移传感器安装于所述承压板上，所述固定杆立设于承压板中心，固定杆杆头通过螺栓与承压板固定连接，所述弹簧套设于固定杆上，所述增压件套设于固定杆上并可在固定杆上自由滑动，所述第一空心杆一端部设有与增压件形状匹配的凹槽，所述增压件一端部抵设于所述弹簧，另一端部抵设于所述第一空心杆的凹槽中，所述反力螺杆的杆体上设有外螺纹，所述第一空心杆设有与所述外螺纹匹配的内螺纹，所述反力螺杆一端部通过螺栓垂直固定于所述U型板内侧面中间位置，另一端部与第一空心杆旋紧连接。
进一步地，所述第一空心杆外侧壁设有第一把手。
进一步地，所述顶面增压装置包括承压板、固定杆、弹簧、增压件、第二空心杆和反力螺杆；
所述反力螺杆一端部通过螺栓垂直安装于反力架下表面，所述反力架可拆卸地安装于底板上；
所述力传感器夹设于所述承压板与顶面加载板之间，所述位移传感器安装于所述承压板上，所述固定杆立设于承压板中心，固定杆杆头通过螺栓与承压板固定连接，所述弹簧套设于固定杆上，所述增压件套设于固定杆上并可在固定杆上自由滑动，所述第二空心杆一端部设有与增压件形状匹配的凹槽，所述增压件一端部抵设于所述弹簧，另一端部抵设于所述第二空心杆的凹槽中，所述反力螺杆杆体上设有外螺纹，所述第二空心杆设有与反力螺杆外螺纹匹配的内螺纹，一端部与反力螺杆旋紧连接。
进一步地，所述第二空心杆外侧壁设有第二把手。
进一步地，所述侧面加载板包括一平板和一槽型钢侧板，所述槽型钢侧板开口朝上安装于所述平板的背面，所述槽型钢侧板的左右两侧均设有滑轮，所述L型板上设有与所述滑轮匹配的滑轨。
进一步地，所述“十”字型框体通过一底座固定于所述底板上，所述槽型钢侧板的底部设有滑轮，所述底座上设有与所述槽型钢侧板底部的滑轮匹配的滑轨。
进一步地，所述底板、L型板、U型板、侧面加载板和顶面加载板均为钢材板。
本实用新型的优点在于：
1、通过设置“十”字型框体，并增设侧面加载板和侧面增压装置，能准确对岩土材料施加侧向围压，并允许岩土材料在蠕变过程中产生三向变形，可以更好地模拟岩土材料在三向围压荷载作用下的蠕变；
2、通过设置顶面增压装置和反力架的可拆卸结构，可以根据加载的实际情况调整岩土材料样本容量的大小；
3、通过将试验加载装置设计成“十”字型框体结构，实现简单，搬运方便，不受场地限制，便于推广使用。
附图说明
下面参照附图结合实施例对本实用新型作进一步的说明。
图1为本实用新型顶面增压装置与侧面增压装置的安装示意图。
图2为本实用新型实施例俯视结构示意图。
图3为本实用新型实施例侧面增压装置结构示意图。
图4为本实用新型实施例侧面增压装置工作状态示意图。
图5为本实用新型实施例顶面增压装置结构示意图。
附图标号说明：
10-底板，11-底座、20-L型板，21-U型板，30-侧面增压装置，31-承压板，32-固定杆，33-弹簧，34-增压件，35-第一空心杆，351-第一把手， 36-反力螺杆，40-顶面增压装置，41-第二空心杆，411-第二把手，50-侧面加载板，51-平板，52-槽型钢侧板，53-滑轮，531-滑轨，60-顶面加载板， 7-力传感器，8-位移传感器，9-反力架。
具体实施方式
请参阅图1至4所示，一种岩土材料三向蠕变试验加载装置，包括一底板10、四块L型板20、四个侧面增压装置30和一个顶面增压装置40；
所述四块L型板20立设于底板10上，且每一L型板20两侧面分别与相邻的两L型板20的一侧面间隔平行设置，相邻两L型板20平行的两侧面通过一块U型板21固定连接，具体的，所述U型板21通过螺栓与相邻两L 型板20平行的两侧面连接，所述四块U型板21与四块L型板20组成一个“十”字型框体，所述“十”字型框体与底板10组成岩土材料三向蠕变试验加载装置模型箱主框架；
每一所述U型板21上固定安装一所述侧面增压装置30，所述U型板21 为侧面增压装置30提供反力，四个所述侧面增压装置30两两相对设置，分别对岩土材料样本施加平行于底座的侧向围压，其中两个相对设置的侧面增压装置30提供X方向的侧向围压，另外两个相对设置的侧面增压装置30 提供Y方向的侧向围压；
每相邻两L型板20平行的两侧面间垂直设置一块侧面加载板50，每一所述侧面加载板50的背面与一所述侧面增压装置30固定连接，所述侧面加载板50滑动连接于所述“十”字型框体，X方向上的两侧面加载板50一侧面分别与所述X方向上的两侧面增压装置30连接，实现X方向应力加载，Y 方向上的两个侧面加载板50的背面分别与Y方向上的两个侧面增压装置30 连接，实现Y方向应力加载；四块侧面加载板50的正面与岩土材料紧密贴合，当岩土材料样本蠕变会使侧面加载板50产生相应位移；
每一所述侧面增压装置30与对应的侧面加载板50之间设置一力传感器 7，每一所述侧面增压装置30上还设有位移传感器8，可以分别得到每一侧面增压装置30上力传感器与位移传感器的数据，用于测量各侧面加载板50 的受力大小和位移变化；
所述顶面增压装置40的下端部与一块顶面加载板60固定连接，上端部通过一反力架9固定于所述“十”字型框体的中心正上方位置，顶面增压装置40推动顶面加载板60对岩土材料施加竖直方向(即Z方向)的压力；所述顶面增压装置40与对应的顶面加载板60之间设置一力传感器7，所述顶面增压装置40上还设有位移传感器8，用于测量顶面加载板60的受力大小和位移变化；
进行岩土材料三向蠕变试验时，所述四块侧面加载板50、一块顶面加载板60与底板10构成的容置空间用于容纳岩土材料样本，所述侧面增压装置30通过侧面加载板50对岩土材料样本施加侧向围压，所述顶面增压装置 40通过顶面加载板60对岩土材料样本施加轴向压力。当岩土材料样本在长时间压力下发生蠕变时，侧面加载板50可沿所述“十”字型框体水平移动。通过读取和记录每个力传感器与位移传感器的数据，可以精确量化并分析施加压力与岩土材料样本蠕变的关系。
在一较佳实施例中，所述侧面增压装置30包括承压板31、固定杆32、弹簧33、增压件34、第一空心杆35和反力螺杆36，
所述力传感器7夹设于所述承压板31与侧面加载板50之间，用于测量侧面加载板50受力大小，所述位移传感器8安装于所述承压板31上，用于测量承压板31的位移变化(由于承压板31、力传感器7与侧面加载板50 紧密贴合且同时移动，承压板31的位移变化与侧面加载板50的位移变化相等)，所述固定杆32立设于承压板31中心，固定杆32的杆头通过螺栓与承压板31固定连接，所述弹簧33套设于固定杆32上，所述增压件34套设于固定杆32上并可在固定杆32上自由滑动，所述第一空心杆35一端部设有与增压件34形状匹配的凹槽，所述增压件35一端部抵设于所述弹簧33，另一端部抵设于所述第一空心杆35的凹槽中，所述反力螺杆的杆体上设有外螺纹，所述第一空心杆设有与所述外螺纹匹配的内螺纹，所述反力螺杆 36一端部通过螺栓垂直固定于所述U型板21内侧面中间位置，另一端部与第一空心杆35旋紧连接，通过旋转第一空心杆35使其沿反力螺杆左右移动，改变增压件的位移，从而调节弹簧的压缩程度；顺时针旋转(根据螺纹方向设置的不同，也可为逆时针)所述第一空心杆35将增压件34向侧面加载板 50方向顶进，从而压缩弹簧33，实现侧向压力的加载；逆时针旋转(根据螺纹方向设置的不同，也可为顺时针)所述第一空心杆35使增压件34远离侧面加载板50方向，使得弹簧33舒张，实现侧向压力的卸载。
可选的，所述第一空心杆35外侧壁设有第一把手351，通过设置第一把手351可更方便更准确地调节第一空心杆35的旋转程度，实现对压力的精确控制。
在一较佳实施例中，所述顶面增压装置40包括承压板31、固定杆32、弹簧33、增压件34、第二空心杆41和反力螺杆36；
所述反力螺杆36一端部通过螺栓垂直安装于反力架9下表面，所述反力架9可拆卸地安装于底板10上，将顶面增压装置40的反力螺杆36或反力架9拆卸下来，即可以根据土体性能不同和加载的实际情况调整岩土材料样本容量的大小；
所述力传感器7夹设于所述承压板31与顶面加载板60之间，用于测量顶面加载板60受力大小，所述位移传感器6安装于所述承压板31上，用于测量承压板31的位移变化(由于承压板31、力传感器7与顶面加载板60 紧密贴合且同时移动，承压板31的位移变化与顶面加载板60的位移变化相等)，所述固定杆32立设于承压板31中心，固定杆32杆头通过螺栓与承压板31固定连接，所述弹簧33套设于固定杆32上，所述增压件34套设于固定杆32上并可在固定杆32上自由滑动，所述第二空心杆41一端部设有与增压件34形状匹配的凹槽，所述增压件34一端部抵设于所述弹簧33，另一端部抵设于所述第二空心杆41的凹槽中，所述反力螺杆36杆体上设有外螺纹，所述第二空心杆41设有与反力螺杆36外螺纹匹配的内螺纹，一端部与反力螺杆36旋紧连接，通过旋转第二空心杆41使其沿反力螺杆36上下移动，改变增压件34的位移，从而调节弹簧33的压缩程度，顺时针旋转 (根据螺纹方向设置的不同，也可为逆时针)所述第二空心杆41将增压件 34下顶进，从而压缩弹簧33，实现顶面压力的加载；逆时针旋转(根据螺纹方向设置的不同，也可为顺时针)所述第二空心杆41使增压件34向上移动，使得弹簧33舒张，实现顶面压力的卸载。
可选的，所述第二空心杆41外侧壁设有第二把手411，因为岩土材料三向蠕变试验本身的需要，顶面需要施加的压力比侧面围压大很多，所述第二把手411为单侧把手，且更长更结实，方便对第二空心杆41施加力量实现第二空心杆41的旋转；另外，组成顶面增压装置40的所述承压板31、固定杆32、弹簧33、增压件34、第二空心杆41、反力螺杆36，均选用比侧面增压装置30更为结实的元件，以满足承受更大应力的试验要求。
在一较佳实施例中，所述侧面加载板50包括一平板51和一槽型钢侧板 52，所述槽型钢侧板52开口朝上安装于所述平板51的背面，所述槽型钢侧板52的左右两侧均设有滑轮53，所述L型板20上设有与所述滑轮匹配的滑轨531，通过所述左右两侧滑轮53与滑轨531的设置，使得侧面加载板 50可以沿水平方向移动，不会偏离或歪斜。
在一较佳实施例中，所述“十”字型框体通过一底座11固定于所述底板10上，所述槽型钢侧板52的底部设有滑轮53，所述底座11上设有与槽型钢侧板底部的滑轮53匹配的滑轨531，通过所述左右两侧和底面滑轮53 与滑轨531的设置，使得侧面加载板50可以沿水平方向移动，不会偏离或歪斜，且可以进一步消除侧面加载板50与底座11之间可能产生的阻力。
在一较佳实施例中，所述底板10、L型板20、U型板21、侧面加载板 50和顶面加载板60均为钢材板，能够承受足够大的压力，牢固结实耐用。
本实用新型的通过设置“十”字型框体，并增设侧面加载板和侧面增压装置，能准确对岩土材料施加侧向围压，并允许岩土材料在蠕变过程中产生三向变形，可以更好地模拟岩土材料在三向围压荷载作用下的蠕变；通过设置顶面增压装置和反力架的可拆卸结构，可以根据土体性能不同和加载的实际情况调整岩土材料样本容量的大小；通过将试验加载装置设计成“十”字型框体结构，实现简单，搬运方便，不受场地限制，便于推广使用。
虽然以上描述了本实用新型的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本实用新型的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本实用新型的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本实用新型的权利要求所保护的范围内。
Claims (8)
1.一种岩土材料三向蠕变试验加载装置，其特征在于：包括一底板、四块L型板、四个侧面增压装置和一个顶面增压装置；
所述四块L型板立设于底板上，且每一L型板两侧面分别与相邻的两L型板的一侧面间隔平行设置，相邻两L型板平行的两侧面通过一块U型板固定连接，所述四块U型板与四块L型板组成一个“十”字型框体；
每一所述U型板上固定安装一所述侧面增压装置；
每相邻两L型板平行的两侧面间垂直设置一块侧面加载板，每一所述侧面加载板的背面与一所述侧面增压装置固定连接，所述侧面加载板滑动连接于所述“十”字型框体；
每一所述侧面增压装置与对应的侧面加载板之间设置一力传感器，每一所述侧面增压装置上还设有位移传感器；
所述顶面增压装置的下端部与一块顶面加载板固定连接，上端部通过一反力架固定于所述“十”字型框体的中心正上方位置，所述顶面增压装置与对应的顶面加载板之间设置一力传感器，所述顶面增压装置上还设有位移传感器。
2.如权利要求1所述的一种岩土材料三向蠕变试验加载装置，其特征在于：所述侧面增压装置包括承压板、固定杆、弹簧、增压件、第一空心杆和反力螺杆；
所述力传感器夹设于所述承压板与侧面加载板之间，所述位移传感器安装于所述承压板上，所述固定杆立设于承压板中心，固定杆杆头通过螺栓与承压板固定连接，所述弹簧套设于固定杆上，所述增压件套设于固定杆上并可在固定杆上自由滑动，所述第一空心杆一端部设有与增压件形状匹配的凹槽，所述增压件一端部抵设于所述弹簧，另一端部抵设于所述第一空心杆的凹槽中，所述反力螺杆的杆体上设有外螺纹，所述第一空心杆设有与所述外螺纹匹配的内螺纹，所述反力螺杆一端部通过螺栓垂直固定于所述U型板内侧面中间位置，另一端部与第一空心杆旋紧连接。
3.如权利要求2所述的一种岩土材料三向蠕变试验加载装置，其特征在于：所述第一空心杆外侧壁设有第一把手。
4.如权利要求1所述的一种岩土材料三向蠕变试验加载装置，其特征在于：所述顶面增压装置包括承压板、固定杆、弹簧、增压件、第二空心杆和反力螺杆；
所述反力螺杆一端部通过螺栓垂直安装于反力架下表面，所述反力架可拆卸地安装于底板上；
所述力传感器夹设于所述承压板与顶面加载板之间，所述位移传感器安装于所述承压板上，所述固定杆立设于承压板中心，固定杆杆头通过螺栓与承压板固定连接，所述弹簧套设于固定杆上，所述增压件套设于固定杆上并可在固定杆上自由滑动，所述第二空心杆一端部设有与增压件形状匹配的凹槽，所述增压件一端部抵设于所述弹簧，另一端部抵设于所述第二空心杆的凹槽中，所述反力螺杆杆体上设有外螺纹，所述第二空心杆设有与反力螺杆外螺纹匹配的内螺纹，一端部与反力螺杆旋紧连接。
5.如权利要求4所述的一种岩土材料三向蠕变试验加载装置，其特征在于：所述第二空心杆外侧壁设有第二把手。
6.如权利要求1所述的一种岩土材料三向蠕变试验加载装置，其特征在于：所述侧面加载板包括一平板和一槽型钢侧板，所述槽型钢侧板开口朝上安装于所述平板的背面，所述槽型钢侧板的左右两侧均设有滑轮，所述L型板上设有与所述滑轮匹配的滑轨。
7.如权利要求6所述的一种岩土材料三向蠕变试验加载装置，其特征在于：所述“十”字型框体通过一底座固定于所述底板上，所述槽型钢侧板的底部设有滑轮，所述底座上设有与所述槽型钢侧板底部的滑轮匹配的滑轨。
8.如权利要求1至7任一项所述的一种岩土材料三向蠕变试验加载装置，其特征在于：所述底板、L型板、U型板、侧面加载板和顶面加载板均为钢材板。
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|---|---|---|---|
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Granted publication date: 20200417 |