变形不受侧向干扰的真三轴仪

摘要

本发明公开了一种无压力室结构、变形不受侧向干扰的真三轴仪，适用于包括粗粒土及细粒土的各种土体试样的真三轴试验。上下方向采用刚性板加压，刚性板底面与底座顶面上分别设置用于避免侧向干扰的滚轮；前后方向采用金属板和空心橡皮管相间组成的刚柔混合块加压，竖直向在滚轮的带动下可以随试样一同压缩，水平向不能压缩；左右方向采用柔性水囊结构加压。三个方向的试样变形都是通过相应方向的电机转动圈数换算得到，因此精确度较高。这种真三轴仪可以进行三维应力空间中任意应力路径的试验，且在试样变形较大时可以有效避免侧向干扰。

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种土工试验仪器，具体地说就是为试样提供三向不等的应力状态下变形后不受侧向干扰的真三轴仪。

背景技术

研究土体在三向不等应力状态下的力学性质时，需要使用真三轴仪。现有的真三轴仪大致可分为两大类：一类是使用压力室，这类真三轴仪的大、中、小主应力并不是完全独立地施加，大、中主应力σ₁、σ₂是在小主应力σ₃(压力室压力)的基础上分别施加“偏应力”σ₁-σ₃、σ₂-σ₃得到的；另一类是不使用压力室，在试样的三个主应力方向上分别设置三个完全独立的加压系统，这类仪器的大、中、小主应力σ₁、σ₂、σ₃可在三个方向之间自由轮换，因此可以方便地进行各种应力路径试验，但这类真三轴仪的缺陷是三个方向的加压系统之间容易互相干扰且试样变形容易受到侧向干扰。

发明内容

本发明的目的在于提供一种为试样施加完全独立的三个方向主应力的真三轴仪，不使用压力室，可以有效避免三个方向加压装置之间的互相干扰，且试样变形不受侧向干扰。

本发明的技术解决方案如下：

本发明的真三轴仪所用的试样为长方体，不使用压力室，上下方向加压采用刚性结构；前后方向加压采用刚柔混合结构；左右方向加压采用柔性结构；且这三个方向的结构可以互换。

所述的刚性结构是使用刚性板对试样在上下方向加压，刚性板的底面及底座的顶面上固定有滚轴，滚轮以该滚轴为轴，可自由转动；在刚性板向下压试样的同时，滚轮向下压刚柔混合块，带动刚柔混合块压缩，从而保证试样与刚柔混合块的压缩量始终一样，避免试样变形后受到侧向干扰；在刚柔混合块水平向运动时，其与上下方向加压系统的相对运动仅转化为滚轮转动，几乎没有摩擦产生。上下方向的变形是根据电机转动的圈数直接换算得到。

所述的刚柔混合结构是在一层金属板上粘三根空心橡皮管形成一个组合单元，再将若干组合单元粘结起来，形成刚柔混合块。空心橡皮管可以压缩膨胀，从而刚柔混合块在竖向可以随试样一起压缩膨胀；金属板是刚性的，从而刚柔混合块在水平向是刚性的，不能变形，因此前后方向电机转动圈数的多少反映的就是试样在该方向上变形的大小，由电机转动的圈数通过换算就可得到试样在前后方向的变形。

所述的柔性结构是使用立方体形状的水囊临空面对试样加压，水囊装在金属水囊盒中，金属水囊盒只是在试样面一侧临空，因此水囊仅在与试样接触的一个面上可以自由膨胀，其余五个面都被金属水囊盒约束，不能膨胀。两个金属水囊盒由穿过其四个角上孔洞的四根连杆固定在试样左右两侧，从而水囊的膨胀量即反映试样在左右方向上的压缩量。水囊上开口处连接出口管穿过金属水囊盒与活塞缸相连，设一压力传感器，监测水囊中的水压力。活塞缸中的活塞与电机相连，电机转动带动活塞运动，实现对活塞缸中液体的加压，从而对水囊中的液体加压，通过记录电机转动的圈数，可以得知水囊的膨胀量，换算即可求出试样在左右方向上的变形。

附图说明

附图1是本发明的正视剖面示意图。

附图2是本发明的俯视剖面示意图。

附图3是本发明的侧视剖面示意图。

附图4是左右方向的加荷系统示意图。

附图5是刚柔混合块示意图。

附图6是柔性结构示意图。

图中，1、上下方向加压系统的电机，2、上下方向的刚性板，3、上下方向的压力传感器，4、试样帽，5、底座，6、试样，7、滚轮，8、前后方向加压系统的电机，9、前后方向电机一侧的加压板，10、水平轨道，11、侧座，12、前后方向侧座一侧的加压板，13、前后方向的压力传感器，14、刚柔混合块，15、金属板，16、空心橡皮管，17、金属水囊盒，18、水囊，19、出口管，20、给水囊加压的活塞缸，21、活塞，22、控制活塞运动的电机，23、一个组合单元，24、滚轴，25、孔洞，26、连杆。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

对照附图1，电机1按照指定的转速转动，带动加压板2运动，刚性板2一方面对试样帽4加压，一方面通过滚轮7对刚柔混合块14加压，可以保证试样帽4与刚柔混合块14同时下压，从而试样帽4的底面与刚柔混合块14的顶面始终在同一水平面上。电机8按照指定的转速转动，带动加压板9运动，同时侧座11也受到反作用力，向试样6挤压。从而刚柔混合块14对试样6进行挤压，在试样6压缩时，刚柔混合块14在滚轮7上滚动，形成的摩擦很小，可以忽略不计，从而避免了与上下方向加压装置的互相干扰。

对照附图2，电机8转动时带动加压板9运动，同时侧座11也受到反作用力，向试样6挤压。在试样6压缩时，刚柔混合块14与水囊盒17不会互相干扰。水囊出口管19向水囊内进水时引起水囊18内水压力增大，从而对试样6施加压力。

对照附图3，电机1转动对试样6加压，试样6压缩后，在一定变形区域内，刚性板2不会和水囊盒17互相干扰。

对照附图4，电机22转动引起活塞21运动，挤压活塞缸20内的液体，而20内的液体经由水囊出口管19与水囊18中的液体相通，从而对水囊18中的液体加压。

对照附图5，刚柔混合块的制作方式是在一层金属板15上粘三根空心橡皮管16形成一个组合单元23，再将若干组合单元23粘结起来，形成刚柔混合块14。

对照附图6，在金属水囊盒17的四个角上分别有一个孔洞25，两个金属水囊盒17由四根穿过孔洞25的连杆26连接，固定于试样6的左右两侧，从而两个水囊18的临空面都与试样6紧贴，实现对试样6加压。