[发明专利]三向滑动式沥青路面材料三轴试验装置及方法

说明书

本发明公开了一种三向滑动式沥青路面材料三轴试验装置及方法，包括用于容纳试件的方形加载腔，所述方形加载腔由六块滑动搭接的刚性加载板围成，每块所述刚性加载板上均滑动设有加载活塞，所述滑动加载活塞由上下两层滚珠、用于分隔与包裹滚珠的高强钨钢板以及加载活塞组成，所述滚珠用于传荷及实现加载板平面内任意滑动，所述加载活塞用于向所述刚性加载板施加载荷。本装置不仅通过滑动加载板设计实现了加载板任意方向的自由滑动，消除了传统的立方体试件在转角处出现的角隅效应，而且通过在加载板间设置燕尾孔、托板实现了加载板与试件紧密相贴。可对路面材料三维复杂受力状态下的强度、模量以及泊松比进行准确测试。

技术领域

本发明属于路面材料力学性能测试技术领域，尤其涉及一种三向滑动式沥青路面材料三轴试验装置及方法。

背景技术

近年来，随着交通量以及重载交通的大幅增加，要求对路面材料力学特性的研究进一步深入。在交通荷载的作用下，路面不是单纯的处于一种单向受力状态，《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》以及《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》等相关路面试验规范中现有路面材料力学性能测试试验：如单轴压缩试验、弯拉试验以及劈裂试验等只是处于简单受力状态，而常规三轴试验采用围压加载，中主应力以及小主应力不独立，此外常规三轴试验在试验时试件由橡胶膜密封，因此无法对试件施加拉伸应力，因此这些试验并不能反映路面复杂应力状态下的力学特性，无法模拟路面材料实际工况下的三向受力状态。

真三轴实验装置是研究路面材料在三向不等应力状态时力学性质的有效方法。现有的真三轴装置大致可以分为三类，即刚性加载模式、柔性加载模式、刚柔混合加载模式。现有单纯的刚性加载模式与柔性加载模式及大部分刚柔混合加载的真三轴仪均存在着加载板或柔性加载囊间的相互影响；对于现有使用刚性加载模式的真三轴仪，为了解决刚性加载相互影响的问题，在刚性加载板间预留空隙，进而导致试验时出现角隅效应；大多数现有三轴仪采用刚柔复合加载形式，其并不能做到三向完全独立加载，且柔性加载端不能施加拉应力，导致其并不能达到三向全应力状态组合。

专利CN110987644A公开了一种采用三向滑动的刚性加载真三轴仪，对于此种类型真三轴仪而言，为了保证悬空加载板不会随意滑落，试件安放时需采用临时支撑装置，操作过程繁琐，支撑装置所需空间较大，并且其需要施加不超过5KN的预应力提供足够的摩阻力使得加载板不随意滑动后才能去掉临时支撑装置进行试验，这显然不适用于强度、模量远低于岩石的沥青路面材料试验。

同时专利CN110608942A公开了专利CN110987644A提到的真三轴仪的滑动传力机构，其采用相互垂直的双层滚排来传递荷载以及减小加载板与加载活塞间的摩擦，但是实际上设备同时施加三向应力时，加载板不会按照正交滚排的两个方向进行滑动，由此也会产生较大的附加应力，虽然对岩石试件影响较小，但不适用于沥青路面材料试验。此外沥青路面结构某些点位存在着受拉的情况，试验时必须要对受拉加以考虑。但由于此真三轴仪主要用于岩土方向的研究，并未考虑如何施加拉应力，若一个或两个方向施加拉应力时，会导致施加拉应力的加载板与施加压应力的加载板的相互托顶。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种三向滑动式沥青路面材料三轴试验装置及方法，旨在解决现有采用三向滑动刚性加载板的装置试件安放不便，需要临时支撑装置托顶加载板，同时要施加较大预压应力才能使得加载板与试件之间不会随意滑动，导致其不适用于沥青路面材料测试的问题。

为实现上述目的，本申请采用如下技术方案：

三向滑动式沥青路面材料三轴试验装置，包括用于容纳试件的方形加载腔，所述方形加载腔由六块滑动搭接的刚性加载板围成，每块所述刚性加载板上均滑动设有加载活塞，所述加载活塞用于向所述刚性加载板施加载荷；其中，

六块所述刚性加载板分别为左加载板、右加载板、前加载板、后加载板、上加载板和下加载板，所述左加载板和前加载板的底端与所述下加载板的上端面滑动抵接，所述右加载板和后加载板的顶端与所述上加载板的下端面滑动抵接；