真三轴试验

摘要： 煤矿巷道顶板具有特殊的煤—岩层状结构,研究煤岩单体的强度变形特征,对于巷道稳定性控制有着重要意义。以山西华晋韩咀煤矿为工程背景,使用中国矿业大学自行研制的岩石真三轴电液伺服加载试验系统分别对煤和岩石相似材料开展真三轴试验,分析了真三轴条件下中间主应力对两者在强度及变形方面的影响。研究表明:二者的峰值强度与峰值应变都随着中间主应力的增大而呈现出先增加后减小的趋势,且这种趋势受到最小主应力的影响;在中间主应力不断增大的过程中,煤样的破坏经历了从剪切破坏向劈裂—剪切组合破坏的过程;此外,当中间主应力过大时,二者会经历延性—脆性转化的过程。上述分析表明:中间主应力对煤岩体的破坏起到先保护后促进的作用。

摘要： 为研究中间主应力对塑性混凝土变形性能的影响,设计2种不同配合比的塑性混凝土开展不同中间主应力的真三轴试验。试验过程中,最小主应力设计为0.4MPa和0.8MPa这2种情况,每种情况下中间主应力设置为3~4个等级,保持最小主应力和中间主应力不变,施加最大主应力,直至试件破坏。试样结果表明,中间主应力对塑性混凝土的变形性能有较明显的影响。在保持最小主应力不变的情况下,随着中间主应力的增加,塑性混凝土轴向峰值强度、峰值应变均随之增大,峰后近似水平段长度也随之增加,提高了试件的延性变形能力和抗裂性能,但对峰值前的变形模量和体积变形模量影响较小。试件破坏的特征受中间主应力与最小主应力差值影响,差值越大越偏向小主应力方向。

摘要： 为研究中主应力对冻结黏土力学特性的影响,借助冻土真三轴仪,开展了一系列真三轴压缩试验。试验结果表明:冻结黏土的强度和变形模量呈正相关,随着中主应力的增加,二者均呈现出先升高后降低的变化趋势;中主应力对冻结黏土的侧向变形产生显著的影响,且中主应力方向和小主应力方向之间的变形差异随着中主应力的增加而增加;在不同中主应力条件下,冻结黏土的应力应变曲线均呈现出应变硬化的特性,邓肯-张模型能够准确的反映出其在复杂应力状态下的强度和变形特性。

摘要： 为研究真三向应力下硬岩破裂过程3个主应力方向超声波波速变化规律及其与岩石破裂的关系,对云南砂岩开展了一系列真三轴试验,获得了砂岩破裂过程中3个主应力方向的波速变化特征,发现了3个方向波速具有明显差异,主要表现在三个方面:最大波速、波速初始下降时的σ和峰后波速变化特征。波速分析表明,最小主应力方向波速最能够反映岩石破裂过程。将基于最小主应力方向波速计算的损伤变量与裂纹体应变进行了对比分析,发现损伤变量能较好地反映岩石破裂演化过程。为了更好地描述岩石破裂演化过程,用Power函数拟合了岩石破裂增长阶段损伤变量的演化曲线,建立了多阶段破裂演化方程。试验数据拟合结果表明,该方程与试验数据拟合良好。

摘要： 真三轴仪是研究复杂应力状态下土体力学特性的理想仪器,但如何保持加载结构与土体之间无摩擦力且3个方向无干扰加载是真三轴仪研制的技术瓶颈。本文针对“刚柔复合型”真三轴仪中刚性加载板与试样之间的双向摩擦力问题,基于土体与加载板之间“整体接触变为分散式接触,滑动摩擦变为滚动摩擦”的减摩新方法,研制了土工真三轴试验双向微摩擦荷载传力板。详细介绍了该装置的结构原理和细部构造,通过大型直剪试验和数值计算论证了分散式接触代替整体式接触、滑动摩擦变为滚动摩擦的减摩措施效果。结果表明:1)试样与加载板之间的摩擦系数低至0.023,与传统减摩方法相比,摩擦系数可降低90%以上;2)与整体式接触相比,分散式接触可使试样3个方向的应力和变形更为均匀,并较大程度地降低试样与加载板之间的摩擦力;3)采用分散式滑块相互搭接并预留间隙方法满足随试样同步变形,实现了大变形条件(竖向最大变形量90 mm,应变达15%)下真三轴试验的三向无干扰独立加载。土工真三轴试验双向微摩擦荷载传力板的成功研制,有效消除了试样与加载板之间的界面摩阻力,使试样在接触面切线方向上可以自由双向变形,又实现了大变形条件下三向加载互不干扰,破解了真三轴仪研制中的关键技术难题。

摘要： 塔里木盆地库车山前构造带油气资源丰富,开发潜力巨大,地质条件复杂且发育有巨厚砾石层,砾石体积分数高、强度大、分布范围广,导致钻遇岩层非均质性强、地应力高,极大地提高了钻井难度,降低了破岩效率,严重制约了开发进程。为研究不同载荷状态下砾岩的强度及破坏特征,采用砾岩露头开展真三轴试验,并对试样进行CT扫描。结果表明:三向载荷作用下砾岩的破坏过程及其强度特征受水平主应力影响显著,主要表现为脆性破坏,强度随水平主应力呈线性增长,而真三轴弹性模量受水平主应力影响较小,且其平均值小于单轴弹性模量;受砾岩非均质性和组分强度差异影响,基质的变形导致砾石颗粒承受力矩并形成剪切破坏和裂纹绕砾发展,最终导致砾岩的宏观破坏。

摘要： 岩土类工程材料在三维应力状态下表现出偏平面各向异性的强度特征,而常见的强度理论在这方面存在一定局限.文中将蛋形屈服函数从子午面扩展至π平面,提出了偏平面的蛋形强度准则,整个模型仅需α2和β2个参数,分别表征蛋形角隅函数的曲率变化以及三轴拉伸与三轴压缩强度之比.首先从数学角度论证蛋形函数作为π平面形状函数的可行性,其次结合真三轴试验结果对蛋形角隅函数的有效性进行分析与讨论,相关数值比较结果表明:根据模型参数的不同,蛋形函数可表征多种不同形态的π平面强度包线.在β一定的情形下,蛋形角隅函数与包括SMP准则在内的一些常见角隅函数均能较好地再现试验结果.当α2趋向于0时,蛋形强度包线与SMP准则趋于一致;而当α2趋向于1时,蛋形强度包线与Mohr-Coulomb准则趋于一致.

摘要： 为了更好地探究结构性黄土屈服破坏动态过程规律,本文改进原真三轴仪压力室,提出了一种复合加载真三轴仪水平柔性加载向变形直接量测的方法,进行了原状黄土复杂应力条件下的真三轴试验研究.结果表明该变形量测方法合理可靠.同时,分析了结构性黄土在复杂应力条件下屈服破坏变化规律.

摘要： 为了研究煤矿因开挖而引起的安全问题,通过自主研发的地声过程模拟试验系统开展不同中间主应力条件下煤岩的真三轴加、卸载试验,并利用声发射探测系统记录煤岩在加、卸载过程中的损伤演化规律.结果表明:在真三轴卸载试验中,随着中间主应力增大,煤岩的破坏状态由剪切破坏转为局部剪切的张拉破坏再到整体屈服破坏;应力-应变曲线中,随着中间主应力的增大,中间主应力方向的应变由压缩逐渐变为扩张,体积应变由收缩转为扩容;Mogi-coulomb强度准则能较好反映煤岩在卸载时的强度破坏特征;应力差-声发射曲线图中,中间主应力增大使煤岩在加载阶段内部裂隙呈非稳定指数型增长且使煤岩在卸载完成阶段不再具备承载能力.

摘要： 深部岩体开挖工程需要面对高地温、高地压和高渗透压等难题,深埋巷道围岩的变形与破坏特征更加复杂.为研究采动影响下煤矿深埋巷道围岩的力学性质与变形特性,现场调查了榆树湾煤矿某开采工作面运输巷道的变形特征并深入分析了深埋巷道的围岩应力分布特征,在室内展开了3种不同应力路径下的围岩真三轴试验.研究发现,巷道自由面围岩的承载能力与变形特性均劣于处于三向应力条件下的围岩,且采动荷载能够大幅劣化围岩的力学性质,研究成果为煤矿深埋巷道的变形控制和支护设计提供了一定的借鉴.

摘要： 基于长江科学院自主研制的大型微摩阻土工真三轴仪,对某土石坝粗粒填料开展不同中主应力系数(等b)条件下的真三轴试验,探讨三向应力条件下粗粒料强度变化特征.研究表明:1、中主应力对粗粒料强度影响显著,强度指标随b值增加而增加,特别是b值在0～0.25区间内,相较于常规三轴试验其强度指标有显著增长;2、经与几种经典强度准则对比,拉德-邓肯强度准则能够较好的反映粗粒料在三向应力状态下的强度演化趋势;3、通过一组平面应变试验认为,不同围压下当偏应力接近峰值时,b值基本稳定在0.17～0.19,实际工程中在试验条件有限的情况下,可用于粗略估算粗粒料在复杂三向应力状态下的强度.研究方法及成果可为合理确定工程中粗粒料复杂应力状态下的强度参数以及精细化研究粗粒料的强度准则提供参考.

摘要： 基于西安理工大学新型真三轴仪，从试样密封、水气排出控制和孔隙水气压力量测方面进行了改进，在增加了孔隙水压力控制装置和孔隙气压力量测装置的基础上，实现了利用轴平移技术测试基质吸力的非饱和土真三轴试验。经过仪器调试，开展了干密度为1.35g/cm3、含水率为18%非饱和重塑黄土在不同固结净应力(3au..=50，100，150，200kPa)、不同中轴应力(b=0，0.25，0.5，0.75，1.0)条件下的真三轴试验。应用Bishop有效应力公式，确定了非饱和重塑黄土的基质吸力参数.，分析了非饱和重塑黄土的真三轴剪切应力应变关系、子午平面上有效应力强度破坏线和.平面上的有效应力强度破坏线。表明子午平面上的强度破坏线近似呈线性关系。

摘要： 本文针对含结构面岩石的脆性破坏现象,探讨了三向应力条件下岩体破坏的单结构面控制效应。利用真三轴试验进行验证,系统研究了单结构面岩石试样在模拟工程岩体开挖卸荷与支护应力路径下的力学行为、结构控制规律及声发射(AE)特征等。结果表明,(1) 三向应力下单结构面控制效应能够较好地描述工程岩体的结构控制规律和卸荷、支护作用,真三轴试验结果与理论分析较为吻合；(2) 开挖卸荷与支护应力路径下,含结构面岩体的破坏模式、卸荷的影响和支护效果等均与应力状态、支护强度及结构面参数有关,可依据结构控制规律,从工程方位布置、提供合理支护等方面采取措施避免岩体发生结构控制破坏；(3) 试样的AE活动和能量释放规律与完整试样相似,但结构面的存在降低了试样储能能力,且95%以上的应变能在破坏阶段突然释放.试验研究和结构面控制效应的探讨对地下工程岩体开挖支护有一定的指导意义。

摘要： 本文综述了国内外岩土真三轴仪的发展、堆石料力学特性及机理相关的研究现状.重点介绍了本研究团队开发的大型岩土静动真三轴试验机及在堆石料力学特性试验研究方面取得的初步成果.按加载方式,土的真三轴仪可以分为三类:刚性加载真三轴仪、柔性加载真三轴仪和混合型加载真三轴仪.堆石料真三轴试验具有试样尺寸大、承压高、各方向相互干扰强、试样变形后荷载对中难、加压板与试样间摩擦效应强、试样安装和量测复杂等诸多困难.因而目前适用于堆石料的真三轴仪和试验成果均较少.考虑堆石料真三轴及复杂应力路径条件下的颗粒破碎、各向异性等,研究其力学特性并开发相应的本构模型是本课题发展的趋势.清华大学大型岩土静动真三轴试验机中联合采用了椭圆形试样帽和异形乳胶膜的封样方式,可很好地解决真三轴试样的高压密封、拆装、量测和耐久性等一系列难题.对堆石料进行了一系列真三轴复杂应力路径试验,结果表明真三轴试验中堆石料表现出更明显的应力诱导各向异性和应力状态依赖性,特别是对小主应力-应变关系、球应力-体应变关系和广义剪应力-剪应变关系的影响更显著.球应力和广义剪应力对体积应变和广义剪应变之间存在着明显的交叉影响.

摘要： 薄层大理岩化白云岩是一类典型的层状岩体.本文以乌东德水电站薄层大理岩化白云岩为对象,开展原位真三轴卸荷蠕变试验,分析了这类层状软岩的卸荷蠕变特性.试验结果显示:在卸荷条件下,薄层大理岩化白云岩蠕变曲线表现为衰减蠕变特征,且随卸荷强度的增加,体积蠕变呈现先压缩后膨胀;与轴向蠕变量对比,侧向卸荷方向的蠕变量随着卸荷量的增加而增加,并随着卸荷量增到初始荷载的50％左右后,侧向卸荷方向的蠕变量超过轴向蠕变量;相对轴向蠕变,卸荷方向的侧向蠕变和体积蠕变表现的更为显著;现场原位真三轴蠕变试验岩样基本表现为沿层面剪切破坏,局部切岩层破坏;蠕变试验长期强度参数略低于常规卸载强度参数.

摘要： 采用西安理工大学自主研发的真三轴仪,对西安白鹿原黄土进行了不同中主应力比值、不同固结围压的试验研究,探讨了黄土剪切带形成与峰值强度、中主应变与大主应变关系曲线、体应变与大主应变关系曲线特征点之间的联系以及子午平面、π平面上的强度变化规律.分析了真三轴应力条件下黄土强度变形规律和试样剪切带破坏模式和黄土在复杂应力状态下剪切带形成的判断依据和原因,研究表明,真三轴压缩原状黄土具有明显的剪切带,围压和中主应力比值较小时表现为软化,围压和中主应力比值较大时则表现为硬化;中主应变、体应变与大主应变关系曲线较为一致的转折点反映了土变形性状发生变化;与中主应变方向一致的剪切带两侧土结构块体产生相对滑移,剪切带开始形成和发展;土应变曲线的转折点可以作为土固结结构内剪切带形成的判断依据;子午平面上强度线呈线性变化规律,π平面上呈曲边三角形非线性变化规律,并且与3√σSMP强度准则较为接近.不同应力条件下剪切带变化复杂的破坏模式与黄土原生的结构特征和加载共同作用的变化有密切联系.

摘要： 土体强度的主要研究方法是室内实验,获取强度参数的方法又多基于直剪试验和常规三轴试验,这两种方法虽然简单实用,但难以考虑中主应力对强度参数的影响。因此,一些经典研究成果多利用真三轴试验,引入衡量中主应力影响程度的参数指标(如b参数)来研究中主应力影响,但却少有考虑其潜在问题的。如果不分析此类指标的适应条件和隐含的假设,则由此得出的结论也会带有局限性和潜在的不合理性。

摘要： 由于预压静载与弹性杆变截面的影响,岩石真三轴冲击试验入射波、反射波、透射波的获取较为复杂.为此,本文基于数值试验的方法分析了岩石真三轴冲击试验弹性杆中的应力脉冲传播规律,分析了预压静载及变截面段对应力波的影响,提出一种巧妙的三波信息获取方法.研究结果对岩石真三轴冲击试验设计及数据处理具有一定的指导意义.

摘要： 由于预压静载与弹性杆变截面的影响,岩石真三轴冲击试验入射波、反射波、透射波的获取较为复杂.为此,本文基于数值试验的方法分析了岩石真三轴冲击试验弹性杆中的应力脉冲传播规律,分析了预压静载及变截面段对应力波的影响,提出一种巧妙的三波信息获取方法.研究结果对岩石真三轴冲击试验设计及数据处理具有一定的指导意义.

摘要： 由于预压静载与弹性杆变截面的影响,岩石真三轴冲击试验入射波、反射波、透射波的获取较为复杂.为此,本文基于数值试验的方法分析了岩石真三轴冲击试验弹性杆中的应力脉冲传播规律,分析了预压静载及变截面段对应力波的影响,提出一种巧妙的三波信息获取方法.研究结果对岩石真三轴冲击试验设计及数据处理具有一定的指导意义.

摘要： 本发明提供了一种适用于假三轴试验机的真三轴加载装置及试验方法，涉及岩石力学试验装置技术领域，解决了假三轴试验装置无法完成真三轴加载的技术问题，该装置包括第二主应力加载装置、第三主应力加载装置和监测装置，第二主应力加载装置包括加载基座、液压油缸、导杆和第二承压板；第三主应力加载装置包括滑动承压板、固定载荷转换块、滑动载荷转换块和第三承压板；其中导杆穿过滑动承压板，滑动承压板上分别设置有固定载荷转换块和滑动载荷转换块；监测装置包括位移传感器、压力传感器和工业相机，利用该装置进行三轴加载试验的方法包括装置的安装和试验操作步骤。另外本发明具有改造成本低、拆装方便和加载力分布均匀等优点。

摘要： 本实用新型提供了一种适用于假三轴试验机的真三轴加载装置，涉及岩石力学试验装置技术领域，解决了假三轴试验装置无法完成真三轴加载的技术问题，该装置包括第二主应力加载装置、第三主应力加载装置和监测装置，第二主应力加载装置包括加载基座、液压油缸、导杆和第二承压板；第三主应力加载装置包括滑动承压板、固定载荷转换块、滑动载荷转换块和第三承压板；其中导杆穿过滑动承压板，滑动承压板上分别设置有固定载荷转换块和滑动载荷转换块；监测装置包括位移传感器、压力传感器和工业相机。另外本实用新型具有改造成本低、拆装方便和加载力分布均匀等优点。

摘要： 本发明提供一种试验参数自适应的智能真三轴试验系统及方法，该方法包括：根据岩样性质得到其对应的真三轴试验条件参数的合理范围；根据自适应模块得到的真三轴试验条件参数的合理范围设定真三轴试验条件参数并模拟真三轴试验输出，判定试验结果是否在当前真三轴试验设备的承载能力范围内，是则根据设定的真三轴试验条件参数对岩样进行真三轴试验；否则重新设定真三轴试验条件参数。该系统包括自适应模块、智能响应模块、试验模块。通过对试验岩样自适应获取合理的试验参数，指导试验人员设定真三轴试验参数，在试验前有效保证试验的安全和高效性。

摘要： 一种用于三刚型真三轴试验机的三维直剪盒及使用方法，直剪盒包括上半剪切盒、下半剪切盒、前压块及后压块，四者构成互扣式结构；上半剪切盒在施加法向应力时推动前压块运动，前压块在施加侧向力时推动下半剪切盒运动，下半剪切盒在施加法向应力时推动后压块运动，后压块在施加侧向力时推动上半剪切盒运动。方法为：对直剪盒进行减摩处理；将试样放入下半剪切盒内，在下半剪切盒上连接前压块并紧贴试样，将上半剪切盒在试样上，在上半剪切盒上连接后压块，交替调整前压块和后压块位置，直到试样前后端面分别与上下半剪切盒前后端面相平齐；临时固定上下半剪切盒并形成试样组合体，将试样组合体送入试验机内预夹紧，移除临时固定后启动试验。

摘要： 一种利用真三轴试验机实现岩石双轴拉压试验的装置，包括试样粘结组件、拉伸组件和支撑组件，试件粘结组件包括上槽板和下槽板，上槽板中心设有螺孔，所述拉伸组件包括第一顶板、第一底板以及连接杆，连接杆位于第一底板凹槽两侧的槽壁上，第一底板的凹槽的两侧槽壁上还开设有第一通孔，所述支撑组件包括螺钉、第二顶板、第二底板以及支柱，第二顶板中心开设有螺钉安装孔，支柱安装在拉伸组件的第一通孔中，第二顶板上还设有第二通孔，拉伸组件的连接杆安装在第二通孔中，螺钉安装在螺钉安装孔和螺孔中。该装置借助真三轴压力试验机能准确地测出岩石材料双轴拉压条件下的强度和变形。

摘要： 本发明涉及岩石真三轴试验装置领域，尤其涉及一种用于真三轴试验的试验台。本发明公开了一种用于真三轴试验的试验台，包括底座，平移车与底座滑动连接：平移车上设置有航插线盒、压力室、压力室管路组件；压力室管路组件分别与压力室内的左活塞、右活塞、上活塞和下活塞连接；压力室管路组件与液压装置连接，压力室管路组件包括多条压力室管路且每条压力室管路上设置有阀门。压力室管路能够分别控制压力室各活塞地移动，用于调整试样位置，保障岩石试样处于加载板的几何中心维持，确保其加载过程中均匀受力。

摘要： 本发明提供一种试验参数自适应的智能真三轴试验系统及方法，该方法包括：根据岩样性质得到其对应的真三轴试验条件参数的合理范围；根据自适应模块得到的真三轴试验条件参数的合理范围设定真三轴试验条件参数并模拟真三轴试验输出，判定试验结果是否在当前真三轴试验设备的承载能力范围内，是则根据设定的真三轴试验条件参数对岩样进行真三轴试验；否则重新设定真三轴试验条件参数。该系统包括自适应模块、智能响应模块、试验模块。通过对试验岩样自适应获取合理的试验参数，指导试验人员设定真三轴试验参数，在试验前有效保证试验的安全和高效性。

摘要： 一种用于三刚型真三轴试验机的三维直剪盒及使用方法，直剪盒包括上半剪切盒、下半剪切盒、前压块及后压块，四者构成互扣式结构；上半剪切盒在施加法向应力时推动前压块运动，前压块在施加侧向力时推动下半剪切盒运动，下半剪切盒在施加法向应力时推动后压块运动，后压块在施加侧向力时推动上半剪切盒运动。方法为：对直剪盒进行减摩处理；将试样放入下半剪切盒内，在下半剪切盒上连接前压块并紧贴试样，将上半剪切盒在试样上，在上半剪切盒上连接后压块，交替调整前压块和后压块位置，直到试样前后端面分别与上下半剪切盒前后端面相平齐；临时固定上下半剪切盒并形成试样组合体，将试样组合体送入试验机内预夹紧，移除临时固定后启动试验。

摘要： 本发明提供一种恒定侧向刚度真三轴试验装置，包括用于给岩石试件施加轴向压力的轴向压力加载系统、水平方向加载系统、用于监测岩石试件所承受轴向压力大小的轴向压力监测系统、用于监测岩石试件所承受第一水平方向压力大小的第一水平方向压力监测系统、用于监测岩石试件所承受第二水平方向压力大小的第二水平方向压力监测系统、用于测量岩石试件轴向变形大小的轴向变形测量系统、用于测量岩石试件第一水平方向变形大小的第一水平方向变形测量系统、用于测量岩石试件第二水平方向变形大小的第二水平方向变形测量系统及计算机控制系统。本发明能够更真实的再现和测试岩石在工程现场的物理力学性质，为岩土工程的设计和施工提供更准确的数据。

摘要： 一种利用真三轴试验机实现岩石双轴拉压试验的装置，包括试样粘结组件、拉伸组件和支撑组件，试件粘结组件包括上槽板和下槽板，上槽板中心设有螺孔，所述拉伸组件包括第一顶板、第一底板以及连接杆，连接杆位于第一底板凹槽两侧的槽壁上，第一底板的凹槽的两侧槽壁上还开设有第一通孔，所述支撑组件包括螺钉、第二顶板、第二底板以及支柱，第二顶板中心开设有螺钉安装孔，支柱安装在拉伸组件的第一通孔中，第二顶板上还设有第二通孔，拉伸组件的连接杆安装在第二通孔中，螺钉安装在螺钉安装孔和螺孔中。该装置借助真三轴压力试验机能准确地测出岩石材料双轴拉压条件下的强度和变形。