[发明专利]一种卧式压力室结构土工平面应变三轴仪

说明书

技术领域

本发明属于岩土工程技术领域，涉及一种卧式压力室结构土工平面应变三轴仪。

背景技术

现有的土力学性质测试设备主要有直剪仪、常规三轴仪、真三轴仪和平面应变三轴仪。其中直剪仪模拟给定剪切面上的法向应力和切向应力，可测试剪切面上的剪应力和剪应变，但不能够控制排水条件；常规三轴仪模拟轴对称应力条件，不能实现一般应力条件土力学特性的测试；真三轴仪可实现土体中一般的应力条件的模拟，但对于许多平面应变边值问题，进行真三轴试验相对繁琐，且难以全过程模拟平面应变条件；平面应变三轴仪主要控制三向应力不同，其中一个轴向的应变为零，是一种特殊的复杂应力状态的真三轴仪。

由于实际工程中，大多数土工问题都近似于平面应变问题，如土石坝、路堤、挡土墙及条形基础等，开展平面应变试验具有实际意义。另外，由于孔隙的变化及土颗粒的滑移、破碎等形式共同作用导致土的变形，通过平面应变试验能够得到土颗粒滑移、破碎的变化规律，进行土的局部化变形及剪切带形成机理的研究，从而为分析土的力学特性及其物理本质（也即是物质结构特性），提供有力的方法和途径。

平面应变三轴仪的结构设计难点在于侧向两个应力相互独立，并且必须一个侧向主应变始终为零，另外，对于孔隙水和孔隙气压力的控制和量测较难控制。因此，改善现有平面应变试验的加载机构，克服以上难点，开发一种符合工程实际中土的平面应变问题的实验仪器，具有显著的意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种卧式压力室结构土工平面应变三轴仪，解决了现有技术中的平面应变三轴仪中保持一个方向主应变始终为零，以及孔隙水和孔隙气压力的控制和量测较难控制的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种卧式压力室结构土工平面应变三轴仪，包括主机部分、三向应力加载及量测机构、采集控制机构，

主机部分的结构是，包括固定安装在底座上的四个立柱，在该四个立柱上段固定安装有底盘及顶盖，在底盘及顶盖的四边固定连接有侧壁，底盘、顶盖及四个侧壁共同围成压力室，压力室内腔中心放置有长方体形状的试样；

三向应力加载及量测机构包括大应力、小应力和中应力加载及量测机构。

本发明的卧式压力室结构土工平面应变三轴仪，其特点还在于：

中应力加载及量测机构的结构是，在顶盖及底盘内表面分别镶嵌有上活动板和下活动板，上活动板和下活动板分别与试样的上下端面接触；下活动板向下连接有中应力测力缸，中应力测力缸与中应力传感器连接，下活动板上表面另外镶嵌有下透水板，下透水板与孔隙水压力传感器B连通；上活动板下表面中心位置的凹槽中设置有上透水板，上透水板与孔隙水压力传感器A连通。

上活动板下表面设置有凹槽，凹槽中镶嵌有上透水板，上活动板中心设置有排气孔，上透水板通过排气孔与孔隙水压力传感器A连通。

下活动板的上表面另外设置有两个凹槽，其中的一个凹槽内安置有下透水板，下透水板向下通过排水孔与孔隙水压力传感器B连通；同时，下活动板另外的一个凹槽内设置有土压力盒，土压力盒下端连通中应力测力缸，中应力测力缸与底盘固定连接。

大、小应力加载及量测机构的结构是，围绕试样的四面分别设置有一个侧板，相邻的侧板依次垂直滑动接触，四块侧板与试样作用面分成了正交的两组；每块侧板外侧面顶触安装有一组杆端小车及滑块；在四个侧壁上分别固定安装有一个液压缸，每个液压缸上分别设置有一个排气阀，每个液压缸的活塞杆通过连接杆伸进压力室内与一组杆端小车对应连接；四个液压缸沿试样侧面作用的大应力和小应力方向对应设置为两对，两对液压缸上分别同轴安装有大应力传感器及小应力传感器，大应力传感器和小应力传感器分别对应连通各自的一套液压源压力缸；两对液压缸的活塞杆上分别设置有大应力位移传感器及小应力位移传感器。

杆端小车包括杆端轮座，杆端轮座平行安装有多个轮轴，每个轮轴两端通过轴承安装有滚轮；杆端轮座通过螺纹圆柱销与连接杆支撑连接；滚轮与试样接触面的侧板外侧面滚动接触，同时，滑块上安装的导向轮与试样接触面的侧板外侧面滚动接触。

本发明的有益效果是，能够完成大、小应力的独立加载及其变形的独立量测，以及中应力量测及其变形为零的有效控制；实现了对孔隙气、孔隙水压力的控制和量测；实现了平面应变应力状态的模拟，以及测定土在平面应变状态下土的力学特性参数；试验操作简单方便。

附图说明

图1是本发明装置中的主机部分立剖面示意图；

图2是本发明装置中的主机部分横剖面示意图；

图3是本发明装置中的上活动板结构示意图；