软碎岩体原状试样三轴压缩试验用围压装置的制作方法

本实用新型涉及岩体试验设备领域，尤其涉及一种软碎岩体原状试样三轴压缩试验用围压装置。

背景技术：

目前，岩体工程中的软弱岩体、碎裂状岩体(以下统称软碎岩体)不能进行原状样试验获取其变形参数，结构设计中需要的软碎岩体变形参数只能根据扰动样试验或工程经验确定，从而出现设计采用的岩体变形参数与实际变形参数之间存在较大差异，使得软碎岩体工程设计技术方案和工程经济不够合理；本实用新型涉及解决这一问题的软碎岩原状试样三轴压缩变形试验的一种新装置。

岩体工程中常有岩体工程特性会受含水量和扰动程度严重影响的泥岩、页岩、断层岩等软碎岩体。对于边坡工程或地基基础工程的稳定性评价和支护设计，只需要岩土体抗剪强度或抗压强度参数即可。对于有较大内水压力作用的水利水电工程隧洞，围岩变形参数取值是否合理直接涉及到隧洞衬砌结构结构设计的技术可靠性和经济合理性。

岩体变形参的确定及其合理性很大程度上取决于试样状态与实际情况的差异。目前，工程岩体变形参数取值方法有以下四种：

(1)综合分析法：对岩块取样并制取标准试样进行室内试验，或者在室内或现场对不规则的试块进行点荷载试验，获取岩块强度参数；同时对含单结构面的岩体进行取样，进行室内试验或现场便携式剪切试验，获取结构面参数。综合确定岩体的结构类型特征后，工程类比岩体变形参数。

(2)现场载荷试验法：在工程现场地面或探洞内，将代表性岩体制作成试样，并加工相应的反力装置，对试样进行现场载荷试验，整理分析获得岩体的变形参数。

(3)经验法：根据构成软碎岩体中岩块岩性及岩体结构特征等因素，确定岩体类型，再凭经验方法确定软碎岩体的变形参数和强度参数。

(4)岩体原位回弹测试法：借助混凝土试块或者混凝土结构回弹特性测试仪，对原位岩块表面进行回弹值测试，根据足够多的回弹值测试和标准岩块试样测试资料统计，建立回弹值与岩体变形参数及强度参数之间的统计回归公式，综合分析推定岩体的变形参数及强度参数。

然而，如上所述的现有取值方法对于软碎岩体的试验而言存在如下难题：

(1)综合分析方法：对于块度较大、岩性较为坚硬的岩体，岩块可以制作成标准试样并能够进行单轴、三轴和剪切试验；对于块度较小，但岩性较为坚硬的岩体，其中的岩块可以制作成非标准试样，利用点荷载试验确定岩块的变形参数，但试样往往缺乏代表性；对于软碎岩体，往往发育众多短小裂隙，其张闭性、充填物类型及其充填程度、胶结物类型及其胶结程度和裂隙与裂隙之间的空间组合方式等因素对软碎岩的变形特性等影响较大，采用改变软碎岩体原有岩体结构特征的扰动试样进行试验时，获得的变形参数与实际情况差异较大。

(2)现场载荷试验法：该方法需要花费大量的时间、人力、物力和财力，多适合于工程前期的工程地质勘查论证。工程施工中因设计优化和施工工艺优化需要相对更准确的软碎岩变形参数，采用该方法会造成较大的工期延误和投资收益损失。

(3)经验法：该方法虽然简单快速，但因地质条件的复杂性和软碎岩体特征及其地质环境的多变性，利用该方法确定的软碎岩体变形参数是否合理可靠，受工程技术人员是否具有扎实的基础理论知识和极其丰富的工程经验的严重影响，因此该方法带有显著的人为主观性。

(4)岩体原位回弹测试法：该方法是利用所测岩块的弹性性质进行的间接测试，适合于坚硬岩体测试。对于软碎岩岩体，岩体具有显著的塑性特性和流变特性，该方法测得的变形参数与实际情况差异大。

技术实现要素：

本实用新型解决的技术问题是提供一种可实现对软碎岩体的原状试样进行试验的软碎岩体原状试样三轴压缩试验用围压装置。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：软碎岩体原状试样三轴压缩试验用围压装置，包括原状试样取样筒，还包括钢外筒，所述钢外筒套设在原状试样取样筒的外周；沿原状试样取样筒的轴向，在原状试样取样筒的外周表面上间隔设置有若干层第一应变传感器，且每层的第一应变传感器包括沿原状试样取样筒周向设置的至少一个第一应变传感器；在钢外筒和原状试样取样筒之间填充有用于受力传递的填充层。

进一步的是：所述原状试样取样筒的轴向高度为h，在原状试样取样筒高度方向上的0.1h、0.3h、0.5h、0.7h和0.9h位置处分别设置有一层第一应变传感器。

进一步的是：每层的第一应变传感器包括两个第一应变传感器，并且两个第一应变传感器对应位于原状试样取样筒两个相互垂直的直径母线上；不同层第一应变传感器沿原状试样取样筒的轴向高度方向错开设置。

进一步的是：所述填充层为水泥砂浆凝固体或环氧砂浆凝固体。

进一步的是：在钢外筒的外周表面上间隔设置有若干层第二应变传感器，且每层的第二应变传感器包括沿钢外筒周向设置的至少一个第二应变传感器。

进一步的是：所述钢外筒的轴向高度为h，在钢外筒高度方向上的0.1h、0.3h、0.5h、0.7h和0.9h位置处分别设置有一层第二应变传感器；每层的第二应变传感器包括两个第二应变传感器并且两个第二应变传感器对应位于钢外筒两个相互垂直的直径母线上；不同层第二应变传感器沿钢外筒的轴向高度方向错开设置。

进一步的是：原状试样取样筒的外径与钢外筒的内径之差为10-30mm。

进一步的是：所述钢外筒为钢管，并且所述钢外筒在试验过程中能够承载至少40mpa的围限压力。

进一步的是：原状试样取样筒的轴向高度与钢外筒的轴向高度相等，且二者的两端分别对齐。

进一步的是：原状试样取样筒的轴向高度与其直径之比为1～2倍。

本实用新型的有益效果是：本实用新型是利用软碎岩体在现场取样装置取样后，对原有的原状试样取样筒结构进行改进，以形成本实用新型所述的围压装置，进而一方面能够确保试验样品的成分、结构和含水量保持原始状态。另一方面则可直接借助此围压装置直接对试样进行三轴压缩试验，从而获得软碎岩的变形参数更接近岩体实际变形参数，使隧洞工程设计更加科学合理，实现隧洞工程优化设计安全可靠和经济合理的目的。

附图说明

图1为本实用新型所述的软碎岩体原状试样三轴压缩试验用围压装置在进行试验时的示意图；

图2为图1中软碎岩体原状试样三轴压缩试验用围压装置部分的结构示意图；

图3为原状试样取样筒的侧示意图；

图4为原状试样取样筒的俯视图；

图5为钢外筒的侧视图；

图6为钢外筒的俯视图；

图中标记为：原状试样取样筒1、填充层2、钢外筒3、第一应变传感器4、第二应变传感器5、试样6、三轴压力试验机压力部7、三轴压力试验机支撑部8。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进一步说明。

如图1至图6中所示，本实用新型所述的软碎岩体原状试样三轴压缩试验用围压装置，包括原状试样取样筒1，原状试样取样筒1为用于对软碎岩体原状试样在取样过程中取样装置所使用的筒体，取样后软碎岩体原状试样直接处于原状试样取样筒1内；本实用新型中的围压装置为直接利用取样后的原状试样取样筒1，同时还包括钢外筒3，所述钢外筒3套设在原状试样取样筒1的外周；沿原状试样取样筒1的轴向，在原状试样取样筒1的外周表面上间隔设置有若干层第一应变传感器4，且每层的第一应变传感器4包括沿原状试样取样筒1周向设置的至少一个第一应变传感器4；在钢外筒3和原状试样取样筒1之间填充有用于受力传递的填充层2。

具体的，填充层2可优选设置为水泥砂浆凝固体，即由水泥砂浆浇注凝固后形成的一层凝固体，其一方面具有较好的浇注成型优点，可方便在原状试样取样筒1与钢外筒3之间进行浇注成型；另一方面则具有抗压参数大、抗拉强度低的特性，可在原状试样取样筒1与钢外筒3之间有效地传递径向压力作用。不失一般性，本实用新型中也可优选设置填充层2为环氧砂浆凝固体。

另外，对于填充层的厚度，本实用新型中优先设置为5-15mm，即相应的设置原状试样取样筒1的外径与钢外筒3的内径之差为10-30mm；例如设置原状试样取样筒1的外径与钢外筒3的内径之差为20mm。

本实用新型中的第一应变传感器4，其作用为在进行三轴压缩试验过程中，通过将相应的第一应变传感器4与应变仪连接以监测相应的应变参数，进而间接测得试样岩体的变形参数。更具体的，当所述原状试样取样筒1的轴向高度为h时，本实用新型中优选在原状试样取样筒1高度方向上的0.1h、0.3h、0.5h、0.7h和0.9h位置处分别设置有一层第一应变传感器4。另外，可具体在每一层中包括两个第一应变传感器4，并且两个第一应变传感器4对应位于原状试样取样筒1两个相互垂直的直径母线上；而且，对于不同层第一应变传感器4可优选设置沿原状试样取样筒1的轴向高度方向错开设置。

另外，本实用新型中可进一步在钢外筒3的外周表面上间隔设置有若干层第二应变传感器5，且每层的第二应变传感器5包括位于钢外筒3两个相互垂直的直径母线上的四个第二应变传感器5。通过设置第二应变传感器5可进一步测得试验过程中钢外筒3的应变情况。不失一般性，本实用新型中对于第二应变传感器5的设置也可参照第一应变传感器4的设置方式进行设置，如当所述钢外筒3的轴向高度为h时，在钢外筒3高度方向上的0.1h、0.3h、0.5h、0.7h和0.9h位置处分别设置有一层第二应变传感器5；每层的第二应变传感器5包括两个第二应变传感器5并且两个第二应变传感器5对应位于钢外筒3两个相互垂直的直径母线上；不同层第二应变传感器5沿钢外筒3的轴向高度方向错开设置。

另外，本实用新型所述的软碎岩体原状试样三轴压缩试验用围压装置在进行试验时，需要将包含有软碎岩体原状试样，放入到三轴压力试验机中以在试样的两端加载压力；具体可参照附图1中所示，其将本实用新型中的围压装置放置到三轴压力试验机的压力部7和支撑部8之间，由压力部7下压进行加载。为了满足试验过程中三轴压力试验机的压力部7和支撑部8在对试样进行加载过程中，钢外筒3能够承载相应的围限压力，本实用新型中优选设置所述钢外筒3为钢管，并且要求所述钢外筒3在试验过程中能够承载至少40mpa的围限压力。

另外，更优先的，本实用新型中可设置原状试样取样筒1的轴向高度与钢外筒3的轴向高度相等，且二者的两端分别对齐；相应的填充层2在填充到原状试样取样筒1与钢外筒3之间凝固后也优选设置其两端与原状试样取样筒1和钢外筒3的两端平齐。另外，对于原状试样取样筒1的轴向高度与钢外筒3的轴向高度，可根据所需进行试验的试样的尺寸进行对应的参数设置，通常可设置为原状试样取样筒1的轴向高度与其直径之比为1～2倍；如具体可设置为原状试样取样筒1的轴向高度与其直径之比为1倍或2倍等不同的规格，以满足对不同规格的试样的适应性。