专利名称：用于岩土工程试块假三轴蠕变的新型装置及其使用方法
技术领域：
本发明涉及一种用于岩土工程试块假三轴蠕变的新型装置及其使用方法。
背景技术：
蠕变是指固体材料在保持应力不变的条件下，应变随时间延长而增加的现象。它与塑性变形不同，塑性变形通常在应力超过弹性极限之后才出现，而蠕变只要应力的作用时间相当长，它在应力小于弹性极限时也能出现。岩土工程中蠕变现象非常普遍，很多岩土工程灾害也与岩土体蠕变息息相关，如滑坡，塌方，地基沉降等，因此研究岩土体蠕变非常必要，这也是岩土工程安全的重要保证。目前，国内外对岩土体蠕变现象已进行了深入研究，相应的实验装置应运而生，单轴蠕变实验装置较为普遍，但不能准确描述试件的实际受力状态，三轴实验装置相对较少，如油压蠕变实验机，气压实验机等，但大多数都适用于高强度蠕变实验的研究，虽然可以进行对低强度试件的实验，但操作过于繁琐，效率低下；低强度蠕变实验装置比较少见，前人所研发的实验装置过于复杂，全电子操控，虽然基本满足精度的要求，但实验效率与实验操作存在较大问题，越来越难以满足岩土工程的发展需要。
发明内容
本发明的目的在于设计一种用于岩土工程试块假三轴蠕变的新型装置及其使用方法，有效保证实验精度，提高实验效率，方便实验操作。为实现上述目的，本设计采用如下方案:—种用于岩土工程试块假三轴蠕变的新型装置，它包括包围岩土体试块的多块环绕钢板，每个环绕钢板与一个压力可调的弹簧垂直施压装置连接，在岩土体试块的顶部设有压力可调的纵向加载装置，弹簧垂直施压装置与环绕钢板间设有压力传感器，压力传感器和加载装置与控制装置连接，弹簧垂直施压装置与纵向加载装置连接。所述弹簧垂直施压装置包括一个高强度弹簧，在高强度弹簧两侧是弹簧侧挡板，两端分别为弹簧两端挡板，同时高强度弹簧与调节螺丝连接，调节螺丝与支撑钢板连接，支撑钢板与两个弹簧侧挡板一端连接，两弹簧侧挡板的另一端与环绕钢板连接，支撑钢板与纵向加载装置连接。所述环绕钢板与岩土体试块间设有橡胶圈。所述纵向加载装置包括一个置于岩土体试块顶部的下托盘，下托盘上方为上部支撑连接，上部支撑为一个十字架，传压轴穿过上部支撑，传压轴一端与下托盘连接，另一端与上托盘连接；上部支撑通过固定螺丝与支撑钢板连接。一种用于岩土工程试块假三轴蠕变的新型装置的使用方法，包括以下几步:(I)将岩土体试块放置于装置地板中部，外围加套橡胶圈；(2)将多组环绕钢板与传感器以及弹簧连接好，使环绕钢板贴紧橡胶圈，保持岩土体试块在地板中心的位置；
(3)安置稳定后，按需要调节旋转调节螺丝控制高强度弹簧长度，当压力传感器示数达目标值且四组示数一致时停止调节；(4)安置岩土体试块上方加载装置，在上托盘加载，计算总压力，达到目标之后停止加载；(5)每隔一定时间量测每组环绕钢板的位移量，取其平均值作为环向位移，并做好记录，同时适当旋转调节螺丝，保证压力传感器示数恒定，最大程度上避免弹簧因蠕变产生的压力改变，减小实验误差。本发明与以往的测量方法相比具有以下优点:I本发明解决了以前实验中的诸多不便，弹簧压力简单而容易实现，便于调节；2通过旋转螺丝挤压弹簧的方式避免了以往装置大量繁琐机械化的控制，大幅度提升实验效率；3蠕变过程变形较慢，通过适时调整旋转螺丝，避免弹簧略微伸长带来的轻微误差，保证了实验精度，足以满足低强度蠕变实验的需要；4压力传感器的安装保证了蠕变围压的恒定，确保了低强度假三轴蠕变实验的准确性。5装置上方重物加载的方式较为便捷，传压轴确保了压力的垂直施加，避免偏压。
图1为本发明的弹簧垂直施压装置结构示意图；图2为本发明的加载装装置结构示意图；其中，I岩土体试块；2橡胶圈；3环绕钢板；4压力传感器；5弹簧侧挡板；6弹簧两端挡板；7支撑钢板；8高强度弹簧；9调节螺丝；10底板；11上托盘；12传压轴；13上部支撑；14下托盘；15;固定螺丝。
具体实施例方式下面结合附图和实例对本发明做进一步说明:图1、图2中，一种用于岩土工程试块假三轴蠕变的新型装置，加载装置主要包括上托盘11，下托盘14，传压轴12及上部支撑13 ;弹簧垂直施压装置主要包括环绕钢板3，弹簧侧挡板5和弹簧两端挡板6，高强度弹簧8，压力传感器4，调节螺丝9以及支撑钢板7。其中上部的传压轴12嵌套入十字形上部支撑13中间的圆孔中，两端分别与上下托盘11和14相连；下部分为四组相同结构的弹簧垂直施压装置，环绕钢板3外接压力传感器4，高强度弹簧8两侧为弹簧侧挡板5避免侧向变形，高强度弹簧8两端有弹簧两端挡板6，其中内侧的弹簧两端挡板6与压力传感器4相连，外侧的弹簧两端挡板6与调节螺丝9相接触，调节螺丝9穿透支撑钢板7，通过旋转调节螺丝9可调节伸入钢板的长度从而控制高强度弹簧8伸长量。一种用于岩土工程试块假三轴蠕变的新型装置，其操作方法包括以下几步:(I)按实验需要选择合适的岩土体试块I放置于底板10上，外围套有橡胶圈2，使受力更加均匀。(2)将环绕钢板3，压力传感器4和高强度弹簧8等装置连接好后，将四组环绕钢板3紧贴橡胶圈2放置，尽量保证试块处于底板10的中心位置。(3)将调节螺丝9拧入支撑钢板7，并与外侧的弹簧两端挡板6接触，旋转调节螺丝9并观察压力传感器4的示数，达到预期压力值且四组压力传感器4示数一致时停止调节。(4)将传压轴12套入上部支撑13，两端分别与上下托盘11和14相连，下托盘14放置于岩土体试块I正上方，通过固定螺丝15将上部支撑与下部的支撑钢板7固定在一起。(5)在上托盘11上加载，计算上部荷载总重，达到预期压力时停止加载。(6)定期测量四组环绕钢板3的位移，取平均值作为环向蠕变位移，取下托盘14沉降位移作为试块轴向蠕变位移，做好记录。(7)记录完成后，略微旋转调节螺丝9，使压力传感器4的压力值保持恒定，尽量减少高强度弹簧8因蠕变伸长而带来的误差，之后定期重复测量。本发明解决了以前实验中的诸多不便，弹簧压力简单而容易实现，便于调节；通过旋转螺丝挤压弹簧的方式避免了以往装置大量繁琐机械化的控制，大幅度提升实验效率；蠕变过程变形较慢，通过适时调整旋转螺丝，避免弹簧略微伸长带来的轻微误差，保证了实验精度；压力传感器的安装保证了蠕变围压的恒定，确保了低强度假三轴蠕变实验的准确性。与前人的装置相比，本装置操作上具明显优势，实验效率显著提高，精度上足以满足低强度蠕变实验的需要，更具实用性与推广性。
权利要求
1.一种用于岩土工程试块假三轴蠕变的新型装置，其特征在于:它包括包围岩土体试块的多块环绕钢板，每个环绕钢板与一个压力可调的弹簧垂直施压装置连接，在岩土体试块的顶部设有压力可调的纵向加载装置，弹簧垂直施压装置与环绕钢板间设有压力传感器，压力传感器和加载装置与控制装置连接，弹簧垂直施压装置与纵向加载装置连接。
2.如权利要求1所述的用于岩土工程试块假三轴蠕变的新型装置，其特征在于:所述弹簧垂直施压装置包括一个高强度弹簧，在高强度弹簧两侧是弹簧侧挡板，两端分别为弹簧两端挡板，同时高强度弹簧与调节螺丝连接，调节螺丝与支撑钢板连接，支撑钢板与两个弹簧侧挡板一端连接，两弹簧侧挡板的另一端与环绕钢板连接，支撑钢板与纵向加载装置连接。
3.如权利要求1所述的用于岩土工程试块假三轴蠕变的新型装置，其特征在于:所述环绕钢板与岩土体试块间设有橡胶圈。
4.如权利要求1或2所述的用于岩土工程试块假三轴蠕变的新型装置，其特征在于:所述纵向加载装置包括一个置于岩土体试块顶部的下托盘，下托盘上方为上部支撑连接，上部支撑为一个十字架，传压轴穿过上部支撑，传压轴一端与下托盘连接，另一端与上托盘连接；上部支撑通过固定螺丝与支撑钢板连接。
5.一种采用权利要求1所述的用于岩土工程试块假三轴蠕变的新型装置的使用方法，其特征在于，包括以下几步: (1)将岩土体试块放置于装置地板中部，外围加套橡胶圈； (2)将多组环绕钢板与传感器以及弹簧连接好，使环绕钢板贴紧橡胶圈，保持岩土体试块在地板中心的位置； (3)安置稳定后，按需要调节旋转调节螺丝控制高强度弹簧长度，当压力传感器示数达目标值且四组示数一致时停止调节； (4)安置岩土体试块上方加载装置，在上托盘加载，计算总压力，达到目标之后停止加载； (5)每隔一定时间量测每组环绕钢板的位移量，取其平均值作为环向位移，并做好记录，同时适当旋转调节螺丝，保证压力传感器示数恒定，最大程度上避免弹簧因蠕变产生的压力改变，减小实验误差。
全文摘要
本发明涉及用于岩土工程试块假三轴蠕变的新型装置及其使用方法，包括包围岩土体试块的多块环绕钢板，每个环绕钢板与一个压力可调的弹簧垂直施压装置连接，在岩土体试块的顶部设有压力可调的纵向加载装置，弹簧垂直施压装置与环绕钢板间设有压力传感器，压力传感器和加载装置与控制装置连接，弹簧垂直施压装置与纵向加载装置连接。解决了以前实验中的诸多不便，弹簧压力简单而容易实现，便于调节；旋转螺丝挤压弹簧的方式避免了以往装置大量繁琐机械化控制，大幅度提升实验效率；蠕变过程变形较慢，通过适时调整旋转螺丝，避免弹簧略微伸长带来的轻微误差，保证了实验精度；压力传感器保证了蠕变围压的恒定，确保了低强度假三轴蠕变实验的准确性。
文档编号G01N3/08GK103196746SQ201310092740
公开日2013年7月10日 申请日期2013年3月21日 优先权日2013年3月21日
发明者李术才, 石少帅, 李利平, 胡聪, 刘洪亮, 王庆瀚, 张骞, 郭明 申请人:山东大学