[实用新型]一种自动控制型平面应变试验机构

说明书

本实用新型公开了一种自动控制型平面应变试验机构，解决了现有应变试验装置的中主应力调节依赖人工，精度难以保证的问题。该试验装置包括：一压力室，具有一内部空腔；一平面应变压力室，位于压力室的内部空腔中，其内部也具有一空腔并用于放置待测土样，其包括两个液压囊和两块挡板；两个千斤顶，每个千斤顶的底部固定于压力室上，每个千斤顶的伸缩端连接至挡板，用于带动挡板往复移动，从而实现对待测土样中主应力的加载或卸载；至少两个土压力盒，分别嵌设于两块挡板的内壁上，用于采集待测土样的中主应力数据。

技术领域

本实用新型属于岩土工程测试设备技术领域，具体涉及一种自动控制型平面应变试验机构。

背景技术

实际工程中的很多工程问题(如深基坑、挡土墙、高填方路堤、大坝、隧道等)都处于或近似处于平面应变状态，而目前针对平面应变问题的工程，在设计时，土的强度参数一般按照常规三轴或直剪试验结果来确定，未考虑平面应变应力路径条件下中主应力方向的约束和应力的变化对土强度的贡献。因此，依据平面应变试验来确定土的强度参数可充分发挥土的强度，提高工程经济性，与实际工程中土的应力应变状态更加吻合。

自从Kjellman(1936)对其所研制的3组互相平行的刚性挡板加载方式的真三轴仪进行改造，通过限制主应力方向一对刚性挡板的位移即可对立方体试样施加平面应变应力状态，该装置在被认为是最早的平面应变装置，但该仪器的加载机构复杂，并且相邻两个方向的加载板相互干扰。之后Hambly、Jakobson和Roscoe等以Kjellman所研制平面应变装置为基础开发出了类似的平面应变试验仪，但该类仪器仍然较难克服各刚板之间交叉而产生的应力、应变边角干涉效应。随后，Wood在此基础上改进了压力室，试样为长条形，该仪器基本实现了平面应变条件，由于将σ₂作用面长度加大，增大了该面上的摩擦力，导致试验过程中对中主应力σ₂作用面上存在剪应力，且量测精度下降。Green开发了小尺寸试样的平面应变仪，虽降低了加载板和试样之间的摩擦力，但同时使得σ₂加载装置移动的范围较大，导致试验过程实现起来较困难。这类平面应变仪共同的缺点是刚、柔界面的相互挤压问题及试样与约束板之间的摩擦均会影响试验结果的准确性。基于常规三轴压力室及真三轴仪压力室进行相应的平面应该改造是平面应变仪发展的重要趋势之一。在三轴压力室内加入两块钢板，实现平面应变状态的剪切真三轴仪的蓬勃发展带动了平面应变仪的快速发展，这类平面应变仪大多是在真三轴仪的压力室及应力控制系统上进行改造，或者直接采用真三轴仪来完成平面应变试验。在加载过程中有独立的装置来保证σ₂方向的应变ε₂＝0，σ₂方向为刚性约束，σ₁方向为刚性加载，σ₃方向采用柔性水囊加载。这两类改装后的压力室缺点在于刚性板与土样之间的摩擦会影响轴向力的测量和试验结果，且大多不能实现σ₂方向上应力的量测。

现有的基于真三轴压力室改造的平面应变系统，原理简单可行，实现了σ₂方向的应变ε₂＝0，但实际工程中的平面应变状态只对应着明确的应变条件ε₂＝0，不对应着明确的应力条件。现有的改造只满足了变形条件，且由于刚性挡板装入压力室后无法对其水平位移进行调控，导致试样在固结阶段σ₂方向上的主应力达不到固结围压大小，只能被动受力，从而导致土体在开始剪切初始阶段时，σ₂方向上的主应力实为小主应力，随着剪切变形的不断发展，侧向土体挤压刚性板，σ₂方向被动受力后，才逐步发展为中主应力，此时，土体才真正进入平面应变状态。正是由于这种差异，导致现有的仪器不能完全模拟实际工程中土的平面应变状态。即有的σ₂方向主应力调节机构也以人工控制为主，很难保证精度。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种自动控制型平面应变试验机构，以解决现有应变试验装置的中主应力调节依赖人工，精度难以保证的问题。