一种橡胶薄膜外包加载板的刚柔复合真三轴加载装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术提供了一种橡胶薄膜外包加载板的刚柔复合真三轴加载装置，包括：滑动加载部件和橡胶薄膜；滑动加载部件包括四个刚性加载板；四个刚性加载板上分别设有加载活塞，加载活塞向刚性加载板施加载荷；四个刚性加载板分别朝四个方向彼此搭接围成一个具有中央容置空间的边框，边框的中央容置空间用于容纳、夹持岩土试样；橡胶薄膜包裹于边框及岩土试样的外部，柔性薄膜沿垂直于边框两侧的方向向岩土试样施加载荷。本实用新型专利技术将橡胶薄膜设置在刚性加载板之外，通过与刚性加载板相连的加载活塞施加荷载，可以直接测得孔隙水压，并且可实现剪切时土样在该方向上所受压力小于围压室内水压，可以进行0～360度的任意Lode角试验。

【技术实现步骤摘要】
一种橡胶薄膜外包加载板的刚柔复合真三轴加载装置
本技术涉及岩土力学测试领域，具体地，涉及一种橡胶薄膜外包加载板的刚柔复合真三轴加载装置。
技术介绍
岩土工程中常常遇到三维分析问题。真三轴仪的设计及试验研究一直是一个活跃并且具有挑战性的研究领域。对岩土的应力-应变强度特性的测量一般采用真三轴系统。真三轴测试意味着立方体形的岩土样本在三个方向(或三个轴向)受到均匀的压力(或应变)。真三轴测试对于测量岩土在三个主要方向的载荷作用下的应力-应变性能有重要意义。现有的真三轴试验的加载装置可以分为以下3种类型：(1)刚性加载方式；(2)柔性加载方式；(3)混合边界加载方式。目前使用最广泛的是混合边界加载方式，它解决了纯刚性和纯柔性加载中的很多局限性，但是这种系统也存在着一些缺陷，比如边角处容易产生干涉、如果钢板之间存在缝隙还有可能有土体挤出、应力和应变同样分布不均匀。除了上述的这些问题之外，现存的加载系统中用于密封试样的橡胶薄膜是没有包裹住加载板的，加载板不是直接作用的岩土式样上，这样无法直接测得土孔中的水压。经检索发现，申请号为2018116106201的中国专利，公开了一种散体材料空隙率智能识别真三轴实验系统及方法，其中，如图1所示，第一机械围压加载组件包括第一机械围压控制器、第一机械围压加载杆及第一机械围压加载板；第一机械围压加载杆外端与第一机械围压控制器的活塞杆端部相固连，第一机械围压加载杆内端位于压力室内部；第一机械围压加载板竖直固装在第一机械围压加载杆内端，第一机械围压加载板的内侧表面与散体材料试验相接触。但是上述专利存在以下不足：首先上述专利中的加载方式为非滑动加载，因此在加载板之间留有缝隙，加载过程中会产生挤土以及试样边缘应力分布不均的问题，除次之外，通过上述专利无法直接在实验过程中测得试样中的孔隙水压，也无法进行全Lord角试验。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本技术的目的是提供一种用于测试岩土力学性能的刚柔复合真三轴加载装置。本技术提供一种橡胶薄膜外包加载板的刚柔复合真三轴加载装置，包括：滑动加载部件和橡胶薄膜；其中，所述滑动加载部件包括四个刚性加载板；四个所述刚性加载板上分别设有加载活塞，所述刚性加载板的外侧与所述加载活塞连接，所述加载活塞向与其连接的刚性加载板施加载荷；四个所述刚性加载板分别朝四个方向彼此搭接围成一个具有中央容置空间的边框，所述边框的中央容置空间用于容纳、夹持岩土试样；且四个所述刚性加载板分别在每个所述加载活塞的作用下可沿水平方向和垂直方向彼此相对滑动，使得随着所述岩土试样在载荷的作用下发生应变后，所述中央容置空间也会随之变小，保证载荷一直施加在所述岩土试样上；所述滑动加载部件包括四个紧固件，四个所述紧固件分别对应设置于每个所述刚性加载板的外侧，四个所述刚性加载板与四个所述紧固件之间构成一个组合加载体系；所述橡胶薄膜包裹于所述边框及所述岩土试样的外部，且位于所述刚性加载板和所述紧固件之间，通过所述紧固件夹紧所述橡胶薄膜，从而起到密封所述岩土试样的作用，所述橡胶薄膜沿垂直于所述边框两侧的方向向所述岩土试样施加载荷。优选地，所述滑动加载部件还包括四个连接件和四个滑动块；四个所述连接件分别固接于四个所述刚性加载板的外侧，用于对所述刚性加载板传递荷载；四个所述滑动块分别设置于每个所述刚性加载板与所述加载活塞之间，所述滑动块的一端与所述连接件可拆卸式连接，另一端与所述加载活塞之间通过滑动轴承实现滑动连接，使得所述滑动加载部件可沿垂直于连接的所述加载活塞的方向自由滑动；实现了四个所述刚性加载板分别在所述加载活塞的作用下，通过四个所述滑动块可沿水平方向和垂直方向彼此相对滑动。优选地，所述紧固件包括一长方形板，所述长方形板上设有两个螺丝，通过扭紧所述螺丝使所述橡胶薄膜内部处于密封的状态；所述长方形板的长度与所述刚性加载板的长度相匹配，在所述长方形板的中央设有一个与所述连接件相同大小的孔，所述连接件可穿过所述孔，使所述紧固件套接于所述连接件上。优选地，所述连接件上设有导孔，所述导孔用于连接排水用的软管，所述软管的一端与所述导孔连接，另一端与外部连接。优选地，所述刚性加载板的上设有渗水孔，用于排出所述岩土试样中的水，使所述岩土试样中的水通过所述渗水孔流入到所述连接件中，再通过所述导孔排到外部。优选地，所述加载装置还包括四个应力传感器和四个位移传感器，四个所述应力传感器分别固结于所述加载活塞上，用于感测加载装置作用在所述岩土试样上的载荷大小；所述位移传感器，用于感测载荷作用下所述岩土试样的应变。优选地，所述加载装置还包括装样部件，所述装样部件包括固定板和装样架；所述装样架包括第一横梁和第二横梁，由所述第一横梁和所述第二横梁组成导轨；所述固定板的底部设有第一凹槽和第二凹槽；所述固定板上设有U形槽，所述U形槽用于卡接所述滑动加载部件；所述固定板设置于所述装样架上，将所述固定板的所述第一凹槽、所述第二凹槽分别卡接在所述第一横梁、所述第二横梁上，使所述固定板可以沿所导轨的方向滑动。优选地，所述加载活塞通过电机系统驱动。优选地，所述的岩土试样和四个所述刚性加载板封装于所述橡胶薄膜中，形成立方体形。与现有技术相比，本技术具有如下至少一种的有益效果：本技术上述结构中，采用了四个刚性滑动板和橡胶薄膜来加载应力，从而克服了只用刚性加载板和只用橡胶薄膜加载的缺陷。本技术上述结构中，采用橡胶薄膜将刚性加载板和岩土试样整个封闭在容置空间中，并通过紧固件进行密封，改变了常规的结构(常规结构是将刚性加载板设置在橡胶薄膜外)，通过改变橡胶薄膜的设置位置实现全面应力路径试验。相比而言，在现有技术中，一般复合真三轴仪的橡胶薄膜只能包裹住岩土土样，刚性加载板在橡胶薄膜外，水平方向刚性板施加在土样上的应力等于压力室水压与刚性加载板压力之和，不能小于围压室中水压，因此无法进行0～360度的任意Lode角试验。而本技术设计的加载装置巧妙地将橡胶薄膜设计与刚性加载板之外，通过与刚性加载板相连的加载活塞施加荷载，可以直接测得孔隙水压，并且可实现剪切时土样在该方向上所受压力小于围压室内水压，可以进行0～360度的任意Lode角试验。进一步，本技术中通过在加载活塞和该刚性加载板之间设置滑动块，可以使得活塞一直位于变形后的中央容置空间的中央位置，可以保证将载荷施加在岩土样本的中央位置，确保了岩土内部应力的均匀分布。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1为本技术一实施例的刚柔复合真三轴加载装置的结构原理的垂直剖面图；图2a为本技术一实施例中第二刚性加载板的正视图；图2b为本技术一实施例中第二刚性加载板的侧视图；图2c为本技术一实施例中第二刚性加载板的俯视图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种橡胶薄膜外包加载板的刚柔复合真三轴加载装置，其特征在于：包括：滑动加载部件和橡胶薄膜；其中，/n所述滑动加载部件包括四个刚性加载板；四个所述刚性加载板上分别设有加载活塞，所述刚性加载板的外侧与所述加载活塞连接，所述加载活塞向与其连接的刚性加载板施加载荷；四个所述刚性加载板分别朝四个方向彼此搭接围成一个具有中央容置空间的边框，所述边框的中央容置空间用于容纳、夹持岩土试样；且四个所述刚性加载板分别在每个所述加载活塞的作用下可沿水平方向和垂直方向彼此相对滑动，使得随着所述岩土试样在载荷的作用下发生应变后，所述中央容置空间也会随之变小，保证载荷一直施加在所述岩土试样上；所述滑动加载部件包括四个紧固件，四个所述紧固件分别对应设置于每个所述刚性加载板的外侧，四个所述刚性加载板与四个所述紧固件之间构成一个组合加载体系；/n所述橡胶薄膜包裹于所述边框及所述岩土试样的外部，且位于所述刚性加载板和所述紧固件之间，通过所述紧固件夹紧所述橡胶薄膜，从而起到密封所述岩土试样的作用，所述橡胶薄膜沿垂直于所述边框两侧的方向向所述岩土试样施加载荷。/n

【技术特征摘要】
1.一种橡胶薄膜外包加载板的刚柔复合真三轴加载装置，其特征在于：包括：滑动加载部件和橡胶薄膜；其中，
所述滑动加载部件包括四个刚性加载板；四个所述刚性加载板上分别设有加载活塞，所述刚性加载板的外侧与所述加载活塞连接，所述加载活塞向与其连接的刚性加载板施加载荷；四个所述刚性加载板分别朝四个方向彼此搭接围成一个具有中央容置空间的边框，所述边框的中央容置空间用于容纳、夹持岩土试样；且四个所述刚性加载板分别在每个所述加载活塞的作用下可沿水平方向和垂直方向彼此相对滑动，使得随着所述岩土试样在载荷的作用下发生应变后，所述中央容置空间也会随之变小，保证载荷一直施加在所述岩土试样上；所述滑动加载部件包括四个紧固件，四个所述紧固件分别对应设置于每个所述刚性加载板的外侧，四个所述刚性加载板与四个所述紧固件之间构成一个组合加载体系；
所述橡胶薄膜包裹于所述边框及所述岩土试样的外部，且位于所述刚性加载板和所述紧固件之间，通过所述紧固件夹紧所述橡胶薄膜，从而起到密封所述岩土试样的作用，所述橡胶薄膜沿垂直于所述边框两侧的方向向所述岩土试样施加载荷。


2.根据权利要求1所述的一种橡胶薄膜外包加载板的刚柔复合真三轴加载装置，其特征在于：所述滑动加载部件还包括四个连接件和四个滑动块；
四个所述连接件分别固接于四个所述刚性加载板的外侧，用于对所述刚性加载板传递荷载；
四个所述滑动块分别设置于每个所述刚性加载板与所述加载活塞之间，所述滑动块的一端与所述连接件可拆卸式连接，另一端与所述加载活塞之间通过滑动轴承实现滑动连接，使得所述滑动加载部件可沿垂直于连接的所述加载活塞的方向自由滑动；
实现了四个所述刚性加载板分别在所述加载活塞的作用下，通过四个所述滑动块可沿水平方向和垂直方向彼此相对滑动。


3.根据权利要求2所述的一种橡胶薄膜外包加载板的刚柔复合真三轴加载装置，其特征在于：所述紧固件包括一长方形板，所述长方形板上设有两个螺丝，通过扭紧所述螺丝使所述橡胶薄膜内部处于密封的状态；
所述长方形板的长度与所...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢文博，叶冠林，陈锦剑，张琪，邬颢，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：新型
国别省市：上海;31