[发明专利]一种多加载边界真三轴仪及试验方法

说明书

本发明提供了一种多加载边界真三轴仪，包括设置在试样大主应力σ₁方向的σ₁方向刚性加载系统（1）和/或σ₁方向半刚性传力装置（2），设置在试样中主应力σ₂方向的σ₂方向刚性加载系统（3）和/或σ₂方向半刚性传力装置（4），设置在试样小主应力σ₃方向的柔性加载系统（5）和/或施加围压应力σ_c的压力室结构（6），σ₃方向的位移量测系统（7），试样制备装置（8）和/或试样固化系统（9），本发明还提供了一种多加载边界真三轴仪的试验方法。本发明采用可替换加载装置，适用于研究在三维应力下不同边界条件对试验结果的影响，可实现复杂应力路径下的真三轴试验，研究岩土材料的本构关系和微观结构的演化。

技术领域

本发明涉及一种多加载边界真三轴仪及试验方法，属于室内土工试验设备技术领域。

背景技术

真三轴仪可以对立方体土体试样施加三个不同的主应力分量σ₁、σ₂、σ₃，模拟土体的真实受力状态，是研究土体的本构关系的重要仪器。真三轴试验仪的研发和改进已有近百年的历程，根据加载方式的不同可分为：(1)刚性加载；(2)柔性加载；(3)混合型加载。现有研究指出，刚性加载存在摩擦力大、板间顶托等问题，柔性加载存在试样边角处受力不明和加载量程有限等问题，目前较为广泛被认可的加载方式为“混合型加载”。

混合型加载的真三轴仪中，根据加载方法的不同可分为：(1)σ₁刚性板+σ₂刚性板+σ_c围压室；(2)σ₁刚性板+σ₂水囊+σ_c围压室；(3)σ₁刚性板+σ₂可压缩传力块+σ_c围压室；(4)σ₁刚性板+σ₂可压缩传力块+σ₃水囊。可见，混合型加载真三轴仪的加载方式较为多样，涵盖了刚性、半刚性、柔性、围压室加载，共计4种不同组合的加载方式。

然而，受限于各类型真三轴仪加载方式的单一性，不同加载边界对真三轴试验结果影响的研究较为罕见。事实上，在室内土工试验中始终存在一个尚未明确的问题：边界条件对试验结果的影响，即同样的土体在不同仪器上得到的试验结果可能差别很大。特别是对于有4种不同组合加载方式的真三轴仪，其试验结果的离散性和影响因素会被进一步放大。

此外，岩土材料研究中的重点之一是建立多尺度联系，即宏观和微观参照性研究。然而土体的微细观研究大多集中于常规三轴和平面应变试验，真三轴试验中土体的微细观研究成果十分罕见，然而，真三轴试验中的微细观结构更能反映土体的真实结构状态。

研究不同加载边界对试验结果的影响对土工试验具有重要的实际意义，特别是对于边界更为复杂的真三轴试验，目前难以评估不同边界下试验结果的准确性，同时，建立一般应力状态下的多尺度联系可有效地揭示土体的变形机制；因此，研制一种多加载边界条件且可实现离散试样固化的真三轴仪并提供试验方法是有实践价值的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供了一种多加载边界真三轴仪，可以对试样施加不同的加载边界组合的三维应力，为研究不同加载边界条件对试验结果的影响提供依据。

同时，本发明提供一种多加载边界真三轴仪的试验方法，该法适用于研究在三维应力下不同边界条件对试验结果的影响；可实现复杂应力路径下的真三轴试验，制备不同沉积角度的试样，实现离散颗粒体试样的固化，研究岩土材料的本构关系和微细观结构的演化。