專利名稱：自平衡巖石全端面真三軸壓縮試驗(yàn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及地學(xué)和巖體工程技術(shù)領(lǐng)域，更具體涉及一種自平衡巖石全 端面真三軸壓縮試驗(yàn)裝置，主要是用于研究在復(fù)雜的組合應(yīng)力狀態(tài)下巖石的基 本力學(xué)特性以及可溶巖的應(yīng)力-溶解耦合特性，試驗(yàn)結(jié)果可應(yīng)用于地學(xué)和巖體工 程研究及巖石力學(xué)學(xué)科。
背景技術(shù)：
在天然條件下，地殼和工程巖.體是在復(fù)雜的組合應(yīng)力狀態(tài)下產(chǎn)生變形和破 壞的。巖體是一種復(fù)雜的地質(zhì)體，處于復(fù)雜的三維應(yīng)力場(chǎng)中，巖體破壞通常是 由于其所賦存的應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生改變引起的。常規(guī)三軸巖石力學(xué)試驗(yàn)一般都是對(duì) 巖石施加一定的圍壓，然后保持圍壓不變(即(72=^)增加最大主應(yīng)力^使巖
石發(fā)生破壞，這種試驗(yàn)方法只能研究軸對(duì)稱的應(yīng)力狀態(tài)，不適用于中間主應(yīng)力 對(duì)巖體強(qiáng)度和變形的影響。真三軸試驗(yàn)可以解決常規(guī)三軸試驗(yàn)不能反映的復(fù)雜 應(yīng)力路徑的演化問(wèn)題，通過(guò)主應(yīng)力A， CT2， R的獨(dú)立變化，可以體現(xiàn)巖體實(shí)
際受荷情況。
巖石(特別是可溶于水的巖石，如巖鹽、石膏、石灰?guī)r等)的應(yīng)力、溶解 耦合過(guò)程研究是國(guó)際巖石力學(xué)領(lǐng)域最前沿的課題之一，是核廢料地下處置、地 下能源儲(chǔ)存、地下二氧化碳儲(chǔ)存、地?zé)衢_(kāi)發(fā)、石油開(kāi)采、壩基、邊坡、硐室等 眾多與水相關(guān)的巖石工程的最基礎(chǔ)性研究課題之一，具有十分重要的研究意義。 在巖石工程的安全性的諸多影響因素中，水是最活躍的一個(gè)因素，對(duì)于巖石， 特別是可溶于水的巖石，其力學(xué)性質(zhì)和溶解特性相互作用，相互影響 一方面， 由于在一定的應(yīng)力和應(yīng)力變化作用下巖石發(fā)生塑性變形，從而產(chǎn)生不同尺度的 裂隙，當(dāng)巖石與水溶液接觸時(shí)，由于裂隙的不斷產(chǎn)生和擴(kuò)展，巖石的溶蝕過(guò)程發(fā)生了變化；另一方面，由于水溶液對(duì)巖石裂隙產(chǎn)生溶蝕作用，從而進(jìn)一步使 裂隙開(kāi)度增大，對(duì)巖石的力學(xué)性質(zhì)產(chǎn)生影響。
在巖石(特別是可每于水的巖石，如巖鹽)的溶蝕機(jī)理方面，從二十世紀(jì) 六十年代開(kāi)始，R.W.Durie、 F.W. Jessen、 Saberian等大批學(xué)者進(jìn)行了大量試驗(yàn) 研究，對(duì)巖鹽表面光滑程度、溶蝕面傾角、環(huán)境溫度、流速及巖石組成等因素 對(duì)溶蝕速度的影響進(jìn)行了分析。吳剛、楊俊六、趙曉華、劉成倫、黃德芳等從 二十世紀(jì)八十年代開(kāi)始進(jìn)行了巖鹽溶蝕模擬試驗(yàn)研究。但巖石(特別是可溶于 水的巖石，如巖鹽)的力學(xué)性質(zhì)和溶解特性是相互作用，相互影響，目前對(duì)于 巖石(特別是可溶于水的巖石，如巖鹽)的應(yīng)力-溶解耦合機(jī)理方面的研究還不 夠完善。
目前國(guó)內(nèi)外已研發(fā)的巖石力學(xué)試驗(yàn)設(shè)備，主要存在以下幾個(gè)方面的問(wèn)題
1、 未真實(shí)的反應(yīng)巖體的受荷狀態(tài)
巖石常規(guī)三軸壓縮裝置雖然采用了油(或水溶液)施加圍壓，但無(wú)法真實(shí) 的反應(yīng)巖體的實(shí)際受荷狀態(tài)；巖石真三軸壓縮試驗(yàn)裝置采用了三向應(yīng)力施加方 式，但在對(duì)巖石試件施加全端面應(yīng)力方面存在著不足
(1) 采用方形壓板對(duì)巖石試件施加應(yīng)力，試件未被施加全端面應(yīng)力。采 用方形壓板對(duì)巖石試件進(jìn)行壓縮試驗(yàn)時(shí)，為了避免巖石試件變形后不同方向的 方形壓板互相影響，在不同方向的方形壓板之間預(yù)留了一定的空間，這一部分 空間決定了該試驗(yàn)儀器的變形測(cè)量量程，但由于這部分空間的存在，造成巖石 試件的受力狀態(tài)與實(shí)際不符，不是全端面受力。
(2) 采用斜斷面的壓板對(duì)巖石試件施加應(yīng)力，不同方向的斜斷面壓板之 間存在著空間，但是由于空間較小，可近似地認(rèn)為巖石試件被施加了全端面應(yīng) 力。壓板采用斜斷面的方式可以擴(kuò)大巖石試件的變形范圍，但是由于不同方向 的斜斷面壓板之間的空間較小，使得該試驗(yàn)裝置的測(cè)量范圍還是較小，變形量 程小，不適于變形量大的巖石，限制了該試驗(yàn)裝置的適用范圍。
(3) 對(duì)巖石試件施加了全端面的應(yīng)力，但是由于不同方向的壓板之間的 相互影響，造成巖石試件與壓板之間的摩擦力大，這與巖石的實(shí)際受力狀態(tài)不 符。
2、 試驗(yàn)儀器在結(jié)構(gòu)上不具備"自平衡"功能，即試驗(yàn)裝置不能夠從本身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上實(shí)現(xiàn)加載力和反力相平衡，這就造成試驗(yàn)儀器必須使用巨大的承力 柱去承擔(dān)由于加載而產(chǎn)生的反力，試驗(yàn)裝置的尺寸大，儀器笨重，應(yīng)力的施加 方式較單一，操作難度較高，人力進(jìn)行試驗(yàn)操作比較困難，安全性較差。
3、某些巖石三軸壓縮試驗(yàn)裝置在設(shè)計(jì)上限制了該裝置的功能，不能較好 的進(jìn)行試驗(yàn)儀器功能的擴(kuò)展，特別是不能進(jìn)行巖石試件的應(yīng)力-溶解耦合試驗(yàn)。 為此，必須對(duì)巖石三軸壓縮試驗(yàn)裝置進(jìn)行改進(jìn)，使得三軸壓縮試驗(yàn)裝置的 應(yīng)力施加方式多樣化，真實(shí)的反應(yīng)巖體的受荷狀態(tài)，對(duì)巖石試件能夠全端面施 加應(yīng)力；能夠測(cè)試可溶巖的應(yīng)力-溶解耦合特性，使得試驗(yàn)裝置的功能多樣化； 并且通過(guò)對(duì)試驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)上的設(shè)計(jì)使得該試驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易操作。本試驗(yàn) 裝置針對(duì)以上各點(diǎn)進(jìn)行了改進(jìn)。
發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是在于提供了一種自平衡巖石全端面真三軸壓縮試驗(yàn)裝 置，該裝置能進(jìn)行多種巖石的多種試驗(yàn)，對(duì)多數(shù)可溶巖(如巖鹽、石膏、石灰 巖等)和不溶巖(如花崗巖、砂巖等)的真三軸壓縮進(jìn)行試驗(yàn)；另外由于其能 夠通過(guò)水溶液來(lái)施加一個(gè)方向的壓力，還可以對(duì)可溶巖(如巖鹽、石膏等)的 應(yīng)力-溶解耦合進(jìn)行試驗(yàn)；對(duì)巖石試件能夠全端面施加應(yīng)力，真實(shí)的反應(yīng)巖體的 受荷狀態(tài)；通過(guò)對(duì)試驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)上的設(shè)計(jì)使得該試驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易操作， 具備"自平衡"功能。
該試驗(yàn)裝置由三軸壓力室、"四聯(lián)板"機(jī)構(gòu)、q加載傳遞系統(tǒng)、cr,加載傳 遞系統(tǒng)和 加載傳遞系統(tǒng)組成，其特征在于^加載傳遞系統(tǒng)位于三軸壓力室 上端，通過(guò)q方向活塞與三軸壓力室相連； 加載傳遞系統(tǒng)位于三軸壓力室的
側(cè)端，通過(guò)0"2方向活塞與三軸壓力室相連；^加載傳遞系統(tǒng)通過(guò)排水孔與進(jìn)水
孔與三軸壓力室相連；"四聯(lián)板"機(jī)構(gòu)位于三軸壓力室內(nèi)部。該試驗(yàn)裝置的主要 技術(shù)特征在于使用四聯(lián)板機(jī)構(gòu)能夠?qū)r石試件施加全端面應(yīng)力，消除巖石試 件與試驗(yàn)裝置之間的摩擦力，真實(shí)的反應(yīng)巖體的實(shí)際受荷狀態(tài)。下面分別對(duì)試 驗(yàn)裝置的各個(gè)組成部分詳細(xì)進(jìn)行說(shuō)明。 (1)三軸壓力室
該系統(tǒng)由三軸壓力室頂板，三軸壓力室右側(cè)蓋板，三軸壓力室圍板，三軸壓力室下蓋板，三軸壓力室上蓋板，^方向底座，螺栓共同組裝而成。
三軸壓力室頂板一次性加工成型，嵌套有(7,方向活塞。三軸壓力室上蓋板 還嵌套有CT,方向加載傳遞油孔，三軸壓力室頂板通過(guò)螺栓與三軸壓力室上蓋板 固定在一起。
三軸壓力室右側(cè)蓋板一次性加工成型，中心為一圓孔，嵌套有 方向活塞， 通過(guò)螺栓與三軸壓力室圍板相連，三軸壓力室右側(cè)蓋板內(nèi)嵌0"2方向加載傳遞池 孔和0"2方向活塞回收油孔。
三軸壓力室圍板通過(guò)螺栓以及密封圈與三軸壓力室上蓋板，三軸壓力室右 側(cè)蓋板以及三軸壓力室下蓋板組裝在一起。右側(cè)三軸壓力室圍板中間為一圓孔， 通過(guò)密封圈與q方向活塞相連，右側(cè)三軸壓力室圍板沿R方向活塞左右對(duì)稱。
三軸壓力室下蓋板通過(guò)螺栓與三軸壓力室圍板固定在一起，并與A方向底
座相接。其內(nèi)嵌排水孔和進(jìn)水孔。 .三軸壓力室上蓋板為一半工字形，上部為正方形，工字形內(nèi)部為圓形，三
軸壓力室上蓋板中心有一圓孔，通過(guò)密封圈與q方向活塞相連，三軸壓力室上
蓋板沿q方向活塞左右對(duì)稱。三軸壓力室上蓋板通過(guò)螺栓以及密封圈與三軸壓 力室頂板、三軸壓力室圍板連接在一起。
q方向底座為方形或長(zhǎng)方形，處于三軸壓力室下蓋板和"四聯(lián)板"機(jī)構(gòu)之
間，其長(zhǎng)度尺寸與三軸壓力室內(nèi)部空間q方向的尺寸相匹配。其主要作用是使
巖石試件的中心與 加載傳遞系統(tǒng)的中心線重合，以保證c^方向應(yīng)力與巖石
試件的中心對(duì)中。
(2)"四聯(lián)板"機(jī)構(gòu)
該機(jī)構(gòu)由O",方向滾珠壓頭，0"2方向滾珠壓頭，第一、第二C7,方向應(yīng)力施 加平板，第一、第二^方向應(yīng)力施加平板，以及巖石試件共同組裝而成。
。方向滾珠壓頭位于^方向活塞和第一C7,方向應(yīng)力施加平板之間，其為一圓柱形壓頭，圓柱形壓頭底部鑲嵌有滾珠，滾珠在圓柱形壓頭底部對(duì)稱分布。 其主要作用是將q方向應(yīng)力傳遞到第一q方向應(yīng)力施加平板上，并通過(guò)壓頭底
部的滾珠消除第一q方向應(yīng)力施加平板與CT,方向滾珠壓頭之間的摩擦力，保證
q方向應(yīng)力垂直加載傳遞。
^方向滾珠壓頭和力方向滾珠壓頭的文字描述是等同的。 巖石試件位于第一、第二CT,方向應(yīng)力施加平板和第一、第二^方向應(yīng)力施
加平板之間，長(zhǎng)方形。巖石試件與第一、第二CT,方向應(yīng)力施加平板和第一、第
二^方向應(yīng)力施加平板接觸的四個(gè)面上有一層光滑金屬箔片，其主要作用是消 除應(yīng)力施加壓板與巖石試件之間的摩擦力。
第一、第二(7,方向應(yīng)力施加平板和第一、第二(72方向應(yīng)力施加平板與巖石
試件相接觸。第二R方向應(yīng)力施加平板的長(zhǎng)度超過(guò)巖石試件的長(zhǎng)度，第二R方 向應(yīng)力施加平板的一端有彈簧，彈簧的另一端抵在q方向底座上，彈簧的作用
是利于第二cr,方向應(yīng)力施加平板安裝，并保證其與。方向底座之間預(yù)留一定的 空隙，這部分空隙決定了第二o^方向應(yīng)力施加平板向下移動(dòng)的范圍，決定了q
方向變形的量程。當(dāng)?shù)诙方向應(yīng)力施加平板受到第一q方向應(yīng)力施加平板的
擠壓時(shí)，第二 方向應(yīng)力施加平板可以向空隙處移動(dòng)。第二CT,方向應(yīng)力施加平
板的長(zhǎng)度大于巖石試件的寬度，其位于巖石試件和。方向底座之間；第二cr,方
向應(yīng)力施加平板與三軸壓力室圍板之間有一定的空隙，這部分空隙決定了第二
CT,方向應(yīng)力施加平板向左移動(dòng)的范圍，決定了0"2方向變形的量程；第二q方 向應(yīng)力施加平板通過(guò)一排滾珠與方向底座相接觸，滾珠鑲嵌在第二 A方向應(yīng)
力施加平板上，其作用是消除第二q方向應(yīng)力施加平板與q方向底座之間的摩
擦力。這四塊壓板組合在一起，當(dāng)巖石試件產(chǎn)生變形后，第一。方向應(yīng)力施加
平板在q方向滾珠壓頭的推動(dòng)下產(chǎn)生沿。方向的移動(dòng)；第二^方向應(yīng)力施加平板在&方向滾珠壓頭的推動(dòng)下產(chǎn)生沿R方向的移動(dòng)，同時(shí)在第一q方向應(yīng) 力施加平板的擠壓下產(chǎn)生向下的移動(dòng)；第二q方向應(yīng)力施加平板在第二^方向
應(yīng)力施加平板的擠壓下產(chǎn)生沿 方向的移動(dòng)；第一^方向應(yīng)力施加平板在試 驗(yàn)過(guò)程中位置保持不變。
"四聯(lián)板"機(jī)構(gòu)的主要作用是在。和 方向通過(guò)應(yīng)力施加平板對(duì)巖石試件
施加壓力， 方向則通過(guò)溶液或油等對(duì)巖石試件施加壓力，并且該機(jī)構(gòu)可以保
證巖石試件所承受的q方向應(yīng)力為垂直應(yīng)力，所承受的 方向應(yīng)力為水平應(yīng)
力，應(yīng)力方向不會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)；該機(jī)構(gòu)能夠保證在。和"2方向?qū)r石試件進(jìn)行全 端面的應(yīng)力施加；該機(jī)構(gòu)能夠消除巖石試件與應(yīng)力施加壓板之間的摩擦力，同 時(shí)避免第一 方向應(yīng)力施加壓板與O",方向球形壓頭之間的摩擦力以及第二 q
方向應(yīng)力施加壓板與fJ,方向底座之間的摩擦力。
(3)。加載傳遞系統(tǒng)
該系統(tǒng)包含以下部件q方向位移測(cè)量計(jì)；q方向提手；cr,方向活塞；。
方向油缸壓板；q方向油缸；C^方向加載傳遞油孔；C7,方向活塞回收油孔；q
方向穩(wěn)壓器；。方向手壓泵。該系統(tǒng)的主要作用是提供q方向應(yīng)力。
.^加載傳遞系統(tǒng)與三軸壓力室頂板，三軸壓力室上蓋板以及"四聯(lián)板"機(jī)
構(gòu)相連，其主要作用是將q方向應(yīng)力傳遞給"四聯(lián)板"機(jī)構(gòu)，并測(cè)量巖石試件
在q方向受壓后所產(chǎn)生的變形。。加載傳遞系統(tǒng)套裝在三軸壓力室頂板中，并
通過(guò)密封圈以及螺栓與三軸壓力室頂板，三軸壓力室上蓋板聯(lián)結(jié)成一體。
^方向位移測(cè)量計(jì)通過(guò)q方向提手與三軸壓力室頂板相接，其作用為測(cè)量
O",方向應(yīng)力施加后儀器以及試樣在q方向上產(chǎn)生的變形。
方向提手套裝在q方向活塞上，CT,方向提手上套有A方向位移測(cè)量計(jì)，
其主要作用是固定q方向位移測(cè)量計(jì)，并用于安裝q方向活塞。^方向活塞通過(guò)密封圈嵌套在三軸壓力室頂板中間，并通過(guò)密封圈與三軸 壓力室上蓋板相連，其與q方向滾珠壓頭相接，其上套裝有q方向提手和q方 向油缸壓板，其主要作用是采用變徑增壓的方式將q方向壓力通過(guò)O",方向油缸 壓板擠壓^方向油缸中的油，從而將O",方向應(yīng)力傳遞到q方向滾珠壓頭上。
q方向油缸壓板為圓柱形，套裝在A方向活塞上，位于。方向油缸中，與
三軸壓力室頂板的內(nèi)徑相匹配，通過(guò)密封圈與三軸壓力室頂板相接，其主要作 用是傳遞cr,方向的壓力并推動(dòng)o",方向活塞。q方向油缸壓板的活動(dòng)范圍被局限
在C7,方向油缸中，并且其要保證q方向油缸下部的油不會(huì)漏進(jìn)q方向油缸上 部。
O",方向油缸為三軸壓力室頂板所形成的空間，圓柱形，被q方向油缸壓板
分為兩個(gè)部分。其主要作用為裝油的容器，并為^方向油缸壓板提供活動(dòng)的范 圍。
q方向加載傳遞油孔嵌套在三軸壓力室頂板中，其通過(guò)管路與q方向穩(wěn)壓 器相連通。其主要作用是讓提供。方向壓力的油進(jìn)入。方向油缸的上部。
。方向活塞回收油孔嵌套在三軸壓力室上蓋板中，與q方向油缸下部相 連，其主要作用是讓 方向活塞回程復(fù)位。
q方向穩(wěn)壓器的型號(hào)為NXQ廣L,與o"，方向手壓泵相連，其主要作用是提
供穩(wěn)定的CT,方向壓力。
。方向手壓泵分級(jí)實(shí)行加壓，壓力表格的最小刻度為O.lMPa，每手動(dòng)壓一 次壓力變化0.1MPa。
(4) ^加載傳遞系統(tǒng)
該系統(tǒng)包含以下部件 方向位移測(cè)量計(jì)； 方向提手；^方向活塞；& 方向油缸壓板；0"2方向油缸；0"2方向加載傳遞油孔；0"2方向活塞回收油孔；C72方向穩(wěn)壓器； 方向手壓泵。該系統(tǒng)的主要作用是提供^方向應(yīng)力。
^加載傳遞系統(tǒng)與三軸壓力室右側(cè)蓋板，三軸壓力室圍板以及"四聯(lián)板"
機(jī)構(gòu)相連，其主要作用是將^方向壓力傳遞給"四聯(lián)板"機(jī)構(gòu)，并測(cè)量巖石試
件在CT2方向受壓后所產(chǎn)生的變形。^加載傳遞傳遞系統(tǒng)套裝在三軸壓力室右 側(cè)蓋板和三軸壓力室圍板中，并通過(guò)密封圈以及螺栓與三軸壓力室右側(cè)蓋板和 三軸壓力室圍板聯(lián)結(jié)成一體。該系統(tǒng)與q加載傳遞系統(tǒng)的文字描述是等同的。
(5) R加載傳遞系統(tǒng) 該系統(tǒng)包含以下部件排水孔；進(jìn)水孔；^方向穩(wěn)壓器； 方向手壓泵；
手動(dòng)雙吸筒泵。該系統(tǒng)的主要作用是提供 方向應(yīng)力。
排水孔嵌套在三軸壓力室下蓋板中，與三軸壓力室內(nèi)部空間連通，是一個(gè) 直線型通道，其主要作用是排水溶液或油等。
進(jìn)水孔嵌套在三軸壓力室下蓋板中，與三軸壓力室內(nèi)部空間連通，是一個(gè) 折線型的通道，并與0"3方向穩(wěn)壓器相連，其主要作用是供具有^方向應(yīng)力的水
溶液或油等進(jìn)入三軸壓力室內(nèi)部空間的通道。
C73方向穩(wěn)壓器和cr3方向手壓泵與cr,方向穩(wěn)壓器和q方向手壓泵的文字描
述是等同的。
手動(dòng)雙吸筒泵由左側(cè)進(jìn)油(水)口，左側(cè)出油(水)口，右側(cè)進(jìn)油(水) 口，右側(cè)出油(水)口，左側(cè)缸筒，左側(cè)活塞，雙缸中間隔層，右側(cè)缸筒，活 塞桿，右側(cè)活塞，活塞手柄傳動(dòng)桿，活塞手柄共同組裝而成。其主要作用是循 環(huán)供油(水)，從而保證為q方向提供不間斷的溶液，手動(dòng)雙吸筒泵采用手搖
柄進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)進(jìn)行供油(水)。此設(shè)備采用不銹鋼制造，不施加壓力。
.手動(dòng)雙吸筒泵正常工作時(shí)全過(guò)程如下當(dāng)手握活塞手柄推右側(cè)活塞時(shí)(也 就是右側(cè)活塞向左移動(dòng))，左側(cè)出油(水)口打開(kāi)，左側(cè)進(jìn)油(水)口關(guān)閉，右 側(cè)出油(水)口關(guān)閉，右側(cè)進(jìn)油(水)口打開(kāi)；當(dāng)手握活塞手柄拉右側(cè)活塞時(shí) (也就是右側(cè)活塞向右移動(dòng))，右側(cè)出油(水)口打開(kāi)，右側(cè)進(jìn)油(水)口關(guān)閉， 左側(cè)出油(水)口關(guān)閉，左側(cè)進(jìn)油(水)口打開(kāi)。如此反復(fù)，不論是推右側(cè)活塞還是拉右側(cè)活塞的過(guò)程中，都會(huì)不間斷的實(shí)現(xiàn)供油(水)。 本實(shí)用新型的特點(diǎn)是
1、 本試驗(yàn)裝置應(yīng)力施加的方式多樣化，該裝置兩個(gè)方向的應(yīng)力施加是采用 平板壓頭施加，另一方向的應(yīng)力是通過(guò)油(或水溶液)進(jìn)行施加。
2、 本試驗(yàn)裝置可以進(jìn)行多種巖石的多種試驗(yàn)，其可以進(jìn)行多數(shù)可溶巖(如 巖鹽、石膏、石灰?guī)r等)和不溶巖(如花崗巖、砂巖等)的真三軸壓縮試驗(yàn)； 另外由于其能夠通過(guò)水溶液來(lái)施加一個(gè)方向的壓力，故可以進(jìn)行可溶巖(如巖 鹽、石膏、石灰?guī)r等)的應(yīng)力-溶解耦合試驗(yàn)。
3、 本試驗(yàn)裝置包含"四聯(lián)板"機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)主要有4個(gè)功能(l)可以保 證對(duì)巖石試件的每個(gè)面都能夠全端面施加應(yīng)力；(2)可以保證巖石試件所承受
的。方向應(yīng)力和(72方向應(yīng)力的方向在試驗(yàn)過(guò)程中不會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)；(3)消除巖石
試件與應(yīng)力施加壓板之間的摩擦力，以及應(yīng)力施加壓板與壓頭之間的摩擦力； (4)巖石試件變形測(cè)量范圍大，能夠進(jìn)行大量程變形的巖石壓縮試驗(yàn)。
4、 本試驗(yàn)裝置中的三軸壓力室在結(jié)構(gòu)上具有"自平衡"功能，能夠從本身 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上實(shí)現(xiàn)加載力和反力相平衡。
5、 本試驗(yàn)裝置尺寸小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易操作，并且能夠較容易的實(shí)現(xiàn)功能的 擴(kuò)展。


圖1是自平衡巖石全端面真三軸壓縮試驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)示意圖。 其中l(wèi)a.(7,方向位移測(cè)量計(jì)；lb.^方向位移測(cè)量計(jì)；2a.q方向提手;2b.
方向提手；3a.A方向活塞；3b. 方向活塞；4a.。方向油缸壓板；4b. 方向 油缸壓板；5a.q方向油缸；5b.o^方向油缸；6a.q方向滾珠壓頭；613.<72方向 滾珠壓頭；7a.q方向加載傳遞油孔；7b.o^方向加載傳遞油孔；8a.q方向活塞
回收油孔；8b.o"2方向活塞回收油孔；9a、 9b、 9c、 9d.第一、第二、第三、第
四三軸壓力室頂板；10a、 10b.第一、第二三軸壓力室右側(cè)蓋板；lla、 llb、 llc. 第一、第二、第三三軸壓力室圍板；12.三軸壓力室下蓋板；13a、 13b、 13c、13d、 13e、 13f.第一、第二、第三、第四、第五、第六螺栓；14.排水孔；15a、 15b.第一、第二q方向應(yīng)力施加平板；16a、 16b.第一、第二<72方向應(yīng)力施加
平板；17.q方向底座；18.巖石試件19.進(jìn)水孔；20a.q方向穩(wěn)壓器；20b.q方
向穩(wěn)壓器；20c.o^方向穩(wěn)壓器；21a，q方向手壓泵；21b. 方向手壓泵；21c.o"3
方向手壓泵；22.手動(dòng)雙吸筒泵；23a、 23b.第一、第二三軸壓力室上蓋板。
圖2是三軸壓力室各部件的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中的各部件的標(biāo)號(hào)與圖1是相 同的。
圖3是三軸壓力室內(nèi)部各部件的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中的各部件的標(biāo)號(hào)與圖1 是相同的。
圖4是手動(dòng)雙吸筒泵結(jié)構(gòu)示意圖。
其中A.左側(cè)進(jìn)油(水)口； B.左側(cè)出油(水)口； C.右側(cè)進(jìn)油(水) 口； D.右側(cè)出油(水)口； E.左側(cè)缸筒；F.左側(cè)活塞；G.雙缸中間隔層； H.右側(cè)缸筒；I.活塞桿；J.右側(cè)活塞；K.活塞手柄傳動(dòng)桿；L.活塞手柄。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖，對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說(shuō)明。
由圖l、圖2、圖3和圖4可知，該試驗(yàn)裝置由三軸壓力室I、"四聯(lián)板"機(jī) 構(gòu)II、 cr,加載傳遞系統(tǒng)III、 加載傳遞系統(tǒng)IV和0"3加載傳遞系統(tǒng)V組成，q
加載傳遞系統(tǒng)III位于三軸壓力室I上端，通過(guò) 方向活塞3a與三軸壓力室I
相連；q加載傳遞系統(tǒng)IV位于三軸壓力室I的側(cè)端，通過(guò) 方向活塞3b與三
軸壓力室I相連；0"3加載傳遞系統(tǒng)V通過(guò)排水孔14與進(jìn)水孔19與三軸壓力室
I相連；"四聯(lián)板"機(jī)構(gòu)n位于三軸壓力室i內(nèi)部。下面分別對(duì)試驗(yàn)裝置的各個(gè)
組成部分詳細(xì)進(jìn)行說(shuō)明。 (1)三軸壓力室
所述的三軸壓力室I由第一、第二、第三、第四三軸壓力室頂板9a、 9b、 9c、 9d、第一、第二三軸壓力室右側(cè)蓋板10a、 10b、第一、第二、第三三軸壓 力室圍板lla、 llb、 llc、三軸壓力室下蓋板12、第一、第二三軸壓力室上蓋
板23a、 23b、 q方向底座17、第一、第二、第三、第四、第五、第六螺栓13a、13b、 13c、 13d、 13e、 13f組成，嵌套有q方向活塞3a，第一三軸壓力室上蓋
板9a還嵌套有 方向加載傳遞油孔7a，第三三軸壓力室頂板9c通過(guò)第一螺栓
13a與第一三軸壓力室上蓋板23a固定，第四三軸壓力室頂板9d通過(guò)第二螺栓 13b與第二三軸壓力室上蓋板23b固定；其詳細(xì)構(gòu)成如圖2所示。
第一、第二、第三、第四三軸壓力室頂板9a、 9b、 9c、 9d—次性加工成型，
嵌套有q方向活塞3a。第一三軸壓力室上蓋板9a還嵌套有^方向加載傳遞油
孔7a，第三三軸壓力室頂板通過(guò)第一螺栓13a與第一三軸壓力室上蓋板23a固 定在一起,第四三軸壓力室頂板通過(guò)第二螺栓13b與第二三軸壓力室上蓋板23b 固定在一起。
第一、第二三軸壓力室右側(cè)蓋板10a、 10b—次性加工成型，中心為一圓孔， 嵌套有 方向活塞3b，通過(guò)第五、第六螺栓13e、 13f與第二、第三三軸壓力
室圍板llb、 llc相連，第一三軸壓力室右側(cè)蓋板10a內(nèi)嵌072方向加載傳遞油
孔7b;第二三軸壓力室右側(cè)蓋板10b內(nèi)嵌 方向活塞回收油孔8b。
第一、第二、第三三軸壓力室圍板lla、 llb、 llc通過(guò)第一、第二、第三、 第四、第五、第六螺栓13a、 13b、 13c、 Dd、 13e、 13f以及密封圈與第一、第 二三軸壓力室上蓋板23a、 23b，第一、第二三軸壓力室右側(cè)蓋板10a、 10b以 及三軸壓力室下蓋板12組裝在一起。第二、第三三軸壓力室圍板llb、 llc中
間為一圓孔，通過(guò)密封圈與&方向活塞3b相連，第二、第三三軸壓力室圍板
llb、 11c沿&方向活塞3b左右對(duì)稱。
三軸壓力室下蓋板12通過(guò)第三螺栓13c與第一三軸壓力室圍板lla固定在
一起，通過(guò)第四螺栓13d與第三三軸壓力室圍板llc固定在一起，并與a,方向
底座17相接。其內(nèi)嵌排水孔14和進(jìn)水孔19。
第一、第二三軸壓力室上蓋板23a、 23b為一半工字形，上部為正方形，工 字形內(nèi)部為圓形，第一、第二三軸壓力室上蓋板23a、 23b中心有一圓孔，通過(guò)
密封圈與q方向活塞3a相連，第一、第二三軸壓力室上蓋板23a、 23b沿o",方 向活塞3a左右對(duì)稱。第一三軸壓力室上蓋板23a通過(guò)第一螺栓13a以及密封圈與第三三軸壓力室頂板9c、第一三軸壓力室圍板lla連接在一起，第二三軸壓 力室上蓋板23b通過(guò)第二螺栓13b以及密封圈與第四三軸壓力室頂板9d、第二 三軸壓力室圍板llb連接在一起。
q方向底座17為方形或長(zhǎng)方形，處于三軸壓力室下蓋板12和"四聯(lián)板" 機(jī)構(gòu)II之間，其長(zhǎng)度尺寸與三軸壓力室I內(nèi)部空間q方向的尺寸相匹配。其主
要作用是使巖石試件18的中心與q加載傳遞系統(tǒng)IV的中心線重合，以保證
方向應(yīng)力與巖石試件18的中心對(duì)中。 (2)"四聯(lián)板"機(jī)構(gòu)
所述的四聯(lián)板機(jī)構(gòu)II由。方向滾珠壓頭6a、 ^方向滾珠壓頭6b、第一、
第二o",方向應(yīng)力施加平板15a、 15b、第一、第二0"2方向應(yīng)力施加平板16a、 16b
及巖石試件18組成，。方向滾珠壓頭6a位于q方向活塞3a和第一q方向應(yīng) 力施加平板15a之間，圓柱形壓頭底部鑲嵌有滾珠，滾珠在圓柱形壓頭底部對(duì) 稱分布，巖石試件18位于第一、第二。方向應(yīng)力施加平板15a、 15b和第一、
第二o"2方向應(yīng)力施加平板16a、 16b之間，第一、第二q方向應(yīng)力施加平板15a、
15b和第一、第二^方向應(yīng)力施加平板16a、 16b與巖石試件18相接觸，第二0"2
方向應(yīng)力施加平板16b的一端有彈簧，彈簧的另一端抵在q方向底座17上，
第二q方向應(yīng)力施加平板15b與第一三軸壓力室圍板lla之間有空隙，滾珠鑲
嵌在第二q方向應(yīng)力施加平板15b上。其詳細(xì)構(gòu)成如圖3所示。
o",方向滾珠壓頭6a位于cr,方向活塞3a和第一。方向應(yīng)力施加平板15a之
間，其為一圓柱形壓頭，圓柱形壓頭底部鑲嵌有滾珠，滾珠在圓柱形壓頭底部 對(duì)稱分布。其主要作用是將q方向應(yīng)力傳遞到第一 方向應(yīng)力施加平板15a上，
并通過(guò)壓頭底部的滾珠消除第一q方向應(yīng)力施加平板15a與o",方向滾珠壓頭6a
之間的摩擦力，保證q方向應(yīng)力垂直加載傳遞。
cx2方向滾珠壓頭6b和q方向滾珠壓頭6a的文字描述是等同的。.巖石試件18位于第一、第二(7，方向應(yīng)力施加平板15a、15b和第一、第二^ 方向應(yīng)力施加平板16a、 16b之間，長(zhǎng)方形。巖石試件18與第一、第二q方向
應(yīng)力施加平板15a、 15b和第一、第二o"2方向應(yīng)力施加平板16a、 16b接觸的四
個(gè)面上有一層光滑金屬箔片，其主要作用是消除應(yīng)力施加壓板與巖石試件之間 的摩擦力。
第一、第二q方向應(yīng)力施加平板15a、 15b和第一、第二o"2方向應(yīng)力施加 平板16a、 16b與巖石試件18相接觸。第二q方向應(yīng)力施加平板16b的長(zhǎng)度超 過(guò)巖石試件18的長(zhǎng)度，其一端有一個(gè)彈簧，彈簧的另一端抵在o",方向底座17 上，彈簧的作用是利于第二&方向應(yīng)力施加平板16b安裝，并保證其與q方向 底座17之間預(yù)留一定的空隙，這部分空隙決定了第二&方向應(yīng)力施加平板16b 向下移動(dòng)的范圍，決定了q方向變形的量程。當(dāng)?shù)诙?方向應(yīng)力施加平板16b 受到第一q方向應(yīng)力施加平板15a的擠壓時(shí)，第二q方向應(yīng)力施加平板16b可 以向空隙處移動(dòng)。第二c^方向應(yīng)力施加平板15b的長(zhǎng)度大于巖石試件18的寬 度，其位于巖石試件18和^方向底座17之間；第二cr,方向應(yīng)力施加平板15b 與第一三軸壓力室圍板lla之間有一定的空隙，這部分空隙決定了第二^方向 應(yīng)力施加平板15b向左移動(dòng)的范圍，決定了 方向變形的量程；第二cr,方向應(yīng) 力施加平板15b通過(guò)一排滾珠與q方向底座17相接觸，滾珠鑲嵌在第二q方
向應(yīng)力施加平板15b上，其作用是消除第二q方向應(yīng)力施加平板15b與(j,方向 底座17之間的摩擦力。這四塊壓板組合在一起，當(dāng)巖石試件18產(chǎn)生變形后， 第一q方向應(yīng)力施加平板15a在o",方向滾珠壓頭6a的推動(dòng)下向下移動(dòng)；第二^
方向應(yīng)力施加平板16b在^方向滾珠壓頭6b的推動(dòng)下產(chǎn)生沿&方向的移動(dòng)，
同時(shí)在第一q方向應(yīng)力施加平板15a的擠壓下產(chǎn)生向下的移動(dòng)；第二q方向應(yīng)
力施加平板15b在第二q方向應(yīng)力施加平板16b的擠壓下產(chǎn)生向左的移動(dòng)；第一 方向應(yīng)力施加平板16a在試驗(yàn)過(guò)程中位置保持不變。
"四聯(lián)板"機(jī)構(gòu)II的主要作用是在A和^方向通過(guò)應(yīng)力施加平板對(duì)巖石 試件18施加壓力，c^方向則通過(guò)溶液或油等對(duì)巖石試件18施加壓力，并且該 機(jī)構(gòu)可以保證巖石試件18所承受的q方向應(yīng)力為垂直應(yīng)力，所承受的(72方向
應(yīng)力為水平應(yīng)力，應(yīng)力方向不會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)；該機(jī)構(gòu)能夠保證在^和^方向?qū)r 石試件18進(jìn)行全端面的應(yīng)力施加；該機(jī)構(gòu)能夠消除巖石試件18與應(yīng)力施加壓 板15a、 15b、 16a、 16b之間的摩擦力，同時(shí)避免第一q方向應(yīng)力施加壓板15a
與 方向球形壓頭6a之間的摩擦力以及第二q方向應(yīng)力施加壓板15b與。方
向底座17之間的摩擦力。 (3) q加載傳遞系統(tǒng)
所述的q加載傳遞系統(tǒng)m包括cr,方向位移測(cè)量計(jì)la、 q方向提手2a、 cr,
方向活塞3a、 A方向油缸壓板4a、。方向油缸5a、。方向加載傳遞油孔7a、
。方向活塞回收油孔8a、 q方向穩(wěn)壓器20a、 q方向手壓泵21a， q加載傳遞
系統(tǒng)III與第一、第二、第三、第四三軸壓力室頂板9a、 9b、 9c、 9d、第一、
第二三軸壓力室上蓋板23a、 23b、四聯(lián)板機(jī)構(gòu)II相連，q加載傳遞系統(tǒng)III套
裝在第一、第二、第三、第四三軸壓力室頂板9a、 9b、 9c、 9d中，通過(guò)密封圈 及第一、第二螺栓13a、 13b與第一、第二、第三、第四三軸壓力室頂板9a、
9b、 9c、 9d、第一、第二三軸壓力室上蓋板23a、 23b連接，q方向位移測(cè)量計(jì) 1 a通過(guò)q方向提手2a與第二三軸壓力室頂板9b相接，q方向提手2a套裝在q 方向活塞3a上，q方向提手2a上套有q方向位移測(cè)量la， cr,方向活塞3a通 過(guò)密封圈嵌套在第一、第二、第三、第四三軸壓力室頂板9a、 9b、 9c、 9d中間， 并通過(guò)密封圈與第一、第二三軸壓力室上蓋板23a、 23b相連，其與q方向滾珠
壓頭6a相接，其上套裝有cr,方向提手2a和(T,方向油缸壓板4a， q方向油缸壓 板4a為圓柱形，套裝在cr,方向活塞3a上，位于q方向油缸5a中，cr,方向加載傳遞油孔7a嵌套在第一三軸壓力室頂板9a中，通過(guò)管路與q方向穩(wěn)壓器20a
相連通，^方向活塞回收油孔8a嵌套在第二三軸壓力室上蓋板23b中，與^方 向油缸5a相連。
q加載傳遞系統(tǒng)III與第一、第二、第三、第四三軸壓力室頂板9a、 9b、 9c、 9d，第一、第二三軸壓力室上蓋板23a、 23b以及"四聯(lián)板"機(jī)構(gòu)II相連， 其主要作用是將q方向應(yīng)力傳遞給"四聯(lián)板"機(jī)構(gòu)II，并測(cè)量巖石試件18在q
方向受壓后所產(chǎn)生的變形。。加載傳遞系統(tǒng)III套裝在第一、第二、第三、第
四三軸壓力室頂板9a、 9b、 9c、 9d中，并通過(guò)密封圈以及第一、第二螺栓13a、 13b與第一、第二、第三、第四三軸壓力室頂板9a、 9b、 9c、 9d，第一、第二 三軸壓力室上蓋板23a、 23b聯(lián)結(jié)成一體。
o",方向位移測(cè)量計(jì)la通過(guò)。方向提手2a與第二三軸壓力室頂板9b相接， 其作用為測(cè)量。方向應(yīng)力施加后儀器以及試樣在q方向上產(chǎn)生的變形。
.cr，方向提手2a套裝在q方向活塞3 a上，q方向提手2a上套有<r,方向位 移測(cè)量計(jì)la，其主要作用是固定q方向位移測(cè)量計(jì)la，并用于安裝。方向活 塞3a。
方向活塞3a通過(guò)密封圈嵌套在第一、第二、第三、第四三軸壓力室頂板 9a、 9b、 9c、 9d中間，并通過(guò)密封圈與第一、第二三軸壓力室上蓋板23a、 23b 相連，其與q方向滾珠壓頭6a相接，其上套裝有巧方向提手2a和o",方向油缸
壓板4a，其主要作用是采用變徑增壓的方式將q方向壓力通過(guò)。方向油缸壓板
4a擠壓 方向油缸5a中的油，從而將q方向應(yīng)力傳遞到q方向滾珠壓頭6a 上。.
o",方向油缸壓板4a為圓柱形，套裝在cr,方向活塞3a上，位于o",方向油缸 5a中，與第一、第二三軸壓力室頂板9a、 9b的內(nèi)徑相匹配，通過(guò)密封圈與第 一、第二三軸壓力室頂板9a、 9b相接，其主要作用是傳遞q方向的壓力并推動(dòng)200920084002.8
說(shuō)明書(shū)第16/19頁(yè)
cr,方向活塞3a。 C7,方向油缸壓板4a的活動(dòng)范圍被局限在c^方向油缸5a中，并 且其要保證q方向油缸5a下部的油不會(huì)漏進(jìn)(j,方向油缸5a上部。
o"i方向油缸5a為第一、第二、第三、第四三軸壓力室頂板9a、 9b、 9c、 9d所形成的空間，圓柱形，被cr,方向油缸壓板4a分為兩個(gè)部分。其主要作用 為裝油的容器，并為cr,方向油缸壓板4a提供活動(dòng)的范圍。
q方向加載傳遞油孔7a嵌套在第一三軸壓力室頂板9a中，其通過(guò)管路與
cr,方向穩(wěn)壓器20a相連通。其主要作用是讓提供^方向壓力的油進(jìn)入q方向油 缸5a的上部。
q方向活塞回收油孔8a嵌套在第二三軸壓力室上蓋板23b中，與a方向 油缸5a下部相連，其主要作用是讓q方向活塞3a回程復(fù)位。
方向穩(wěn)壓器20a的型號(hào)為NXQrL，與q方向手壓泵21a相連，其主要
作用是提供穩(wěn)定的q方向壓力。
q方向手壓泵21a分級(jí)實(shí)行加壓，壓力表格的最小刻度為O.lMPa，每手動(dòng) 壓一次壓力變化O.lMPa。 (4) 加載傳遞系統(tǒng)
所述的ct2加載傳遞系統(tǒng)IV包括cr2方向位移測(cè)量計(jì)lb、 (t2方向提手2b、
方向活塞3b、 c^方向油缸壓板4b、 方向油缸5b、 c^方向穩(wěn)壓器20b; <72方
向手壓泵21b。 cr2加載傳遞系統(tǒng)IV與第一、第二三軸壓力室右側(cè)蓋板10a、 10b、
第二、第三三軸壓力室圍板llb、 llc、四聯(lián)板機(jī)構(gòu)II相連，q加載傳遞系統(tǒng)套
裝在第一、第二三軸壓力室右側(cè)蓋板10a、 10b和第二、第三三軸壓力室圍板 llb、 llc中，通過(guò)密封圈以及第五、第六螺栓13e、 13f與第一、第二三軸壓力 室右側(cè)蓋板10a、 10b和第二、第三三軸壓力室圍板llb、 llc聯(lián)結(jié)成一體。
該 加載傳遞系統(tǒng)IV包含以下部件(72方向位移測(cè)量計(jì)lb; CT，方向提手2b; G"2方向活塞3b; 方向油缸壓板4b; CT2方向油缸5b; 72方向加載傳 遞油孔7b; 方向活塞回收油孔8b; ^方向穩(wěn)壓器20b; ^方向手壓泵21b。 該系統(tǒng)的主要作用是提供(T2方向應(yīng)力。
a^加載傳遞系統(tǒng)IV與第一、第二三軸壓力室右側(cè)蓋板10a、 10b，第二、 第三三軸壓力室圍板llb、 llc以及"四聯(lián)板"機(jī)構(gòu)II相連，其主要作用是將0"2 方向壓力傳遞給"四聯(lián)板"機(jī)構(gòu)II,并測(cè)量巖石試件18在 方向受壓后所產(chǎn)生
的變形。^加載傳遞傳遞系統(tǒng)IV套裝在第一、第二三軸壓力室右側(cè)蓋板10a、
10b和第二、第三三軸壓力室圍板llb、 llc中，并通過(guò)密封圈以及第五、第六 螺栓13e、 13f與第一、第二三軸壓力室右側(cè)蓋板10a、 10b和第二、第三三軸
壓力室圍板llb、 llc聯(lián)結(jié)成一體。該系統(tǒng)與^加載傳遞系統(tǒng)的文字描述是等同 的。
(5) c^加載傳遞系統(tǒng)
c^加載傳遞系統(tǒng)V包括排水孔14、進(jìn)水孔19、 q方向穩(wěn)壓器20c、 ^方
向手壓泵21c、手動(dòng)雙吸筒泵22，排水孔14嵌套在三軸壓力室下蓋板12中， 與三軸壓力室I內(nèi)部空間連通，^方向手壓泵21c、手動(dòng)雙吸筒泵22、 q方向
穩(wěn)壓器20c、進(jìn)水孔19通過(guò)管線依次相連，進(jìn)水孔19嵌套在三軸壓力室下蓋 板12中，與三軸壓力室I內(nèi)部空間連通，并與&方向穩(wěn)壓器20c相連。
排水孔14嵌套在三軸壓力室下蓋板12中，與三軸壓力室I內(nèi)部空間連通， 是一個(gè)直線型通道，其主要作用是排水溶液或油等。
進(jìn)水孔19嵌套在三軸壓力室下蓋板12中，與三軸壓力室I內(nèi)部空間連通，
是一個(gè)折線型的通道，并與^方向穩(wěn)壓器20c相連，其主要作用是提供具有^
方向應(yīng)力的水溶液或油等進(jìn)入三軸壓力室I內(nèi)部空間的通道。
方向手壓泵21c、手動(dòng)雙吸筒泵22、 o"3方向穩(wěn)壓器20c、進(jìn)水孔19通
過(guò)管線依次相連，相連后其主要作用是提供^方向應(yīng)力。^方向穩(wěn)壓器20c和cr3方向手壓泵21c與cr,方向穩(wěn)壓器20a和cr,方向手壓泵21a的文字描述是等同 的。
手動(dòng)雙吸筒泵22的詳細(xì)構(gòu)成如圖4所示，由左側(cè)進(jìn)油(水)口A，左側(cè)出 油(水)口 B，右側(cè)進(jìn)油(水)口 C，右側(cè)出油(水)口 D，左側(cè)缸筒E，左 側(cè)活塞F，雙缸中間隔層G，右側(cè)缸筒H，活塞桿I，右側(cè)活塞J，活塞手柄傳 動(dòng)桿K，活塞手柄L共同組裝而成。其主要作用是循環(huán)供油(水)，從而保證為
^方向提供不間斷的溶液，手動(dòng)雙吸筒泵22采用手搖柄進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)進(jìn)行供油
(水)。此設(shè)備采用不銹鋼制造，不施加壓力。
手動(dòng)雙吸筒泵22正常工作時(shí)全過(guò)程如下當(dāng)手握活塞手柄L推右側(cè)活塞J 時(shí)(也就是圖4中右側(cè)活塞J向左移動(dòng))，左側(cè)出油(水)口B打開(kāi)，左側(cè)進(jìn)油 (水)口A關(guān)閉，右側(cè)出油(水)口D關(guān)閉，右側(cè)進(jìn)油(水)口C打開(kāi)；當(dāng)手 握活塞手柄L拉右側(cè)活塞J時(shí)(也就是圖4中右側(cè)活塞J向右移動(dòng))，右側(cè)出油 (水)口D打開(kāi)，右側(cè)進(jìn)油(水)口C關(guān)閉，左側(cè)出油(水)口B關(guān)閉，左側(cè) 進(jìn)油(水)口A打開(kāi)。如此反復(fù)，不論是推右側(cè)活塞J還是拉右側(cè)活塞J的過(guò) 程中，都會(huì)不間斷的實(shí)現(xiàn)供油(水)。 本試驗(yàn)裝置的安裝過(guò)程如下-
第一步，分別將q加載傳遞系統(tǒng)III、 ^加載傳遞系統(tǒng)IV和^加載傳遞系 統(tǒng)V組裝。
第二步，將cr,加載傳遞系統(tǒng)III與第一、第二、第三、第四三軸壓力室頂 板9a、 9b、 9c、 9d， q方向滾珠壓頭6a組裝在一起，為方便文字上的描述， 將此組裝部分稱為" 方向組裝部分"；同樣，將^加載傳遞系統(tǒng)IV與第一、 第二三軸壓力室右側(cè)蓋板10a、 10b， ^方向滾珠壓頭6b組裝在一起，為方便
文字上的描述，將此組裝部分稱為"^方向組裝部分"。
第三步，將第一、第二、第三三軸壓力室圍板lla、 llb、 llc與三軸壓力 室下蓋板12用螺栓組裝在一起。
第四步，將巖石試件18受壓板施加壓力的四個(gè)面用光滑金屬箔片貼好，然 后將第一、第二cr,方向應(yīng)力施加平板15a、 15b，第一、第二(72方向應(yīng)力施加平板16a、 16b和巖石試件18組裝在一起，為方便文字上的描述，將此組裝部 分稱為"巖石試件組裝部分"。
第五步，將q方向底座17放入三軸壓力室I內(nèi)部，然后將"巖石試件組裝
部分"放入三軸壓力室內(nèi)部^方向底座17之上，將巖石試件18的垂直或水平
中心線與q方向滾珠壓頭6a或o^方向滾珠壓頭6b的中心線對(duì)中。
第六步，通過(guò)密封圈和螺栓將"^方向組裝部分"與第二、第三三軸壓力
室圍板llb、 llc組裝起來(lái)。
第七步，通過(guò)密封圈和螺栓將"cr,方向組裝部分"與第一、第二三軸壓力
室圍板lla、 llb，以及第一、第二三軸壓力室上蓋板23a、 23b組裝起來(lái)。 完成上述安裝步后，即完成了該實(shí)驗(yàn)裝置的安裝。
權(quán)利要求1、一種自平衡巖石全端面真三軸壓縮試驗(yàn)裝置，該裝置由三軸壓力室(I)、四聯(lián)板機(jī)構(gòu)(II)、σ1加載傳遞系統(tǒng)(III)、σ2加載傳遞系統(tǒng)(IV)和σ3加載傳遞系統(tǒng)(V)組成，其特征在于σ1加載傳遞系統(tǒng)(III)位于三軸壓力室(I)上端，通過(guò)σ1方向活塞(3a)與三軸壓力室(I)相連，σ2加載傳遞系統(tǒng)(IV)位于三軸壓力室(I)的側(cè)端，通過(guò)σ2方向活塞3b與三軸壓力室(I)相連，σ3加載傳遞系統(tǒng)(V)通過(guò)排水孔(14)與進(jìn)水孔(19)與三軸壓力室(I)相連，四聯(lián)板機(jī)構(gòu)(II)位于三軸壓力室(I)內(nèi)部。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自平衡巖石全端面真三軸壓縮試驗(yàn)裝置，其特征在于所述的三軸壓力室(I)由第一、第二、第三、第四三軸壓力室頂板(9a、 9b、 9c、 9d)、第一、第二三軸壓力室右側(cè)蓋板(10a、 10b)、第一、第二、第三三軸壓力室圍板 (lla、 llb、 llc)、三軸壓力室下蓋板(12)、第一、第二三軸壓力室上蓋板(23a、 23b)、 cr,方向底座(17)組成，嵌套有。方向活塞(3a)，第一三軸壓力室上蓋板(9a)還嵌 套有A方向加載傳遞油孔(7a),第三三軸壓力室頂板(9c)通過(guò)第一螺栓(13a)與第 一三軸壓力室上蓋板(23a)固定，第四三軸壓力室頂板(9d)通過(guò)第二螺栓(13b)與 第二三軸壓力室上蓋板(23b)固定；第一、第二三軸壓力室右側(cè)蓋板(10a、 10b)中 心為一圓孔，嵌套有ct2方向活塞(3b)，通過(guò)第五、第六螺栓(13e、 13f)與第二、第 三三軸壓力室圍板(llb、 llc)相連，第一三軸壓力室右側(cè)蓋板(10a)內(nèi)嵌"2方向加 載傳遞油孔(7b);第二三軸壓力室右側(cè)蓋板(10b)內(nèi)嵌c72方向活塞回收油孔(8b)， 第一、第二、第三三軸壓力室圍板(lla、 llb、 llc)通過(guò)第一、第二、第三、第四、第 五、第六螺栓(13a、 13b、 13c、 13d、 13e、 13f)以及密封圈與第一、第二三軸壓力室 上蓋板(23a、 23b)，第一、第二三軸壓力室右側(cè)蓋板(10a、 10b)及三軸壓力室下蓋 板(12)組裝在一起，第二、第三三軸壓力室圍板(llb、 llc)中間為一圓孔，通過(guò)密 封圈與 方向活塞(3b)相連，第二、第三三軸壓力室圍板(llb、 llc)沿q方向活 塞(3b)左右對(duì)稱；三軸壓力室下蓋板(12)通過(guò)第三螺栓(13c)與第一三軸壓力室 圍板(lla)固定，通過(guò)第四螺栓(13d)與第三三軸壓力室圍板(lie)固定，并與q方 向底座(17)相接；第一、第二三軸壓力室上蓋板(23a、 23b)為一半工字形，上部為 正方形，工字形內(nèi)部為圓形，第一、第二三軸壓力室上蓋板(23a、 23b)中心有一圓孔，通過(guò)密封圈與q方向活塞(3a)相連，第一、第二三軸壓力室上蓋板(23a、 23b)沿q 方向活塞(3a)左右對(duì)稱，第一三軸壓力室上蓋板(23a)通過(guò)第一螺栓(13a)及密封 圈與第三三軸壓力室頂板(9c)、第一三軸壓力室圍板(lla)連接，第二三軸壓力室上 蓋板(23b)通過(guò)第二螺栓(13b)及密封圈與第四三軸壓力室頂板(9d)、第二三軸壓 力室圍板(lib)連接；
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自平衡巖石全端面真三軸壓縮試驗(yàn)裝置，其特征在于所述的四聯(lián)板機(jī)構(gòu)(II)由 方向滾珠壓頭(6a)、 方向滾珠壓頭(6b)、第一、 第二or)方向應(yīng)力施加平板(15a、 15b)、第一、第二0"2方向應(yīng)力施加平板(16a、 16b) 及巖石試件(18)組成，。方向滾珠壓頭(6a)位于q方向活塞(3a)和第一q方向 應(yīng)力施加平板(15a)之間，圓柱形壓頭底部鑲嵌有滾珠，滾珠在圓柱形壓頭底部對(duì)稱 分布，巖石試件(18)位于第一、第二q方向應(yīng)力施加平板(15a、 15b)和第一、第二 0"2方向應(yīng)力施加平板(16a、 16b)之間，第一、第二o"i方向應(yīng)力施加平板(15a、 15b) 和第一、第二CT2方向應(yīng)力施加平板(16a、 16b)與巖石試件(18)相接觸，第二0"2方 向應(yīng)力施加平板(16b)的一端有彈簧，彈簧的另一端抵在。方向底座(17)上，第二。 方向應(yīng)力施加平板(15b)與第一三軸壓力室圍板lla之間有空隙，滾珠鑲嵌在第二q方 向應(yīng)力施加平板(15b)上。.
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自平衡巖石全端面真三軸壓縮試驗(yàn)裝置，其特征在于所述的q加載傳遞系統(tǒng)(III)包括。方向位移測(cè)量計(jì)(la)、 q方向提手(2a)、 cr, 方向活塞(3a)、 q方向油缸壓板(4a)、 q方向油缸(5a)、 q方向加載傳遞油孔(7a)、 ct,方向活塞回收油孔(8a)、 c7,方向穩(wěn)壓器(20a〉、 方向手壓泵(21a)， q加載傳遞 系統(tǒng)(III)與第一、第二、第三、第四三軸壓力室頂板(9a、 9b、 9c、 9d)、第一、第 二三軸壓力室上蓋板(23a、 23b)、四聯(lián)板機(jī)構(gòu)(II)相連，q加載傳遞系統(tǒng)(III)套裝 在第一、第二、第三、第四三軸壓力室頂板(9a、 9b、 9c、 9d)中，通過(guò)密封圈及第一、 第二螺栓(13a、 13b)與第一、第二、第三、第四三軸壓力室頂板(9a、 9b、 9c、 9d)、 第一、第二三軸壓力室上蓋板(23a、 23b)連接，CT,方向位移測(cè)量計(jì)(la)通過(guò)q方向 提手(2a)與第二三軸壓力室頂板(9b)相接， 方向提手(2a)套裝在q方向活塞(3a) 上，。方向提手(2a)上套有c7,方向位移測(cè)量計(jì)(la)， q方向活塞(3a)通過(guò)密封圈嵌套在第一、第二、第三、第四三軸壓力室頂板(9a、 9b、 9c、 9d)中間，并通過(guò)密封 圈與第一、第二三軸壓力室上蓋板(23a、 23b)相連，其與。方向滾珠壓頭(6a)相接， 其上套裝有q方向提手(2a)和q方向油缸壓板(4a), q方向油缸壓板(4a)為圓柱 形，套裝在q方向活塞(3a)上，位于o",方向油缸5a中，cr,方向加載傳遞油孔(7a) 嵌套在第一三軸壓力室頂板(9a)中，通過(guò)管路與力方向穩(wěn)壓器(20a)相連通，cr,方 向活塞回收油孔(8a)嵌套在第二三軸壓力室上蓋板(23b)中，與q方向油缸(5a) 相連。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自平衡巖石全端面真三軸壓縮試驗(yàn)裝置，其特征在于所述的<72加載傳遞系統(tǒng)(IV)包括 方向位移測(cè)量計(jì)(lb)、 方向提手(2b)、 ^方向活塞(3b)、 72方向油缸壓板(4b)、 ^方向油缸(5b)、 方向穩(wěn)壓器(20b); 0"2方向手壓泵(21b)， o"2加載傳遞系統(tǒng)(IV)與第一、第二三軸壓力室右側(cè)蓋板(10a、 10b)、第二、第三三軸壓力室圍板(llb、 llc)、四聯(lián)板機(jī)構(gòu)(II)相連，o"2加載傳遞 系統(tǒng)套裝在第一、第二三軸壓力室右側(cè)蓋板(10a、 10b)和第二、第三三軸壓力室圍板 (llb、 llc)中，通過(guò)密封圈以及第五、第六螺栓(13e、 13f)與第一、第二三軸壓力 室右惻蓋板(10a、 10b)和第二、第三三軸壓力室圍板(llb、 llc)聯(lián)結(jié)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自平衡巖石全端面真三軸壓縮試驗(yàn)裝置，其特征在 于C73加載傳遞系統(tǒng)(V)包括排水孔(14)、進(jìn)水孔(19)、 0"3方向穩(wěn)壓器(20c)、 R方向手壓泵(21c)、手動(dòng)雙吸筒泵(22)，排水孔(14)嵌套在三軸壓力室下蓋板(12) 中，與三軸壓力室I內(nèi)部空間連通，^方向手壓泵(21c)、手動(dòng)雙吸筒泵(22)、 &方向穩(wěn)壓器(20c)、進(jìn)水孔(19)通過(guò)管線依次相連，進(jìn)水孔(19)嵌套在三軸壓力室下 蓋板(12)中，與三軸壓力室(I)內(nèi)部空間連通，并與o"3方向穩(wěn)壓器(20c)相連。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種自平衡巖石全端面真三軸壓縮試驗(yàn)裝置，該裝置由三軸壓力室、四聯(lián)板機(jī)構(gòu)、σ₁加載傳遞系統(tǒng)、σ₂加載傳遞系統(tǒng)和σ₃加載傳遞系統(tǒng)組成，其特征在于σ₁加載傳遞系統(tǒng)位于三軸壓力室上端，通過(guò)σ₁方向活塞與三軸壓力室相連；σ₂加載傳遞系統(tǒng)位于三軸壓力室的側(cè)端，通過(guò)σ₂方向活塞與三軸壓力室相連；σ₃加載傳遞系統(tǒng)通過(guò)排水孔與進(jìn)水孔與三軸壓力室相連；四聯(lián)板機(jī)構(gòu)位于三軸壓力室內(nèi)部。該裝置能進(jìn)行多種巖石的多種試驗(yàn)，進(jìn)行多數(shù)可溶巖和不溶巖的真三軸壓縮試驗(yàn)；能夠通過(guò)水溶液來(lái)施加一個(gè)方向的壓力，可以進(jìn)行可溶巖的應(yīng)力-溶解耦合試驗(yàn)；對(duì)巖石試件能夠全端面施加應(yīng)力，真實(shí)的反應(yīng)巖體的受荷狀態(tài)；該試驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易操作，具備自平衡功能。
文檔編號(hào)G01N3/10GK201359587SQ20092008400
公開(kāi)日2009年12月9日 申請(qǐng)日期2009年3月6日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月6日
發(fā)明者馮夏庭, 劉繼光, 輝 周, 偉 張, 張傳慶, 房敬年, 湯艷春 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所