[發明專利]一種三向獨立加載壓力室結構的真三軸儀

無效

• 申請號: 200710019066.5
• 申請日: 2007-11-15
• 公開（公告）號: CN101169356A
• 公開（公告）日: 2008-04-30
• 發明（設計）人: 邵生俊;吳利言;羅愛忠;陶虎
• 申請（專利權）人: 西安理工大學
• 主分類號: G01N3/02
• 分類號: G01N3/02
• 代理公司: 西安弘理專利事務所
• 代理人: 羅笛

技術領域

本發明屬于巖土工程測試設備技術領域，涉及一種用于真三軸復雜應力條件下土力學性質測試的裝置，具體涉及一種三向獨立加載壓力室結構的真三軸儀。

背景技術

目前現有的土力學性質測試設備主要有直剪儀、常規三軸儀、平面應變三軸儀、真三軸儀。其中直剪儀只是模擬給定剪切面上的法向應力和切向應力，可測試剪切面上的剪應力和剪應變，但不能夠控制排水條件；常規三軸儀只能模擬軸對稱應力條件，不能實現一般應力條件；平面應變三軸儀盡管可以控制三向主應力不同，但其中一個軸向的應變為零，亦不能模擬一般的應力條件；真三軸儀可以實現三個軸向分別施加不同大小的主應力，三軸軸向產生應變，能夠模擬土體中一般的應力條件。

為了實現三個軸向施加主應力，真三軸試樣一般為一個立方體。現有的真三軸儀一般采用三向平板加載或兩向平板加載、一向流體壓力加載，加載平板一般為鋼板，剛性大。相對于土樣，加載平板可視為剛性板。當試樣發生變形后，與試樣接觸的剛性板必然產生相互接觸而制約它們的運動，這就影響了三個軸向的加載和變形。除此之外，當試樣發生變形后，必然產生試樣與剛性板之間的相對運動，在剛性板與試樣的接觸面上將產生剪應力，不能保證接觸面上只有正應力，即為主應力作用面，從而影響了真三軸試驗測試結果。因此，改善真三軸試樣加載機構，消除現有真三軸儀三向加載剛性板或雙向剛性板之間的相互制約及剛性板對試樣變形的約束影響，使得試樣沿三個軸向獨立變形，不僅可以克服現有真三軸儀存在的問題，而且使模擬的應力與變形條件更加符合實際。

發明內容

本發明的目的在于提供一種三向獨立加載壓力室結構的真三軸儀，解決了現有的土力學性質測試設備加載平板為剛性板，加載時與試樣之間的相互制約及剛性板對試樣變形產生約束的問題。

本發明所采用的技術方案是，一種三向獨立加載壓力室結構的真三軸儀，包括主機部分、液壓載荷控制部分、量測信號采集及處理部分，其特點是，所述的主機部分包括由壓力室底板、壓力室頂蓋及側壁構成的壓力室，在壓力室底板的下端連接有軸向壓力活塞，軸向壓力活塞的下端連接有軸向壓力腔，軸向壓力腔通過液壓導管與軸向的壓力源連接，壓力室底板開有下排水通道，在壓力室底板上設置有包裹試樣的橡皮膜；所述的壓力室頂蓋的中間開口，開口設置試樣帽，試樣帽上設置有一個上排水通道，試樣帽的上表面通過軸向傳力桿與主機支架連接，軸向傳力桿上設置有軸向壓力傳感器，在軸向傳力桿上還連接有軸向位移傳感器；壓力室內對稱設置有四個側壓力腔，每個側壓力腔都放置一個液壓囊，每個液壓囊都與側向的壓力源連接，在相鄰的液壓囊之間設置有側壓力腔的擋板；所述的液壓載荷控制部分包括兩個側向步進電機執行機構和一個軸向步進電機執行機構，每個步進電機執行機構接受量測信號采集及處理部分的控制，并與各自的壓力源壓力缸連接，軸向壓力源壓力缸與壓力室的軸向壓力腔連接，側向的壓力源壓力缸與各自方向的液壓囊連接。

軸向步進電機執行機構包括步進電機，步進電機通過連軸器與滾珠絲杠連接，滾珠絲杠穿過安裝在支架上的絲母與絲杠活塞連接，絲杠活塞與壓力源壓力缸連接。

側向步進電機執行機構包括步進電機，步進電機通過連軸器與滾珠絲杠連接，滾珠絲杠穿過安裝在支架上的絲母與絲杠活塞連接，絲杠活塞與壓力源壓力缸連接，壓力源壓力缸的出口管路上安裝有側向壓力傳感器，在滾珠絲杠上還設置有側向位移傳感器。

量測信號采集及控制部分包括程控放大器，程控放大器和定時與邏輯控制器的輸入端同時與軸向壓力傳感器、軸向位移傳感器、兩個側向位移傳感器、兩個側向壓力傳感器連接，程控放大器的輸出端與采樣保持器和定時與邏輯控制器的輸入端連接，采樣保持器與A/D轉換器連接，A/D轉換器與計算機連接，定時與邏輯控制器也與計算機連接。

上排水通道和下排水通道與內體變量測量筒連接，在上排水通道和下排水通道上分別設置有一個孔壓傳感器。

擋板與擋板伸縮彈簧連接，擋板伸縮彈簧與擋板調節螺栓連接，擋板調節螺栓與擋板調節彈簧連接，擋板調節彈簧與安裝在壓力腔外殼上的擋板調節彈簧固定螺栓連接。

本發明的有益效果是，實現了實際工程中一般應力條件下三個軸向正應力獨立施加，三個軸向獨立量測變形，側向變形關于豎向軸線對稱的模擬手段，能夠測試包括主應力主軸偏轉、應力路徑旋轉等復雜應力條件下土的力性狀反應，提高了土力性質測試技術水平。

附圖說明

圖1是本發明的主機部分結構示意圖；