[发明专利]一种可视化真三轴实验装置

说明书

一种可视化真三轴实验装置，包括底座、加载框架、试件盒和六个伺服动作器，试件盒包括盒体、自定心压盘、对中垫块、压轴、透明压块和引伸计；自定心压盘设于盒体的六个面上，六个伺服动作器的输出轴分别连接在对应的自定心压盘上；自定心压盘的侧面设有连接支架，引伸计的两端分别固定在相对的两个自定心压盘的连接支架上；自定心压盘朝向盒体的一侧设有对中垫块，用于防止自定心压盘转动；压轴的一端与自定心压盘连接，压轴的另一端穿过盒体与透明压块连接，透明压块上设有摄像机安设孔，摄像机安设孔内设有摄像机。其能够对试件进行三向六面加载，同时能够实时观察和记录试件的变形过程，操作简便，经济实用，易于推广。

技术领域

本发明涉及岩石力学特性的测试技术，具体涉及一种可视化真三轴实验装置。

背景技术

随着科技和经济技术的发展，涉及的材料力学问题越来越多元化，这就迫使我们进一步完善和发展材料的测试技术。真三轴试验机已经广泛应用于岩土工程、新型材料、地质灾害研究与应用等领域。同时，岩石试验机也成了目前研究的一个热点，从试验研究发展来看，岩石试验机将会向CT扫描、三轴剪切渗流、三轴仿真试验系统和原位真三轴试验系统方向发展的趋势。那么材料三轴试验机也便是重中之重的研究对象了，特别在岩土工程领域,岩石三轴试验机承担着边坡稳定、巷道(隧道)围岩维护、冲击地压、地震效应等方面的研究和工程应用的重任。

传统的真三轴试验机已经广泛的应用，但仍有几点不足之处：1、采用密闭容器进行“黑箱”实验，对于材料在加卸载过程中的变化情况无法或者难以进行直观的观测和研究，尤其是对渗流实验时对流体在试件中的状态难以观测；2、试件垫块多采用合金或硬质钢板，笨重且本身不是透明材料，不利于试件的直接观测和研究；3、围压的加载需要用液体来替代，限定了σ2=σ3，不能模拟真实的应力状态，操作复杂，容易发生泄漏，也不利于渗流实验的进行。因此，传统真三轴设备在直观的观测和记录试件的变形或渗流过程方面无法满足现有的实验需求。

新型的真三轴测试手段，如CN107219122A、CN107091780A、CN105842343A等采用声发射配合真三轴进行实验，但是声发射的探头脆弱且容易受到外界的干扰；如CN107228800A、CN206593980U、CN207020004U都是采用光纤光栅或者光敏材料进行实验，这种实验方法复杂，条件苛刻；如CN206420717U采用扫描仪配合真三轴进行实验，但只能对试件的四个面进行扫描且只能观测试件的表面；如CN106501090A采用三维激光配合真三轴进行实验，但只能在三轴加载实验完成后进行扫描，无法观察试件的动态变化过程；如CN105181471B采用CT配合真三轴进行实验，但CT的造价很高，使用寿命短，对人体有辐射，必须在专门的试验场地进行实验，操作复杂；如CN103257072A采用线性激光器配合真三轴进行实验，但只能对试件的侧面进行观测，操作难度大，价格高；如CN101968348B采用室温固化型流体材料作为压裂液进行实验，但试验完之后仍然需要将试件剖开进行观测，不能进行动态观测；或者使用示踪剂进行标记裂缝的扩展情况，但也需要将试件剖开进行观测，不能进行动态的观测。总的来说这些技术方案大部分不能进行动态的观测，或者操作和使用条件苛刻，对实验数据的采集任然是一种间接的采集，不能在三轴实验过程中进行直观的观测。

可视化真三轴测试手段，如CN104007250A采用丙烯玻璃替代部分压力腔，如CN104596861B采用透明压力室，但数据采集部分使用照相机或摄像机且摄像部分在外部数据采集精度不高，没有实现三轴的独立加载，不能对试件的所有面进行观测；如CN104749025A在压力仓侧面安置一个可视窗，但没有配合其他设备进行数据的采集；如CN106198243A采用可视窗搭配数码相机进行三轴实验，但只能观测两个面。总体上这些技术方案采用的相机或者摄像机都在真三轴的外部，实验数据的精度不足，同时由于可视窗的存在，导致实验装置强度不够，进行三轴实验时不能进行太高的压力。因此，需要开发一种能够实时观察三轴实验过程的可视化真三轴实验装置。

发明内容