[发明专利]一种大型真三轴试验测试方法及测试设备

说明书

技术领域

本发明涉及土工试验方法及设备技术领域，具体是一种大型真三轴试验测试方法及测试设备。

背景技术

对土石坝土体进行变形研究，任一点的受力状态都是三相的，存在大主应力σ₁，小主应力σ₃和中主应力σ₂。进行试验研究即是对土体施加轴向压力(大主应力σ₁)、中主应力σ₂、小主应力σ₃，测定不同应力状态下试样轴向压力(大主应力σ₁)和中主应力σ₂、轴向应变ε₁和体应变ε_v，至试样破坏，求得试样抗剪强度和应力应变关系。

目前，高土石坝土料进行力学特性试验研究的一个重要手段是使用高压三轴试验系统和高压平面应变系统，但是三轴试验系统的侧向力相等(即小主应力σ₃＝中主应力σ₂)，不能反映中主应力σ₂的变化；而高压平面应变系统的中主应力σ₂是一种被动力，不能施加主动应力。因此开展复杂应力状态与复杂应力路径下大坝填料的本构特征研究，需要进行真三轴试验，大型真三轴试验设备在对高土石坝土料的力学特性研究中占有重要的作用。为了研究粒径更大的土料力学性质，需要较大尺寸的大型真三轴仪。

目前土石坝常用的堆石料最大粒径达1米量级，利用现有的大型试验仪器还不能对原型级配土石料进行力学试验。因而，室内试验用料的最大粒径受到限制，需要对超过试验容许最大粒径的部分进行必要的缩尺处理。对直径300～1000mm范围内试样的普通高压三轴试验研究表明，堆石料试验采用直径为300mm的试样即可，现在国内外一般都以直径300mm的三轴压缩仪作为粗粒料的常规试验设备。

现有技术中公开的真三轴仪器，一是西安理工大学申请的一种三向独立加载压力室结构的真三轴仪(专利号：CN200710019066.5)，其试验尺寸是75mm*75mm*150mm，小主应力σ₃和中主应力σ₂加载采用4个液压囊，边角处采用刚性板隔开，其存在最大加载量较小只有1.0MPa，而且加载囊易吹破等问题；二是河海大学申请的变形不受侧向干扰的真三轴仪(专利申请号：CN200810243975.1)的试验尺寸是120mm*120mm*60mm，也属于小尺寸真三轴仪，大主应力σ₁和中主应力σ₂方向加载方式属于刚性加载，尽管在中主应力σ₂方向增加了刚柔混合体，但只能减小竖向摩擦，不能减小水平向摩擦力；小主应力σ₃采用液压囊加载，其存在小主应力σ₃最大加载量只有0.8MPa，同时边角力学概念不明确，边角处理困难、σ₃液压囊易撕破等问题。这两种专利介绍的真三轴仪的试样尺寸均较小，只能进行12mm以下粒径的土样，均不能利用在大型粒径尺寸的真三轴研究上，而且均存在加载困难，囊袋易破，围压不能满足高压力的要求，因此需要对现有的真三轴加载方式进行技术革新，发明一种适应大型粒径尺寸的真三轴仪是亟需的。

发明内容

本发明提供一种大型真三轴试验测试方法及测试设备，可以对试样的六个面分别施加应力，满足高土石坝坝料复杂应力路径的试验研究。

一种大型真三轴试验测试设备，在压力室底座上设置第一轴向活塞，第一轴向活塞通过密封铜套与压力室底座密封连接，第一轴向活塞下部连接平衡盘，第一轴向活塞上部焊接试样底座，试样安装在试样底座上，试样两侧分别依次放置可压缩传力板和侧向传力板，外部依次与侧向活塞、σ₂载荷传感器、σ₂加压油缸连接，σ₂加压油缸固定在侧向反力梁上，四根拉杆穿过压力室后与两端的侧向反力梁连接固定，在压力室的顶部设置第二轴向活塞，第二轴向活塞通过密封铜套与压力室密封连接。

一种大型真三轴试验测试方法，应用上述大型真三轴试验测试设备进行试验，包括如下步骤：

(a)将乳胶膜与试样底座密封连接，安装制样成膜筒，制作试样后，在试样顶部安装试样加压帽，并将乳胶膜与试样加压帽密封连接，压力室底座设有围压进口、孔压进口、反压进口、排水口，试验时关闭排水口，通过反压进口连接真空泵，抽气使试样内部形成负压；

(b)拆除成膜筒，在试样的前后两个方向安装可压缩传力板和侧向传力板，并将其与试样预固定；