CN211426109U

CN211426109U - 一种基于双滑动块技术的刚性真三轴加载装置

Info

Publication number: CN211426109U
Application number: CN201922404895.6U
Authority: CN
Inventors: 谢文博; 叶冠林; 陈锦剑; 张琪; 邬颢
Original assignee: Shanghai Jiaotong University
Current assignee: Shanghai Jiaotong University
Priority date: 2019-12-27
Filing date: 2019-12-27
Publication date: 2020-09-04
Anticipated expiration: 2029-12-27

Abstract

本实用新型提供了一种基于双滑动块技术的刚性真三轴加载装置，包括滑动加载板，六个方向可滑动的刚性加载板彼此搭接而成，围成一个矩形密闭中央容置空间；加载活塞，分别作用于六个方向的滑动加载板上，用于对该滑动加载板施加荷载；滑动装置，设置于加载活塞与刚性滑动加载板之间，实现加载活塞与刚性滑动加载板滑动连接；滑动装置包括滑动方向相互垂直的第一、二滑动部件；第一、二滑动部件包括滑动块、滑动导槽和滑动轴承；在第一、二滑动部件组合作用下，使每个刚性滑动加载板可以在一个平面内自由的滑动。本实用新型采用双滑动块技术实现滑动，使刚性滑动加载板在荷载作用下，可沿水平方向和垂直方向彼此相对滑动，保证力始终作用在试样的中心位置。

Description

一种基于双滑动块技术的刚性真三轴加载装置

技术领域

本实用新型涉及岩土力学试验的加载装置，用于在测试岩土力学性能时施加荷载，具体地，涉及一种基于双滑动块技术的刚性真三轴加载装置。

背景技术

真三轴仪的设计及试验研究在测试岩土力学性能时施加荷载具有重要的意义，许多学者利用真三轴仪试验研究了第二主应力对于岩土材料应力–应变–强度特性的影响；对岩土的应力-应变强度特性的测量一般采用真三轴系统。真三轴试验的加载装置可以分为刚性加载方式、柔性加载方式和刚柔组合加载方式三种。

在传统的纯刚性加载的真三轴测试系统中，六个相互垂直的刚性加载板为了避免加载过程中彼此碰撞，每个加载板之间是留有一定的缝隙的，但由于该缝隙的存在，会使得岩土样本边缘出现应力集中的情况，并且还会伴随着挤土现象的发生，影响试验的结果。

实用新型内容

针对现有技术中的缺陷，本实用新型的目的是提供一种基于双滑动块技术的刚性真三轴加载装置。

根据本实用新型提供一种基于双滑动块技术的刚性真三轴加载装置，包括：

六个刚性滑动加载板，其分别由六个方向彼此相互垂直搭接围成一个横截面呈矩形的密闭中央容置空间，用于容纳岩土样本；

六个加载活塞，分别作用于六个所述刚性滑动加载板的中间位置上，用于对所述刚性滑动加载板施加荷载；

六组滑动装置，六组所述滑动装置分别设置于所述加载活塞与所述刚性滑动加载板之间，实现所述加载活塞与所述刚性滑动加载板滑动连接，使每个所述刚性滑动加载板在所述加载活塞的作用下，可沿水平方向和垂直方向彼此相对滑动；

每组所述滑动装置包括第一滑动部件、第二滑动部件和连接柱，其中所述连接柱设置于所述第一滑动部件、所述第二滑动部件之间，用于所述第一滑动部件与所述第二滑动部件的连接，所述第一滑动部件和所述第二滑动部件的滑动方向相互垂直；

所述第一滑动部件、所述第二滑动部件包括滑动块、滑动导槽和滑动轴承，所述第一滑动部件的所述滑动导槽与所述加载活塞固结，所述第二滑动部件的所述滑动块与所述刚性滑动加载板固结，所述连接柱的一端与所述第一滑动部件的所述滑动块固结，另一端与所述第二滑动部件的所述滑动导槽固结，实现所述加载活塞与所述刚性滑动加载板之间的滑动连接，在所述第一滑动部件和所述第二滑动部件组合作用下，使每个所述刚性滑动加载板可以在一个平面内自由的滑动。

优选地，还包括：应力传感器，用于感测所述加载装置施加的载荷的大小；

位移传感器，用于感测所述岩土样本在载荷作用下的应变。

优选地，还包括：六个连接件，其分别固结于六个所述刚性滑动加载板的中间位置，用于对所述刚性滑动加载板传递荷载，所述刚性滑动加载板和所述连接件构成一个复合加载体系；

所述连接件与所述第二滑动部件的所述滑动块固接，所述第二滑动部件的所述滑动块与所述滑动导槽通过所述滑动轴承连接，实现所述加载活塞与所述连接件之间的滑动连接。

优选地，所述滑动块为矩形块，所述滑动轴承设置于所述滑动块上，所述滑动轴承贯穿于所述滑动块的中间，所述滑动块可在所述滑动导槽内沿着所述滑动轴承自由滑动。

优选地，所述第一滑动部件、所述第二滑动部件分别包括两个所述滑动轴承；两个所述滑动轴承分别平行设置于所述滑动块上，两个所述滑动轴承分别贯穿于所述滑动块的中间，使所述滑动块可在所述滑动导槽内沿所述滑动轴承自由滑动。

优选地，所述加载活塞可通过电机系统驱动。

与现有技术相比，本实用新型具有如下至少一种的有益效果：

本实用新型上述装置中，采用六个刚性滑动加载板彼此紧密搭接，围成一个矩形体密闭容置空间，避免了边缘应力集中与挤土的发生。荷载通过加载活塞传递至刚性加载板上，加载板通过与加载活塞之间的两个滑动装置实现滑动，使其在荷载作用下，可沿水平方向和垂直方向彼此相对滑动，保证力始终作用在岩土样本的中心位置。且本实用新型中采用的滑动方向相互垂直的双滑动块滑动体系，与单滑动块滑动体系相比而言，单滑动块滑动体系中的刚性滑动加载板只能在一个方向上实现滑动，而双滑动块滑动体系中的刚性滑动加载板可以在两个方向上滑动，从而实现在一个平面内的滑动。

进一步，本实用新型上述装置与刚柔复合真三轴加载方式相比，通过电机控制的刚性加载板施加荷载，与围压方向由通过气压加载方式相比而言，实验过程更便于通过外部程序来控制，自动化程度得到了提高；并且通过电机来施加荷载，其精确度与加载过程的可变化性也得到了提高。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1a为本实用新型一实施例的加载装置的正视图；

图1b为本实用新型一实施例的加载装置旋转90度后的剖面图；

图1c为本实用新型一实施例的加载装置旋转180度后的剖面图；

图2a为本实用新型一实施例的加载装置局部结构的正视图；

图2b为本实用新型一实施例的加载装置局部结构的侧视图；

图2c为本实用新型一实施例的加载装置局部结构的俯视图；

图3a为本实用新型一实施例的一组滑动装置的正视图；

图3b为本实用新型一实施例的一组滑动装置的侧视图；

图3c为本实用新型一实施例的一组滑动装置的仰视图；

图4为本实用新型一实施例的刚性滑动加载板彼此搭接的立体示意图；

图中标记分别表示为：岩土样本10、测试室20、加载装置30、刚性滑动加载板301、302、303、304、305、306、连接件307、308、309、310、311、312、第一滑动部件313、314、315、316、317、318、连接柱319、320、321、322、323、324、第二滑动部件325、326、327、328、329、330、加载活塞331、332、333、334、335、336。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本实用新型，但不以任何形式限制本实用新型。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本实用新型的保护范围。

参照图1a、图1b及图1c所示，为本实用新型一种基于双滑动块技术的刚性真三轴加载装置的结构示意图，该加载装置30设置在测试室20内部，该测试室20为一充满水的密闭室。

参照图4所示，加载装置30包括：六个刚性滑动加载板301、302、303、304、305、306，其分别由六个方向彼此搭接围成一个横截面呈矩形的密闭中央容置空间，用于容纳岩土样本10。岩土样本10密封封装在橡胶薄膜内，形成一个立方体形，由该加载装置30夹持的岩土样本10位于中央容置空间中。六个刚性滑动加载板301、302、303、304、305、306中刚性滑动加载板302、304为垂直板，用于为岩土样本10施加垂直方向荷载，刚性滑动加载板301、303、305、306为水平板，用于为岩土样本10施加水平方向荷载。

结合图1a、图1b及图1c所示，该加载装置30还包括分别作用于六个刚性滑动加载板301、302、303、304、305、306中间位置上的六个加载活塞331、332、333、334、335、336，以及连接刚性滑动加载板301、302、303、304、305、306和加载活塞331、332、333、334、335、336之间的六组滑动装置，用于对该滑动加载板施加载荷。六个加载活塞331、332、333、334、335、336可通过电机系统驱动。该六个滑动加载板301、302、303、304、305、306以这样的方式搭接，使得它们在加载活塞331、332、333、334、335、336的作用下，可沿水平方向和垂直方向彼此滑动，从而使得随着该岩土样本10在载荷的作用下发生应变后，该密闭中央容置空间也会随之变小，从而保证载荷一直施加在该岩土样本10上。

为了保证该滑动加载板301、302、303、304、305、306滑动之后，该加载活塞331、332、333、334、335、336仍然作用于岩土样本10的中心位置，从而保证该岩土样本10的应力均匀，上述加载活塞331、332、333、334、335、336与滑动加载板301、302、303、304、305、306之间通过两个滑动方向相互垂直的一组滑动装置来实现滑动连接。这样可以在岩土样本10发生应变而刚性滑动加载板301、302、303、304、305、306发生滑动后，通过滑动该滑动块使其位于变形后的中央容置空间的中央位置，可以保证将载荷施加在岩土样本10(图中未示出)的中央位置，从而确保了岩土内部的均匀分布。

每组滑动装置包括第一滑动部件313、314、315、316、317、318、第二滑动部件325、326、327、328、329、330和连接柱319、320、321、322、323、324，其中第一滑动部件313、314、315、316、317、318和第二滑动部件325、326、327、328、329、330的滑动方向相互垂直。连接柱319、320、321、322、323、324设置在第一滑动部件313、314、315、316、317、318和第二滑动部件325、326、327、328、329、330之间，用于连接第一滑动部件313、314、315、316、317、318和第二滑动部件325、326、327、328、329、330。

参照图3a、3b及3c所示，第一滑动部件313、314、315、316、317、318，第二滑动部件325、326、327、328、329、330分别包括滑动块、滑动导槽和滑动轴承。连接柱319、320、321、322、323、324的一端分别固结于第一滑动部件313、314、315、316、317、318的滑动块上，另一端固结于第二滑动部件325、326、327、328、329、330的滑动导槽上，从而实现第一滑动部件313、314、315、316、317、318与第二滑动部件325、326、327、328、329、330的连接。

结合图1a、图1b及图1c和图2a、图2b及图2c所示，加载装置30包括六个第一滑动部件313、314、315、316、317、318，六个第二滑动部件325、326、327、328、329、330和六个刚性的连接柱319、320、321、322、323、324。滑动装置的第一滑动部件313、314、315、316、317、318的滑动导槽分别与加载活塞331、332、333、334、335、336固接，第二滑动部件325、326、327、328、329、330的滑动块分别与刚性滑动加载板301、302、303、304、305、306固接。第一滑动部件313、314、315、316、317、318、第二滑动部件325、326、327、328、329、330的滑动导槽与滑动块之间通过滑动轴承滑动连接，从而实现加载活塞331、332、333、334、335、336与刚性滑动加载板301、302、303、304、305、306之间的滑动连接，在第一滑动部件313、314、315、316、317、318和第二滑动部件325、326、327、328、329、330组合作用下，使每个刚性滑动加载板301、302、303、304、305、306可以在一个平面内自由的滑动。

参照图3a、图3b及图3c所示，每个滑动块在滑动导槽内沿着滑动轴承滑动，滑动轴承限定了刚性滑动加载板301、302、303、304、305、306仅可沿一个方向滑动，并且在刚性滑动加载板301、302、303、304、305、306和加载活塞331、332、333、334、335、336之间保持了直角，同时在相邻的两个刚性滑动加载板301、302、303、304、305、306之间保持了直角，还减小了刚性滑动加载板301、302、303、304、305、306之间的摩擦力。

上述实施例中的加载装置30，由于两个相互垂直的一组滑动装置分别与该滑动加载板301、302、303、304、305、306固接，而与该加载活塞331、332、333、334、335、336滑动连接，这样可以在岩土样本10发生应变而滑动加载板301、302、303、304、305、306发生滑动后，通过滑动该滑动块使其位于变形后的中央容置空间的中央位置，可以保证将载荷施加在岩土样本10的中央位置，确保了岩土样本10内部应力的均匀分布，并且六个方向的刚性滑动加载板301、302、303、304、305、306彼此紧密搭接，围成一个密闭中央容置空间，避免了传统的刚性真三轴试验中出现的土样边缘应力集中与挤土的问题。并且该加载装置30采用的是滑动方向相互垂直的双滑动块滑动体系，与单滑动块滑动体系相比而言，单滑动块滑动体系中的刚性滑动加载板只能在一个方向上实现滑动，而双滑动块滑动体系中的刚性滑动加载板可以在两个方向上滑动，从而实现在一个平面内的滑动。进一步，与刚柔复合真三轴加载方式相比，可以将围压方向由通过气压加载改为了通过电机控制的刚性加载板加载，实验过程更便于通过外部程序来控制，自动化程度得到了提高，施加荷载的精确度与加载过程的可变化性也得到了提高。

在其他部分优选实施例中，为了测定各个加载活塞331、332、333、334、335、336施加到各刚性滑动加载板301、302、303、304、305、306上的载荷，加载装置30还包括应力传感器，用于感测该加载装置30施加的载荷的大小。具体为在该测试室20外部设置六个应力传感器(图中未示出)，其中四个位于水平方向，两个位于垂直方向。

为了测量该岩土样本10(图中未示出)在载荷作用下的应变，加载装置30还包括位移传感器，用于感测岩土样本10在载荷作用下的应变。具体为在两个水平(即图1a中顶部和底部)加载活塞332、334分别设有一位移传感器(图中未示出)，用于测量垂直方向的位移。在四个水平加载活塞331、333、335、336用于施加水平方向的压力，同样也设有一位移传感器(图中未示出)，用于测量水平方向的位移。在具体实施的过程中，上述应力传感器和位移传感器发出的信号被传送到与测试室20连接的计算机，用于进行后续的分析计算。

在其他部分优选实施例中，加载装置30还包括六个连接件307、308、309、310、311、312，其分别固结于六个刚性滑动加载板301、302、303、304、305、306的中间位置，用于对刚性滑动加载板301、302、303、304、305、306传递荷载。刚性滑动加载板301、302、303、304、305、306和连接件307、308、309、310、311、312构成一个复合加载体系。

参照图2a、图2b及图2c所示，连接件307、308、309、310、311、312与第二滑动部件325、326、327、328、329、330的滑动块固接，第二滑动部件325、326、327、328、329、330的滑动块与滑动导槽通过滑动轴承连接，实现加载活塞331、332、333、334、335、336与连接件307、308、309、310、311、312之间的滑动连接。

在其他部分优选实施例中，滑动块为矩形块，滑动轴承设置于滑动块上，具体为每个滑动块的中间贯穿一个滑动轴承，使每个滑动块可以在对应的滑动导槽内沿着滑动轴承自由滑动。

在其他部分优选实施例中，第一滑动部件313、314、315、316、317、318、第二滑动部件325、326、327、328、329、330分别包括两个滑动轴承；两个滑动轴承分别平行设置于滑动块上，具体为每个滑动导槽内固接有两个相互平行的滑动轴承，使滑动块沿着两个滑动轴承在滑动导槽内滑动。每个滑动块保持在一个平面上滑动，防止滑动块发生倾翻。

以上对本实用新型的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本实用新型并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本实用新型的实质内容。

Claims

1.一种基于双滑动块技术的刚性真三轴加载装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种基于双滑动块技术的刚性真三轴加载装置，其特征在于，还包括：

应力传感器，用于感测所述加载装置施加的载荷的大小；

位移传感器，用于感测所述岩土样本在载荷作用下的应变。

3.根据权利要求1所述的一种基于双滑动块技术的刚性真三轴加载装置，其特征在于，还包括：六个连接件，其分别固结于六个所述刚性滑动加载板的中间位置，用于对所述刚性滑动加载板传递荷载，所述刚性滑动加载板和所述连接件构成一个复合加载体系；

4.根据权利要求1所述的一种基于双滑动块技术的刚性真三轴加载装置，其特征在于，所述滑动块为矩形块，所述滑动轴承设置于所述滑动块上，所述滑动轴承贯穿于所述滑动块的中间，所述滑动块可在所述滑动导槽内沿着所述滑动轴承自由滑动。

5.根据权利要求4所述的一种基于双滑动块技术的刚性真三轴加载装置，其特征在于，所述第一滑动部件、所述第二滑动部件分别包括两个所述滑动轴承；两个所述滑动轴承分别平行设置于所述滑动块上，两个所述滑动轴承分别贯穿于所述滑动块的中间，使所述滑动块可在所述滑动导槽内沿所述滑动轴承自由滑动。

6.根据权利要求1所述的一种基于双滑动块技术的刚性真三轴加载装置，其特征在于，所述加载活塞可通过电机系统驱动。