在压力和剪切下试验土工材料的三轴试验单元

摘要

本发明涉及一种用于在取样地点对岩石、土壤或制造材料的圆柱形试样(2)进行土工材料试验的单元(1)，其包括至少一个活塞(4、5)，用于使试样受到沿着所述试样(2)的纵轴线指向的应力。根据本发明，所述单元此外还具有用于使所述试样受剪的装置(7)，该装置能够允许在由所述至少一个活塞来压缩所述试样的时候使所述试样开裂。

说明书

技术领域

本发明涉及用于在取样地点对尤其是岩石、土壤或制造材料的圆柱形试样进行土工材料(géomatériaux)试验的三轴单元。

特别地，所述单元允许至少使试样受到简单压缩或使试样经历三轴试验。

背景技术

在土工材料的领域中，已知例如由文献FR-2.663.121所述的三轴单元，其允许使圆柱形试样经历不同的压力、加载、温度和排放(drainage)状态。为此，所述单元和试样配备各种传感器，例如压力传感器、温度传感器、位移传感器。

三轴单元一般包括单元主体，该主体具有构成密封间的内部空腔，在所述密封间的内部竖直地放置圆柱形试样。用于加压或受控排放的液压回路与密封间连接，以使试样的侧壁在流体的压力下受到径向应力。很经常地，该应力通过贴合并保护试样的侧壁的弹性壳来施加。

在密封间中，下台和上台能够相互靠近或远离，以使试样沿着其纵轴线受到应力，或相反地给试样卸载。

下台可以相对于由单元主体的下底座所构成的机架是固定的，而上台则在能穿过主体上壁而滑动的活塞的作用下被强制移动。

因此，在试验时，能够使试样受到简单压缩或经历三轴试验，在所述三轴试验中，沿着试样的纵轴线压缩试样，同时在流体的作用下在试样的侧壁上施加径向应力。特别地，在三轴试验的情况下，还可以使试样经历排放状态，以研究其渗透性。

对于加载/压缩的、甚至渗透性的试验，研究开裂的试样会是有益处的。

目前，为了获得开裂的试样，预先于试验阶段使试样破裂，因此人工地制造出裂缝。实际上，将试样打破为两部分并在试验单元中对其进行重建。要指出的是，在试样上形成裂缝控制得相当不好。

由文献US-3.406.567已知一种可携带的试验装置，其用于测量雪或土壤的圆柱形试样的剪切力。

该装置包括用于接收试样的中空刚性圆柱体，以及分别在所述中空圆柱体的端部处滑动的模具(matrice)对。为此，截面调节为中空圆柱体的内直径的每个模具都具有用于与所述中空圆柱体的引导槽缝接合的凸头。

具有半圆形截面的、模具与试样的接触表面只在模具的一半上延伸，另一半则具有空腔，以免在该区域上接触试样。两个模具以相互错开的方式布置。

下模具中的一个支持在装置的机架上，而另一个模具则借助于千斤顶相对于所述机架是可移动的，以使试样受到应力。

因此，在试验时，可以使试样受到应力，直至所述试样开裂。特别地，剪切力能够通过分析力/时间曲线来测量。

然而，一旦试样开裂为两部分，这种装置就难以允许控制这两个部分之间的相对位移。

发明内容

本发明的一个目的在于，通过提出一种允许在现场使试样开裂并限制开裂部分的相对位移的试验单元来解决上述缺陷。

本发明的另一个目的在于，能够至少在试样的端部控制裂缝的位置。

本发明的另一个目的在于，提出一种至少允许使试样经历简单压缩试验的单元。

本发明的另一个目的在于，提出一种允许使试样经历三轴试验的单元。

本发明的另一个目的在于，提出一种允许在开裂的试样上进行渗透性试验的单元。

在以下仅示例性地而不是为了限制而给出的描述中，本发明的其他目的和优点将变得显而易见。

本发明涉及用于在取样地点对尤其是岩石、土壤或制造材料的圆柱形试样进行土工材料试验的单元，其包括至少一个用于使试样受到沿着试样的纵轴线指向的应力的活塞，此外，所述单元具有用于使试样受剪的装置，该装置能够允许在通过所述至少一个活塞来压缩试样的时候使试样开裂。

有利地，所述施剪装置由两个可以以不一致的方式变形的元件构成，其中所述元件在所述至少一个活塞的作用下分别地被布置为与试样的底部接触。

附图说明

阅读以下伴有附图的描述，将更好地理解本发明。在这些附图中：

-图1为根据一个实施例的符合本发明的单元、尤其是多功能三轴试验单元的竖直剖视图；

-图2为根据一个实施例的符合本发明的可变形元件的视图，其中所述可变形元件实质上由两个半部分构成，这两个半部分由具有不同弹性模量的材料制成；

-图3和图4为按照可变形元件之间的两种相对角位置夹在两个如图2中所示的可变形元件之间的试样的剖视图。

具体实施方式

本发明涉及用于在取样地点对尤其是岩石、土壤或制造材料的试样进行土工材料试验的单元1。其可涉及只允许简单压缩试验的试验单元或三轴试验单元。

单元1包括至少一个活塞4、5，用于使圆柱形试样2受到沿着试样2的纵轴线指向的应力。

此外，单元1具有用于使试样受剪的装置7，该装置能够在由所述至少一个活塞压缩试样2的时候使试样开裂。

本发明的益处在于，在由所述活塞4、5压缩试样的时候形成裂缝。

因此，在三轴试验的情况下在形成裂缝之后，可以接着例如在不同的围压下进行渗透性试验，以特别地研究某些材料的愈合(cicatrisation)或者经历了例如轻微位移的断裂表面的渗透性的变化性。

施剪装置7由两个可以以不一致的方式变形的元件7₁、7₂构成，其中所述元件在所述至少一个活塞的作用下被分别地布置为与试样的底部接触。

有利地，每个可以以不一致的方式变形的元件可具有两个半部分，这两个半部分在受到应力的时候相互不同地变形。

有利地，尤其是根据附图的示例，所述可以以不一致的方式变形的元件的、不同地变形的两个半部分每个都具有与试样接触的表面。有利地，所述两个半部分的接触表面可在闲置的时候是同平面的。

参照附图1，可变形元件7₁、7₂可以各自在所述元件的一半上具有内部空腔，该内部空腔构成可以在流体的压力下变形的间8。所述单元具有至少一个液压回路9，用于对所述间进行加压。

在由所述至少一个活塞4、5压缩试样之前或同时，例如可以通过给可变形间8加压来增大元件7₁、7₂在接触表面的一半上的厚度。与试样2的上底部和下底部接触的两个元件7₁、7₂可以有利地以围绕与试样轴线同轴的轴线的旋转来在角度上错开。

如所示出地，在闲置的时候，与试样接触的表面是平面的，并在其整个表面上与试样的底部接触。只有在可变形间8被加压和/或在活塞4、5施加其纵向力的时候，接触表面才变形，以允许使试样受剪。

一旦试样开裂为两部分，所述部分之间的位移是微小的，所述两个开裂部分由元件7₁、7₂正确地保持而没有过大的位移。

此外，注意到，根据所示出的示例，在闲置的时候是平面的可变形元件7₁、7₂的接触表面允许方便在尤其是三轴的试验单元中安装试样。

如附图所示，根据一个示例，上可变形元件7₁是圆柱形的，一方面与试样2的上底部接触，另一方面与上台30接触，其中所述上台本身由活塞4强制移动。

下可变形元件7₂同样是圆柱形的，一方面与试样2的下底部接触，另一方面与下台31接触，其中所述下台由相对于单元的机架固定的底座所构成。

当上台30和下台31靠近的时候，可变形元件7₁、7₂允许使试样沿着其纵轴线受剪。

因此，当压缩的时候，形成裂缝40，其纵向于试样从一个可变形元件延伸到另一个可变形元件。当试验时，观察到裂缝出现在元件的两个不同地变形的区域的边界处。因此可以通过使一个可变形元件7₁相对于另一个可变性元件7₂旋转来改变断裂表面的朝向。

根据另一个实施例，图1中所示出的单元的可变形元件7₁、7₂可由如图2所示的两个可变形元件代替。

根据图2所示的这个实施例，每个可变形元件7₁、7₂实质上由两个半部分A、B构成，这两个半部分由具有不同弹性模量的材料制成。

当压缩试样的时候，例如具有更小弹性的半部分B施加相对于由半部分A所施加的应力更大的应力，其中所述半部分A具有更大的弹性系数。因此，通过使可变形元件7₁、7₂在角度上相互错开，可以在压缩的时候使试样受剪。

根据非限制性的示例，所述元件以围绕与试样的所述纵轴线同轴的轴线旋转来错开。特别地为半圆柱形的、具有更大弹性的半部分A是由弹性体制成的，具有更小弹性的另一半部分B可由金属制成。两个半部分A和B的组装可以通过复制模型技术来实现。为此，金属部分可具有孔70，用于在模制的时候实现材料的交错()。

如图2的示例所示，可变形元件包括圆柱形金属部分，其在其表面的一半上限定由金属制成的半部分B，其表面的具有更小厚度的另一半构成用于支持由弹性体制成的半部分A的肩部。

半部分A借助于复制模型技术固定在部分B上。在闲置的时候，半部分A的接触表面和半部分B的接触表面处于同平面的相同水平。只有在它们受到轴向应力的时候，所述两个半部分才不同地变形，从而允许实现试样的受剪。

如特别地在图3和图4中所示，观察到裂缝的开端总是位于不同地变形的两个区域的边界2处，尤其是在半部分A和半部分B之间的边界处。因此，可通过使可变形元件7₁相对于可变形元件7₂绕与试样的纵轴线同轴的轴线旋转来控制断裂表面的朝向。

有利地，如在图1中所示，特别地根据一个示例，所述单元可以是三轴单元，其具有用于使试样的侧壁受到流体压力的装置。

如有必要，为了保护试样的侧壁，流体的压力穿过通过包裹试样的侧壁来保护试样2的弹性壳3来施加径向应力。

用于使试样的侧壁受到应力的装置实质上由密封间13构成，在所述密封间的内部放置所述试样，其与用于给所述密封间加压的回路(未示出)连接。

根据图1的示例，所述单元是独立(autonome)单元，并可以具有：

-圆柱形的单元主体10，其由下底座11和带有内部空腔的盖12以密封的方式闭合，其中所述内部空腔构成在其中放置试样2的密封间13，所述密封间与用于给所述密封间加压的液压回路连接；

-主活塞4，其调节成能够在盖12的第一通孔中滑动，并具有配合在所述盖12的第二孔2中的凸缘14，其中所述第二孔具有更大的直径以在其中限定两个间15、16。主活塞4具有自补偿通道，用于使所述密封间13的流体和所述上环形间15的流体联通；

-模块50，其以可拆卸的方式固定在盖12上，并具有能够与主活塞4协作以使得所述单元独立的附属活塞15。

所述单元可具有排放装置6，用于使试样经历排放流体的纵向通过。

排放装置可由使密封间13的流体和试样2的上底部联通的通道20构成。该通道延伸穿过上台30，其中所述上台因此构成排放底座6。该通道延伸穿过上可变形元件7₁到所述元件的通道18中。在试样的下部，流体穿过下可变形元件7₂的通道18排出，其中所述通道由延伸到单元底座中的导管21延续。

可变形元件7₁、7₂可在其与试样2的底部接触的表面上具有用于使排放流体分布在整个接触表面上的装置。如特别地在图2中所示，所述装置可由至少两个栅61、62构成，其中所述栅分别覆盖在压缩试样的时候以相同方式变形的两个表面。

如在图2中所示，栅中的一个61覆盖具有更大弹性模量的、尤其是由弹性体制成的半部分A，而另一个栅62则覆盖具有更小弹性模量的、尤其是由金属制成的半部分B。

要注意的是，所述栅还可在图1中所示的、特别地具有可变形间8的元件7₁、7₂的接触表面处使用。为此，栅中的一个覆盖间8在其上延伸的那一半的表面，而另一个栅则覆盖实心的另一半的表面。

有利地，试样、甚至所述单元可配备传感器以研究剪切。

更具体地，涉及：

-一个或多个允许以受剪试样的两个部分的相对位移为目标的传感器(例如：埋在可变形元件7₁、7₂中的LVDT传感器)；

-一个或多个沿着试样放置的(例如，所配备的卡圈)、允许在开裂过程中或受剪的两个部分滑动期间以裂缝的开度为目标的传感器；

-一个或多个用于在试验中测量裂缝中的压力的传感器。

当然，可能已经考虑到本领域的技术人员力所能及的其他实施例，而不因此超出由以下的权利要求所限定的本发明的范围。