不同侧限条件下测试土样抗压强度的辅助实验装置及方法

摘要

本发明公开了一种不同侧限条件下测试土样抗压强度的辅助实验装置及方法，适用于地质工程与岩土工程领域。该装置用于土工试验设备无侧限压力仪上，其包括底座，90度弧侧壁，螺母，螺栓，位移传感器，所述底座和每个90度弧侧壁通过灵活安装与拆卸，便能够组合形成不同侧限条件，辅助应变控制式无侧限压力仪，实施土样抗压强度试验的室内90度、180度、270度和360度侧限等四种的侧限竖向压缩试验，圆柱体土样的临空面直接布设位移传感器，从而土体试样竖向或水平方向位移数据的实时采集。其结构简单、操作方便、成本低廉、实用性高、可实现模拟四种土体侧限受压工况的不同试验。

说明书

技术领域

本发明涉及一种辅助实验装置及方法，尤其适用于地质工程与岩土工程领域的一种不同侧限条件下测试土样抗压强度的辅助实验装置及方法。

背景技术

对于地下工程和基坑工程中，土体开挖存在临空面，不同部位的临空面围压状态不同，力学性能就存有差异。根据土体在自然条件或是工程开挖中的位置，并考虑时间变化临空面范围以及相对位置可将受压状态简化为四种情况，分别为：①90度侧限受压状况，如基坑阳角位置的土体；②180度侧限受压状况，如基坑侧壁土体；③270度侧限受压状况，如基坑阴角位置土体；④360度侧限受压状况，如未开挖土体。各类受压工况因围压不同而导致其服役过程土体中的应力分布规律不同，力学性能存在较大差异。

目前，通常采用以下室内外试验方法来实现对岩土体在各种工况下变形和强度的研究，方法一：无侧限单轴压缩试验，该方法将圆柱形土样或相似材料样品直接放置在压力设备加压仓内，通过轴向施加荷载进行试验，该工况下试样侧向位移不受约束，最终通过轴向加压造成试样压缩破坏；方法二：普通三轴压缩试验，该方法将圆柱形土样放在具有液压的容器中，对圆柱形土体试样施加恒定围压后再施加轴向压力，直至发生剪切破坏。

目前现有专利“一种侧限条件可调节式岩土体竖向压缩辅助试验装置”因其设计尺寸难以获得该尺寸下的原状土样，特别是深部土样，只能测试重塑土样。

发明内容

发明问题：针对上述技术的不足之处，提供一种结构简单、操作方便、成本低廉、实用性高、能耗低、可实时测定并记录，并可实现模拟四种土体侧限受压工况的不同侧限条件下测试土样抗压强度的辅助实验装置及方法。

技术方案：本发明的不同侧限条件下测试土样抗压强度的辅助实验装置，包括金属制成的圆形底座，底座上设有底座卡环，所述底座卡环为中间镂空的双环结构，底座卡环上方的环状结构连接有用于安装试样的筒状结构，所述的筒状调结构为四块90度弧侧壁组成，每块90度弧侧壁底部都设有一个与底座卡环连接的螺栓，螺栓上设有用于固定四个90度弧侧壁的螺母，所述筒状结构上方设有传压模块，传压模块包括传压模块底板以及设置在传压模块底板上的传压模块圆柱体，传压模块底板的直径略小于筒状结构的腔体上开口，使传压模块底板正好能够接触并放置在试样的上表面，同时在压力机作用下在筒状结构的腔体内上下移动。

所述90度弧侧壁所围成的内径空腔用于装载试样，内直径为53mm，外直径为60mm，高度为80mm～100mm，侧壁厚度为8～10mm；所述试样为标准圆柱土样。

一种使用不同侧限条件下测试土样抗压强度的辅助实验装置的实验方法，其步骤如下：

a在筒状结构的腔体内安装直接从现场采集而来的标准试样，将装有标准试样的辅助实验装置放置在无侧限压力仪上，并在试样顶面设置传压模块，同时保证传压模块使试样竖向受力均匀；

b根据检测需要拆除一块或者连续设置的两块、三块或者四块90度弧侧壁，并在拆掉90度弧侧壁露出的试样临空面上设置位移传感器，利用比测台固定位移传感器，将位移传感器与计算机连接，

c对试样进行土样抗压强度试验，根据连续拆除的90度弧侧壁的数量分别进行90度、180度、270度和360度侧限等四种的侧限竖向压缩试验；

d通过与位移传感器连接的计算机自动实时采集试验过程中试样的竖向或水平方向位移数据，进而室内模拟岩土工程领域处于不同服役状况的岩土体的变形与力学性能。

所述筒状结构腔体的内直径为53mm，外直径为60mm，高度为80mm～100mm，侧壁厚度为8～10mm从而使标准圆柱试样刚好可放入其中。

所述位移传感器为架设在比测台上的电子千分表、电子百分表、位移计或激光测距仪。

通过手动调节位移传感器的位置，以测定试样在各侧限受压条件下的水平位移量。

有益效果

与现有技术相比，采用本发明所述的设计方案，可以实现如下有益效果：

本装置用于不限深度原状土样和重塑土的不同侧限条件抗压强度的辅助测试，通过灵活拆装各个90度弧侧壁改变试样的侧限条件，以实现对土样不同受压工况的模拟，且具有操作简单，实用性强的优点；本装置装载试样的腔体及传力装置由钢材构成，相对较高的强度和稳定性能够确保试验结果的精度和准确性。

附图说明

图1为本发明的不同侧限条件下测试土样抗压强度的辅助实验装置的结构示意图；

图2为本发明的不同侧限条件下测试土样抗压强度的辅助实验装置的轴侧图；

图3为本发明的底座结构图；

图4为本发明的90度弧侧壁结的构示意图；

图5为本发明的连接压力仪和试样的传压模块结构示意图。

图中：1. 底座；2. 底座卡环；3. 螺栓；4. 90度弧侧壁；5. 传压模块底板；6. 传压模块圆柱体。

具体实施方法

下面结合具体附图中的实施例对本发明作进一步的描述：

如图1-图5所示，本发明的一种不同侧限条件下测试土样抗压强度的辅助实验装置，其特征在于：它包括金属制成的圆形底座1，底座1上设有底座卡环2，所述底座卡环2为中间镂空的双环结构，底座卡环2上方的环状结构连接有用于安装试样的筒状结构，所述的筒状调结构为四块90度弧侧壁4组成，每块90度弧侧壁4底部都设有一个与底座卡环2连接的螺栓3，螺栓3上设有用于固定四个90度弧侧壁4的螺母，所述90度弧侧壁4所围成的内径空腔用于装载试样，内直径为53mm，外直径为60mm，高度为80mm～100mm，侧壁厚度为8～10mm；所述试样为标准圆柱土样；所述筒状结构上方设有传压模块，传压模块包括传压模块底板5以及设置在传压模块底板5上的传压模块圆柱体6，所述传压模块底板5的直径略小于筒状结构的腔体上开口，使传压模块底板5正好能够接触并放置在试样的上表面，并在压力机作用下在筒状结构的腔体内上下移动。

一种不同侧限条件下测试土样抗压强度的辅助实验方法，其步骤如下：

在辅助实验装置的腔体内安装直接从现场采集而来的标准试样，筒状结构腔体的内直径为53mm，外直径为60mm，高度为80mm～100mm，侧壁厚度为8～10mm从而使标准圆柱试样刚好可放入其中；在试样顶面设置传压模块，并保证传压模块使试样竖向受力均匀；

b根据检测需要拆除一块或者连续设置的两块、三块或者四块90度弧侧壁4，并在拆掉90度弧侧壁4露出的试样临空面上设置位移传感器，利用比测台固定位移传感器，将位移传感器与计算机连接，位移传感器的位置可以通过手动调节以测定试样在各侧限受压条件下的水平位移量；

c对试样进行土样抗压强度试验，根据拆除的90度弧侧壁4进行90度、180度、270度和360度侧限等四种的侧限竖向压缩试验；

d通过与位移传感器连接的计算机自动实时采集试验过程中试样的竖向或水平方向位移数据，进而室内模拟岩土工程领域处于不同服役状况的岩土体的变形与力学性能。

所述位移传感器为架设在比测台上的电子千分表、电子百分表、位移计或激光测距仪。