[发明专利]一种粗粒土真三轴加载试验装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及岩体力学试验技术领域，更具体地，涉及一种粗粒土真三轴加载试验装置及方法。

背景技术

随着现代化经济的发展，土石及地质岩体的性能测试已经广泛应用于岩土工程、建筑材料以及地质灾害研究等领域，而岩石三轴测试在边坡稳定、巷道围岩维护、冲击地压及地震效应等很多领域得到了广泛的应用。

由于路基填方工程、采矿领域和各类工程建设领域产生松散岩土堆积工程中混合岩性分布的复杂性、粒径分布多样性，对于此类岩土堆积工程力学性能测试技术的挑战越来越大，常规尺寸的真三轴测试仪器已经无法不能满足工程的需要。

当前对于岩土材料在真三维应力条件下尺寸效应问题的研究十分匮乏，普遍存在的问题主要包括：

(1)矿山排土场、矸石山、各类建筑工程堆积工程、路基填方等工程中包含有大粒径松散岩土体，常规的岩土试验设备无法进行力学性质的实验室测试，只能进行现场原位试验，试验难度大；

(2)对于已经开发的大型常规土工仪器，由于试件尺寸有限，无法进行大颗粒岩土材料的力学特性试验。

因此，为准确测试得到包含粗粒径岩土在真三维应力条件下的强度变形特性，对现有的真三轴测试进行技术革新，研制一种大尺寸的大型真三轴加载试验装置是十分必要的。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的首要目的在于提供一种粗粒土真三轴加载试验装置。

本发明的另一目的在于提供利用上述粗粒土真三轴加载试验装置的试验方法。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种粗粒土真三轴加载试验装置，包括固定承载框架、滑动承载框架、竖向加卸载机构、水平横向加卸载机构和水平纵向加卸载机构，所述滑动承载框架活动套设在所述固定承载框架内，所述竖向加卸载机构安装在所述固定承载框架顶部，所述水平横向加卸载机构和水平纵向加卸载机构分别安装在所述固定承载框架的横向两侧和滑动承载框架的纵向两侧。

在上述技术方案中，所述竖向加卸载机构包括安装在固定承载框架顶部的竖向加载油缸和设置在所述竖向加载油缸上的竖向荷载均布器，所述水平横向加卸载机构包括安装在固定承载框架横向两侧的水平横向加载油缸和设置在所述水平横向加载油缸上的水平横向荷载均布器，所述水平纵向加卸载机构包括安装在滑动承载框架的纵向两侧的水平纵向加载油缸和设置在所述水平纵向加载油缸上的水平纵向荷载均布器。

优选地，在上述技术方案中，所述竖向加卸载机构还包括伺服作动器和竖向加载板，所述竖向加载板固定设置在竖向荷载均布器上，所述伺服作动器固定设置在所述固定承载框架的顶部，且与所述竖向加载板配合。

进一步优选地，在上述技术方案中，所述伺服作动器为两个，所述伺服作动器的动态负载为100KN。

在上述技术方案中，所述滑动承载框架包括滑动机架总成和滑动传送组件，所述滑动传送组件固定套设在所述固定承载框架的内侧底部，所述滑动机架总成活动设置在所述滑动传送组件上。

优选地，在上述技术方案中，所述滑动承载框架还包括固定设置在所述滑动机架总成纵向侧面的液压马达，用于驱动所述滑动机架总成在滑动传送组件上的纵向滑动。

优选地，在上述技术方案中，所述滑动机架总成包括前承载板、后承载板和设置在前承载板和后承载板之间的连接立柱，所述连接立柱对称设置在前承载板和后承载板的四角，所述前承载板和后承载板采用Q345高性能结构钢制成，所述连接立柱采用45号钢制成。

在上述技术方案中，所述固定承载框架为前后两侧开口的矩形桶结构，所述固定承载框架采用Q345高性能结构钢制成。

在上述技术方案中，所述竖向加载油缸、水平横向加载油缸和水平纵向加载油缸的最大静态负荷分别为10000kN、6000kN和10000kN，所述竖向加载油缸、水平横向加载油缸和水平纵向加载油缸的行程均为250mm。

本发明还提供利用上述粗粒土真三轴加载试验装置的试验方法，包括：

S1、将滑动承载框架从固定承载框架的正下方移出，按试验要求填土制样，再将滑动承载框架移回固定承载框架的正下方，控制竖向、水平横向和水平纵向预加载力；

S2、可根据不同的加压固结方案进行试验，可在竖向、水平横向和水平纵向三个方向进行应力加载；