專利名稱：用于測量巖土工程試塊真三軸蠕變的裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種用于測量巖土工程試塊真三軸蠕變的裝置。
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。以往的巖土工程蠕變試驗往往停留在單軸、假三軸的試驗上，單軸試驗忽略了試塊圍壓的影響，假三軸試驗則忽略了試塊各向壓力的不等性，這些都不能準確反映巖土體在實際條件下的真實受力及蠕變行為。國內外巖土體真三軸蠕變試驗儀器非常少見，結構十分復雜，規模相對龐大，操作繁瑣，價格昂貴，并只用于高強度的蠕變試驗中，對于低強度條件下的三軸蠕變往往喪失準確性。目前，對于低強度條件下巖土的蠕變現象的研究較為欠缺。
發明內容本實用新型的目的是為克服上述現有技術的不足，提供用于測量巖土工程試塊真三軸蠕變的裝置。為實現上述目的，本實用新型采用下述技術方案:用于測量巖土工程試塊真三軸蠕變的裝置，包括支撐結構，所述裝置還包括四個圍壓板與上、下加壓板，以形成一包裹試塊的封閉腔；所述圍壓板包括兩個長圍壓板和兩個短圍壓板，所述上、下加壓板為長方形的頂部鋼板和底部鋼板，所述底部鋼板的相鄰兩個側面搭設兩個向外側彎折的“L”形長圍壓板，剩余的兩個側面搭設兩個向外側彎折的“L”形短圍壓板，所述短圍壓板的底端置于底部鋼板上；所述長圍壓板的頂端搭設頂部鋼板，所述頂部鋼板與兩個短圍壓板的內側面緊貼；所述支撐結構的內部對應于四個圍壓板與上、下加壓板均垂直設有壓力傳感器，所述壓力傳感器上均設有光柵尺。所述支撐結構包括底板和“十”字形的頂部鋼支架，所述頂部鋼支架的四個末端分別通過側部鋼支架與底板連接；所述底板的中央以及側部鋼支架的中央分別朝向內部設有液壓千斤頂。所述頂部鋼支架的交叉處下端與連接鋼片I連接，所述液壓千斤頂分別通過壓力傳感器與連接鋼片II VI連接，所述連接鋼片I的下端設有頂部滑輪，連接鋼片II的頂端設有底部滑輪，連接鋼片III VI朝向內側均設有側向滑輪；所述頂部滑輪支撐頂部鋼板，所述底部滑輪支撐用于放置方形試塊的底部鋼板，所述試塊的四個側面分別與兩個長圍壓板以及兩個短圍壓板緊密貼合；所述側向滑輪支撐四個圍壓板的外側面。所述圍壓板的肩部內側和底部分別設有圍壓板肩部滑輪和圍壓板底部滑輪。[0011]利用上述裝置測量巖土工程試塊真三軸蠕變的方法，具體步驟如下:I)裝配試驗裝置，形成一封閉腔包裹試塊；2)預加壓，使支撐結構的內部與四個圍壓板以及上、下加壓板接觸，并保持穩定；3)調節與底部鋼板對應的壓力傳感器的示數，使之歸零，并記錄相應光柵尺的初始讀數；4)分別調節X軸、y軸、z軸方向的液壓千斤頂，使三個方向的壓力傳感器的讀數分別達到設定值，并保持穩定；所述設定值的范圍為O 5MPa ；5)測量X方向、y方向的蠕變位移，取底部鋼板的上升距離作為試塊軸向蠕變位移。所述步驟I)的具體方法是:搭置支撐結構，將底部鋼板搭設在支撐結構內的底部，將兩個長圍壓板搭設在底部鋼板的相鄰側面；將試塊放置于底部鋼板上，并緊靠長圍壓板，將兩短圍壓板安置于底部鋼板上，并與試塊接觸；將頂部鋼板置于長圍壓板上，與兩個短圍壓板的側面接觸，形成封閉腔包裹試塊。所述搭置支撐結構的具體方法是:將“十”字形頂部鋼支架的四個末端分別通過側部鋼支架連接至底板；底板的中央以及側部鋼支架的中央分別朝向內部安裝液壓千斤頂；頂部鋼支架的交叉處下端與連接鋼片I連接，液壓千斤頂分別通過壓力傳感器與連接鋼片II VI連接，各個壓力傳感器上均安裝光柵尺，連接鋼片I的下端安裝頂部滑輪，連接鋼片II的頂端安裝底部滑輪，連接鋼片III VI朝向內側均安裝側向滑輪；頂部滑輪支撐頂部鋼板，底部滑輪支撐底部鋼板，側向滑輪支撐四個圍壓板的外側面。所述步驟5)中，測量X方向、y方向的蠕變位移的具體方法是:I天內每隔30分鐘測量一次，I天以后每隔2小時測量一次。本實用新型的工作原理:I方形試塊四周以四組環繞鋼板包裹，通過四鋼板的擠壓作用近似模擬圍壓；2四組鋼板采用“風車式”的搭接方式，側向受力時可在一定范圍內自由改變相對位置；3四組鋼板接觸面之間安置滾珠式滑輪，減小摩擦阻力，同時克服了偏壓作用；4試塊上下方兩組擋板錯位搭接，各覆蓋兩組環繞鋼板，保證試塊軸向受力時的自由變形；5環繞鋼板外側通過滾珠式滑輪連接壓力傳感器，采用液壓千斤頂加壓的方式施加側向應力，傳感器可對壓力進行精確控制；6重力加載無法實現本裝置的軸向加壓，本裝置采用自下向上擠壓試塊的方式，保證了整個裝置的穩定性。本實用新型通過四組圍壓板與上、下加壓板的相互可滑動搭接，實現了試塊的三向加載。四組圍壓板，采用“風車式”的搭接方式，側向受力時可在一定范圍內自由改變相對位置，保證了 X向與y向受力的獨立性；上下加壓板與兩組側向鋼板上下錯開的搭接方式，保證了試塊Z軸向受力的獨立性；“風車式”的環繞結構可以使試塊側向受到不等的圍壓，并且可以保證試塊側向自由變形，保證了側壓的獨立性。四組圍壓板的接觸面之間安置滾珠式滑輪，減小了摩擦阻力，且可自由相對滑動。四組圍壓板采用“L”形的設計形態，克服了圍壓板運動過程的偏壓作用。加壓板外側與壓力傳感器以滑輪形式接觸連接，保證了軸壓沿試件軸心方向，同時確保了軸壓的獨立性。通過兩組“L”形的長側壓板與兩組“L”形的短側壓板上下錯位搭接，實現了試塊軸向受力時的自由變形，同時保證了試塊軸向受力的獨立性。“L”形鋼板外側與壓力傳感器以滑輪方式接觸連接，保證了裝置沿試塊軸心方向加壓，同時保證了試塊軸壓與側壓的獨立性。加壓通過液壓千斤頂實現，確保壓力的恒定。利用壓力傳感器實現了對壓力的精確恒定控制。采用光柵尺量測試塊的三向位移，極大提高了實驗精度。本實用新型克服了以往真三軸蠕變中遇到的難題，“風車式”的環繞結構可以使試塊側向受到不等的圍壓，且可以自由形變，滾珠式滑輪的使用降低了環繞鋼板間的摩擦，且可在一定范圍內自由移動；電子壓力傳感器控制液壓千斤頂加壓的方式可對巖土體試塊進行準確，恒定地加壓，確保了實驗精度；軸向壓力采用自下而上加壓的方式確保了試塊軸向的自由形變，且保證了整個裝置的穩定。本實用新型的有益效果是，I本實用新型解決了以前實驗中的諸多不便，實現了低壓條件下試塊蠕變的模擬實驗。2.液壓千斤頂加壓簡單而容易實現，便于調節；3.蠕變過程變形較慢，試驗周期長，通過液壓千斤頂自動調控加壓的方式，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，確保了低強度真三軸蠕變實驗的準確性。5采用自下向上擠壓試塊的方式，保證了整個裝置的穩定性。6.采用光柵尺量測試塊位移，提高了試驗精度。
圖1為本實用新型的結構示意圖；圖2是支撐結構的結構示意圖；圖3是短圍壓板方向的側面視圖；圖4是長圍壓板方向的側面視圖；圖5是加載試塊前的視圖；圖6是加載試塊后的視圖；其中I固定螺絲2.頂部鋼支架3.側部鋼支架4.光柵尺5.底板6.液壓千斤頂
7.側向滑輪8.連接鋼片119.底部滑輪10.壓力傳感器11.頂部鋼板12.短圍壓板13.長圍壓板14.底部鋼板15.圍壓板肩部滑輪16.圍壓板底部滑輪。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例對本實用新型進行進一步的闡述，應該說明的是，下述說明僅是為了解釋本實用新型，并不對其內容進行限定。本實用新型包括支撐結構，支撐結構的內部滑動搭接四個圍壓板與上、下加壓板，以形成一包裹試塊的封閉腔；圍壓板包括兩個長圍壓板13和兩個短圍壓板14，上、下加壓板為長方形的頂部鋼板11和底部鋼板14，底部鋼板14的相鄰兩個側面搭設兩個向外側彎折的“L”形長圍壓板13，剩余的兩個側面搭設兩個向外側彎折的“L”形短圍壓板12，短圍壓板12的底端置于底部鋼板14上；長圍壓板13的頂端搭設頂部鋼板11，頂部鋼板11與兩個短圍壓板12的內側面緊貼；支撐結構的內部對應于四個圍壓板與上、下加壓板均垂直設有壓力傳感器10，壓力傳感器10上均設有光柵尺4。支撐結構包括底板5和“十”字形的頂部鋼支架2，頂部鋼支架2的四個末端分別通過側部鋼支架3與底板5連接，連接處以固定螺絲I固定連接；底板5的中央以及側部鋼支架3的中央分別朝向內部設有液壓千斤頂6。頂部鋼支架2的交叉處下端與連接鋼片I連接，液壓千斤頂6分別通過壓力傳感器10與連接鋼片118、連接鋼片II1、連接鋼片IV、連接鋼片V、連接鋼片VI連接，所述連接鋼片I的下端設有頂部滑輪，連接鋼片118的頂端設有底部滑輪9，連接鋼片III VI朝向內側均設有側向滑輪7 ;頂部滑輪支撐頂部鋼板11，底部滑輪9支撐用于放置方形試塊的底部鋼板14，試塊的四個側面分別與兩個長圍壓板13以及兩個短圍壓板12緊密貼合；側向滑輪7支撐四個圍壓板的外側面。圍壓板的肩部內側和底部分別設有圍壓板肩部滑輪15和圍壓板底部滑輪16。利用上述裝置測量巖土工程試塊真三軸蠕變的方法，具體步驟如下:I)裝配試驗裝置，形成一封閉腔包裹試塊；2)預加壓，使支撐結構的內部與四個圍壓板以及上、下加壓板接觸，并保持穩定；3)調節與底部鋼板14對應的壓力傳感器10的示數，使之歸零，并記錄相應光柵尺4的初始讀數；4)分別 調節X軸、y軸、z軸方向的液壓千斤頂6，使三個方向的壓力傳感器10的讀數分別達到設定值，并保持穩定；設定值的范圍為O 5MPa ；5)測量X方向、y方向的蠕變位移，取底部鋼板14的上升距離作為試塊軸向蠕變位移。步驟I)的具體方法是:搭置支撐結構，將底部鋼板14搭設在支撐結構內的底部，將兩個長圍壓板13搭設在底部鋼板14的相鄰側面；將試塊放置于底部鋼板14上，并緊靠長圍壓板13，將兩短圍壓板12安置于底部鋼板14上，并與試塊接觸；將頂部鋼板11置于長圍壓板13上，與兩個短圍壓板12的側面接觸，形成封閉腔包裹試塊。搭置支撐結構的具體方法是:將“十”字形頂部鋼支架2的四個末端分別通過側部鋼支架3連接至底板；底板5的中央以及側部鋼支架3的中央分別朝向內部安裝液壓千斤頂6 ;頂部鋼支架2的交叉處下端與連接鋼片I連接，液壓千斤頂6分別通過壓力傳感器10與連接鋼片Π8、連接鋼片II1、連接鋼片IV、連接鋼片V、連接鋼片VI連接，各個壓力傳感器10上均安裝光柵尺4，連接鋼片I的下端安裝頂部滑輪，連接鋼片118的頂端安裝底部滑輪9，連接鋼片III VI朝向內側均安裝側向滑輪7 ;頂部滑輪支撐頂部鋼板，底部滑輪9支撐底部鋼板14，側向滑輪7支撐四個圍壓板的外側面。步驟5)中，測量X方向、y方向的蠕變位移的具體方法是:I天內每隔30分鐘測量一次，I天以后每隔2小時測量一次。上述雖然結合附圖對本實用新型的具體實施方式
進行了描述，但并非對本實用新型保護范圍的限制，在本實用新型的技術方案的基礎上，本領域技術人員不需要付出創造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本實用新型的保護范圍以內。
權利要求1.用于測量巖土工程試塊真三軸蠕變的裝置，包括支撐結構，其特征在于，所述裝置還包括四個圍壓板與上、下加壓板，以形成一包裹試塊的封閉腔；所述圍壓板包括兩個長圍壓板和兩個短圍壓板，所述上、下加壓板為長方形的頂部鋼板和底部鋼板，所述底部鋼板的相鄰兩個側面搭設兩個向外側彎折的“L”形長圍壓板，剩余的兩個側面搭設兩個向外側彎折的“L”形短圍壓板，所述短圍壓板的底端置于底部鋼板上；所述長圍壓板的頂端搭設頂部鋼板，所述頂部鋼板與兩個短圍壓板的內側面緊貼；所述支撐結構的內部對應于四個圍壓板與上、下加壓板均垂直設有壓力傳感器，所述壓力傳感器上均設有光柵尺。
2.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述支撐結構包括底板和“十”字形的頂部鋼支架，所述頂部鋼支架的四個末端分別通過側部鋼支架與底板連接；所述底板的中央以及側部鋼支架的中央分別朝向內部設有液壓千斤頂。
3.根據權利要求2所述的裝置，其特征在于，所述頂部鋼支架的交叉處下端與連接鋼片I連接，所述液壓千斤頂分別通過壓力傳感器與連接鋼片II VI連接，所述連接鋼片I的下端設有頂部滑輪，連接鋼片II的頂端設有底部 滑輪，連接鋼片III VI朝向內側均設有側向滑輪；所述頂部滑輪支撐頂部鋼板，所述底部滑輪支撐用于放置方形試塊的底部鋼板，所述試塊的四個側面分別與兩個長圍壓板以及兩個短圍壓板緊密貼合；所述側向滑輪支撐四個圍壓板的外側面。
4.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述圍壓板的肩部內側和底部分別設有圍壓板肩部滑輪和圍壓板底部滑輪。
專利摘要本實用新型公開了一種用于測量巖土工程試塊真三軸蠕變的裝置，它包括支撐結構，還包括四個圍壓板與上、下加壓板，以形成一包裹試塊的封閉腔；圍壓板包括兩個長圍壓板和兩個短圍壓板，上、下加壓板為長方形的頂部鋼板和底部鋼板，底部鋼板的相鄰兩個側面搭設兩個向外側彎折的“L”形長圍壓板，剩余的兩個側面搭設兩個向外側彎折的“L”形短圍壓板，短圍壓板的底端置于底部鋼板上；長圍壓板的頂端搭設頂部鋼板，頂部鋼板與兩個短圍壓板的內側面緊貼；支撐結構的內部對應于四個圍壓板與上、下加壓板均垂直設有壓力傳感器，壓力傳感器上均設有光柵尺。
文檔編號G01N3/28GK203164066SQ20132014578
公開日2013年8月28日 申請日期2013年3月27日 優先權日2013年3月27日
發明者李利平, 雷霆, 張乾青, 石少帥, 周宗青, 李術才, 王慶瀚, 陳云娟 申請人:山東大學