一种混合边界加载方式的级配碎石真三轴仪的试验方法
【技术领域】
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[0001]本发明属于道路工程技术领域，具体涉及一种混合边界加载方式的级配碎石真三轴仪的试验方法。
【背景技术】
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[0002]道路工程中，级配碎石处于复杂的三维应力场中，一般处于压剪应力状态。在压剪应力的作用下，级配碎石结构的破坏往往是离散材料结构的屈服应力达到上限，引起材料发生塑性流动变形而造成的。常规三轴压力试验研究了围压对级配碎石变形和破坏的影响，而未考虑中主应力对级配碎石弹塑性特性的影响。在不等压三轴应力状态下中间主应力对级配碎石变形强度特性的影响，是近年来以来道路工程领域探索的前沿课题之一。
【发明内容】
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[0003]本发明的目的针对现有技术的不足，提供了一种混合边界加载方式的级配碎石真三轴仪的试验方法。
[0004]为达到上述目的，本发明采用如下的技术方案予以实现:
[0005]—种混合边界加载方式的级配碎石真三轴仪的试验方法，该级配碎石真三轴仪包括压力室组件和加载系统；其中，压力室组件包括压力室底座，设置在压力室底座顶部四周的四个刚性加载板，以及分别设置在四个刚性加载板外侧的四个刚性加载端，压力室底座和四个刚性加载板形成一个立方腔体，立方体试样位于该立方腔体内，四个刚性加载板和立方体试样的顶部自下而上设置有顶部刚性加载板和压力室盖板，该压力室盖板的中心处开设有槽孔，槽孔内的顶部刚性加载板外侧设置有顶部刚性加载端；
[0006]加载系统包括平行设置的加载系统底板和加载系统顶板，设置在加载系统底板和加载系统顶板之间的四个伺服加载系统，以及设置在加载系统顶板顶部的轴向伺服加载系统；试验时，压力室组件设置在加载系统底板和加载系统顶板之间，四个伺服加载系统和轴向伺服加载系统分别用于对四个刚性加载端和顶部刚性加载端施力；
[0007]该实验方法包括以下步骤:
[0008]1)将压力室底座置于振动台上；
[0009]2)在压力室底座顶部四周上，通过四个刚性加载板相互搭接形成一个立方腔体；
[0010]3)在形成的立方腔体内通过振动法成型立方体试样；
[0011]4)通过振动法完成立方体试样成型后，将顶部刚性加载板和顶部刚性加载端放置好，并将压力室盖板放置，调整好位置，整体形成压力室组件；
[0012]5)将压力室组件移置于加载系统底板和加载系统顶板之间；
[0013]6)压力室组件就位后，调整四个伺服加载系统，使其分别与对应的刚性加载端接触，调整轴向伺服加载系统，使其与顶部刚性加载端接触；
[0014]7)按照预定的试验方案，通过四个伺服加载系统和轴向伺服加载系统实现对立方体试样加载，即完成对立方体试样的加载过程。
[0015]本发明进一步的改进在于，压力室盖板中心处开设的槽孔为方形槽孔。
[0016]本发明进一步的改进在于，每个刚性加载板与立方体试样周向之间还设置有一个复合式加载板。
[0017]本发明进一步的改进在于，每个复合式加载板包括弹性格栅以及用于填充该弹性格栅空隙处的刚性块。
[0018]本发明进一步的改进在于，加载系统还包括设置在压力室底座与加载系统底板之间的钢垫片。
[0019]本发明进一步的改进在于，加载系统还包括设置在压力室底座与加载系统底板之间的升降式滑动导轨。
[0020]本发明进一步的改进在于，每个伺服加载系统和轴向伺服加载系统均包括液压油缸以及用于控制液压油缸伸缩的控制器。
[0021]本发明进一步的改进在于，压力室底座顶部和压力室盖板底部均开始有方形槽，顶部刚性加载板设置在压力室盖板的方形槽内，且四个刚性加载板的两端分别设置在压力室底座的方形槽四周和压力室盖板的方形槽四周上。
[0022]与现有技术相比，本发明具有以下有益技术效果:
[0023]本发明提供的混合边界加载方式的级配碎石真三轴仪，具有构造简单、使用试件尺寸大，能够完成三向荷载施加，施加荷载强度高的优点。
[0024]本发明试验方法中使用五套液压伺服系统施加混合式边界加载，级配碎石试样可实现三向等压加载和三向不等压加载，并且可以实现不同荷载方式加载。当轴向荷载最大时，级配碎石试样在竖直方向发生压缩变形，试样水平方向的混合式加载板也随着压缩变形；当水平方向荷载最大时，由于刚性加载板和底座都经过特殊处理同理，可自由滑动，试样可在水平方向发生压缩变形，另外两个方向随之发生膨胀。各刚性加载板之间预留有一定的间距，也可有效地避免刚性加载板之间的相互干扰。
【附图说明】
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[0025]图1为级配碎石真三轴仪压力室组件的横截面结构示意图。
[0026]图2为级配碎石真三轴仪压力室组件的纵剖面结构示意图。
[0027]图3为级配碎石真三轴仪压力室组件的立体示意图。
[0028]图4为级配碎石真三轴仪的立体示意图。
[0029]图5为复合式加载板的结构示意图。
[0030]图中:1为第一刚性加载端，4为第二刚性加载端，7为第三刚性加载端，10为第四刚性加载端，2为第一刚性加载板，5为第二刚性加载板，8为第三刚性加载板，11为第四刚性加载板，3为第一复合式加载板，6为第二复合式加载板，9为第三复合式加载板，12为第四复合式加载板；13为压力室底座，14为立方体试样；15为弹性格栅，16为刚性块，17为压力室盖板，18为顶部刚性加载板，19为顶部刚性加载端；
[0031]20为轴向伺服加载系统，21为第一伺服加载系统，22为第二伺服加载系统，23为第三伺服加载系统，24为第四伺服加载系统；25为压力室组件，26为升降式滑动导轨，27为钢垫片，28为加载系统顶板，29为加载系统底板。【具体实施方式】:
[0032]以下结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
[0033]如图1至图4所示，本发明提供的混合边界加载方式的级配碎石真三轴仪，包括压力室组件25和加载系统；其中，压力室组件25包括压力室底座13，设置在压力室底座13顶部四周的四个刚性加载板，以及分别设置在四个刚性加载板外侧的四个刚性加载端，压力室底座13和四个刚性加载板形成一个立方腔体，立方体试样14位于该立方腔体内，四个刚性加载板和立方体试样14的顶部自下而上设置有顶部刚性加载板18和压力室盖板17，该压力室盖板17的中心处开设有方形槽孔，方形槽孔内的顶部刚性加载板18外侧设置有顶部刚性加载端19。此外，压力室底座13为刚性支撑板，表面经过处理，使与四个复合式加载板之间摩擦系数很小。
[0034]加载系统包括平行设置的加载系统底板29和加载系统顶板28，设置在加载系统底板29和加载系统顶板28之间的四个伺服加载系统，以及设置在加载系统顶板28顶部的轴向伺服加载系统20 ;试验时，压力室组件25设置在加载系统底板29和加载系统顶板28之间，四个伺服加载系统和轴向伺服加载系统20分别用于对四个刚性加载端和顶部刚性加载端19施力。具体是，通过四个刚性加载端对四个刚性加载板进行施加荷载，进而对立方体试样14的四个侧面施加荷载，通过顶部刚性加载端19施加荷载传至顶部刚性加载板18，再作用在立方体试样14的顶面。压力室底座13和压力室盖板17共同实现压力盒的约束限制，形成六面包围的立方体试样14。
[0035]进一步的，每个刚性加载板与立方体试样14周向之间还设置有一个复合式加载板。具体来说，四个刚性加载板分别为第一至第四刚性加载板2、5、8及10，四个刚性加载板外侧对应的四个刚性加载端分别为第一至第四刚性加载端1、4、7及10，第一至第四刚性加载板2、5、8及10与立方体试样14周向之间设置的复合式加载板分别为第一至第四复合式加载板3、6、9及12。第一至第四刚性加载端1、4、7及10对应的四个伺服加载系统分别为第一至第四伺服加载系统21、22、23及24。且有，每个伺服加载系统和轴向伺服加载系统20均包括液压油缸以及用于控制液压油缸伸缩的控制器。其中，第一伺服加载系统21和第三伺服加载系统23为对向加载系统，施加水平向荷载；第二伺服加载系统22和第四伺服加载系统24为对向加载系统，施加水平向荷载；轴向伺服加载系统20施加轴向荷