实现变尺寸泥水劈裂试验的三轴仪装置的制作方法

本实用新型涉及隧道修建技术领域，尤其涉及一种实现变尺寸泥水劈裂试验的三轴仪装置。

背景技术：

在隧道修建技术高速发展的今天，盾构法日益成为隧道施工的主流工法，尤其在水下隧道工程施工时基本都用到了泥水平衡盾构。泥水平衡盾构是通过在泥水仓施加泥水压力来维持刀盘前方掌子面的稳定，并通过泥水循环将渣土排出。而泥水仓泥水压力的设定对盾构的安全施工有着不可忽视的作用，泥水仓泥水压力过小可能会引起掌子面失稳坍塌，水压力过大可导致地层劈裂，引发泥水喷发、河(海)水倒灌等事故。因此，研究掌子面泥水压力的合理设定值对确保掌子面稳定具有重要意义。

目前，国内对于泥水压力的研究主要采用理论计算、室内试验和现场试验的方法。由于工程现场地质条件复杂，理论计算难以准确计算出泥水的合理设定范围，而现场试验操作复杂，危险性高，因此室内试验成为研究泥水劈裂压力的主要手段。实验室内研究泥水劈裂压力主要是在改造后的三轴仪上进行，将三轴仪原来的反压系统改为注浆系统，通过施加围压和轴压模拟地层应力。

由于目前三轴仪的试样台座的形状、尺寸是固定的，一个试验设备只能对一种形状、尺寸的试样进行试验，想要获取不同形状、尺寸试样的试验结果需要多个不同规格的三轴以进行试验，增大试验成本，且进行试验时试样中孔的泥水很容易渗入到试样底部与台座之间的缝隙导致试验失败。

技术实现要素：

本实用新型实施例提供了一种实现变尺寸泥水劈裂试验的三轴仪装置法，以克服现有技术的问题。

为了实现上述目的，本实用新型采取了如下技术方案。

根据本实用新型的一个方面，提供了一种实现变尺寸泥水劈裂试验的三轴仪装置，包括：底板(10)、放置在底板(10)上的试样台座(5)、放置在试样台座(5)上的试样(2)、放置在试样(2)的中孔底端的变径管(8)、放置在试样(2)顶部的顶板(6)和放置在试样(2)外壁的橡胶膜(1)；

所述底板(10)的下方设有注浆口(7)，试样台座(5)的中孔与注浆口(7)相通，变径管(8)的细端插入试样台座(5)的中孔，所述变径管(8)的粗端伸入试样(2)的中孔内，在所述橡胶膜(1)外部施加指定围压14，同时在顶板上部施加指定轴压11，之后从所述注浆口(7)注入泥浆经过所述变径管(8)流入到试样(2)的中孔直至试样(2)劈裂。

进一步地，所述装置还包括套装在试样台座(5)外缘的套环(3)、(13)，套环(3)、(13)的内径与试样台座(5)的外径一致，套环(3)、(13)内侧预留密封槽(12)，在所述密封槽(12)中放置密封圈(9)。

进一步地，所述橡胶膜(1)的内径与试样(2)的外径一致，橡胶膜(1)的上、下端分别套装在顶板(6)和套环(3)、(13)的外缘，橡胶膜(1)的外侧用喉箍(4)箍紧，在橡胶膜(1)的外侧通过施加水压为试样(2)施加围压。

进一步地，所述密封圈(9)为橡胶材质，所述顶板(6)为实心金属材质板，顶板(6)的形状和大小与试样(2)的横截面一致。

进一步地，所述试样(2)为中空圆柱体或者中空长方体。

根据本实用新型的另一个方面，提供了一种所述的实现变尺寸泥水劈裂试验的三轴仪装置的使用方法，包括如下步骤：

(1)根据试验要求进行制样，并根据试样形状、大小加工制作相对应的套环、顶板和橡胶膜；

(2)将密封圈放在套环内侧的密封槽内，之后将套环套装在试样台座的外缘，将变径管的细端插入试样台座的中孔，将变径管的粗端伸入试样的中孔内，将预制完的试样放在试样台座上，将试样的中孔与变径管的粗端对齐；

(3)将顶板放在试样的顶部，将橡胶膜套在试样的外壁，将橡胶膜的上下端用喉箍分别箍在顶板和套环的外缘；

(4)在橡胶膜的外部施加指定围压，同时在顶板上部施加指定轴压，之后通过注浆孔向试样中孔注入泥浆，直至试样劈裂。

进一步地，所述的方法还包括：当采用不同形状、尺寸的试样进行试验时，将套环换成相应形状、尺寸的套环，同时更换成相应的顶板和橡胶膜。

由上述本实用新型的实施例提供的技术方案可以看出，本实用新型实施例提出了一种在泥水劈裂试验中实现试样形状与尺寸切换的方法，本方法可以方便快捷地在泥水劈裂试验中切换模型的尺寸与形状，便于研究尺寸形状对劈裂试验的影响，同时设计了一种变径管有效地避免了中孔泥水渗入到试样底部与台座之间的缝隙。

本实用新型附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的一种实现变尺寸泥水劈裂试验的三轴仪装置结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的一种套环与试样台座结构示意图；

图3(1)、图3(2)为本实用新型实施例提供的一种圆环形和外方内圆套环结构示意图；

图中主要附图标记含义如下：

1-橡胶膜；2-试样；3-圆环形套环；4-喉箍；5-试样台座；6-顶板；7-注浆口；8-变径管；9-密封圈；10-底板；11-围压；12-密封槽；13-外方内圆套环；14-围压。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能解释为对本实用新型的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本实用新型的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本实用新型所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

为便于对本实用新型实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本实用新型实施例的限定。

图1为本实用新型实施例提供的一种实现变尺寸泥水劈裂试验的三轴仪装置的结构示意图；图2为本实用新型实施例提供的一种套环与试样台座结构示意图；图3(1)、图3(2)为本实用新型实施例提供的一种圆环形和外方内圆套环结构示意图；

如图1、2、3(1)和3(2)所示，上述实现变尺寸泥水劈裂试验的三轴仪装置包括底板10，设置在底板10上的试样台座5，放置在试样台座5上的试样2，套装在试样台座5外缘的套环3、13，设置在试样台座5与套环3、13之间的密封圈9，放在试样2的中孔底端的变径管8，放置在试样2顶部的顶板6，放置在试样2侧壁的橡胶膜1，将橡胶膜1箍在顶板6和套环3、13上的喉箍4。上述试样2可以为中空长方体或者中空圆柱体等形状。

本实施例中，所述底板10的下方设有注浆口7，外接注浆泵用来注浆，底板10上方设置有用来放试样的试样台座5，试样台座5的中心设置中孔，该中孔与注浆口7相通。

本实施例中，所述套环3、13内径与试样台座5外径一致，套环3、13套装在试样台座5外缘，套环3、13内侧预留密封槽12用来放置密封圈9，实现防水密封。所述套环3、13的外径根据试样2的外径设计加工，当采用中空长方体试样时，套环则采用外方内圆套环13，确保套环13外缘与试样2外缘的形状、大小保持一致，试验前根据试验方案预制一系列不同形状、尺寸的套环3、13，用于试验时更换。

本实施例中，所述密封圈9为橡胶材质，放置在套环3、13内侧的密封槽12内，用于密封套环3、13与试样台座5之间的接缝。

本实施例中，所述变径管8的两端外径分别与试样台座5、试样2的中孔一致，所述变径管8的细端插入试样台座5的中孔内，变径管8的粗端伸入试样(2)的中孔内，变径管8用来保护中孔壁，同时防止中孔内泥浆渗到试样2与台座5之间的缝隙。

本实施例中，所述顶板6为实心金属材质板，顶板6的形状和大小与试样2横截面一致，通过在顶板6上加压为试样2施加轴压11，试验前根据试验方案预制一系列不同形状、尺寸顶板6，用于试验时更换。

本实施例中，所述橡胶膜1为透明材质，内径与试样2外径一致，套装在试样2的外壁，在橡胶膜1的外侧通过施加水压为试样2施加围压14，橡胶膜1的上、下端分别套装在顶板6和套环3外缘，橡胶膜1的外侧用喉箍4箍紧。试验前根据试验方案预制一系列不同形状、尺寸的橡胶膜1，用于试验时更换。

基于上述实现变尺寸泥水劈裂试验的三轴仪装置，本实用新型实施例还提供了一种在泥水劈裂试验中实现试样形状与尺寸切换的方法，包括步骤如下：

(1)根据试验要求进行制样，试样2可为中心圆孔圆柱试样或中心圆孔长方体试样，并根据试样形状、大小加工制作一系列相对应的套环3、13、顶板6和橡胶膜1。

(2)将密封圈9放在套环3、13内侧密封槽12内，之后将套环3、13套装在试样台座5外缘，并将变径管8细端插入试样台座5中孔，变径管8的粗端伸入试样2的中孔内，将预制完的试样2放在试样台座5上，确保试样中孔与变径管8粗端对齐。

(3)将顶板6放在试样2顶部，将橡胶膜1套装在试样的外壁，将橡胶膜1的上下端用喉箍4分别箍在顶板6和套环3、13外缘。

(4)在橡胶膜1外部施加指定围压14，同时在顶板上部施加指定轴压11，之后通过注浆孔7向试样中孔注入泥浆，直至试样劈裂。

(5)本组试验完成后，若要采用不同形状、尺寸的试样2进行试验时，将套环换成相应形状、尺寸的套环3、13，同时更换成相应的顶板6和橡胶膜1。

综上所述，本实用新型实施例提出了一种在泥水劈裂试验中实现试样形状与尺寸切换的方法，本方法可以方便快捷地在泥水劈裂试验中切换模型的尺寸与形状，便于研究尺寸形状对劈裂试验的影响，同时设计了一种变径管有效地避免了中孔泥水渗入到试样底部与台座之间的缝隙。

当采用不同形状、尺寸的试样进行试验时，将套环换成相应形状、尺寸的套环，同时更换成相应的顶板和橡胶膜，从而实现了在一台常规三轴仪上实现不同尺寸与形状试样的劈裂试验。

本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本实用新型所必须的。

本领域普通技术人员可以理解：实施例中的装置中的部件可以按照实施例描述分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的部件可以合并为一个部件，也可以进一步拆分成多个子部件。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。