专利名称：用于测量岩土工程试块真三轴蠕变的装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种用于测量岩土工程试块真三轴蠕变的装置。
背景技术：
蠕变是指固体材料在保持应力不变的条件下，应变随时间延长而增加的现象。它与塑性变形不同，塑性变形通常在应力超过弹性极限之后才出现，而蠕变只要应力的作用时间相当长，它在应力小于弹性极限时也能出现。岩土工程中蠕变现象非常普遍，很多岩土工程灾害也与岩土体蠕变息息相关，如滑坡，塌方，地基沉降等，因此研究岩土体蠕变非常必要，这也是岩土工程安全的重要保证。以往的岩土工程蠕变试验往往停留在单轴、假三轴的试验上，单轴试验忽略了试块围压的影响，假三轴试验则忽略了试块各向压力的不等性，这些都不能准确反映岩土体在实际条件下的真实受力及蠕变行为。国内外岩土体真三轴蠕变试验仪器非常少见，结构十分复杂，规模相对庞大，操作繁琐，价格昂贵，并只用于高强度的蠕变试验中，对于低强度条件下的三轴蠕变往往丧失准确性。目前，对于低强度条件下岩土的蠕变现象的研究较为欠缺。
发明内容本实用新型的目的是为克服上述现有技术的不足，提供用于测量岩土工程试块真三轴蠕变的装置。为实现上述目的，本实用新型采用下述技术方案:用于测量岩土工程试块真三轴蠕变的装置，包括支撑结构，所述装置还包括四个围压板与上、下加压板，以形成一包裹试块的封闭腔；所述围压板包括两个长围压板和两个短围压板，所述上、下加压板为长方形的顶部钢板和底部钢板，所述底部钢板的相邻两个侧面搭设两个向外侧弯折的“L”形长围压板，剩余的两个侧面搭设两个向外侧弯折的“L”形短围压板，所述短围压板的底端置于底部钢板上；所述长围压板的顶端搭设顶部钢板，所述顶部钢板与两个短围压板的内侧面紧贴；所述支撑结构的内部对应于四个围压板与上、下加压板均垂直设有压力传感器，所述压力传感器上均设有光栅尺。所述支撑结构包括底板和“十”字形的顶部钢支架，所述顶部钢支架的四个末端分别通过侧部钢支架与底板连接；所述底板的中央以及侧部钢支架的中央分别朝向内部设有液压千斤顶。所述顶部钢支架的交叉处下端与连接钢片I连接，所述液压千斤顶分别通过压力传感器与连接钢片II VI连接，所述连接钢片I的下端设有顶部滑轮，连接钢片II的顶端设有底部滑轮，连接钢片III VI朝向内侧均设有侧向滑轮；所述顶部滑轮支撑顶部钢板，所述底部滑轮支撑用于放置方形试块的底部钢板，所述试块的四个侧面分别与两个长围压板以及两个短围压板紧密贴合；所述侧向滑轮支撑四个围压板的外侧面。所述围压板的肩部内侧和底部分别设有围压板肩部滑轮和围压板底部滑轮。[0011]利用上述装置测量岩土工程试块真三轴蠕变的方法，具体步骤如下:I)装配试验装置，形成一封闭腔包裹试块；2)预加压，使支撑结构的内部与四个围压板以及上、下加压板接触，并保持稳定；3)调节与底部钢板对应的压力传感器的示数，使之归零，并记录相应光栅尺的初始读数；4)分别调节X轴、y轴、z轴方向的液压千斤顶，使三个方向的压力传感器的读数分别达到设定值，并保持稳定；所述设定值的范围为O 5MPa ；5)测量X方向、y方向的蠕变位移，取底部钢板的上升距离作为试块轴向蠕变位移。所述步骤I)的具体方法是:搭置支撑结构，将底部钢板搭设在支撑结构内的底部，将两个长围压板搭设在底部钢板的相邻侧面；将试块放置于底部钢板上，并紧靠长围压板，将两短围压板安置于底部钢板上，并与试块接触；将顶部钢板置于长围压板上，与两个短围压板的侧面接触，形成封闭腔包裹试块。所述搭置支撑结构的具体方法是:将“十”字形顶部钢支架的四个末端分别通过侧部钢支架连接至底板；底板的中央以及侧部钢支架的中央分别朝向内部安装液压千斤顶；顶部钢支架的交叉处下端与连接钢片I连接，液压千斤顶分别通过压力传感器与连接钢片II VI连接，各个压力传感器上均安装光栅尺，连接钢片I的下端安装顶部滑轮，连接钢片II的顶端安装底部滑轮，连接钢片III VI朝向内侧均安装侧向滑轮；顶部滑轮支撑顶部钢板，底部滑轮支撑底部钢板，侧向滑轮支撑四个围压板的外侧面。所述步骤5)中，测量X方向、y方向的蠕变位移的具体方法是:I天内每隔30分钟测量一次，I天以后每隔2小时测量一次。本实用新型的工作原理:I方形试块四周以四组环绕钢板包裹，通过四钢板的挤压作用近似模拟围压；2四组钢板采用“风车式”的搭接方式，侧向受力时可在一定范围内自由改变相对位置；3四组钢板接触面之间安置滚珠式滑轮，减小摩擦阻力，同时克服了偏压作用；4试块上下方两组挡板错位搭接，各覆盖两组环绕钢板，保证试块轴向受力时的自由变形；5环绕钢板外侧通过滚珠式滑轮连接压力传感器，采用液压千斤顶加压的方式施加侧向应力，传感器可对压力进行精确控制；6重力加载无法实现本装置的轴向加压，本装置采用自下向上挤压试块的方式，保证了整个装置的稳定性。本实用新型通过四组围压板与上、下加压板的相互可滑动搭接，实现了试块的三向加载。四组围压板，采用“风车式”的搭接方式，侧向受力时可在一定范围内自由改变相对位置，保证了 X向与y向受力的独立性；上下加压板与两组侧向钢板上下错开的搭接方式，保证了试块Z轴向受力的独立性；“风车式”的环绕结构可以使试块侧向受到不等的围压，并且可以保证试块侧向自由变形，保证了侧压的独立性。四组围压板的接触面之间安置滚珠式滑轮，减小了摩擦阻力，且可自由相对滑动。四组围压板采用“L”形的设计形态，克服了围压板运动过程的偏压作用。加压板外侧与压力传感器以滑轮形式接触连接，保证了轴压沿试件轴心方向，同时确保了轴压的独立性。通过两组“L”形的长侧压板与两组“L”形的短侧压板上下错位搭接，实现了试块轴向受力时的自由变形，同时保证了试块轴向受力的独立性。“L”形钢板外侧与压力传感器以滑轮方式接触连接，保证了装置沿试块轴心方向加压，同时保证了试块轴压与侧压的独立性。加压通过液压千斤顶实现，确保压力的恒定。利用压力传感器实现了对压力的精确恒定控制。采用光栅尺量测试块的三向位移，极大提高了实验精度。本实用新型克服了以往真三轴蠕变中遇到的难题，“风车式”的环绕结构可以使试块侧向受到不等的围压，且可以自由形变，滚珠式滑轮的使用降低了环绕钢板间的摩擦，且可在一定范围内自由移动；电子压力传感器控制液压千斤顶加压的方式可对岩土体试块进行准确，恒定地加压，确保了实验精度；轴向压力采用自下而上加压的方式确保了试块轴向的自由形变，且保证了整个装置的稳定。本实用新型的有益效果是，I本实用新型解决了以前实验中的诸多不便，实现了低压条件下试块蠕变的模拟实验。2.液压千斤顶加压简单而容易实现，便于调节；3.蠕变过程变形较慢，试验周期长，通过液压千斤顶自动调控加压的方式，保证了实验精度，足以满足低强度蠕变实验的需要；4.压力传感器的安装保证了蠕变围压的恒定，确保了低强度真三轴蠕变实验的准确性。5采用自下向上挤压试块的方式，保证了整个装置的稳定性。6.采用光栅尺量测试块位移，提高了试验精度。
图1为本实用新型的结构示意图；图2是支撑结构的结构示意图；图3是短围压板方向的侧面视图；图4是长围压板方向的侧面视图；图5是加载试块前的视图；图6是加载试块后的视图；其中I固定螺丝2.顶部钢支架3.侧部钢支架4.光栅尺5.底板6.液压千斤顶
7.侧向滑轮8.连接钢片119.底部滑轮10.压力传感器11.顶部钢板12.短围压板13.长围压板14.底部钢板15.围压板肩部滑轮16.围压板底部滑轮。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型进行进一步的阐述，应该说明的是，下述说明仅是为了解释本实用新型，并不对其内容进行限定。本实用新型包括支撑结构，支撑结构的内部滑动搭接四个围压板与上、下加压板，以形成一包裹试块的封闭腔；围压板包括两个长围压板13和两个短围压板14，上、下加压板为长方形的顶部钢板11和底部钢板14，底部钢板14的相邻两个侧面搭设两个向外侧弯折的“L”形长围压板13，剩余的两个侧面搭设两个向外侧弯折的“L”形短围压板12，短围压板12的底端置于底部钢板14上；长围压板13的顶端搭设顶部钢板11，顶部钢板11与两个短围压板12的内侧面紧贴；支撑结构的内部对应于四个围压板与上、下加压板均垂直设有压力传感器10，压力传感器10上均设有光栅尺4。支撑结构包括底板5和“十”字形的顶部钢支架2，顶部钢支架2的四个末端分别通过侧部钢支架3与底板5连接，连接处以固定螺丝I固定连接；底板5的中央以及侧部钢支架3的中央分别朝向内部设有液压千斤顶6。顶部钢支架2的交叉处下端与连接钢片I连接，液压千斤顶6分别通过压力传感器10与连接钢片118、连接钢片II1、连接钢片IV、连接钢片V、连接钢片VI连接，所述连接钢片I的下端设有顶部滑轮，连接钢片118的顶端设有底部滑轮9，连接钢片III VI朝向内侧均设有侧向滑轮7 ;顶部滑轮支撑顶部钢板11，底部滑轮9支撑用于放置方形试块的底部钢板14，试块的四个侧面分别与两个长围压板13以及两个短围压板12紧密贴合；侧向滑轮7支撑四个围压板的外侧面。围压板的肩部内侧和底部分别设有围压板肩部滑轮15和围压板底部滑轮16。利用上述装置测量岩土工程试块真三轴蠕变的方法，具体步骤如下:I)装配试验装置，形成一封闭腔包裹试块；2)预加压，使支撑结构的内部与四个围压板以及上、下加压板接触，并保持稳定；3)调节与底部钢板14对应的压力传感器10的示数，使之归零，并记录相应光栅尺4的初始读数；4)分别 调节X轴、y轴、z轴方向的液压千斤顶6，使三个方向的压力传感器10的读数分别达到设定值，并保持稳定；设定值的范围为O 5MPa ；5)测量X方向、y方向的蠕变位移，取底部钢板14的上升距离作为试块轴向蠕变位移。步骤I)的具体方法是:搭置支撑结构，将底部钢板14搭设在支撑结构内的底部，将两个长围压板13搭设在底部钢板14的相邻侧面；将试块放置于底部钢板14上，并紧靠长围压板13，将两短围压板12安置于底部钢板14上，并与试块接触；将顶部钢板11置于长围压板13上，与两个短围压板12的侧面接触，形成封闭腔包裹试块。搭置支撑结构的具体方法是:将“十”字形顶部钢支架2的四个末端分别通过侧部钢支架3连接至底板；底板5的中央以及侧部钢支架3的中央分别朝向内部安装液压千斤顶6 ;顶部钢支架2的交叉处下端与连接钢片I连接，液压千斤顶6分别通过压力传感器10与连接钢片Π8、连接钢片II1、连接钢片IV、连接钢片V、连接钢片VI连接，各个压力传感器10上均安装光栅尺4，连接钢片I的下端安装顶部滑轮，连接钢片118的顶端安装底部滑轮9，连接钢片III VI朝向内侧均安装侧向滑轮7 ;顶部滑轮支撑顶部钢板，底部滑轮9支撑底部钢板14，侧向滑轮7支撑四个围压板的外侧面。步骤5)中，测量X方向、y方向的蠕变位移的具体方法是:I天内每隔30分钟测量一次，I天以后每隔2小时测量一次。上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式
进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。
权利要求1.用于测量岩土工程试块真三轴蠕变的装置，包括支撑结构，其特征在于，所述装置还包括四个围压板与上、下加压板，以形成一包裹试块的封闭腔；所述围压板包括两个长围压板和两个短围压板，所述上、下加压板为长方形的顶部钢板和底部钢板，所述底部钢板的相邻两个侧面搭设两个向外侧弯折的“L”形长围压板，剩余的两个侧面搭设两个向外侧弯折的“L”形短围压板，所述短围压板的底端置于底部钢板上；所述长围压板的顶端搭设顶部钢板，所述顶部钢板与两个短围压板的内侧面紧贴；所述支撑结构的内部对应于四个围压板与上、下加压板均垂直设有压力传感器，所述压力传感器上均设有光栅尺。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述支撑结构包括底板和“十”字形的顶部钢支架，所述顶部钢支架的四个末端分别通过侧部钢支架与底板连接；所述底板的中央以及侧部钢支架的中央分别朝向内部设有液压千斤顶。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述顶部钢支架的交叉处下端与连接钢片I连接，所述液压千斤顶分别通过压力传感器与连接钢片II VI连接，所述连接钢片I的下端设有顶部滑轮，连接钢片II的顶端设有底部 滑轮，连接钢片III VI朝向内侧均设有侧向滑轮；所述顶部滑轮支撑顶部钢板，所述底部滑轮支撑用于放置方形试块的底部钢板，所述试块的四个侧面分别与两个长围压板以及两个短围压板紧密贴合；所述侧向滑轮支撑四个围压板的外侧面。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述围压板的肩部内侧和底部分别设有围压板肩部滑轮和围压板底部滑轮。
专利摘要本实用新型公开了一种用于测量岩土工程试块真三轴蠕变的装置，它包括支撑结构，还包括四个围压板与上、下加压板，以形成一包裹试块的封闭腔；围压板包括两个长围压板和两个短围压板，上、下加压板为长方形的顶部钢板和底部钢板，底部钢板的相邻两个侧面搭设两个向外侧弯折的“L”形长围压板，剩余的两个侧面搭设两个向外侧弯折的“L”形短围压板，短围压板的底端置于底部钢板上；长围压板的顶端搭设顶部钢板，顶部钢板与两个短围压板的内侧面紧贴；支撑结构的内部对应于四个围压板与上、下加压板均垂直设有压力传感器，压力传感器上均设有光栅尺。
文档编号G01N3/28GK203164066SQ20132014578
公开日2013年8月28日 申请日期2013年3月27日 优先权日2013年3月27日
发明者李利平, 雷霆, 张乾青, 石少帅, 周宗青, 李术才, 王庆瀚, 陈云娟 申请人:山东大学