一种真三轴多尺寸试样的试验装置及试验方法

本发明涉及岩石力学真三轴试验，具体涉及一种真三轴多尺寸试样的试验装置及试验方法。

背景技术：

1、对岩土材料的力学及变形性能试验研究是建立岩土本构模型的基础，土工试验也是用来完善岩土体的发展理论及计算方法的有效手段，尤其是关于岩土材料三向受力变形特征的研究对于现场设计和施工具有指导性意义。真三轴仪加载试验装置作为土木工程领域的室内试验设备，可真实模拟岩土体的三向受力状态，即对长方体试件三个方向(即x方向、y方向和z方向)上分别单独施加的应力分量，通过对三者应力分量的组合，研究主应力与应变的关系及强度特征，即岩土体的本构关系。因此，真三轴试验相较于传统常规三轴试验可以更好的研究复杂应力环境下土体的力学及强度特征，从而具有广泛应用。

2、然而，现有的单一真三轴仪通常只能进行单一设计尺寸试样的加载试验，如果想研究尺寸效应对加载结果的影响则需要进行不同尺寸试样的真三轴试验，同时，需要对应更换不同型号的现有真三轴仪或者对应更换不同型号的压头。当采用不同真三轴仪则很难排除掉仪器对中和压头摩擦等不同对不同尺寸试样的影响。

3、综上所述，需要提供一种真三轴多尺寸试样的试验装置及试验方法以解决现有的单一真三轴仪在加载过程中只能进行单一设计尺寸试样加载试验的问题。

技术实现思路

1、本发明目的在于提供一种真三轴多尺寸试样的试验装置及试验方法，具体技术方案如下：

2、在第一方面，本发明提供了一种真三轴多尺寸试样的试验装置，所述试样为立方体试样；所述试验装置包括六个压头且分别对应所述立方体试样的六个面设置；在每个所述压头上均设置用于压向所述立方体试样对应面的压块组件；所述压块组件包括第一压块和同轴嵌套设置在所述第一压块内的多个调节压块；所述压块组件还包括设置在各所述压头内的多个调节构件；所述调节构件与所述调节压块一一对应设置，用于驱动所述调节压块靠近或远离所述第一压块。

3、可选的，所述调节压块包括第二压块和第三压块；所述第一压块、第二压块和第三压块由外向内依次同轴嵌套设置；所述调节构件包括第一调节组件和第二调节组件；所述第一调节组件与所述第二压块接触，用于驱动所述第二压块靠近或远离所述第一压块和所述第三压块；所述第二调节组件与所述第三压块接触，用于驱动所述第三压块靠近或远离所述第一压块和所述第二压块。

4、可选的，所述第一调节组件包括第一螺杆和第一控制转盘；所述第一螺杆沿所述压头的中心轴线设置在所述压头内；所述第一螺杆靠近所述立方体试样的一端与所述第二压块接触；在所述压头的径向方向上设置用于所述第一控制转盘贯穿安装的第一安装孔，所述第一控制转盘的一侧位于所述压头内，且与所述第一螺杆螺纹连接，而另一侧位于所述压头外；

5、所述第一螺杆与所述压头的内壁面接触，且在所述压头的内壁面上设置与所述第一螺杆适配的螺纹结构。

6、可选的，所述第二调节组件包括第二螺杆和第二控制转盘；所述第二螺杆同轴设置在所述第一螺杆中，且所述第二螺杆的长度大于所述第一螺杆；所述第二螺杆靠近所述立方体试样的一端与所述第三压块接触；在所述压头的径向方向上设置用于所述第二控制转盘贯穿安装的第二安装孔，所述第二控制转盘的一侧位于所述压头内，且与所述第二螺杆螺纹连接，而另一侧位于所述压头外。

7、可选的，所述压块组件还包括第一限位块和第二限位块；所述第一限位块设置在所述第二压块远离所述立方体试样的一侧上，在所述压头的内壁上设有用于对所述第一限位块行程限制的第一卡槽；所述第二限位块设置在所述第三压块远离所述立方体试样的一侧上，在所述第二压块的内壁上设有用于对所述第二限位块行程限制的第二卡槽。

8、可选的，在各所述压头靠近所述立方体试样的一端上均设置倒角。

9、在第二方面，本发明提供了一种采用所述的真三轴多尺寸试样的试验装置的试验方法，包括以下步骤：

10、步骤一：确定所述立方体试样的尺寸，并调节所述压块组件与所述立方体试样适配；

11、具体的，若所述立方体试样的尺寸与所述第一压块适配，则调节所述压块组件中的所述第一调节组件和所述第二调节组件至所述第二压块和所述第三压块靠近所述第一压块，且均与所述第一压块齐平；

12、若所述立方体试样的尺寸与所述第二压块适配，则调节所述压块组件中的所述第一调节组件和所述第二调节组件至所述第二压块和所述第三压块均远离超出所述第一压块，且所述第二压块和所述第三压块齐平；

13、若所述立方体试样的尺寸与所述第三压块适配，则调节所述压块组件中的所述第二调节组件至所述第三压块远离超出所述第一压块和所述第二压块；

14、步骤二：首先，将所述立方体试样的顶面和底面对应的两压头上的压块组件分别向所述立方体试样的顶面和底面的中心推进至接触；其次，将所述立方体试样位于顶面和底面之间的四个面对应的四个压头上的压块组件分别向所述立方体试样的四个面的中心推进至接触；最后，紧固密封压力室；

15、步骤三：将所述压力室推进真三轴加载系统，将所述压力室中的各所述压头与真三轴加载系统中的油缸连接；

16、步骤四：通过油缸将油液注入压力室内，把压力室内的空气排出，将油压调节到预计压力，确保压力室内的围压施加到预定值，使各所述压头与所述立方体试样紧密贴合；

17、步骤五：通过真三轴加载系统对所述立方体试样进行三向加载，完成加载试验。

18、可选的，在步骤一中，由所述第一压块、所述第二压块和所述第三压块齐平后组成的压面为正方形压面，且压面的边长为所述立方体试样的边长的0.85-0.95倍。

19、可选的，在步骤一中，由所述第二压块和所述第三压块齐平后组成的压面为正方形压面，且压面的边长为所述立方体试样的边长的0.8-0.9倍。

20、可选的，在步骤一中，由所述第三压块形成的压面为正方形压面，且压面的边长为所述立方体试样的边长的0.75-0.85倍。

21、应用本发明的技术方案，至少具有以下有益效果：

22、(1)本发明提供的一种真三轴多尺寸试样的试验装置，通过调节压块组件中的调节构件以驱动调节压块之间以及调节压块与第一压块之间组合形成不同尺寸的压面，从而能够进行多尺寸试样的真三轴加载试验，解决现有的单一真三轴仪在加载过程中只能进行单一设计尺寸试样加载试验的问题。另外，该装置操作简单，可重复使用，适应性较强，便于工程试验人员操作。

23、(2)本发明提供的一种真三轴多尺寸试样的试验装置的试验方法，能够进行多尺寸试样的真三轴加载试验，步骤简单且容易操作，具有较强的实用性。

24、除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

技术特征：

1.一种真三轴多尺寸试样的试验装置，其特征在于，所述试样为立方体试样；所述试验装置包括六个压头(1)且分别对应所述立方体试样的六个面设置；在每个所述压头(1)上均设置用于压向所述立方体试样对应面的压块组件；所述压块组件包括第一压块(2)和同轴嵌套设置在所述第一压块(2)内的多个调节压块；所述压块组件还包括设置在各所述压头(1)内的多个调节构件；所述调节构件与所述调节压块一一对应设置，用于驱动所述调节压块靠近或远离所述第一压块(2)。

2.根据权利要求1所述的真三轴多尺寸试样的试验装置，其特征在于，所述调节压块包括第二压块(3)和第三压块(4)；所述第一压块(2)、第二压块(3)和第三压块(4)由外向内依次同轴嵌套设置；所述调节构件包括第一调节组件(5)和第二调节组件(6)；所述第一调节组件(5)与所述第二压块(3)接触，用于驱动所述第二压块(3)靠近或远离所述第一压块(2)和所述第三压块(4)；所述第二调节组件(6)与所述第三压块(4)接触，用于驱动所述第三压块(4)靠近或远离所述第一压块(2)和所述第二压块(3)。

3.根据权利要求2所述的真三轴多尺寸试样的试验装置，其特征在于，所述第一调节组件(5)包括第一螺杆(5.1)和第一控制转盘(5.2)；所述第一螺杆(5.1)沿所述压头(1)的中心轴线设置在所述压头(1)内；所述第一螺杆(5.1)靠近所述立方体试样的一端与所述第二压块(3)接触；在所述压头(1)的径向方向上设置用于所述第一控制转盘(5.2)贯穿安装的第一安装孔，所述第一控制转盘(5.2)的一侧位于所述压头(1)内，且与所述第一螺杆(5.1)螺纹连接，而另一侧位于所述压头(1)外；

4.根据权利要求3所述的真三轴多尺寸试样的试验装置，其特征在于，所述第二调节组件(6)包括第二螺杆(6.1)和第二控制转盘(6.2)；所述第二螺杆(6.1)同轴设置在所述第一螺杆(5.1)中，且所述第二螺杆(6.1)的长度大于所述第一螺杆(5.1)；所述第二螺杆(6.1)靠近所述立方体试样的一端与所述第三压块(4)接触；在所述压头(1)的径向方向上设置用于所述第二控制转盘(6.2)贯穿安装的第二安装孔，所述第二控制转盘(6.2)的一侧位于所述压头(1)内，且与所述第二螺杆(6.1)螺纹连接，而另一侧位于所述压头(1)外。

5.根据权利要求2-4任一项所述的真三轴多尺寸试样的试验装置，其特征在于，所述压块组件还包括第一限位块(7)和第二限位块(8)；所述第一限位块(7)设置在所述第二压块(3)远离所述立方体试样的一侧上，在所述压头(1)的内壁上设有用于对所述第一限位块(7)行程限制的第一卡槽(1.1)；所述第二限位块(8)设置在所述第三压块(4)远离所述立方体试样的一侧上，在所述第二压块(3)的内壁上设有用于对所述第二限位块(8)行程限制的第二卡槽(3.1)。

6.根据权利要求5所述的真三轴多尺寸试样的试验装置，其特征在于，在各所述压头(1)靠近所述立方体试样的一端上均设置倒角。

7.一种采用如权利要求5所述的真三轴多尺寸试样的试验装置的试验方法，其特征在于，包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述的试验方法，其特征在于，在步骤一中，由所述第一压块(2)、所述第二压块(3)和所述第三压块(4)齐平后组成的压面为正方形压面，且压面的边长为所述立方体试样的边长的0.85-0.95倍。

9.根据权利要求7所述的试验方法，其特征在于，在步骤一中，由所述第二压块(3)和所述第三压块(4)齐平后组成的压面为正方形压面，且压面的边长为所述立方体试样的边长的0.8-0.9倍。

10.根据权利要求7所述的试验方法，其特征在于，在步骤一中，由所述第三压块(4)形成的压面为正方形压面，且压面的边长为所述立方体试样的边长的0.75-0.85倍。

技术总结
本发明涉及岩石力学真三轴试验技术领域，具体涉及一种真三轴多尺寸试样的试验装置及试验方法。该试验装置包括六个压头且分别对应立方体试样的六个面设置；在每个所述压头上均设置用于压向所述立方体试样对应面的压块组件；所述压块组件包括第一压块和同轴嵌套设置在所述第一压块内的多个调节压块；所述压块组件还包括设置在各所述压头内的多个调节构件；所述调节构件与所述调节压块一一对应设置，用于驱动所述调节压块靠近或远离所述第一压块。该试验方法采用该试验装置进行多尺寸试样的真三轴加载试验。本发明能够进行多尺寸试样的真三轴加载试验，具有较强的实用性。

技术研发人员：王亮,贾朝军,雷明锋,施成华,黄娟,郑艳妮
受保护的技术使用者：中南大学
技术研发日：
技术公布日：2024/5/9