用于巖土工程均勻圍壓下的假三軸蠕變裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了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(jīng)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(shù)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。本發(fā)明同時公開了該裝置的操作方法。本發(fā)明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。
【專利說明】用于巖土工程均勻圍壓下的假三軸蠕變裝置及方法【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種巖土工程技術(shù)，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(shù)】
[0002]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(xiàn)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(xiàn)，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(xiàn)。
[0003]巖土工程中蠕變現(xiàn)象非常普遍，很多巖土工程災害也與巖土體蠕變息息相關(guān)，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。
[0004]目前，國內(nèi)外對巖土體蠕變現(xiàn)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(tài)，假三軸蠕變試驗機采用油壓施加環(huán)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(huán)向均勻的施加壓力，難以達到目前蠕變試驗。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是為克服上述現(xiàn)有技術(shù)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。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案:
[0007]—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(jīng)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(shù)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。
[0008]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(shè)置有夾具。
[0009]所述底座豎直部分上表面和兩個側(cè)面交界處分別設(shè)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。
[0010]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(shè)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。
[0011]和試件相對應的第一部件側(cè)面為與試件外表面相配合的弧形結(jié)構(gòu)。
[0012]所述第一部件上設(shè)有供片狀柔性材料件穿過的孔隙。
[0013]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(shè)有加載托盤連接耳，所述連接耳上設(shè)有軸孔，片狀柔性材料件一端的中間位置通過轉(zhuǎn)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。
[0014]所述加力裝置為千斤頂。
[0015]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:
[0016](I)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；
[0017](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；
[0018](3)設(shè)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；
[0019](4)設(shè)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；
[0020](5)圍壓加載穩(wěn)定后，通過千斤頂施加軸壓，通過控制傳感器的讀數(shù)，控制軸壓的恒定；
[0021](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(huán)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；
[0022](7)更改環(huán)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。
[0023]本發(fā)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(huán)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(xiàn)，千斤頂與試件間安置壓力傳感器；通過控制傳感器的讀數(shù)保證軸壓的恒定。
[0024]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(zhuǎn)折位置設(shè)置滾輪，降低摩擦，保證圍壓的準確施加。
[0025]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(huán)向應變。
[0026]施加圍壓的加載托盤與片狀柔性材料件末端中心鉸接，有效防止傾斜加載產(chǎn)生彎矩，避免偏拉現(xiàn)象的發(fā)生，保證試驗精度。
[0027]試件周圍以橡膠圈包裹，保證圍壓的均勻垂直施加，滿足低強度實驗的要求，提高精度。
[0028]軸壓的施加通過千斤頂加載實現(xiàn)，通過控制壓力傳感器的讀數(shù)，保證試件所受軸壓的恒定準確。
[0029]本發(fā)明與以往的測量方法相比具有以下優(yōu)點:
[0030]I本發(fā)明解決了以前實驗中的諸多不便，通過片狀柔性材料件包裹試件的方式施加圍壓，達到圍壓的均勻垂直施加。
[0031 ] 2試件周圍包裹橡膠圈，使圍壓施加更加均勻，并避免了不必要的摩擦影響。
[0032]3通過設(shè)立對比試驗的方式，抵消片狀柔性材料件自身蠕變所帶來的誤差，得到真實的試件周長變化，從而得出試件環(huán)向應變。
[0033]4加載托盤通過片狀柔性材料件末端中心，且為鉸接,避免了傾斜加載帶來的彎矩影響，防止片狀柔性材料件受到偏拉作用。
[0034]5壓力傳感器的安裝保證了蠕變圍壓的恒定，保證蠕變實驗的準確性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0035]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0036]圖2是本發(fā)明另一方向視圖；
[0037]其中I千斤頂；2壓力傳感器；3橡膠圈；4蠕變試件；5固定夾具；6固定螺絲;7片狀柔性材料件；8加載托盤轉(zhuǎn)軸；9加載托盤；10轉(zhuǎn)動滾輪；11儀器固定底座。
【具體實施方式】
[0038]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。
[0039]用于巖土工程均勻圍壓下的假三軸蠕變新型裝置，上部主要包括儀器固定底座11，轉(zhuǎn)動滾輪10，千斤頂1，壓力傳感器2，橡膠圈3，蠕變試件4，固定夾具5，固定螺絲6 ;中間為片狀柔性材料件7，下部為加載托盤轉(zhuǎn)軸8，加載托盤9。其中上部的壓力傳感器2嵌于千斤頂I和蠕變試件4之間，試塊周圍用橡膠圈3包裹，片狀柔性材料件7 —端固定在固定夾具5上，用螺絲6緊固，并均勻纏繞橡膠圈3，通過轉(zhuǎn)動滾輪10，另一端嵌加載托盤轉(zhuǎn)軸
8,托盤轉(zhuǎn)軸下方固定加載托盤9。
[0040]一種用于巖土工程均勻圍壓下的假三軸蠕變置，操作方法包括以下幾步:
[0041](I)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。
[0042](2)將橡膠圈3包裹住蠕變試件4，平放于試驗臺上，通過固定夾具5將已知特性的片狀柔性材料件7 —段固定在裝置上，包裹住蠕變試件4后，將片狀柔性材料件7末端垂下，并將加載托盤固定8在片狀柔性材料件7末端。
[0043](3)設(shè)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9中。
[0044](4)設(shè)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7上，抵消片狀柔性材料件7自身蠕變帶來的誤差。
[0045](5)圍壓加載穩(wěn)定后，通過千斤頂I施加軸壓，通過控制傳感器2的讀數(shù)，控制軸壓的恒定。
[0046](6)記錄千斤頂I端部與片狀柔性材料件7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7末端的下降值，計算出蠕變試件4的半徑變化，得出環(huán)向應變，通過記錄軸向位移得到蠕變試件4軸向應變，最終得到試件的蠕變特性曲線。
[0047](7)更改環(huán)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。
[0048]上述雖然結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】進行了描述，但并非對本發(fā)明保護范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護范圍以內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于巖土工程均勻圍壓下的假三軸蠕變裝置，其特征是，包括加力裝置，加力裝置經(jīng)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(shù)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。
2.如權(quán)利要求1所述的用于巖土工程均勻圍壓下的假三軸蠕變裝置，其特征是，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(shè)置有夾具。
3.如權(quán)利要求2所述的用于巖土工程均勻圍壓下的假三軸蠕變裝置，其特征是，所述底座豎直部分上表面和兩個側(cè)面交界處分別設(shè)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。
4.如權(quán)利要求2所述的用于巖土工程均勻圍壓下的假三軸蠕變裝置，其特征是，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(shè)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。
5.如權(quán)利要求4所述的用于巖土工程均勻圍壓下的假三軸蠕變裝置，其特征是，和試件相對應的第一部件側(cè)面為與試件外表面相配合的弧形結(jié)構(gòu)。
6.如權(quán)利要求4所述的用于巖土工程均勻圍壓下的假三軸蠕變裝置，其特征是，所述第一部件上設(shè)有供片狀柔性材料件穿過的孔隙。
7.如權(quán)利要求1所述的用于巖土工程均勻圍壓下的假三軸蠕變裝置，其特征是，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(shè)有加載托盤連接耳，所述連接耳上設(shè)有軸孔，片狀柔性材料件一端的中間位置通過轉(zhuǎn)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。
8.如權(quán)利要求1所述的用于巖土工程均勻圍壓下的假三軸蠕變裝置，其特征是，所述加力裝置為千斤頂。
9.一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，其特征是，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(shè)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(shè)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(wěn)定后，通過千斤頂施加軸壓，通過控制傳感器的讀數(shù)，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(huán)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(huán)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。
【文檔編號】G01N3/14GK103604697SQ201310598127
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年11月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月22日
【發(fā)明者】王慶瀚, 李術(shù)才, 李利平, 何敬源, 張乾青, 許振浩, 石少帥, 王旌 申請人:山東大學