一种侧限条件可调节式岩土体竖向压缩辅助试验装置的制作方法

所属技术领域

本发明涉及一种竖向压缩辅助试验装置，尤其是指在岩土工程领域借助伺服压力机进行岩土体竖向压缩试验的辅助试验装置，即侧限条件可调节式岩土体竖向压缩辅助试验装置。

背景技术：

对服役过程中的岩土体而言，围压状态的差异，尤其是临空面的存在会影响其力学性能。根据岩土体在建筑结构或自然界中的位置，并考虑临空面的数量及其相对位置后可将受压工况简化为六种情况，分别为：①无侧限受压工况，如普通岩石柱体；②单面侧限受压工况，如有依托面的岩石柱体；③邻面侧限受压工况，如角部突出的受压岩体；④对面侧限受压工况，如岩石条形基础；⑤三面侧限受压工况，如高切坡岩石临空部位的岩体；⑥完全（四面）侧限受压工况，如深部岩体。各类受压工况因围压不同而导致其服役过程中应力分布规律不一，承载能力存在很大差异。

目前，通常采用以下三种室内外试验方法来实现对岩土体在各种工况下变形和强度的研究，方法一：无侧限单轴压缩试验，该方法将圆柱形和角柱形等各种形状的岩样或土样直接放置在压力设备加压仓内，通过轴向施加荷载进行试验，该工况下试样侧向位移不受约束，最终通过轴向加压造成试样压缩破坏；方法二：普通三轴压缩试验,也叫做假三轴压缩试验，该方法将圆柱形岩样放在具有液压的容器中,对圆柱形岩土体试样施加恒定围压后再施加轴向压力,直至发生剪切破坏；方法三：真三轴压缩试验，该方法采用直接棱柱体或立方体岩样,附以消除端面摩擦的垫板,从x、y、z三个方向施加大小不同的压力，以测定试样的变形和强度特征。

对于方法一而言，只在其轴向上受力，而其水平方向位移不受限制，故只能模拟无侧限的受压工况；对第二种试验方法，常规三轴试验中主应力和小主应力相等（σ2=σ3），就是使试样在轴对称的应力状态下进行试验，这显然无法适用于所有工况，因为实际岩土环境中，土单元所受的大主应力、中主应力和小主应力往往是不相等的，因此无法模拟实际受压工况下岩土体的应力应变关系；方法三中的真三轴压缩试验虽在假三轴压缩试验的基础上有所改进，使岩石试件处于三个主应力不相等（即σ1>σ2>σ3）的应力组合状态下，但是仍然不能模拟单边受限、邻边侧限等实际服役工况，同时该方法所使用的真三轴试验机存在造极其昂贵、能耗高、操作复杂等缺点。

综上所述，设计开发出一种能够灵活调整侧限条件，并能在常规压力机上使用的竖向压缩辅助试验装置具有很强的必要性。该辅助试验装置加工完成后通过灵活拆装即可实现前述六种工况的室内试验，进而室内模拟岩土工程领域处于不同服役状况的岩土体的变形与力学性能，该装置的开发具有广泛的应用前景。

技术实现要素：

发明内容概述

为了解决现有技术中岩土体强度和变形研究时使用真三轴试验机成本昂贵、操作复杂、能耗高、实用性差和难以对岩土体所处的上述所有六种工况实现模拟等问题，本发明提供了一种结构简单、操作方便、成本低廉、实用性高、能耗低、可实时测定并记录，并可实现模拟前述六种土体侧限受压工况的侧限条件可调节式岩土体竖向压缩辅助试验装置。

拟解决的技术问题与采取的技术方案

本发明拟解决的主要技术问题是设计一套能够在室内常规竖向压缩试验过程中用于辅助改变试样侧限条件的装置，该装置须实现试样侧限条件可灵活调节，并能够与室内常规压力机配套使用。

为解决上述技术问题，侧限条件可调节式岩土体竖向压缩辅助试验装置包括底板、左侧壁，右侧壁、前侧壁、后侧壁、螺纹、螺栓、传压模块、位移传感器、比侧台。其特征在于:所述底板上设置有数个螺孔，并预留好螺纹，能使各侧壁通过螺栓和螺纹固定在底板上；所述左（右）侧壁由一个条形底板和一面矩形面板组成，条形底板上预留螺孔，可通过螺栓和前（后）侧壁固定或拆卸；所述的前（后）侧壁由一个条形底板、一面矩形面板和两个条形竖板构成，条形底板和两个条形竖板上都均匀布置螺孔、螺纹、螺栓，并可通过螺栓和左（右）侧壁安装和拆卸；左（右）侧壁和前（后）侧壁围成内径空腔用于装载试样，长乘以宽尺寸为150cm×150cm，高度为180cm~200cm，以使标准立方体试样刚好可放入其中；所述传压模块由圆柱体和一底板构成，底板的宽度略小于前述腔体尺寸150cm×150cm，使其刚好可放置在试样表面，并可在压力机作用下上下移动。试验时，首先在腔体内装载试样，受压模块放置在立方体试样表面，使试样竖向受力均匀。所述位移传感器由比测台固定，位移传感器连接计算机后可自动实时采集试验过程中试样的侧面位移数据，位移传感器可选用市场上技术比较成熟的千分表、位移计或激光测距仪等。所述比测台可将位移传感器固定在立方体试样的临空面位置，并能手动调节位移传感器的位置，以测定试样在各侧限受压条件下的水平位移。

发明的有益效果

与现有技术相比，采用本发明所述的设计方案，可以实现如下有益效果：

（1）上述侧限条件可调节式岩土体竖向压缩辅助试验装置，通过灵活拆装前、后、左、右护壁改变试样的侧限条件，以实现对岩土体不同受压工况的模拟，有效解决了传统三轴仪、真三轴仪试验工况单一的问题，且具有操作简单，实用性强等优点。

（2）上述侧限条件可调节式岩土体竖向压缩辅助试验装置，融合了通过比测台固定的位移传感器，并通过数据线连接计算机采集数据，可在试验工程中实时采集岩土体受压情况下临空面的位移；比测台除了起到固定位移传感器的作用外，它还具有可旋转式的旋臂，试验过程中可人为干预控制位移传感器的方向和角度，具有方便、实用等优点。

（3）上述侧限条件可调节式岩土体竖向压缩辅助试验装置，装载试样的腔体及传力装置由钢材构成，相对较高的强度和稳定性能够确保试验结果的精度和准确性。

（4）上述侧限条件可调节式岩土体竖向压缩辅助试验装置，它还包括传压模块，传压模块的底板是平滑的面板，上部为钢制圆柱体。钢制圆柱体直接承受压力机传递的竖向压力，平滑面板能够均匀传递竖向压力。

附图说明

下面结合附图和实例对本发明作进一步说明。

图1是本发明的轴侧图。

图2是设备底板的结构图。

图3是前（后）侧壁的结构图。

图4是左（右）侧壁的结构图。

图5是连接压力机和试样的传压模块。

图6是记录试样临空面位移的装置

在图中：1.底板，2.前（后）侧壁的条形底板，3.螺栓，4.前（后）侧壁的矩形面板，5.左（右）侧壁的底板，6.左（右）侧壁的条形竖板，7.左（右）侧壁的矩形面板，8.传压模块的底板，9.传压模块的圆柱体，10.比测台，11.位移传感器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本技术做进一步说明。

本发明这样实现的，所述底板1上设置有数个螺孔，并预留好螺纹，能使各侧壁通过螺栓3和螺纹固定在底板1上或者通过拧松螺栓进行拆卸。所述前（后）侧壁（图3）由一个条形底板2和一面矩形面板4组成，条形底板2上预留螺孔，可通过螺栓3和左（右）侧壁（图4）固定和拆卸。所述的左（右）侧壁由一个条形底板5、一个矩形面板7和两个条形竖板6构成，条形底板5和两个条形竖板5上都均匀布置螺孔、螺纹、螺栓，并可通过螺栓3和前（后）侧壁安装和拆卸。所述比测台10可将位移传感器11固定在立方体试样的临空面位置，并能手动调节位移传感器11的位置，以测定试样在各侧限受压条件下的水平位移。

关于试验过程中六种工况的设置做如下说明：将四面侧壁都通过螺栓拆卸掉是便形成了无侧限的受压工况；当将其中三面拆卸后，便形成了单面侧限受压工况；当只留下相邻的两面侧壁，便形成了邻边侧限受压工况；当拆除一个前侧壁和一个后侧壁，便形成对边侧限受压工况；当只拆除一面侧壁，便形成了三面侧限受压工况；当四面侧壁全部安装完成，便形成了四面侧限的受压工况。以此种方式，将该压缩辅助试验装置于常规压力机结合便能够对岩土体所处的前述六种工况实施室内试验，并实时采集试样的竖向与水平向变形，以进一步分析岩土体在各种复杂工况下的应力应变和变形、强度等特征。