[發明專利]用于巖土工程均勻圍壓下的假三軸蠕變裝置及方法

有效

• 申請號: 201310598127.3
• 申請日: 2013-11-22
• 公開（公告）號: CN103604697A
• 公開（公告）日: 2014-02-26
• 發明（設計）人: 王慶瀚;李術才;李利平;何敬源;張乾青;許振浩;石少帥;王旌
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08;G01N3/14
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 王吉勇

技術領域

本發明涉及一種巖土工程技術，尤其是一種用于巖土工程均勻圍壓下的假三軸蠕變裝置及方法。

背景技術

目前，蠕變是指固體材料在保持應力不變的條件下，應變隨時間延長而增加的現象。它與塑性變形不同，塑性變形通常在應力超過彈性極限之后才出現，而蠕變只要應力的作用時間相當長，它在應力小于彈性極限時也能出現。

巖土工程中蠕變現象非常普遍，很多巖土工程災害也與巖土體蠕變息息相關，如滑坡，塌方，地基沉降等，因此研究巖土體蠕變非常必要，這也是巖土工程安全的重要保證。

目前，國內外對巖土體蠕變現象已進行了深入研究，相應的實驗裝置應運而生，單軸蠕變實驗裝置較為普遍，但不能準確描述試件的實際受力狀態，假三軸蠕變試驗機采用油壓施加環向壓力，操作極為繁瑣，且耗費人力物力，其他裝置也只是圍壓的近似逼近，無法達到環向均勻的施加壓力，難以達到目前蠕變試驗。

發明內容

本發明的目的是為克服上述現有技術的不足，提供一種用于巖土工程均勻圍壓下的假三軸蠕變裝置及方法，其能夠有效保證圍壓的均勻垂直施加，提高實驗效率，方便實驗操作。

為實現上述目的，本發明采用下述技術方案：

一種用于巖土工程均勻圍壓下的假三軸蠕變裝置，包括加力裝置，加力裝置經壓力傳感器與需要測試的試件一端接觸，通過控制傳感器的讀數保證加力裝置施加軸壓的恒定，試件外部包裹有橡膠圈，保證圍壓的均勻垂直施加，橡膠圈外部均勻纏繞有片狀柔性材料件，片狀柔性材料件的一端固定于夾具上，另一端活動連接于加載裝置上，通過加載裝置對片狀柔性材料件的均勻拉力最終作用于試件，完成圍壓的施加。

所述試件固定于斷面為L形底座的水平部分上，底座豎直部分上設置有夾具。

所述底座豎直部分上表面和兩個側面交界處分別設有壓底座長度方向的滾輪，滾輪能夠降低摩擦，保證圍壓的準確施加。

所述夾具包括固定于底座豎直部分上表面上的第一部件，以及通過連接件連接于第一部件上的第二部件，且第一部件與第二部件相對應面上分別設有相互嚙合的齒形件，柔性材料層的一端通過連接件緊固于第一部件和第二部件的齒形件之間。

和試件相對應的第一部件側面為與試件外表面相配合的弧形結構。

所述第一部件上設有供片狀柔性材料件穿過的孔隙。

所述加載裝置包括加載托盤，加載托盤上表面上中心位置設有加載托盤連接耳，所述連接耳上設有軸孔，片狀柔性材料件一端的中間位置通過轉軸穿過軸孔連接于所述連接耳上。加載托盤與片狀柔性材料件中心軸鉸接，合力作用于片狀柔性材料件中心，防止試件受到偏壓。

所述加力裝置為千斤頂。

一種用于巖土工程均勻圍壓下的假三軸蠕變裝置的操作方法，包括：

(1)將蠕變裝置安置在試驗臺邊緣，并將裝置底座固定于試驗臺上；

(2)將橡膠圈包裹住蠕變試件，平放于試驗臺上，通過夾具將已知特性的片狀柔性材料件一端固定在夾具上，包裹住試件后，將片狀柔性材料件末端垂下并將加載托盤固定在片狀柔性材料件末端；

(3)設定蠕變圍壓，并折算相應的加載砝碼重量，將砝碼放在加載托盤中；

(4)設置對比試驗，將同等重量的砝碼直接作用于同樣長度的片狀柔性材料件上，抵消片狀柔性材料件自身蠕變帶來的誤差；

(5)圍壓加載穩定后，通過千斤頂施加軸壓，通過控制傳感器的讀數，控制軸壓的恒定；

(6)記錄千斤頂端部與片狀柔性材料件末端的初始位置，每隔相應的時間再次進行記錄，通過片狀柔性材料件末端的下降值，計算出試件的半徑變化，得出環向應變，通過記錄軸向位移得到試件軸向應變，最終得到試件的蠕變特性曲線；

(7)更改環向壓力與軸向壓力值，重復以上操作，得到不同作用力下試件的蠕變特性。

本發明通過片狀柔性材料件均勻包裹試件，通過加載砝碼對片狀柔性材料件的均勻拉力最終作用于試件，完成圍壓的施加；加載托盤與片狀柔性材料件中心軸鉸接，合力作用于片狀柔性材料件中心，防止試件受到偏壓；試件環向由橡膠圈包裹，進一步保證圍壓的均勻垂直施加；軸壓的施加通過千斤頂加載實現，千斤頂與試件間安置壓力傳感器；通過控制傳感器的讀數保證軸壓的恒定。

圍壓通過重力加載提供的片狀柔性材料件拉力，進而作用于試件周圍，片狀柔性材料件轉折位置設置滾輪，降低摩擦，保證圍壓的準確施加。

片狀柔性材料件包裹試件的方式施加圍壓，其中片狀柔性材料件蠕變特性已知，通過片狀柔性材料件加載段的下沉量可求得試件的周長變化，從而推算出試件環向應變。