[发明专利]真三轴动态压力试验机及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种试验机及方法，尤其是一种真三轴动态压力试验机及方法，属于土的压力试验领域。

背景技术

真三轴是用来进行真三轴试验的土工仪器，根据力学原理，任何物体都受到来自X、Y、Z三个方向的力，分别叫做大主应力、中主应力和小主应力，用符号σ₁、σ₂、σ₃表示。在常规岩土环境中，岩土物体实际上处于平面应变状态，测试这些岩土环境中的力的力学性能，常按轴对称问题处理，即σ₂＝σ₃。常规三轴试验就是使试样在轴对称的应力状态下进行试验。

但是实际岩土环境中，土所受到的三个主应力的大小往往是不同的，真三轴试验是模拟土体受到荷重的情况下，土体内任一小单元所承受的应力状态。研究在主应力方向固定的条件下，主应力与应变的关系及强度特性，即土的本构关系。试样一般为正立方体或矩形体。试验时对试样各个互相垂直的主应力面(即X、Y、Z)分别施加大主应力σ₁、中主应力σ₂及小主应力σ₃(主应力的关系是σ₁>σ₂>σ₃)，即试样在三个互相垂直面上施加各自独立的三个主应力σ₁、σ₂、σ₃，测定相应的主应变ε₁、ε₂、ε₃和体积变化等。目前，常规真三轴试验由于存在边界缺陷，导致试样变形不完整。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述现有技术的缺陷，提供一种真三轴动态压力试验机，该试验机结构简单、使用方便，可以避免在动态真三轴压力试验过程中的边界缺陷，使试样完整、试验数据完整。

本发明的另一目的在于提供一种基于上述试验机的真三轴动态压力试验方法。

本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种真三轴动态压力试验机，包括真三轴压力室、控制系统、大主应力加载系统、中主应力加载系统和小主应力加载系统，大主应力加载系统设置在真三轴压力室的垂直方向上，中主应力加载系统设置在真三轴压力室的水平方向上，小主应力加载系统设置在真三轴压力室内；

所述大主应力加载系统和中主应力加载系统均包括依次连接的作动器、负荷传感器和压头，所述作动器和负荷传感器分别与控制系统连接；

所述小主应力加载系统包括两个试验胶囊、至少两块导向压板和至少两个导向槽，导向压板、导向槽和压头之间一一对应；每块导向压板与对应的压头相接触，其固定在两个试验胶囊外侧，并可在对应的导向槽内滑动，两个试验胶囊分别与控制系统连接。

进一步的，所述大主应力加载系统为两个，两个大主应力加载系统设置在真三轴压力室的垂直方向相对位置上。

进一步的，所述中主应力加载系统为两个，两个中主应力加载系统设置在真三轴压力室的水平方向相对位置上。

进一步的，所述大主应力加载系统和中主应力加载系统还包括导向测控附件，所述导向测控附件设置在作动器上，并与控制系统连接。

进一步的，所述导向测控附件包括导向杆和位移传感器。

进一步的，所述真三轴压力室上还设有穿线孔。

进一步的，所述真三轴压力室与大主应力加载系统的作动器活塞、中主应力加载系统的作动器活塞之间分别通过密封套连接。

进一步的，每块导向压板与对应的压头通过滚珠相接触。

进一步的，每块导向压板内侧涂有润滑脂。

本发明的另一目的可以通过采取如下技术方案达到：

基于上述试验机的真三轴动态压力试验方法，所述方法包括：

当试样装进试验胶囊后，控制系统控制伺服缸向试验胶囊充液，从而实现向试验胶囊中的试样施加压力，并通过压力传感器进行反馈，实现对小主应力的自动控制；同时，控制系统控制伺服阀开口方向，通过液压带动作动器对试验胶囊中的试样施加试验力，并通过负荷传感器进行反馈，实现对大主应力和中主应力的自动控制。

本发明相对于现有技术具有如下的有益效果：