專利名稱：一種原始級配堆石體大型真三軸試驗(yàn)裝置及其使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種試驗(yàn)裝置及其使用方法，尤其是涉及一種原始級配堆石體大型真三軸試驗(yàn)裝置及其使用方法。
背景技術(shù)：
堆石體是一種典型的不連續(xù)顆粒介質(zhì)材料，具有取材方便、適應(yīng)性好的優(yōu)點(diǎn)，在堆石壩工程、海岸工程、路堤建設(shè)等工程中得到廣泛的應(yīng)用。研究堆石體的力學(xué)特性，發(fā)揮其強(qiáng)度，控制工程結(jié)構(gòu)變形和提高設(shè)計(jì)水平具有十分重要的意義。由于目前已有的三軸試驗(yàn)設(shè)備的試樣尺寸較小，原始級配堆石體的力學(xué)特性不易測得，一般通過縮尺試樣進(jìn)行研究，但每一種縮尺方法得到的縮尺試樣都或多或少的改變了堆石的物理特性，包括顆粒粒徑、堆石級配等，這在一定程度上肯定會(huì)影響堆石體的力學(xué)特性，這種影響差異就是堆石體的尺寸效應(yīng)。在實(shí)際工程當(dāng)中，堆石體一般處于三向不等應(yīng)力狀態(tài)下，所以，常規(guī)三軸試驗(yàn)結(jié)果不能夠準(zhǔn)確、全面地反映堆石體的力學(xué)性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明主要是解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的試驗(yàn)結(jié)果不能夠準(zhǔn)確、全面地反映堆石體的力學(xué)性能等的技術(shù)問題；提供了一種試驗(yàn)結(jié)果能夠準(zhǔn)確、全面地反映堆石體的力學(xué)性能，可對堆石體大尺寸原始級配試樣進(jìn)行試驗(yàn)，完全避免了尺寸效應(yīng)，并可達(dá)到較大的軸向應(yīng)變， 模擬復(fù)雜的應(yīng)力應(yīng)變路徑的一種原始級配堆石體大型真三軸試驗(yàn)裝置及其使用方法。本發(fā)明的上述技術(shù)問題主要是通過下述技術(shù)方案得以解決的
一種原始級配堆石體大型真三軸試驗(yàn)裝置，其特征在于，包括設(shè)置在混凝土洞室內(nèi)用于測量堆石體試樣強(qiáng)度和變形特性的至少兩個(gè)對稱設(shè)置的測量組件和一個(gè)固定組件，測量堆石體試樣設(shè)置在兩個(gè)測量組件之間。在上述的一種原始級配堆石體大型真三軸試驗(yàn)裝置，所述測量組件包括一個(gè)與測量堆石體試樣一面貼靠的鋼板，以及與鋼板垂直設(shè)置并且一端與鋼板接觸另一端與混凝土洞室內(nèi)壁接觸的千斤頂。在上述的一種原始級配堆石體大型真三軸試驗(yàn)裝置，所述千斤頂和鋼板的接觸端通過一個(gè)傳力板貼靠在鋼板上。在上述的一種原始級配堆石體大型真三軸試驗(yàn)裝置，所述的鋼板與測量堆石體試樣之間還設(shè)置有潤滑層。在上述的一種原始級配堆石體大型真三軸試驗(yàn)裝置，所述的測量組件為五個(gè)，分別為第一測量組件，第二測量組件、第三測量組件、第四測量組件以及第五測量組件，所述第一測量組件、第二測量組件、第三測量組件以及第四測量組件依次貼靠在堆石體試樣的四個(gè)面上，并且第一測量組件和第二測量組件對稱設(shè)置，第三測量組件和第四測量組件對稱設(shè)置，所述第五測量組件分別與第一測量組件、第二測量組件、第三測量組件和第四測量組件垂直設(shè)置，并設(shè)置在堆石體試樣頂端。
在上述的一種原始級配堆石體大型真三軸試驗(yàn)裝置，所述固定組件包括一個(gè)與堆石體試樣底端貼靠的底座(底座為可移動(dòng)鋼板)，所述底座與混凝土洞室內(nèi)壁之間設(shè)有一個(gè)固定架，所述底座和堆石體試樣之間還設(shè)置有潤滑層。在上述的一種原始級配堆石體大型真三軸試驗(yàn)裝置，所述千斤頂上還設(shè)有用于查看施加壓力大小的壓力計(jì)，所述堆石體試樣為方形體。一種原始級配堆石體大型真三軸試驗(yàn)裝置的使用方法，其特征在于，包括以下步驟
步驟1，根據(jù)加載系統(tǒng)按照預(yù)定的加載路徑，通過第一測量組件、第二測量組件、第三測量組件、第四測量組件以及第五測量組件在互相垂直的堆石體試樣面上施加獨(dú)立的三個(gè)王應(yīng)力，分別為crI > crJ > crS >并定乂
1表示大主應(yīng)力，表示中主應(yīng)力，表示小主應(yīng)力；所述I為第五測量組件方向上的應(yīng)力σ力第一測量組件和第二測量組件方向上的應(yīng)力；σ.為第三測量組件和第四測量組件方向上的應(yīng)力；
步驟2，通過傳感儀器提取試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)整理與分析，從而得到試樣在真三軸應(yīng)力狀態(tài)下的應(yīng)力、應(yīng)變特性。在上述的一種原始級配堆石體大型真三軸試驗(yàn)裝置的使用方法，所述的步驟2 中，通過傳感儀器提取試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)，所述試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)包括主應(yīng)變和體積應(yīng)變。在上述的一種原始級配堆石體大型真三軸試驗(yàn)裝置的使用方法，所述步驟I中， 控制第一、第二測量組件以及第三、第四測量組件使A = σ,,進(jìn)行軸對稱試驗(yàn)；控制中主應(yīng)變?yōu)?，也就是指固定某一方向上的測量組件(一般是側(cè)面)，使試樣在這個(gè)方向不能變形， 只在另外兩個(gè)方向的測量組件上施加力，進(jìn)行平面應(yīng)變試驗(yàn)。因此，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)1.試驗(yàn)結(jié)果能夠準(zhǔn)確、全面地反映堆石體的力學(xué)性能；2.可對堆石體大尺寸原始級配試樣進(jìn)行試驗(yàn)，完全避免了尺寸效應(yīng)，并可達(dá)到較大的軸向應(yīng)變，模擬復(fù)雜的應(yīng)力應(yīng)變路徑。


圖I是本發(fā)明的一種主視結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明中堆石體試樣設(shè)置鋼板后的立體結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面通過實(shí)施例，并結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步具體的說明。圖中， 堆石體試樣I、鋼板2、潤滑層3、傳力板4、千斤頂5、壓力計(jì)6、混凝土洞室7、底座8、固定架9。實(shí)施例
一種原始級配堆石體大型真三軸試驗(yàn)裝置，包括設(shè)置在混凝土洞室7內(nèi)用于測量堆石體試樣I強(qiáng)度和變形特性的五個(gè)測量組件和一個(gè)固定組件，所述的測量組件為五個(gè)，分別為第一測量組件，第二測量組件、第三測量組件、第四測量組件以及第五測量組件，所述第一測量組件、第二測量組件、第三測量組件以及第四測量組件依次貼靠在堆石體試樣I的四個(gè)面上，并且第一測量組件和第二測量組件對稱設(shè)置，第三測量組件和第四測量組件對稱設(shè)置，第五測量組件分別與第一測量組件、第二測量組件、第三測量組件和第四測量組件垂直設(shè)置，并設(shè)置在堆石體試樣I頂端；固定組件包括一個(gè)與堆石體試樣I底端貼靠的底座 8，所述底座8與混凝土洞室7內(nèi)壁之間設(shè)有一個(gè)固定架9，所述底座8和堆石體試樣I之間還設(shè)置有潤滑層。測量組件包括一個(gè)與測量堆石體試樣I 一面貼靠的鋼板2，以及與鋼板2垂直設(shè)置并且一端與鋼板2接觸另一端與混凝土洞室7內(nèi)壁接觸的千斤頂5，千斤頂5和鋼板2的接觸端通過一個(gè)傳力板4貼靠在鋼板2上，鋼板2與測量堆石體試樣I之間還設(shè)置有潤滑層 3，千斤頂5上還設(shè)有用于查看施加壓力大小的壓力計(jì)6，所述堆石體試樣I為方形體。 安裝時(shí)，將本裝置置于混凝土洞室內(nèi)，采用剛性板加荷，試樣安裝在六個(gè)剛性板之內(nèi)。當(dāng)在三個(gè)應(yīng)力方向施加壓力時(shí)，試樣便會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的主應(yīng)變。試樣的變形達(dá)到很大時(shí)， 仍能保持六面體。試驗(yàn)過程中，三個(gè)主應(yīng)力可以在保持方向不變的情況下，變換大小。為了保持加壓力的穩(wěn)定性，施加在剛性板上的力可以采用伺服機(jī)控制。鋼板的內(nèi)側(cè)套兩層橡皮膜，為減小摩擦，橡皮膜之間涂以硅脂。試樣的頂面及側(cè)面為液壓系統(tǒng)控制的液壓千斤頂， 用以施加三個(gè)方向的主應(yīng)力。在三個(gè)方向的剛性加壓板上，分別設(shè)置位移傳感器或百分表， 用以測定試樣各方向的變形。利用原始級配堆石體做成長方體試樣，全面揭示堆石體的抗剪強(qiáng)度、變形、剪脹特性等性能，避免試樣級配變化而產(chǎn)生的尺寸效應(yīng)。本裝置的使用方法包括以下步驟
步驟1，根據(jù)加載系統(tǒng)按照預(yù)定的加載路徑，通過第一測量組件、第二測量組件、第三測量組件、第四測量組件以及第五測量組件在互相垂直的堆石體試樣面上施加獨(dú)立的三個(gè)主應(yīng)力，分別為A, A , O3，并定義O1表示大主應(yīng)力T表示中主應(yīng)力，σ3表示小主應(yīng)力；另外，在本步驟中，控制第一、第二測量組件以及第三、第四測量組件使4 = A，進(jìn)行軸對稱試驗(yàn)，若控制中主應(yīng)變?yōu)?，則可進(jìn)行平面應(yīng)變試驗(yàn)。所述中主應(yīng)變?yōu)镺即試樣在某一方向變形為0，在另外兩個(gè)方向上分別產(chǎn)生壓縮和膨脹，也就是指固定某一個(gè)測量組件(一般是側(cè)面)，使試樣在這個(gè)方向不能變形，只在另外兩個(gè)方向的測量組件上施加力，這就是平面應(yīng)變試驗(yàn)。步驟2，通過傳感儀器提取試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)整理與分析，從而得到試樣在真三軸應(yīng)力狀態(tài)下的應(yīng)力、應(yīng)變特性，在本步驟中，通過傳感儀器提取試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)，所述試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)包括主應(yīng)變和體積應(yīng)變。本文中所描述的具體實(shí)施例僅僅是對本發(fā)明精神作舉例說明。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對所描述的具體實(shí)施例做各種各樣的修改或補(bǔ)充或采用類似的方式替代，但并不會(huì)偏離本發(fā)明的精神或者超越所附權(quán)利要求書所定義的范圍。
權(quán)利要求
1.一種原始級配堆石體大型真三軸試驗(yàn)裝置，其特征在于，包括設(shè)置在混凝土洞室 (7)內(nèi)用于測量堆石體試樣(I)強(qiáng)度和變形特性的至少兩個(gè)對稱設(shè)置的測量組件和一個(gè)固定組件，測量堆石體試樣(I)設(shè)置在兩個(gè)測量組件之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種原始級配堆石體大型真三軸試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述測量組件包括一個(gè)與測量堆石體試樣(I) 一面貼靠的鋼板(2)，以及與鋼板(2)垂直設(shè)置并且一端與鋼板(2)接觸另一端與混凝土洞室(7)內(nèi)壁接觸的千斤頂(5)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種原始級配堆石體大型真三軸試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述千斤頂(5)和鋼板(2)的接觸端通過一個(gè)傳力板(4)貼靠在鋼板(2)上。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種原始級配堆石體大型真三軸試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述的鋼板(2)與測量堆石體試樣(I)之間還設(shè)置有潤滑層(3)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種原始級配堆石體大型真三軸試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述的測量組件為五個(gè)，分別為第一測量組件，第二測量組件、第三測量組件、第四測量組件以及第五測量組件，所述第一測量組件、第二測量組件、第三測量組件以及第四測量組件依次貼靠在堆石體試樣(I)的四個(gè)面上，并且第一測量組件和第二測量組件對稱設(shè)置，第三測量組件和第四測量組件對稱設(shè)置，所述第五測量組件分別與第一測量組件、第二測量組件、 第三測量組件和第四測量組件垂直設(shè)置，并設(shè)置在堆石體試樣(I)頂端。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種原始級配堆石體大型真三軸試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述固定組件包括一個(gè)與堆石體試樣(I)底端貼靠的底座(8)，所述底座(8)與混凝土洞室(7)內(nèi)壁之間設(shè)有一個(gè)固定架(9)，所述底座(8)和堆石體試樣(I)之間還設(shè)置有潤滑層。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種原始級配堆石體大型真三軸試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述千斤頂(5)上還設(shè)有用于查看施加壓力大小的壓力計(jì)(6)，所述堆石體試樣(I)為方形體。
8.—種權(quán)利要求I所述的原始級配堆石體大型真三軸試驗(yàn)裝置的使用方法，其特征在于，包括以下步驟步驟1，根據(jù)加載系統(tǒng)按照預(yù)定的加載路徑，通過第一測量組件、第二測量組件、第三測量組件、第四測量組件以及第五測量組件在互相垂直的堆石體試樣(I)面上施加獨(dú)立的三個(gè)主應(yīng)力，分別為O1, % , ，并定義crI表示大主應(yīng)力 ' 表示中主應(yīng)力，表示小主應(yīng)力；所述4為第五測量組件方向上的應(yīng)力，％為第一測量組件和第二測量組件方向上的應(yīng)力；巧為第三測量組件和第四測量組件方向上的應(yīng)力；步驟2，通過傳感儀器提取試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)整理與分析，從而得到試樣在真三軸應(yīng)力狀態(tài)下的應(yīng)力、應(yīng)變特性。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種原始級配堆石體大型真三軸試驗(yàn)裝置的使用方法，其特征在于，所述的步驟2中，通過傳感儀器提取試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)，所述試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)包括主應(yīng)變和體積應(yīng)變。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種原始級配堆石體大型真三軸試驗(yàn)裝置的使用方法，其特征在于，所述步驟I中，控制第一、第二測量組件以及第三、第四測量組件使A = O3，進(jìn)行軸對稱試驗(yàn)，若控制中主應(yīng)變?yōu)?，則可進(jìn)行平面應(yīng)變試驗(yàn)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種大型真三軸試驗(yàn)方法及裝置，可進(jìn)行原始級配堆石體的真三軸試驗(yàn)。儀器置于混凝土洞室內(nèi)，試樣的六個(gè)面均用剛性板加荷，采用液壓系統(tǒng)控制的液壓千斤頂施加三個(gè)方向的主應(yīng)力。鋼板的內(nèi)側(cè)套兩層橡皮膜，為減小摩擦，橡皮膜之間涂以硅脂。在剛性加壓板上，分別設(shè)置位移傳感器或百分表，用以測定試樣各方向的變形。本裝置可對堆石體大尺寸原始級配試樣進(jìn)行試驗(yàn)，完全避免了尺寸效應(yīng)，并可達(dá)到較大的軸向應(yīng)變，模擬復(fù)雜的應(yīng)力應(yīng)變路徑。
文檔編號(hào)G01N3/08GK102607946SQ20121004751
公開日2012年7月25日 申請日期2012年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月28日
發(fā)明者周偉, 常曉林, 胡超, 馬剛 申請人:武漢大學(xué)