專利名稱：用于巖土工程試塊假三軸蠕變的新型裝置及其使用方法
技術領域：
本發明涉及一種用于巖土工程試塊假三軸蠕變的新型裝置及其使用方法。
背景技術：
蠕變是指固體材料在保持應力不變的條件下，應變隨時間延長而增加的現象。它與塑性變形不同，塑性變形通常在應力超過彈性極限之后才出現，而蠕變只要應力的作用時間相當長，它在應力小于彈性極限時也能出現。巖土工程中蠕變現象非常普遍，很多巖土工程災害也與巖土體蠕變息息相關，如滑坡，塌方，地基沉降等，因此研究巖土體蠕變非常必要，這也是巖土工程安全的重要保證。目前，國內外對巖土體蠕變現象已進行了深入研究，相應的實驗裝置應運而生，單軸蠕變實驗裝置較為普遍，但不能準確描述試件的實際受力狀態，三軸實驗裝置相對較少，如油壓蠕變實驗機，氣壓實驗機等，但大多數都適用于高強度蠕變實驗的研究，雖然可以進行對低強度試件的實驗，但操作過于繁瑣，效率低下；低強度蠕變實驗裝置比較少見，前人所研發的實驗裝置過于復雜，全電子操控，雖然基本滿足精度的要求，但實驗效率與實驗操作存在較大問題，越來越難以滿足巖土工程的發展需要。
發明內容
本發明的目的在于設計一種用于巖土工程試塊假三軸蠕變的新型裝置及其使用方法，有效保證實驗精度，提高實驗效率，方便實驗操作。為實現上述目的，本設計采用如下方案:—種用于巖土工程試塊假三軸蠕變的新型裝置，它包括包圍巖土體試塊的多塊環繞鋼板，每個環繞鋼板與一個壓力可調的彈簧垂直施壓裝置連接，在巖土體試塊的頂部設有壓力可調的縱向加載裝置，彈簧垂直施壓裝置與環繞鋼板間設有壓力傳感器，壓力傳感器和加載裝置與控制裝置連接，彈簧垂直施壓裝置與縱向加載裝置連接。所述彈簧垂直施壓裝置包括一個高強度彈簧，在高強度彈簧兩側是彈簧側擋板，兩端分別為彈簧兩端擋板，同時高強度彈簧與調節螺絲連接，調節螺絲與支撐鋼板連接，支撐鋼板與兩個彈簧側擋板一端連接，兩彈簧側擋板的另一端與環繞鋼板連接，支撐鋼板與縱向加載裝置連接。所述環繞鋼板與巖土體試塊間設有橡膠圈。所述縱向加載裝置包括一個置于巖土體試塊頂部的下托盤，下托盤上方為上部支撐連接，上部支撐為一個十字架，傳壓軸穿過上部支撐，傳壓軸一端與下托盤連接，另一端與上托盤連接；上部支撐通過固定螺絲與支撐鋼板連接。一種用于巖土工程試塊假三軸蠕變的新型裝置的使用方法，包括以下幾步:(I)將巖土體試塊放置于裝置地板中部，外圍加套橡膠圈；(2)將多組環繞鋼板與傳感器以及彈簧連接好，使環繞鋼板貼緊橡膠圈，保持巖土體試塊在地板中心的位置；
(3)安置穩定后，按需要調節旋轉調節螺絲控制高強度彈簧長度，當壓力傳感器示數達目標值且四組示數一致時停止調節；(4)安置巖土體試塊上方加載裝置，在上托盤加載，計算總壓力，達到目標之后停止加載；(5)每隔一定時間量測每組環繞鋼板的位移量，取其平均值作為環向位移，并做好記錄，同時適當旋轉調節螺絲，保證壓力傳感器示數恒定，最大程度上避免彈簧因蠕變產生的壓力改變，減小實驗誤差。本發明與以往的測量方法相比具有以下優點:I本發明解決了以前實驗中的諸多不便，彈簧壓力簡單而容易實現，便于調節；2通過旋轉螺絲擠壓彈簧的方式避免了以往裝置大量繁瑣機械化的控制，大幅度提升實驗效率；3蠕變過程變形較慢，通過適時調整旋轉螺絲，避免彈簧略微伸長帶來的輕微誤差，保證了實驗精度，足以滿足低強度蠕變實驗的需要；4壓力傳感器的安裝保證了蠕變圍壓的恒定，確保了低強度假三軸蠕變實驗的準確性。5裝置上方重物加載的方式較為便捷，傳壓軸確保了壓力的垂直施加，避免偏壓。
圖1為本發明的彈簧垂直施壓裝置結構示意圖；圖2為本發明的加載裝裝置結構示意圖；其中，I巖土體試塊；2橡膠圈；3環繞鋼板；4壓力傳感器；5彈簧側擋板；6彈簧兩端擋板；7支撐鋼板；8高強度彈簧；9調節螺絲；10底板；11上托盤；12傳壓軸；13上部支撐；14下托盤；15;固定螺絲。
具體實施例方式下面結合附圖和實例對本發明做進一步說明:圖1、圖2中，一種用于巖土工程試塊假三軸蠕變的新型裝置，加載裝置主要包括上托盤11，下托盤14，傳壓軸12及上部支撐13 ;彈簧垂直施壓裝置主要包括環繞鋼板3，彈簧側擋板5和彈簧兩端擋板6，高強度彈簧8，壓力傳感器4，調節螺絲9以及支撐鋼板7。其中上部的傳壓軸12嵌套入十字形上部支撐13中間的圓孔中，兩端分別與上下托盤11和14相連；下部分為四組相同結構的彈簧垂直施壓裝置，環繞鋼板3外接壓力傳感器4，高強度彈簧8兩側為彈簧側擋板5避免側向變形，高強度彈簧8兩端有彈簧兩端擋板6，其中內側的彈簧兩端擋板6與壓力傳感器4相連，外側的彈簧兩端擋板6與調節螺絲9相接觸，調節螺絲9穿透支撐鋼板7，通過旋轉調節螺絲9可調節伸入鋼板的長度從而控制高強度彈簧8伸長量。一種用于巖土工程試塊假三軸蠕變的新型裝置，其操作方法包括以下幾步:(I)按實驗需要選擇合適的巖土體試塊I放置于底板10上，外圍套有橡膠圈2，使受力更加均勻。(2)將環繞鋼板3，壓力傳感器4和高強度彈簧8等裝置連接好后，將四組環繞鋼板3緊貼橡膠圈2放置，盡量保證試塊處于底板10的中心位置。(3)將調節螺絲9擰入支撐鋼板7，并與外側的彈簧兩端擋板6接觸，旋轉調節螺絲9并觀察壓力傳感器4的示數，達到預期壓力值且四組壓力傳感器4示數一致時停止調節。(4)將傳壓軸12套入上部支撐13，兩端分別與上下托盤11和14相連，下托盤14放置于巖土體試塊I正上方，通過固定螺絲15將上部支撐與下部的支撐鋼板7固定在一起。(5)在上托盤11上加載，計算上部荷載總重，達到預期壓力時停止加載。(6)定期測量四組環繞鋼板3的位移，取平均值作為環向蠕變位移，取下托盤14沉降位移作為試塊軸向蠕變位移，做好記錄。(7)記錄完成后，略微旋轉調節螺絲9，使壓力傳感器4的壓力值保持恒定，盡量減少高強度彈簧8因蠕變伸長而帶來的誤差，之后定期重復測量。本發明解決了以前實驗中的諸多不便，彈簧壓力簡單而容易實現，便于調節；通過旋轉螺絲擠壓彈簧的方式避免了以往裝置大量繁瑣機械化的控制，大幅度提升實驗效率；蠕變過程變形較慢，通過適時調整旋轉螺絲，避免彈簧略微伸長帶來的輕微誤差，保證了實驗精度；壓力傳感器的安裝保證了蠕變圍壓的恒定，確保了低強度假三軸蠕變實驗的準確性。與前人的裝置相比，本裝置操作上具明顯優勢，實驗效率顯著提高，精度上足以滿足低強度蠕變實驗的需要，更具實用性與推廣性。
權利要求
1.一種用于巖土工程試塊假三軸蠕變的新型裝置，其特征在于:它包括包圍巖土體試塊的多塊環繞鋼板，每個環繞鋼板與一個壓力可調的彈簧垂直施壓裝置連接，在巖土體試塊的頂部設有壓力可調的縱向加載裝置，彈簧垂直施壓裝置與環繞鋼板間設有壓力傳感器，壓力傳感器和加載裝置與控制裝置連接，彈簧垂直施壓裝置與縱向加載裝置連接。
2.如權利要求1所述的用于巖土工程試塊假三軸蠕變的新型裝置，其特征在于:所述彈簧垂直施壓裝置包括一個高強度彈簧，在高強度彈簧兩側是彈簧側擋板，兩端分別為彈簧兩端擋板，同時高強度彈簧與調節螺絲連接，調節螺絲與支撐鋼板連接，支撐鋼板與兩個彈簧側擋板一端連接，兩彈簧側擋板的另一端與環繞鋼板連接，支撐鋼板與縱向加載裝置連接。
3.如權利要求1所述的用于巖土工程試塊假三軸蠕變的新型裝置，其特征在于:所述環繞鋼板與巖土體試塊間設有橡膠圈。
4.如權利要求1或2所述的用于巖土工程試塊假三軸蠕變的新型裝置，其特征在于:所述縱向加載裝置包括一個置于巖土體試塊頂部的下托盤，下托盤上方為上部支撐連接，上部支撐為一個十字架，傳壓軸穿過上部支撐，傳壓軸一端與下托盤連接，另一端與上托盤連接；上部支撐通過固定螺絲與支撐鋼板連接。
5.一種采用權利要求1所述的用于巖土工程試塊假三軸蠕變的新型裝置的使用方法，其特征在于，包括以下幾步: (1)將巖土體試塊放置于裝置地板中部，外圍加套橡膠圈； (2)將多組環繞鋼板與傳感器以及彈簧連接好，使環繞鋼板貼緊橡膠圈，保持巖土體試塊在地板中心的位置； (3)安置穩定后，按需要調節旋轉調節螺絲控制高強度彈簧長度，當壓力傳感器示數達目標值且四組示數一致時停止調節； (4)安置巖土體試塊上方加載裝置，在上托盤加載，計算總壓力，達到目標之后停止加載； (5)每隔一定時間量測每組環繞鋼板的位移量，取其平均值作為環向位移，并做好記錄，同時適當旋轉調節螺絲，保證壓力傳感器示數恒定，最大程度上避免彈簧因蠕變產生的壓力改變，減小實驗誤差。
全文摘要
本發明涉及用于巖土工程試塊假三軸蠕變的新型裝置及其使用方法，包括包圍巖土體試塊的多塊環繞鋼板，每個環繞鋼板與一個壓力可調的彈簧垂直施壓裝置連接，在巖土體試塊的頂部設有壓力可調的縱向加載裝置，彈簧垂直施壓裝置與環繞鋼板間設有壓力傳感器，壓力傳感器和加載裝置與控制裝置連接，彈簧垂直施壓裝置與縱向加載裝置連接。解決了以前實驗中的諸多不便，彈簧壓力簡單而容易實現，便于調節；旋轉螺絲擠壓彈簧的方式避免了以往裝置大量繁瑣機械化控制，大幅度提升實驗效率；蠕變過程變形較慢，通過適時調整旋轉螺絲，避免彈簧略微伸長帶來的輕微誤差，保證了實驗精度；壓力傳感器保證了蠕變圍壓的恒定，確保了低強度假三軸蠕變實驗的準確性。
文檔編號G01N3/08GK103196746SQ201310092740
公開日2013年7月10日 申請日期2013年3月21日 優先權日2013年3月21日
發明者李術才, 石少帥, 李利平, 胡聰, 劉洪亮, 王慶瀚, 張騫, 郭明 申請人:山東大學