充填体三轴加卸载破坏过程试验装置及其试验方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及力学试验装置及试验方法，特别是一种充填体三轴加卸载破坏过程试 验装置。
【背景技术】
[0002] 试验是研究充填体破坏机理最有效的方法之一，观察到的试验现象和得到的试验 结果是研究充填体破坏机理的基础。目前岩体的三轴加卸载破坏过程试验数据提取已经趋 于成熟，但其实验过程是在不可视环境下进行，需要配合声发射、CT等设备，进行大样本试 验，过程复杂，数据处理工作量大，成本高。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于提供一种结构简单，并且能够直接观察到破坏机理的充填体三 轴加载破坏过程试验装置以及试验方法。
[0004] 为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案： 一种充填体三轴加载破坏过程试验装置，包括液压源，压力机，置于压力机上的水平应 力加卸载装置，该水平应力加卸载装置包括水平应力反应框架、垂直应力反应板、水平应力 加压杆、万向压板，水平应力反应框架、垂直应力反应架分别由透明材质制成，水平应力反 应框架置于垂直应力反应架上，水平应力反应框架上装有水平应力加压杆，水平应力加压 杆的一端置于水平应力反应架上，水平应力加压杆的另一端装有万向压板，万向压板与水 平应力反应框架的内表面和垂直应力反应板的上表面存在间隙。
[0005] 上述技术方案的本发明与现有技术相比，能够使整个实验过程可视，可利用高速 摄像机、非接触应变测量系统观察充填体在三轴加卸载过程中的裂纹扩展及破坏特征。
[0006] 本发明的优选方案是： 水平应力反应框架为矩形框架结构；水平应力加压杆设置为两个，分别置于水平应力 反应框架两个相邻面的同一水平面上。
[0007] 透明材质为钢化玻璃。
[0008] 水平应力加压杆的另一端与万向压板铰接。
[0009] 两个万向压板之间的空间用于放置充填体标准试块。
[0010] 两个万向压板相对于充填标准试块的表面为平面结构，两个万向压板的下表面分 别距离垂直应力反应架2mm;两个万向压板的一侧面分别距离水平应力反应架2mm;万向 压板背离充填标准试块呈凸起的圆弧结构或斜面结构。
[0011] 垂直应力反应板的上表面装有水平应力加固架，该水平应力加固架呈直角三角形 结构，该水平应力加固架的一条直角边与水平应力反应框架的外表面相连接。
[0012] 垂直应力反应板呈矩形结构。
[0013] 垂直应力反应板为等厚结构，厚度为19mm;水平应力反应框架的四个边分别为等 厚结构，厚度分别为19mm。
[0014] 水平应力加固架为等厚结构，厚度是19mm。
[0015] 水平应力加卸载装置下方设置有置于压力机平台上的水平应力加卸载结构垫板。
[0016] 充填体标准试块的上方设置有加载垫板。
[0017] -种充填体三轴加载破坏过程试验装置的试验方法，按如下步骤进行： a、将水平应力加卸载结构垫板放置在压力机的反力架上； %、将水平应力加载装置放置在水平应力加卸载结构垫板指定的放置区域上； c、 将制作好的标准试块放好，保持水平状态； d、 调节水平应力加压杆和万向压板，将标准试块固定； β、将加载垫板放置在标准试块上。
[0018]f、调整压力机轴向加压头高度，与最上层的充填体加载垫板刚好接触； g水平应力加压杆上外接水平应力加载油缸，调整水平应力加载油缸施加应力值到预 定压力值； I、压力机工作，采用预定加压方式进行轴向加压，直至试样破坏； I加压过程中使用高速摄像机和非接触应变测量系统对试块裂纹扩展和变形破坏过 程进行观察和记录。
【附图说明】
[0019] 图1是本发明的结构示意图。
[0020] 图2是图1中水平应力加卸载结构垫板的示意图。
[0021] 图3是水平应力加卸载装置的主视图。
[0022] 图4是图3的俯视图。
【具体实施方式】
[0023] 下面结合附图及实施例详述本发明： 一种充填体三轴加卸载破坏过程试验装置，参见附图1至附图4,图中：水平应力加固 架1、水平应力加压杆2、水平应力反应框架3、万向压板4、垂直应力反应板5、水平压力加卸 载结构垫板6、标准试块7、水平应力加卸载装置8、加载垫板9、垫板提手10、压力机11、测 控系统12、液压源13、水平应力加载油缸14、放置区域15。
[0024] 本实施例中，压力机11的反应架上设置有水平应力加卸载装置8,压力机11与测 控系统12连接，压力机11的采用TAW-3000电液伺服岩石三轴试验机。该水平应力加卸载 装置8由水平放置的垂直应力反应板5、置于垂直应力反应板5上的水平应力反应框架3等 组成。
[0025]水平应力反应框架3由四块竖板构成矩形框架结构，平行对应的两块尺寸相同， 长和宽尺寸为150mmX80mm和188mmX80mm。每块竖板的外面分别设置有三块水平应力加 固架1，共计十二块，水平应力加固架1为等厚结构，厚度是19mm;该水平应力加固架1呈 直角三角形结构，两直角边尺寸为31mmX80mm。水平应力加固架1的一条直角边与水平应 力反应框架3的外表面相连接；另一条直角边与垂直应力反应板5的上表面相连接。
[0026] 水平应力反应框架3上装有水平应力加压杆2,水平应力加压杆2通过管路与水平 应力加载油缸14连接，水平应力加载油缸14与液压源13连接。水平应力加压杆2设置为 两个，分别置于水平应力反应框架3两个相邻面的同一水平面上，两个水平应力加压杆2在 同一水平呈垂直关系。水平应力加压杆2的一端置于水平应力反应框架3上，水平应力加 压杆2的另一端装有万向压板4,万向压板4与水平应力反应框架3的内表面和垂直应力反 应板5的上表面存在间隙。两个万向压板4之间的空间用于放置充填体标准试块7,标准试 块7呈正方体结构。
[0027] 两个万向压板4相对于充填标准试块的表面为正方形平面结构，由钢性材料制 成，尺寸为 70. 7mmX70. 7mm。
[0028] 两个万向压板的下表面分别距离垂直应力反应架2mm;两个万向压板4的一侧面 分别距离水平应力反应架2mm(两边的距离不一定非要为本实施所列举，只要是等距离即 可）；万向压板4背离充填标准试块呈凸起的圆弧结构或斜面结构；圆弧结构或斜面结构的 最高端(正方形的中心）设置有球形凸起，球形凸起与水平应力加压杆2的另一端上的凹槽 连接，球形凸起与凹槽相吻合，球形凸起的回转中心设置有与凹槽上内孔相连接的连接件。
[0029] 水平应力反应框架3、垂直应力反应板5、水平应力加固架1分别由透明材质制成， 透明材质为钢化玻璃；水平应力反应框架3置于垂直应力反应架5上并与垂直应力反应架 5的上表面相垂直；垂直应力反应板5为等厚结构，厚度为19mm;垂直应力