[发明专利]一种三向独立加载压力室结构的真三轴仪

说明书

技术领域

本发明属于岩土工程测试设备技术领域，涉及一种用于真三轴复杂应力条件下土力学性质测试的装置，具体涉及一种三向独立加载压力室结构的真三轴仪。

背景技术

目前现有的土力学性质测试设备主要有直剪仪、常规三轴仪、平面应变三轴仪、真三轴仪。其中直剪仪只是模拟给定剪切面上的法向应力和切向应力，可测试剪切面上的剪应力和剪应变，但不能够控制排水条件；常规三轴仪只能模拟轴对称应力条件，不能实现一般应力条件；平面应变三轴仪尽管可以控制三向主应力不同，但其中一个轴向的应变为零，亦不能模拟一般的应力条件；真三轴仪可以实现三个轴向分别施加不同大小的主应力，三轴轴向产生应变，能够模拟土体中一般的应力条件。

为了实现三个轴向施加主应力，真三轴试样一般为一个立方体。现有的真三轴仪一般采用三向平板加载或两向平板加载、一向流体压力加载，加载平板一般为钢板，刚性大。相对于土样，加载平板可视为刚性板。当试样发生变形后，与试样接触的刚性板必然产生相互接触而制约它们的运动，这就影响了三个轴向的加载和变形。除此之外，当试样发生变形后，必然产生试样与刚性板之间的相对运动，在刚性板与试样的接触面上将产生剪应力，不能保证接触面上只有正应力，即为主应力作用面，从而影响了真三轴试验测试结果。因此，改善真三轴试样加载机构，消除现有真三轴仪三向加载刚性板或双向刚性板之间的相互制约及刚性板对试样变形的约束影响，使得试样沿三个轴向独立变形，不仅可以克服现有真三轴仪存在的问题，而且使模拟的应力与变形条件更加符合实际。

发明内容

本发明的目的在于提供一种三向独立加载压力室结构的真三轴仪，解决了现有的土力学性质测试设备加载平板为刚性板，加载时与试样之间的相互制约及刚性板对试样变形产生约束的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种三向独立加载压力室结构的真三轴仪，包括主机部分、液压载荷控制部分、量测信号采集及处理部分，其特点是，所述的主机部分包括由压力室底板、压力室顶盖及侧壁构成的压力室，在压力室底板的下端连接有轴向压力活塞，轴向压力活塞的下端连接有轴向压力腔，轴向压力腔通过液压导管与轴向的压力源连接，压力室底板开有下排水通道，在压力室底板上设置有包裹试样的橡皮膜；所述的压力室顶盖的中间开口，开口设置试样帽，试样帽上设置有一个上排水通道，试样帽的上表面通过轴向传力杆与主机支架连接，轴向传力杆上设置有轴向压力传感器，在轴向传力杆上还连接有轴向位移传感器；压力室内对称设置有四个侧压力腔，每个侧压力腔都放置一个液压囊，每个液压囊都与侧向的压力源连接，在相邻的液压囊之间设置有侧压力腔的挡板；所述的液压载荷控制部分包括两个侧向步进电机执行机构和一个轴向步进电机执行机构，每个步进电机执行机构接受量测信号采集及处理部分的控制，并与各自的压力源压力缸连接，轴向压力源压力缸与压力室的轴向压力腔连接，侧向的压力源压力缸与各自方向的液压囊连接。

轴向步进电机执行机构包括步进电机，步进电机通过连轴器与滚珠丝杠连接，滚珠丝杠穿过安装在支架上的丝母与丝杠活塞连接，丝杠活塞与压力源压力缸连接。

侧向步进电机执行机构包括步进电机，步进电机通过连轴器与滚珠丝杠连接，滚珠丝杠穿过安装在支架上的丝母与丝杠活塞连接，丝杠活塞与压力源压力缸连接，压力源压力缸的出口管路上安装有侧向压力传感器，在滚珠丝杠上还设置有侧向位移传感器。

量测信号采集及控制部分包括程控放大器，程控放大器和定时与逻辑控制器的输入端同时与轴向压力传感器、轴向位移传感器、两个侧向位移传感器、两个侧向压力传感器连接，程控放大器的输出端与采样保持器和定时与逻辑控制器的输入端连接，采样保持器与A/D转换器连接，A/D转换器与计算机连接，定时与逻辑控制器也与计算机连接。

上排水通道和下排水通道与内体变量测量筒连接，在上排水通道和下排水通道上分别设置有一个孔压传感器。

挡板与挡板伸缩弹簧连接，挡板伸缩弹簧与挡板调节螺栓连接，挡板调节螺栓与挡板调节弹簧连接，挡板调节弹簧与安装在压力腔外壳上的挡板调节弹簧固定螺栓连接。

本发明的有益效果是，实现了实际工程中一般应力条件下三个轴向正应力独立施加，三个轴向独立量测变形，侧向变形关于竖向轴线对称的模拟手段，能够测试包括主应力主轴偏转、应力路径旋转等复杂应力条件下土的力性状反应，提高了土力性质测试技术水平。

附图说明

图1是本发明的主机部分结构示意图；