[發明專利]恒定側向剛度真三軸試驗裝置及其試驗方法

在審

• 申請號: 202210099203.5
• 申請日: 2022-01-27
• 公開（公告）號: CN114414393A
• 公開（公告）日: 2022-04-29
• 發明（設計）人: 吳學震;蔣宇靜;王剛;關振長;李博
• 申請（專利權）人: 山東科技大學
• 主分類號: G01N3/12
• 分類號: G01N3/12;G01N3/06;G01N3/02
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 黃詩錦;蔡學俊

本發明提供一種恒定側向剛度真三軸試驗裝置，包括用于給巖石試件施加軸向壓力的軸向壓力加載系統、水平方向加載系統、用于監測巖石試件所承受軸向壓力大小的軸向壓力監測系統、用于監測巖石試件所承受第一水平方向壓力大小的第一水平方向壓力監測系統、用于監測巖石試件所承受第二水平方向壓力大小的第二水平方向壓力監測系統、用于測量巖石試件軸向變形大小的軸向變形測量系統、用于測量巖石試件第一水平方向變形大小的第一水平方向變形測量系統、用于測量巖石試件第二水平方向變形大小的第二水平方向變形測量系統及計算機控制系統。本發明能夠更真實的再現和測試巖石在工程現場的物理力學性質，為巖土工程的設計和施工提供更準確的數據。

技術領域

本發明涉及一種恒定側向剛度真三軸試驗裝置及其試驗方法。

背景技術

在研究巖石的本構特性的過程中，需要對巖石試件進行三軸加載試驗。現有的三軸試驗裝置，包括真三軸試驗裝置和常規三軸試驗裝置兩大類。常規三軸試驗裝置一般采用圓柱巖石試件，通過壓力機施加軸向壓力，通過液壓試驗機配三軸壓力腔施加側向壓力（即圍壓），達到兩個方向不等壓狀態(即)。巖石真三軸試驗系統一般采用立方體巖石試件，通過施加三個方向不等的壓力(即)，能夠測試三軸應力不等條件下巖石的力學特性。相對于常規三軸試驗，真三軸能夠再現自然環境中巖石所處的應力環境，因此，則更能解釋自然應力狀態下巖石變形與破壞的力學形為與機理。

在工程現場，巖石在某一方向受到的壓力增加時，在該方向（即軸向）會產生壓縮變形，根據泊松效應，其側向必然產生擴張變形，巖石在側向變形從而擠壓周圍巖體的過程中，又必然受到周圍巖體按特定比例（由巖體剛度控制）增加的反作用力，而側向受力的大小又會直接影響巖石的多個力學參數。針對上述現象進行試驗研究對于巖土工程安全具有重要意義，然而，現有的試驗設備不能實現根據巖石試件的變形來不斷改變巖石試件的側向壓力。在本申請中，將巖石試件隨著其本身側向變形的增加，側向受力安裝一定規律逐漸增加的邊界條件，稱為恒定側向剛度邊界條件。

另外，由于工程現場圍巖受力是非均勻的，隨埋深的增加受力增大。然而現有的試驗機加載時，每個加載面只能施加均勻應力，導致巖石破壞規律不準確，缺乏便捷的非均勻加載裝置。

發明內容

本發明對上述問題進行了改進，即本發明要解決的技術問題是提供一種恒定側向剛度真三軸試驗裝置及其試驗方法，操作方便，能實現根據巖石試件的變形來不斷改變巖石試件的側向壓力。

本發明的具體實施方案是：提供一種恒定側向剛度真三軸試驗裝置，包括用于給巖石試件施加軸向壓力的軸向壓力加載系統、給巖石試件施加第一水平方向壓力和第二水平方向壓力的水平方向加載系統、用于監測巖石試件所承受軸向壓力大小的軸向壓力監測系統、用于監測巖石試件所承受第一水平方向壓力大小的第一水平方向壓力監測系統、用于監測巖石試件所承受第二水平方向壓力大小的第二水平方向壓力監測系統、用于測量巖石試件軸向變形大小的軸向變形測量系統、用于測量巖石試件第一水平方向變形大小的第一水平方向變形測量系統、用于測量巖石試件第二水平方向變形大小的第二水平方向變形測量系統及計算機控制系統，所述計算機控制系統分別與軸向壓力加載系統、水平方向加載系統，軸向壓力監測系統，第一水平方向壓力監測系統、第二水平方向壓力監測系統、軸向變形測量系統、第一水平方向變形測量系統、第二水平方向變形測量系統電連接；

所述軸向壓力加載系統包括第一液壓油缸、用于驅動第一液壓油缸的第一伺服油源和第一加載框架，所述第一液壓油缸固定在第一加載框架上；

所述水平方向加載系統包括第二加載框架、用于施加第一水平方向壓力的第二液壓油缸、用于驅動第二液壓油缸的第二伺服油源、用于施加第二水平方向壓力的第三液壓油缸、用于驅動第三液壓油缸的第三伺服油源，所述第二液壓油缸和第三液壓油缸分別固定在第二加載框架上。

所述軸向壓力監測系統包括用于監測巖石試件承受軸向壓力大小的第一壓力傳感器和第一壓力數據采集儀，第一壓力數據采集儀記錄巖石試件軸壓數據后并將其傳遞至計算機控制系統；