[发明专利]一种散体矸石真三轴压缩试验装置及方法

权利要求书

1.一种散体矸石真三轴压缩试验装置，其特征在于：包括刚性框架、水平加载液压缸、竖直加载液压缸、刚性承压底板、刚性承压立板及刚柔复合承压顶板；所述水平加载液压缸数量为四个，四个水平加载液压缸均布固装在刚性框架四周；所述刚性承压底板水平固装在刚性框架底部；所述刚性承压立板数量为四个，四个刚性承压立板呈首尾相接状态设置在刚性承压底板上表面，在每一块刚性承压立板底部均设置有减摩滚珠，在相邻刚性承压立板之间均设置有立板减摩滚针，首尾相接的四个刚性承压立板中间用于填装散体矸石；每一个所述水平加载液压缸对应一块刚性承压立板，在水平加载液压缸的活塞杆端部与刚性承压立板之间设置有活塞杆减摩滚针；所述刚柔复合承压顶板水平设置在散体矸石上层，所述竖直加载液压缸固装在刚柔复合承压顶板正上方的刚性框架顶部。

2.根据权利要求1所述的一种散体矸石真三轴压缩试验装置，其特征在于：在相邻所述刚性承压立板之间均安装有可拆卸的定位销钉。

3.根据权利要求1所述的一种散体矸石真三轴压缩试验装置，其特征在于：在每一块所述刚性承压立板的内表面中部、在所述竖直加载液压缸的活塞杆端部均嵌装有一个轮辐式压力传感器。

4.根据权利要求1所述的一种散体矸石真三轴压缩试验装置，其特征在于：在所述刚性框架四周均布有四个激光位移传感器，每一个激光位移传感器与一块刚性承压立板正对设置。

5.根据权利要求1所述的一种散体矸石真三轴压缩试验装置，其特征在于：在所述竖直加载液压缸的缸筒与活塞杆之间安装有LVDT位移传感器。

6.根据权利要求1所述的一种散体矸石真三轴压缩试验装置，其特征在于：所述刚柔复合承压顶板包括十字形橡胶油囊和刚性板，刚性板数量为四块，由四块刚性板与十字形橡胶油囊共同构成一块完整的且呈矩形的刚柔复合承压顶板，刚性板与十字形橡胶油囊之间通过粘接方式相连。

7.根据权利要求7所述的一种散体矸石真三轴压缩试验装置，其特征在于：所述十字形橡胶油囊的四条支臂上均设置有进出油口。

8.根据权利要求7所述的一种散体矸石真三轴压缩试验装置，其特征在于：在所述刚性框架外部设有油囊供油油箱，油囊供油油箱连接有一台油囊供油油泵，油囊供油油泵的出油口连接有第一单向阀，第一单向阀的进油侧与油囊供油油泵的出油口相连通，第一单向阀的出油侧通过两路油管分别与十字形橡胶油囊两条支臂上的进出油口相连通，十字形橡胶油囊另两条支臂上的进出油口通过两路油管汇接在第二单向阀的进油侧，第二单向阀的出油侧与油囊供油油箱相连通。

9.一种散体矸石真三轴压缩试验方法，采用了权利要求1所述的散体矸石真三轴压缩试验装置，其特征在于包括如下步骤：

步骤一：将准备的散体矸石装填到首尾相接的四个刚性承压立板中间，并以逐层方式进行散体矸石的装填，且每装填完一层散体矸石后都进行一次预压；

步骤二：当散体矸石完成装填后，将刚柔复合承压顶板放置到散体矸石的上层，同时在刚柔复合承压顶板上下表面分别放置一张减摩金属片，然后启动油囊供油油泵，以向十字形橡胶油囊中充入液压油，十字形橡胶油囊在充油过程中逐渐膨胀，直到刚性板与刚性承压立板紧密接触在一起；

步骤三：抽去所有定位销钉，同时将所有的轮辐式压力传感器、LVDT位移传感器和激光位移传感器进行调零；

步骤四：启动全部四个水平加载液压缸，通过水平加载液压缸对刚性承压立板施加水平方向载荷力，散体矸石在水平方向载荷力的作用下产生压缩，同时十字形橡胶油囊内的液压油在受压条件下会回流到油囊供油油箱中，刚柔复合承压顶板的尺寸会随着压缩过程进行自动改变；

步骤五：当轮辐式压力传感器检测到散体矸石所受到的水平方向载荷力达到设定值后，停止水平方向载荷力的继续加载，将散体矸石所受到的水平方向载荷力保持在设定值水平，同时通过激光位移传感器对散体矸石在水平方向上的压缩量进行测量；

步骤六：启动竖直加载液压缸，通过竖直加载液压缸对刚柔复合承压顶板施加竖直方向载荷力，散体矸石在竖直方向载荷力的作用下产生进一步压缩，直到竖直方向载荷力达到设定值后，通过LVDT位移传感器对散体矸石在竖直方向上的压缩量进行测量，同时通过刚性承压立板上的轮辐式压力传感器检测水平方向上的压力变化情况。