一种可进行真假三轴试验的装置的制作方法

本发明涉及岩土工程技术中的岩土检测领域，更具体地说是一种可进行真假三轴试验的装置。

背景技术：

根据力学试验原理，假定一岩体保持平衡状态，则其中某一点必有三种作用于互相垂直面上的应力(如图3所示)，图3中平行于X、Y、Z三个方向的力，分别称为大主应力σ1、中主应力σ2、小主应力σ3；与三个主应力垂直的作用面分别称为大主应力面、中主应力面和小主应力面；许多工程问题如深埋的水平巷道长度较大时，可作为平面应变问题处理，即只考虑σ1和σ3；在考虑浅层地应力时，一般认为水平两个方向地应力相等，常按轴对称问题处理，即σ2＝σ3；假三轴试验就是使试样在轴对称的应力状态下进行试验，假三轴试验即常规三轴试验。

但是在实际岩土环境中，岩体所受到的三个主应力的大小往往是不同的，真三轴试验是模拟岩体受到荷重的情况下，岩体内任一小单元所承受的应力状态；研究在主应力方向固定的条件下，主应力与应变的关系及强度特性，即土的本构关系；试样一般为正立方体或矩形体；试验时对试样各个互相垂直的主应力面(即X、Y、Z)分别施加主应力σ1、σ2及σ3(主应力的关系是σ1>σ2>σ3)，即试样在三个互相垂直面上施加各自独立的三个主应力σ1、σ2、σ3；真三轴试验方法测定的结果比假三轴试验即轴对称三轴试验更能反映真实的本构关系，也更复杂。

而实际上，很多单位资金并不充裕，同时拥有假三轴仪和真三轴仪并不符合实际，再加上各类工程的实践使得很多单位需要更便捷地做假三轴试验与真三轴试验；这样，开发一套结构简单、易操作、能进行真假三轴试验的装置就显得很有必要了。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种可进行真假三轴试验的装置，结构简单、易操作、能进行真假三轴试验。

为了实现上述目的，本发明的技术方案为：一种可进行真假三轴试验的装置，包括σ1方向加载系统、σ2方向加载系统、σ3方向加载系统，所述σ1方向加载系统包括：垂直加载活塞、上压头、下压头；所述σ2方向加载系统包括：手动操作加载部分、泵动加载部分；所述σ3方向加载系统包括：进油口、出油口；所述垂直加载活塞、所述上压头、所述下压头设置于围压室内；所述垂直加载活塞位于所述上压头正上方；所述上压头和所述下压头分别设置于试样的上、下两端；有左水平轴杆、右水平轴杆分别以轴对称形式设置于所述围压室两侧、且分别穿过所述围压室外壁；所述泵动加载部分右端连接于所述左水平轴杆左端，所述手动操作加载部分左端连接于所述右水平轴杆右端；所述进油口、所述出油口分别以轴对称形式设置于所述围压室外壁下端的左、右两侧；有底座垂直连接于所述围压室下端；

在做真三轴试验时，σ2方向加载系统还包括水平压头；所述水平压头为长方体，且与所述试样接触的截面与所述试样相同；所述上压头、所述下压头的底面形状为正方形、且与所述试样底面尺寸相同；

在做假三轴试验时，所述上压头、所述下压头的截面均为圆形、且与所述试样底面尺寸相同，且所述左水平轴杆、所述右水平轴杆分别与所述围压室密封接合。

在上述技术方案中，在做真假三轴试验时，所述σ1方向加载系统、所述σ2方向加载系统、所述σ3方向加载系统各自独立。在做真三轴试验时，通过左水平轴杆、右水平轴杆与油压来控制σ2≠σ3；在做假三轴试验时，通过油压来控制σ2＝σ3。

在上述技术方案中，在做真三轴试验时，所述水平压头共二个、且分别设置于所述试样左、右两端。便于夹紧试样，防止试样松动，影响试验结果。

在上述技术方案中，在做真三轴试验时，所述试样为底面为正方形的矩形体，且所述试样尺寸为底面边长50mm，高100mm。底面为正方形，高度一般都大于底面边长，所以为矩形体，这样方便对试样施加三个主应力σ1，σ2，σ3，保持σ2≠σ3。

在上述技术方案中，在做假三轴试验时，所述试样为圆柱体,且所述试样尺寸为直径50mm，高100mm。假三轴试验中，通过油压保持σ2＝σ3，一般用直径50mm高度100mm的标准试样。

本发明具有如下优点：

(1)仅通过更换少部分部件，就既可做真三轴试验又可做假三轴试验；在做真三轴试验时，把本发明改装为可进行真三轴试验的装置，在做假三轴试验时，把本发明改装为可进行假三轴试验的装置；

(2)本发明结构简单、成本低；

(3)为科研单位节省资金，给研究人员提供方便。

附图说明

图1为本发明真三轴试验仪装置的整体结构示意图。

图2为本发明假三轴试验仪装置的整体结构示意图。

图3为本发明主应力与主应力面结构示意图。

图中1-垂直加载活塞,2-上压头,3-下压头,4-手动操作加载部分,5-泵动加载部分,6-水平压头,7-试样,8-进油口,9-出油口,10-底座,11-左水平轴杆,12-右水平轴杆,13-围压室。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的实施情况，但它们并不构成对本发明的限定，仅作举例而已。同时通过说明使本发明的优点更加清楚和容易理解。

参阅附图可知：一种可进行真假三轴试验的装置，包括σ1方向加载系统、σ2方向加载系统、σ3方向加载系统，所述σ1方向加载系统包括：垂直加载活塞1、上压头2、下压头3；所述σ2方向加载系统包括：手动操作加载部分4、泵动加载部分5；所述σ3方向加载系统包括：进油口8、出油口9；所述垂直加载活塞1、所述上压头2、所述下压头3设置于围压室13内；所述垂直加载活塞1位于所述上压头2正上方；所述上压头2和所述下压头3分别设置于试样7的上、下两端；有左水平轴杆11、右水平轴杆12分别以轴对称形式设置于所述围压室13两侧、且分别穿过所述围压室13外壁；所述泵动加载部分5右端连接于所述左水平轴杆11左端，所述手动操作加载部分4左端连接于所述右水平轴杆12右端；所述进油口8、所述出油口9分别以轴对称形式设置于所述围压室13外壁下端的左、右两侧；有底座10垂直连接于所述围压室13下端；

在做真三轴试验时，σ2方向加载系统还包括水平压头6；所述水平压头6为长方体，且与所述试样7接触的截面与所述试样7相同；所述上压头2、所述下压头3的底面形状为正方形、且与所述试样7底面尺寸相同；

在做假三轴试验时，所述上压头2、所述下压头3的截面均为圆形、且与所述试样7底面尺寸相同，且所述左水平轴杆11、所述右水平轴杆12分别与所述围压室13密封接合(如图1、图2所示)。

在做真假三轴试验时，所述σ1方向加载系统、所述σ2方向加载系统、所述σ3方向加载系统各自独立。

在做真三轴试验时，所述水平压头6共二个、且分别设置于所述试样7左、右两端。

在做真三轴试验时，所述试样7为底面为正方形的矩形体。

在做假三轴试验时，所述试样7为圆柱体。

参阅附图可知：本发明一种可进行真假三轴试验的装置的工作过程如下：在做真三轴试验时，将可进行真假三轴试验的装置改装成可进行真三轴试验的装置，试样7为底面为正方形的矩形体，上压头2、下压头3的底面与试样7的底面相同；用橡胶套装好试样7，先操作手动操作加载部分4，使右水平轴杆12贴近水平压头6，再操作泵动加载部分5，使左水平轴杆11贴近所述水平压头6，从而对试样7施加σ2方向力；通过垂直加载活塞1对试样7施加竖向轴力σ1；通过进油口8和出油口9的油压对试样7施加σ3方向力；在做假三轴试验时，将所述可进行真三轴试验的装置改装成可进行假三轴试验的装置，此时，去除所述可进行真三轴试验的装置中的水平压头6，将试样7改为圆柱体；用橡胶套装好试样7；通过垂直加载活塞1对试样7施加竖向轴力σ1；通过进油口8和出油口9的油压对试样7施加σ2、σ3方向力。

为了能够更加清楚地说明本发明所述的可进行真假三轴试验的装置与真三轴试验装置、假三轴试验装置相比较所具有的优点，工作人员将这三种装置进行了比较：对某些既需要进行岩石的真三轴试验，又需要进行岩石的假三轴试验的单位来讲，本发明成本仅为90万、占地面积小、能进行岩石的真三轴试验和假三轴试验，而真三轴试验装置和假三轴试验装置总成本需要150万左右、占地面积大、需分别使用真三轴试验装置和假三轴试验装置分别进行岩石的真三轴试验、假三轴试验。

其它未说明的部分均属于现有技术。