土工真三轴试验可变形大尺寸土箱结构制造技术

本发明专利技术公开一种土工真三轴试验可变形大尺寸土箱结构，主要用于土工真三轴试验大尺寸模型试验，包括工作台、侧向加载板、法向加载板和底板，由承受水平荷载的四块竖直侧向加载板围成土箱主体，相邻侧向加载板之间通过侧向导向装置相连，法向加载板设置在土箱主体的上方，且在法向加载板的外围设置有法向约束框架，法向加载板上还设置有法向加载板导向装置。本方案采用法向约束框架和法向加载板的组合应用，能够实现土箱竖向的有限变形，保证与板与板之间的直角连接；通过侧向加载装置、侧向导向装置和侧向滑动装置等巧妙的设计，实现了土箱自由、有限的变形和水平方向的实时同轴加载，确保整个真三轴试验系统运行的安全性和可靠性，具有显著的经济及实用价值。

Geotechnical True Triaxial Test for Deformable Large Size Soil Box Structure

【技术实现步骤摘要】
土工真三轴试验可变形大尺寸土箱结构
本专利技术属于土力学室内试验
，具体涉及一种土工真三轴试验可变形大尺寸土箱结构，适用于土工真三轴试验。
技术介绍
土工真三轴试验系统能够模拟三个方向不等应力作用下土体的力学特性。相对于常规三轴试验系统，真三轴试验能更合理地解释实际场地条件下土体的力学特性。在土工真三轴试验系统中，3个方向为非等值加载，即三个方向施加应力满足σ1＞σ2＞σ3。所以，在真三轴试验系统中，土样为立方体试件，通过在正交的三个方向施加大小不等的应力，真实反应土样在不等应力作用下的力学特性。目前，常规的三轴试验和真三轴试验系统往往采用较小的试样，本质是点试验，因试件较小而无法布置较多传感器(传感器布置过多对试件性能影响较大)，并且试件尺度效应问题较大，即试件越小，尺度对试验结果影响越大。为了避免试样尺寸过小且布置较多传感器对试样特性的影响，针对真三轴试验，需要设计大尺寸土箱结构系统，同时要求该土箱结构系统随着土样所受应力的变化而发生改变。
技术实现思路
本专利技术为解决现有真三轴试验中点试验的不足，同时满足土箱随土样所受应力变化而发生变化，提出一种土工真三轴试验中可变形的大尺寸土箱结构，可用于进行土工真三轴大尺寸模型试验，保证在试验过程中土箱根据施加的主应力不同而发生合理、有限变形，保证试验的安全性。本专利技术是采用以下的技术方案实现的：一种土工真三轴试验可变形大尺寸土箱结构，用于土工真三轴试验大尺寸模型试验，包括工作台、侧向加载板、法向加载板和底板，由承受水平荷载的四块竖直侧向加载板围成一土箱主体，底板固定在工作台上并位于土箱主体的下方，底板上还设置有底部透水板；相邻侧向加载板之间通过侧向导向装置相连，保证加载过程中侧向加载板沿着侧向导向装置发生平移动运，且在所述侧向加载板上还设置有用以施加水平方向荷载的侧向加载装置；法向加载板设置在土箱主体的上方，法向加载板上设置有用以施加法向荷载的法向加载装置；侧向加载板的外侧还设置有侧向滑动装置，侧向加载装置安装在侧向滑动装置上，侧向加载装置可沿侧向滑动装置左右滑动，以实现在加载过程中三轴主应力轴心对应，当土箱尺寸在三轴应力下发生变化时，实现三轴主应力轴心对应是非常关键的。进一步的，在所述法向加载板的外围还设置有法向约束框架，法向约束框架位于侧向加载板的顶部，法向加载板上还设置有法向加载板导向装置，法向约束框架上方还设置有法向约束框架加载装置；在法向约束框架两侧布置法向约束框架加载装置，确保在试验过程中法向约束框架不发生扭转，同时与侧向加载板紧密连接，确保在加载过程中土箱内土体不向外溢出，法向加载板穿过法向约束框架，在法向加载装置的作用下向土箱内土体施加法向荷载。进一步的，所述法向加载板导向装置包括导向套和导向杆，导向套固定设置在位于法向加载板顶部的支撑板上，导向杆在法向加载装置的作用下，沿导向套上下移动，有效避免法向加载装置施加荷载时法向加载板发生扭转，保证试验的可靠进行。进一步的，为了方便相邻侧向加载板及其与底板之间的滑动，所述侧向加载板的三个侧边布设有多个万向滚珠，侧向加载板通过顶部侧边上的万向滚珠与法向约束框架接触连接，通过底部边上的万向滚珠与底板接触连接，同时通过竖直侧边上的万向滚珠与相邻侧向加载板接触连接，以减小侧向加载板移动时产生的摩擦。进一步的，所述侧向导向装置包括限位滑槽和限位柱，限位滑槽和限位柱分别对应的设置在相邻的侧向加载板上，通过限位滑槽确保土箱不能发生过大的变形，即起到限位的作用又能保证试验土箱可变形，确保试验的安全。进一步的，所述万向滚珠的一侧还设置止挡立柱，止挡立柱的顶面与万向滚珠的顶面平齐，所述止挡立柱位于靠近土体的一侧，实现与法向约束框架、相邻侧向加载板和底板的紧密接触。进一步的，所述底板的尺寸大于土箱主体的横截面的尺寸，在底板内中心位置有给排水凹槽，用于布设冷热循环管，底板上设有环形立柱，相邻环形立柱之间形成给排水凹槽，且给排水凹槽的深度从底板的中心向外依次变浅，以方便排水。进一步的，所述冷热循环管的顶面稍低于与环形立柱的顶面，底部透水板布置于环形立柱的顶面，底部透水板与底板外侧表面齐平。进一步的，所述土箱主体内设置还设有防水密封条，所述防水密封条为一矩形框架结构，通过在侧向加载板之间内部采用防水密封条，以防止加载过程中土样向外渗水。进一步的，为方便试验，在工作台的下方还设置有液压升降轮。与现有技术相比，本专利技术的优点和积极效果在于：本专利技术所提出的方案，该土箱结构构造简单，受力明确、安全可靠，尤其是采用法向约束框架和法向加载板的组合应用，能够实现土箱竖向的有限变形，保证与板与板之间的直角连接；通过侧向加载装置、侧向导向装置和侧向滑动装置等巧妙的设计，实现了土箱自由、有限的变形和水平方向的实时同轴加载，确保试验过程的安全性；同时通过侧向加载板三个侧面上万向滚珠的设计，有效地减少了板与板之间的摩擦；本方案易于加工、便于实现，可有效提高整个大尺寸真三轴试验系统运行的安全性和可靠性，确保整个真三轴试验系统运行的安全性、可靠性，具有显著的经济及实用价值。附图说明图1为本专利技术实施例所述大尺寸土箱结构的整体结构示意图；图2为本专利技术实施例中所述土箱主体的结构示意图；图3为本专利技术实施例中法向加载板放置于法向约束框架内的结构示意图；图4为本专利技术实施例中法向加载板结构与支撑板的结构示意图；图5为本专利技术实施例中侧向导向装置的放大结构示意图；图6为本专利技术实施例中防水密封条的结构示意图；图7为本专利技术实施例中底板和底部透水板的结构示意图；图8为本专利技术实施例中万向滚珠的局部剖视示意图。具体实施方式为了能够更加清楚地理解本专利技术的上述目的、特征和优点，下面结合附图及实施例对本专利技术做进一步说明。实施例1，一种土工真三轴试验可变形大尺寸土箱结构，主要用于土工真三轴试验大尺寸模型试验，为确保模型试验核心区域不受边界条件和传感器布置的影响，如图1和2所示，为所述土箱结构的整体示意图，所述土箱结构包括工作台1、侧向加载板7、法向加载板10和底板2，承受水平荷载的四块的竖直侧向加载板7围成土箱主体，底板2固定在工作台1上并位于土箱主体的下方，底板2上还设置有底部透水板3，土箱主体的尺寸为长1.2m×宽1.2m×高1.0m，相邻侧向加载板7之间通过侧向导向装置6相连，保证加载过程中侧向加载板7沿着侧向导向装置6发生平移动运，且在每个侧向加载板7上还设置有侧向加载装置4，以施加水平方向的荷载；继续参考图1，法向加载板10设置在土箱主体的上方，且在法向加载板10的外围设置有法向约束框架9，法向约束框架9放置于侧向加载板7的顶部，法向加载板10上还设置有法向加载板导向装置12，法向约束框架9上方还设置有法向约束框架加载装置11，法向加载板10上方设置有法向加载装置13，以实现法向加载。如图3和4所示，在法向约束框架9两侧布置法向约束框架加载装置11，确保在试验过程中法向约束框架9不发生扭转，同时与侧向加载板7紧密连接，确保在加载过程中土箱内土体不向外溢出，约束框架加载装置11可以采用液压伺服装置等，在此不做详述。法向加载板10穿过法向约束框架9，在法向加载装置13的作用下向土箱内土体施加法向荷载，法向加载板10两侧布置四个法向加载板导向装置12，如图3和4所示，法向加载板本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种土工真三轴试验可变形大尺寸土箱结构，用于土工真三轴试验大尺寸模型试验，其特征在于：所述大尺寸土箱结构包括工作台(1)、侧向加载板(7)、法向加载板(10)和底板(2)，承受水平荷载的四块竖直侧向加载板(7)围成土箱主体，底板(2)固定在工作台(1)上并位于土箱主体的下方，底板(2)上还设置有底部透水板(3)；相邻侧向加载板(7)之间通过侧向导向装置(6)相连，且在所述侧向加载板(7)上还设置有用以施加水平方向荷载的侧向加载装置(4)；法向加载板(10)设置在土箱主体的上方，法向加载板(10)上设置有施加法向荷载的法向加载装置(13)；侧向加载板(7)的外侧还设置有侧向滑动装置(5)，侧向加载装置(4)安装在侧向滑动装置(5)上，侧向加载装置(4)可沿侧向滑动装置(5)左右滑动，以实现在加载过程中三轴主应力轴心对应。

【技术特征摘要】
1.一种土工真三轴试验可变形大尺寸土箱结构，用于土工真三轴试验大尺寸模型试验，其特征在于：所述大尺寸土箱结构包括工作台(1)、侧向加载板(7)、法向加载板(10)和底板(2)，承受水平荷载的四块竖直侧向加载板(7)围成土箱主体，底板(2)固定在工作台(1)上并位于土箱主体的下方，底板(2)上还设置有底部透水板(3)；相邻侧向加载板(7)之间通过侧向导向装置(6)相连，且在所述侧向加载板(7)上还设置有用以施加水平方向荷载的侧向加载装置(4)；法向加载板(10)设置在土箱主体的上方，法向加载板(10)上设置有施加法向荷载的法向加载装置(13)；侧向加载板(7)的外侧还设置有侧向滑动装置(5)，侧向加载装置(4)安装在侧向滑动装置(5)上，侧向加载装置(4)可沿侧向滑动装置(5)左右滑动，以实现在加载过程中三轴主应力轴心对应。2.根据权利要求1所述的土工真三轴试验可变形大尺寸土箱结构，其特征在于：在所述法向加载板(10)的外围还设置有法向约束框架(9)，法向约束框架(9)位于侧向加载板(7)的顶部，法向加载板(10)上还设置有法向加载板导向装置(12)，法向约束框架(9)上方还设置有法向约束框架加载装置(11)。3.根据权利要求1所述的土工真三轴试验可变形大尺寸土箱结构，其特征在于：所述法向加载板导向装置(12)包括导向套(121)和导向杆(122)，导向套(121)固定设置在位于法向加载板(10)顶部的支撑板(15)上，导向杆(122)在法向加载装置(13)的作用下...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏雷，凌贤长，万华平，崔世伟，赵汝相，
申请(专利权)人：青岛理工大学，
类型：发明
国别省市：山东,37