一种岩土体压缩试验的加载方法及双向加载的固结仪

本发明涉及岩土体加载试验，具体涉及一种岩土体压缩试验的加载方法及双向加载的固结仪。

背景技术：

1、土中颗粒的组成、土颗粒的排列与组合、颗粒间的作用力导致了土形成不同的结构。这种结构对土的强度、渗透性和应力-应变关系特性有极大影响。在进行岩土体压缩试验时，因为土体内部的颗粒的排列相同，在相同压缩量的情况下，在竖向上施加力与在侧向上施加力得到的试验结果是不同的，这就是土体各向异性的表现。各向异性是指在不同方向上材料的物理力学性质不同。由于土在沉积过程中，长宽比大于1的针、片、棒状颗粒在重力作用下倾向于水平方向排列而处于稳定的状态；另外，在随后的固结过程中，竖向的上覆土体重力产生的竖向应力与水平土压力产生的水平应力大小是不等的，这种不等向固结也会产生土的各向异性。土的各向异性主要表现为横向各向同性，亦即在水平面各个方向的性质大体上是相同的，而竖向与横向性质不同。

2、目前的岩土体压缩试验多为侧限压缩试验即单向压缩试验，它所确定的应力应变关系曲线一般表示为曲线e-p，e为孔隙比，p为施加的竖向压力（kpa）。这种试验可以得到一个参数（压缩模量es或压缩系数a）。它的另一个用途是在固结试验中确定试验压缩与时间关系，用以确定粘性土的固结系数c。同样，现有的固结仪仅能在竖向上进行单向压缩加载。

技术实现思路

1、针对目前的岩土体压缩试验仅为竖向加载实验，无法对岩土体各向异性进行研究的问题，本发明提出一种岩土体压缩试验的加载方法及双向加载的固结仪，以实现对岩土体各向异性的研究。

2、本发明具体技术方案如下：

3、一种岩土体压缩试验的加载方法，取立方体或长方体状的岩土体，在横向、纵向方向上分别单独对岩土体进行压缩加载，或在横向和纵向方向上同时对岩土体进行压缩加载。

4、进一步的，压缩加载为液压伺服控制。

5、进一步的，在横向和纵向方向上同时对岩土体进行压缩加载时，横向加载速度和纵向加载速度可以相同或者不同，也即可以施加相同或者不同的压缩量、加载力。

6、一种双向加载的固结仪，包括基座、纵向作动器、横向作动器、支撑块、两台配备数字图像相关（digital image correlation, dic）处理软件的微距相机和用于放置岩土体的固结组件，纵向作动器安装在固结组件的上侧，并通过向固结组件施加纵压力以压缩岩土体，支撑块和横向作动器分别安装在固结组件的左右两侧，横向作动器通过向固结组件施加横向压力以压缩岩土体。

7、进一步的，固结组件包括第一透水石、第二透水石、第三透水石和第四透水石，其中，第一透水石水平安装在基座上，第二透水石安装在支撑块靠近横向作动器一侧的侧壁上，第三透水石布置在横向作动器的前端，第四透水石布置在纵向作动器的前端。

8、进一步的，纵向作动器通过支架安装在基座上，横线作动器通过支杆安装在基座上。

9、进一步的，横向作动器和纵向作动器均为液压伺服驱动。

10、进一步的，横向作动器上安装有力传感器和位移传感器，纵向作动器上安装有力传感器和位移传感器。

11、进一步的，第一微距相机设在固结组件的前侧，第二微距相机设在支撑块的一侧，支撑块和固结组件上均设有用于观测的可视化窗口。

12、进一步的，横向作动器和第三透水石之间还设有第一作用块，纵向作动器和第四透水石之间还设有第二作用块。

13、进一步的，基座上表面还安装有轨道，第一作用块下侧还设有滚轮，第一作用块通过滚轮安装在轨道上。

14、本发明的有益效果在于：

15、1、本方法通过在横向、纵向上分别对岩土体单独进行加载或同时在横向和竖向上进行等速或不等速加载，可以研究岩土体的各向异性。

16、2、本装置通过液压伺服自动控制加载力，利用力传感器测量加载力，利用位移传感器测量压缩量，可以实现横向和纵向等压缩量或者横向和纵向不同加载力的试验。

技术特征：

1.一种岩土体压缩试验的加载方法，其特征在于：取立方体或长方体状的岩土体（14），在横向、纵向方向上分别对岩土体（14）进行压缩加载，或在横向和纵向方向上同时对岩土体（14）进行压缩加载。

2.根据权利要求1所述的一种岩土体压缩试验的加载方法，其特征在于：压缩加载为液压伺服控制。

3.一种双向加载的固结仪，其特征在于：包括基座（1）、纵向作动器（3）、横向作动器（4）、支撑块（13）和用于放置岩土体（14）的固结组件，纵向作动器（3）安装在固结组件的上侧，并通过向固结组件施加纵向压力以压缩岩土体（14），支撑块（13）和横向作动器（4）分别安装在固结组件的左右两侧，横向作动器（4）通过向固结组件施加横向压力以压缩岩土体（14）。

4.根据权利要求3所述的双向加载的固结仪，其特征在于：固结组件包括第一透水石（6）、第二透水石（7）、第三透水石（8）和第四透水石（9），其中，第一透水石（6）水平安装在基座（1）上，第二透水石（7）安装在支撑块（13）靠近横向作动器（4）一侧的侧壁上，第三透水石（8）布置在横向作动器（4）的前端，第四透水石（9）布置在纵向作动器（3）的前端。

5.根据权利要求3所述的双向加载的固结仪，其特征在于：纵向作动器（3）通过支架（2）安装在基座（1）上，横线作动器通过支杆安装在基座（1）上。

6.根据权利要求3所述的双向加载的固结仪，其特征在于：横向作动器（4）和纵向作动器（3）均为液压伺服驱动。

7.根据权利要求3所述的双向加载的固结仪，其特征在于：横向作动器（4）上安装有力传感器和位移传感器，纵向作动器（3）上安装有力传感器和位移传感器。

8.根据权利要求3任意一项所述的双向加载的固结仪，其特征在于：还包括两台微距相机，其中第一微距相机（15）设在固结组件的前侧，第二微距相机（16）设在支撑块（13）的一侧，支撑块（13）和固结组件上均设有用于观测的可视化窗口。

9.根据权利要求4所述的双向加载的固结仪，其特征在于：横向作动器（4）和第三透水石（8）之间还设有第一作用块（10），纵向作动器（3）和第四透水石（9）之间还设有第二作用块（12）。

10.根据权利要求9所述的双向加载的固结仪，其特征在于：基座（1）上表面还安装有轨道，第一作用块（10）下侧还设有滚轮（11），第一作用块（10）通过滚轮（11）安装在轨道上。

技术总结
本发明涉及一种岩土体压缩试验的加载方法及双向加载的固结仪，加载方法通过取立方体或长方体状的岩土体，可在横向方向、纵向方向上分别对岩土体进行压缩加载，或在横向和纵向方向上同时对岩土体进行等速或不等速压缩加载；相应的，装置包括基座、纵向作动器、横向作动器、支撑块、两台配备DIC处理软件的微距相机和用于放置岩土体的固结组件，纵向作动器安装在固结组件的上侧，并通过向固结组件施加纵压力以压缩岩土体，支撑块和横向作动器分别安装在固结组件的左右两侧，横向作动器通过向固结组件施加横向压力以压缩岩土体。本发明通过在横向或纵向上单独对岩土体进行加载或在横向和竖向上同时对岩土体进行加载，可以研究岩土体的各向异性。

技术研发人员：王玉豪,黄强,何朋立,郭进军,杜志刚,符帅,陈科,严少洋
受保护的技术使用者：洛阳理工学院
技术研发日：
技术公布日：2025/1/16