[发明专利]一种侧限条件可调节式岩土体竖向压缩辅助试验装置

说明书

所属技术领域

本发明涉及一种竖向压缩辅助试验装置，尤其是指在岩土工程领域借助伺服压力机进行岩土体竖向压缩试验的辅助试验装置，即侧限条件可调节式岩土体竖向压缩辅助试验装置。

背景技术

对服役过程中的岩土体而言，围压状态的差异，尤其是临空面的存在会影响其力学性能。根据岩土体在建筑结构或自然界中的位置，并考虑临空面的数量及其相对位置后可将受压工况简化为六种情况，分别为：①无侧限受压工况，如普通岩石柱体；②单面侧限受压工况，如有依托面的岩石柱体；③邻面侧限受压工况，如角部突出的受压岩体；④对面侧限受压工况，如岩石条形基础；⑤三面侧限受压工况，如高切坡岩石临空部位的岩体；⑥完全（四面）侧限受压工况，如深部岩体。各类受压工况因围压不同而导致其服役过程中应力分布规律不一，承载能力存在很大差异。

目前，通常采用以下三种室内外试验方法来实现对岩土体在各种工况下变形和强度的研究，方法一：无侧限单轴压缩试验，该方法将圆柱形和角柱形等各种形状的岩样或土样直接放置在压力设备加压仓内，通过轴向施加荷载进行试验，该工况下试样侧向位移不受约束，最终通过轴向加压造成试样压缩破坏；方法二：普通三轴压缩试验,也叫做假三轴压缩试验，该方法将圆柱形岩样放在具有液压的容器中, 对圆柱形岩土体试样施加恒定围压后再施加轴向压力,直至发生剪切破坏；方法三：真三轴压缩试验，该方法采用直接棱柱体或立方体岩样,附以消除端面摩擦的垫板,从 X、Y、Z三个方向施加大小不同的压力，以测定试样的变形和强度特征。

对于方法一而言，只在其轴向上受力，而其水平方向位移不受限制，故只能模拟无侧限的受压工况；对第二种试验方法，常规三轴试验中主应力和小主应力相等（σ₂=σ₃），就是使试样在轴对称的应力状态下进行试验，这显然无法适用于所有工况，因为实际岩土环境中，土单元所受的大主应力、中主应力和小主应力往往是不相等的，因此无法模拟实际受压工况下岩土体的应力应变关系；方法三中的真三轴压缩试验虽在假三轴压缩试验的基础上有所改进，使岩石试件处于三个主应力不相等（即σ₁>σ₂>σ₃）的应力组合状态下，但是仍然不能模拟单边受限、邻边侧限等实际服役工况，同时该方法所使用的真三轴试验机存在造极其昂贵、能耗高、操作复杂等缺点。

综上所述，设计开发出一种能够灵活调整侧限条件，并能在常规压力机上使用的竖向压缩辅助试验装置具有很强的必要性。该辅助试验装置加工完成后通过灵活拆装即可实现前述六种工况的室内试验，进而室内模拟岩土工程领域处于不同服役状况的岩土体的变形与力学性能，该装置的开发具有广泛的应用前景。

发明内容

发明内容概述

为了解决现有技术中岩土体强度和变形研究时使用真三轴试验机成本昂贵、操作复杂、能耗高、实用性差和难以对岩土体所处的上述所有六种工况实现模拟等问题，本发明提供了一种结构简单、操作方便、成本低廉、实用性高、能耗低、可实时测定并记录，并可实现模拟前述六种土体侧限受压工况的侧限条件可调节式岩土体竖向压缩辅助试验装置。

拟解决的技术问题与采取的技术方案

本发明拟解决的主要技术问题是设计一套能够在室内常规竖向压缩试验过程中用于辅助改变试样侧限条件的装置，该装置须实现试样侧限条件可灵活调节，并能够与室内常规压力机配套使用。