專利名稱：在壓力和拉伸下試驗土工材料的三軸試驗單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及例如尤其是巖石、土壤的土工材料的三軸試驗單元，其中所述土工材 料(g60mat6riauX)呈特別地是圓柱形的試樣的形式。
背景技術(shù)：
所述形狀為圓柱形的試樣可能會經(jīng)歷各種壓力、加載、溫度和排放(drainage)狀 態(tài)。為了控制這些不同的參數(shù)，試驗單元可以配備壓力傳感器、溫度傳感器、內(nèi)部或外部位 移傳感器和應(yīng)力計。壓應(yīng)力可以是軸向的，在液壓活塞的作用下產(chǎn)生，而在受壓流體的作用 下在試樣的側(cè)面上是徑向的。為此，由文獻US 3. 975. 950或JP 5. 871. 432已知一種三軸試驗單元，其需要被置 于作為壓機起作用的、通常安裝在試驗室中的固定位置上的試驗機器中。為了使得這種試驗單元獨立(autonome)，由BROWN S. F. AUSTIN G.和 0VERY, R. F.的出版物〈〈an instrument triaxial cell for cyclic loading of clays (粘土循環(huán) 加載用的三軸儀器單元)》(GE0TECHNICAL TESTING JOURNAL GJJODJ, Vol. 3，No. 4，1980 年12月，第145至152頁)或由文獻FR 2. 663. 123已知一種單元，其包括罩在所述單元上 的可拆除模塊，并配有其自己的液壓活塞，其中所述液壓活塞能夠產(chǎn)生試驗所必需的軸向 應(yīng)力。該獨立試驗單元因此允許進行在現(xiàn)場的試樣試驗，由此避免了試樣從取樣現(xiàn)場至試 驗室的運輸。上述單元無論是在固定位置上還是獨立的，都具有包括空腔的主體，其中試樣位 于所述空腔中?？涨辉谥黧w的側(cè)壁和試樣的側(cè)壁之間保留與受控排放和加壓回路連接的周 室。流體能夠被注入，以在試樣的側(cè)表面上施加應(yīng)力。在主體中，試樣被置于底座的下臺和上臺之間，其中所述上臺接收活塞的軸向應(yīng) 力所必需的推力。所述活塞在穿過主體的上壁的孔中被可平移地引導(dǎo)，其中所述上壁可以 和主體的側(cè)壁是整體的，或可以呈以可拆除方式固定的、通常螺接到拉桿的蓋的形式。實際上，在由蓋閉合的單元中，當(dāng)準(zhǔn)備試驗階段的時候，試樣可以被包裹在貼合其 側(cè)壁的膜中，并被放置為擱置于下臺上。試樣被主體的側(cè)壁所覆蓋，所述蓋及其活塞于是閉 合特別地通過螺接來固定的單元。在這種單元中，試樣因此僅僅擱置于下臺上，并不固定于上臺。同樣地，上臺不固 定于蓋的活塞，使得其只可以壓縮地作用在試樣上。要注意的是，對于其主體的上壁和其側(cè) 壁為整體的單元來說，存在相同的問題。然而，可能會需要軸向拉伸地對試樣施加應(yīng)力，因此，困難在于找到在置于主體內(nèi) 部的上下臺以及活塞不再可通達的時候固定處于拉伸中的試樣的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的在于通過提出一種允許在試樣上施加(尤其是沿著試樣的縱軸 線而施加的)拉伸應(yīng)力的三軸土工材料試驗單元，來解決上述缺陷。
本發(fā)明的另一個目的在于提出一種這樣的單元，其試樣的安裝對準(zhǔn)變得容易。其他的目的和優(yōu)點在下文僅示例性地而不是為了限制給出的描述中將變得顯而 易見。本發(fā)明涉及一種用于在例如是巖石、土壤或制造材料的試樣上進行土工材料試驗 的三軸單元，其包括
至少一個活塞，用于使試樣受到沿著試樣的縱軸線指向的應(yīng)力； 液壓裝置，用于在流體的壓力下使試樣的側(cè)壁受到應(yīng)力；
密封的試驗間、以及用于用所謂的加壓流體來對所述試驗間進行加壓和受控排放的回 路，其中在所述試驗間的內(nèi)部引入試樣。根據(jù)本發(fā)明
所述單元具有用于使試樣受拉伸約束的裝置，該裝置設(shè)置為用于以可拆卸的方式將試 樣固定在兩個附接件之間，其中所述兩個附接件用于在所述至少一個活塞的作用下相互遠 離或靠近，以使得所述試樣受到縱軸線應(yīng)力或相反地給試樣卸載；以及
所述約束裝置(moyens d’ assujettissement)—方面包括至少兩個半殼，所述半殼位 于所述試驗間中，分別地固定于以可拆卸的方式相互約束的兩個元件上，所述兩個半殼能 夠在附接件靠近的時候接觸，以構(gòu)成密封殼，其中所述密封殼的內(nèi)部容積構(gòu)成減壓間，所述 密封殼的外表面尤其當(dāng)必要時在所述試驗間加壓的時候受到加壓流體的作用或至少受到 大氣壓力的作用，所述約束裝置另一方面包括用于排空所述減壓間的回路。根據(jù)各種實施例
所述兩個半殼分別具有兩個具有閉合輪廓的邊緣，所述兩個邊緣用于以密封的方式并 如有必要通過密封件來相互地協(xié)作；
試樣是圓柱形的，所述殼的最大直徑大于所述試樣的直徑；
半殼中的一個被約束在由所述至少一個活塞構(gòu)成的一個附接件上，半殼中的另一個則 直接或間接地通過膠合約束在試樣的端部之一上；
半殼中的一個被約束在與機器的機架剛性地連接的一個附接件上，另一個對應(yīng)的半殼 則被直接或間接地通過膠合約束在試樣的端部之一上；
所述單元具有能夠兩兩相互協(xié)作的四個半殼，在所述單元中，一方面，半殼中的一個被 約束在由所述至少一個活塞構(gòu)成的一個附接件上，對應(yīng)的半殼則直接或間接地通過膠合約 束在試樣的其中一端上；另一方面，其他半殼中的一個被約束于與單元的機架剛性地連接 的另一個附接件上，而對應(yīng)的半殼則被直接或間接地通過膠合約束在試樣的另一端上；
所述單元具有排放裝置，用于使試樣經(jīng)歷排放流體的縱向通過，并且包括至少一個用 于排放流體的流通的回路；
半殼中的至少一個與排放底座剛性地連接，其中所述排放底座包括用于排放流體的通 過的孔；
所述試樣在兩個附接件之間軸向地受到應(yīng)力，其中所述兩個附接件分別由下底座和所 述活塞構(gòu)成；
所述單元包括具有空腔的主體，其中所述空腔構(gòu)成所述試驗間，在所述試驗間內(nèi)部放 置試樣，所述主體在其側(cè)壁和試樣的側(cè)壁之間保留與所述受控排放和加壓回路連接的周 室；所述活塞被引導(dǎo)在主體的上壁的孔中，其中所述壁是主體的組成部分，或呈以可拆除 的方式附接和固定的蓋的形式；
主體的上部的所述孔包括用于引導(dǎo)活塞的區(qū)段、在其上所述孔具有更大直徑的區(qū)段， 其被調(diào)節(jié)成通過限定分別是下環(huán)形間和上環(huán)形間的兩個環(huán)形間來與活塞的凸緣以密封的 方式滑動；通道允許在下環(huán)形間中引入流體以在所述活塞上施加趨于拉伸試樣的推力；
所述活塞可具有補償通道，該補償通道使試驗間的所謂的加壓流體與所述上環(huán)形間的 流體聯(lián)通。


閱讀以下伴有附圖的說明，將更好地理解本發(fā)明。在這些附圖中
圖1為根據(jù)一個實施例的符合本發(fā)明的、尤其是獨立和多功能的土工材料三軸試驗單 元的剖視圖2為試樣和在圖1中示出的使試樣受到拉伸約束的裝置的視圖。
具體實施例方式本發(fā)明涉及一種用于在例如是巖石、土壤或制造材料的試樣上進行土工材料試驗 的三軸單元，其包括
至少一個活塞2，用于使試樣3受到沿著試樣的縱軸線指向的應(yīng)力； 液壓裝置，用于使試樣3的側(cè)壁在流體的壓力下、如有必要時通過包裹試樣3的側(cè)壁的 彈性殼4受到特別是徑向的應(yīng)力；
所述液壓裝置包括至少一個密封的試驗間5，在所述試驗間的內(nèi)部引入試樣；和用于 用所謂的加壓流體來對所述試驗間進行加壓和受控排放的回路。根據(jù)本發(fā)明，所述單元包括使試樣受到拉伸約束的裝置7，該裝置7設(shè)置為用于將 試樣可拆卸地固定在兩個附接件8、9之間，所述附接件8、9用于在所述至少一個活塞的作 用下彼此遠離或彼此靠近，以便使所述試樣受到所述縱向軸線應(yīng)力或者相反地對所述試樣 卸載。根據(jù)本發(fā)明，約束裝置7 —方面包括至少兩個半殼10、11和12、13，所述半殼位于 所述試驗間5中，分別固定在要以可拆卸的方式相互約束的兩個元件上，所述兩個半殼能 夠在所述附接件8、9靠近的時候接觸，以構(gòu)成密封殼，其中所述密封殼的內(nèi)部容積構(gòu)成減 壓間。另一方面，約束裝置7包括至少一個用于排空所述減壓試驗間14的回路15。根據(jù)本發(fā)明，所述約束因此通過在殼的外部和內(nèi)部之間的壓力差來實現(xiàn)，這使得 所述兩個半殼10、11和12、13按照比拉力大的力保持相互抵靠。在簡單拉伸試驗的情況下，壓力差是由施加在密封殼外表面上的大氣壓力和在殼 的內(nèi)部的、小于大氣壓力的壓力所造成的。在三軸試驗的情況下，所述密封殼的外表面在試驗間加壓的時候受到加壓流體的 作用。壓力差通過施加在密封殼外表面上的加壓流體的壓力和在殼的內(nèi)部的、小于大氣壓 力的壓力來保證。如在圖2中所示，所述兩個半殼10、11和12、13分別具有兩個具有閉合輪廓的邊 緣16、17，所述邊緣用于以密封的方式并如有必要通過密封件18來相互地協(xié)作。
為了允許所述殼的大的約束以及因此允許高強度的拉伸試驗，所述殼的最大直徑 大于試樣的直徑，尤其是大于活塞2的直徑。以下詳細地描述在圖1和圖2中示出的示例，其涉及一種所謂的多功能的三軸試 驗單元，其中所述單元特別地包括罩在所述單元上以使其獨立的模塊。然而，本發(fā)明不限于該實施例，因此能夠是一種為了其運行而必須要與試驗室的 試驗機器聯(lián)接的單元。參照圖1，單元包括主體25，主體25的空腔構(gòu)成試驗間5，在所述主體內(nèi)部放置試 樣3。主體25在其側(cè)壁和試樣3的側(cè)壁之間保留與受控排放和加壓回路(未示出)連接的周室。所述主體25由借助于拉桿53通過螺接來固定的三個可拆除的元件構(gòu)成，其中所 述元件為底座50、圓柱形側(cè)壁51和蓋27。所述蓋包括用于活塞2的引導(dǎo)的孔26，其中所述 活塞允許在試樣上施加軸向的拉伸應(yīng)力、甚至壓縮應(yīng)力。主體25的上壁、特別是蓋27的孔26包括用于引導(dǎo)所述活塞2的區(qū)段，以及在其 上所述孔具有更大直徑的區(qū)段，其被調(diào)節(jié)成通過限定分別是下環(huán)形間和上環(huán)形間的兩個環(huán) 形間29、30來與所述活塞的凸緣28特別地借助于密封件以密封的方式滑動。通道(未示出)能夠特別地允許在下環(huán)形間29中引入流體，以在活塞2上施加趨于 拉伸試樣3的推力。如所示出地，活塞2可具有補償通道31，該補償通道使試驗間5的加壓流體與上環(huán) 形間30的流體聯(lián)通。凸緣28的上徑向面積因此等于活塞2的截面的面積。而且，當(dāng)活塞2 進入或退出試驗間5的時候，活塞2不會由于改變了實驗間5的容積而造成試驗間5內(nèi)部 的壓力增大或減小。如在圖1中所示，活塞2通過擰下所述蓋27的罩52來被插入蓋27中。蓋27的 下部和所述罩52借助于特別地保證上環(huán)形間30的密封性的密封件來以密封的方式固定?；钊?超出所述蓋，以與模塊40的附屬活塞41協(xié)作，其中所述模塊以可拆卸的方 式固定在所述蓋上。所述模塊40特別地允許使得所述單元獨立。然而，要注意的是，在拉伸試驗的情況下，不固定于活塞2的所述附屬活塞40沒有 任何作用。不過所述附屬活塞在試樣被連續(xù)地拉伸然后壓縮的循環(huán)試驗的情況下被證明是 有用的。模塊40包括孔，該孔具有用于引導(dǎo)附屬活塞41的區(qū)段，以及具有更大直徑的孔， 其被調(diào)節(jié)成通過限定分別是下環(huán)形間和上環(huán)形間的兩個環(huán)形間來以密封的方式與所述附 屬活塞41的凸緣42協(xié)作。上環(huán)形間特別地將會與允許引入流體以在活塞上施加趨于壓縮試樣的推力的通 道連接。要注意的是，附屬活塞41的桿同樣能夠超出模塊40，特別地允許使所述單元與試 驗室的試驗機器聯(lián)接，或允許進行外部位移的測量。以下描述允許實現(xiàn)拉伸試驗的試樣的安裝。參照附圖，形狀為圓柱形的試樣3通過膠合19在其端部被分別約束在一方面的下 臺和另一方面的上臺上，其中所述下臺用于被約束在所述單元的下底座24上，所述上臺用 于被約束于在試驗間5的內(nèi)部朝下凸出的活塞2上。下臺和上臺可以設(shè)有用于使試樣3經(jīng)歷排放流體的縱向通過的排放裝置。為此，所述單元包括至少一個標(biāo)記為20的回路，用于排放流體的流通。下臺和上臺因此構(gòu)成排放底座21、22，所述底座特別地包括孔23，用于排放流體 的通過。上排放底座21固定在半殼11上，半殼11能夠與特別地通過螺接而固定于活塞2 的對應(yīng)的半殼10以可拆卸的方式協(xié)作。至于下排放底座22，其固定在半殼12上，半殼12能夠與特別地通過螺接而固定 于下底座24的對應(yīng)的半殼13以可拆卸的方式協(xié)作。當(dāng)活塞2被致動為向著試樣下降的時 候，每個半殼對都構(gòu)成其內(nèi)部容積構(gòu)成減壓間14的殼?；芈?5允許排空所述的所謂減壓 間，因此實現(xiàn)拉伸約束。根據(jù)本發(fā)明，所述單元有利地允許使圓柱形試樣3經(jīng)歷沿著該試樣的縱軸線的拉 伸狀態(tài)。至于試樣的側(cè)壁，其能夠在所謂的加壓流體的作用下受到徑向應(yīng)力，并因此使得試 樣經(jīng)歷不同的約束條件。然而，要注意的是，所述單元同樣允許在側(cè)壁上沒有應(yīng)力的簡單拉伸試驗。在所謂 的減壓間中的、殼的內(nèi)部容積和受到大氣壓力的試驗間5的內(nèi)部容積之間的壓力差因此允 許獲得約束所必需的壓力差。上述示例具有四個半殼，其兩兩協(xié)作，以在試樣的上方和下方分別用單元的活塞 和底座來使試樣受到拉伸約束。只有一旦所述單元通過所形成的兩個殼的減壓來閉合，所述約束才能夠?qū)崿F(xiàn)。只用兩個半殼來約束的解決方案是可能的。例如，單元的活塞和試樣的上端部借 助于如上述示例所述的兩個半殼來受到拉伸約束。相反地，試樣的下端部和單元的底座可 通過通常已知的任何可拆卸的固定裝置(例如借助于螺栓系統(tǒng))來受到拉伸約束。在該情況下，下約束在所述單元打開的時候?qū)崿F(xiàn)，這允許進行例如螺接。所述單元 然后(用主體和蓋)閉合。致動活塞向下，直至兩個半殼構(gòu)成密封的殼。最后，上約束通過密 封殼的減壓來實現(xiàn)。當(dāng)然，其他實施例可能已由本領(lǐng)域的技術(shù)人員考慮到，但不因此超出由以下權(quán)利 要求所限定的本發(fā)明的范圍。
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權(quán)利要求
1.一種用于在例如是巖石、土壤或制造材料的試樣上進行土工材料試驗的三軸單元 (1)，所述單元包括至少一個活塞(2)，用于使試樣(3)受到沿著所述試樣的縱軸線指向的應(yīng)力；液壓裝置，用于使所述試樣(3)的側(cè)壁在流體的壓力下受到應(yīng)力；所述液壓裝置包括至少一個密封試驗間(5)、以及用于用所謂的加壓流體來對所述試 驗間進行加壓和受控排放的回路，其中在所述試驗間的內(nèi)部引入所述試樣(3)，所述單元的特征在于所述單元具有用于使所述試樣受到拉伸約束的裝置(7)，所述裝置(7)設(shè)置為用于將 所述試樣以可拆卸的方式固定在兩個附接件(8、9)之間，其中所述兩個附接件用于在所述 至少一個活塞(2)的作用下相互遠離或靠近，以使得所述試樣受到所述縱軸線應(yīng)力或相反 地給所述試樣卸載；以及所述約束裝置(7) —方面包括至少兩個半殼(10、11 ；12、13)，所述至少兩個半殼位于 所述試驗間(5)中，并分別地固定在要以可拆卸的方式相互約束的兩個元件上，其中所述兩 個半殼能夠在所述附接件(8、9)靠近的時候接觸，以構(gòu)成密封殼，所述密封殼的內(nèi)部容積構(gòu) 成減壓間(14)，所述約束裝置(7)另一方面包括用于排空所述減壓間(14)的回路(15)。
2.如權(quán)利要求1所述的單元，其中，所述兩個半殼(10、11； 12、13)分別具有兩個具有 閉合輪廓的邊緣(16、17)，所述兩個邊緣用于以密封的方式并如有必要通過密封件(18)來 相互地協(xié)作。
3.如權(quán)利要求2所述的單元，其中，所述試樣(3)是圓柱形的，所述殼的最大直徑大于 所述試樣的直徑。
4.如權(quán)利要求1至3中任一項所述的單元，其中，所述半殼中的一個(10)被約束在由 所述至少一個活塞(2)所構(gòu)成的一個所述附接件上，另一個半殼(11)則被直接或間接地通 過膠合(19 )約束在所述試樣的其中一端上。
5.如權(quán)利要求1至3中任一項所述的單元，其中，所述半殼中的一個(13)被約束在與 機器的機架剛性地連接的一個所述附接件上，另一個對應(yīng)的半殼(12)則被直接或間接地通 過膠合(19)約束在所述試樣的其中一端上。
6.如權(quán)利要求1至3中任一項所述的單元，具有能夠兩兩相互協(xié)作的四個半殼(10、 11 ；12、13)，其中一方面，所述半殼中的一個(10)被約束在由所述至少一個活塞(2)所構(gòu) 成的一個所述附接件上，對應(yīng)的半殼(11)則被直接或間接地通過膠合(19)約束在所述試 樣(3)的其中一端上；另一方面，其他半殼中的一個(13)被約束在與所述單元的機架剛性 地連接的另一個所述附接件上，而對應(yīng)的半殼(12)則被直接或間接地通過膠合(19)約束 在所述試樣的另一端上。
7.如權(quán)利要求1至6中任一項所述的單元，具有排放裝置，用于使所述試樣(3)經(jīng)歷 排放流體的縱向通過，所述單元包括至少一個用于排放流體的流通的回路(20)。
8.如權(quán)利要求7所述的單元，其中，所述半殼中的至少一個(11；13)與排放底座(21 ； 22)剛性地連接，其中所述排放底座包括孔(23)，用于排放流體的通過。
9.如權(quán)利要求1至8中任一項所述的三軸單元，其中，所述試樣(3)在兩個附接件(8、 9)之間軸向地受到應(yīng)力，其中所述兩個附接件分別由下底座(24)和所述活塞(2)構(gòu)成；所述單元包括主體(25)，所述主體具有構(gòu)成所述試驗間(5)的空腔，在所述試驗間的內(nèi)部放置所述試樣(3)，所述主體(25)在其側(cè)壁和所述試樣的側(cè)壁之間保留與所述加壓和 受控排放回路連接的周室；所述活塞(2)被引導(dǎo)在所述主體的上壁的孔(26)中，其中所述壁是所述主體的組成部 分，或呈以可拆除的方式附接和固定的蓋(27)的形式；所述主體的上部的所述孔(26 )包括用于引導(dǎo)所述活塞的區(qū)段和在其上所述孔具有更 大直徑的區(qū)段，其被調(diào)節(jié)成通過限定分別為下環(huán)形間和上環(huán)形間的兩個環(huán)形間(29、30)來 與所述活塞(2)的凸緣(2)特別地通過密封件以密封的方式滑動；通道允許在所述下環(huán)形 間(29)中引入流體以在所述活塞上施加趨于拉伸所述試樣的推力。
10.如權(quán)利要求9所述的單元，其中，所述活塞(2)具有補償通道(31 )，所述補償通道 使得所述試驗間(4)的所謂加壓流體與所述上環(huán)形間的流體聯(lián)通。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于在例如是巖石、土壤或制造材料的試樣上進行土工材料試驗的三軸單元，其包括至少一個活塞(2)，用于使試樣(3)受到沿著所述試樣的縱軸線指向的應(yīng)力；液壓裝置，用于使所述試樣(3)的側(cè)壁在流體的壓力下受到應(yīng)力；所述單元包括至少一個密封的試驗間(5)、以及用于用所謂的加壓流體來對所述試驗間進行加壓和受控排放的回路，其中在所述試驗間中引入所述試樣(3)。根據(jù)本發(fā)明，所述單元具有用于使試樣受到拉伸約束的裝置，該裝置設(shè)置為用于將所述試樣以可拆卸的方式固定在兩個附接件之間，其中所述兩個附接件用于在所述至少一個活塞的作用下相互遠離或靠近，以使得所述試樣受到所述縱軸線應(yīng)力或相反地給所述試樣卸載。
文檔編號G01N33/24GK102099667SQ200980126199
公開日2011年6月15日 申請日期2009年7月7日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月7日
發(fā)明者塞克 J. 申請人:里爾科技大學(xué)