累積變形載入真三軸試驗箱

《累積變形載入真三軸試驗箱》是山東科技大學於2014年5月30日申請的專利，該專利的公布號為CN103983517A，授權公布日為2014年8月13日，發明人是陳紹傑、王懷遠、閔瑞、劉小岩、尹大偉、朱彥。

《累積變形載入真三軸試驗箱》公開了一種累積變形載入真三軸試驗箱，包含底座、箱體、箱蓋、液壓鋼囊和手動壓頭，所述箱體固定設定於底座，所述箱蓋固定在箱體頂部並可拆卸，所述箱體內部中心位置用於放置試件，所述試件四面及頂部設定有多個液壓鋼囊，所述設定於試件四面和頂部的液壓鋼囊外圍分別設定有墊塊，所述液壓鋼囊通過進油管、出油管與外部油壓控制裝置的油管連線，所述手動壓頭設定為兩個，分別通過箱體的相鄰兩側面旋入箱體內，通過墊塊間接對液壓鋼囊進行擠壓。該發明利用具有良好韌性的液壓鋼囊所產生的變形累積對岩石試件進行“內部加壓”，能夠進行不同岩性尺寸試件的試驗，結構簡單，造價低，試驗數據精準，操作便捷。

2020年7月14日，《累積變形載入真三軸試驗箱》獲得第二十一屆中國專利獎優秀獎。

（概述圖為《累積變形載入真三軸試驗箱》摘要附圖）

基本介紹

• 中文名：累積變形載入真三軸試驗箱
• 申請人：山東科技大學
• 申請日：2014年5月30日
• 申請號：2014102364214
• 公布日：2014年8月13日
• 公布號：CN103983517A
• 發明人：陳紹傑、王懷遠、閔瑞、劉小岩、尹大偉、朱彥
• 地址：山東省青島市經濟技術開發區前灣港路579號
• Int. Cl.：G01N3/10(2006.01)I、G01N3/02(2006.01)I
• 代理機構：泰安市泰昌專利事務所
• 代理人：姚德昌
• 類別：發明專利

專利背景

真三軸試驗是使岩石試件處於三個主應力不相等的應力組合狀態下的三軸壓縮試驗。可以模擬深部岩石受力的真實狀態，從而獲得相應的真三軸強度極限，在深部岩石鑽進、爆破、地下工程等方面，真三軸強度極限是一個不可缺少的重要參數。

利用真三軸試驗進行岩石變形規律的研究，較常規三軸試驗更接近岩石的真實應力狀態，可以在三向應力狀態下，考慮中間主應力的影響，研究岩石的各向異性。

真三軸試驗設備自1936年Kjellman設計成功以來，中國國內外先後研製了多種真三軸試驗設備，中國20世紀80年代之前還沒有自主研製和引進真三軸試驗設備，後來真三軸試驗設備的研製和試驗研究也主要是在清華大學、同濟大學和河海大學進行。

中國科學院武漢岩土力學研究所石露等人發明提供了一種真三軸壓力室（CN201110127278.1）可準確高效的對試樣進行預載入定位且不會產生偏心。

以上機構研製的實驗室用岩石壓力機一般由機械、油液或氣體為外部壓頭提供動力，從而對岩石試件施載入荷進行試驗，因為外部壓頭提供動力，三個方向的壓頭很容易相互影響，同時壓頭接觸面的摩擦力較大，也會對試驗產生影響。另一方面，以上試驗設備都比較複雜、昂貴，不適宜一般機構推廣使用。

發明內容

專利目的

《累積變形載入真三軸試驗箱》提供了一種累積變形載入真三軸試驗箱，利用具有良好韌性的液壓鋼囊所產生的變形累積對岩石試件進行“內部加壓”，能夠進行不同岩性尺寸試件的試驗，結構簡單，造價低，試驗數據精準，操作便捷。

技術方案

《累積變形載入真三軸試驗箱》採用以下技術方案：

累積變形載入真三軸試驗箱，包含有底座、箱體、箱蓋、液壓鋼囊和手動壓頭，所述箱體固定設定於底座，所述箱蓋固定在箱體頂部並可拆卸，所述箱體內部中心位置用於放置試件，所述試件四面及頂部設定有多個液壓鋼囊，所述設定於試件四面和頂部的液壓鋼囊外圍分別設定有墊塊，所述液壓鋼囊通過進油管、出油管與外部油壓控制裝置的油管連線，所述手動壓頭設定為兩個，分別通過箱體的相鄰兩側面旋入箱體內，通過墊塊間接對液壓鋼囊進行擠壓。

所述箱體呈方體對稱結構，其底部四角分別設定有立柱，所述箱蓋上設定有與立柱相對應的四個孔，並通過螺母將箱蓋固定於箱體頂部。

所述液壓鋼囊的囊體由兩塊尺寸相同鋼板四周邊緣焊接而成，所述液壓鋼囊的進油管和出油管對稱設定，通過箱體底部的孔與外部油壓加壓裝置連線，並且每兩個相鄰液壓鋼囊的進油管和出油管交錯布置。

所述墊塊採用塊狀墊塊或板狀墊塊。

還包括有肋板，所述肋板分別與箱體和底座固定連線，用於對箱體的支護。

改善效果

《累積變形載入真三軸試驗箱》改變傳統試驗設備中通過壓力機等外力給岩石試件施加壓力的方式，結構簡單，利用設定於箱體內試件周圍的液壓鋼囊產生的變形累積對試件進行“內部加壓”，只需與油壓加壓裝置配合使用，可承擔岩石的單軸、雙軸、三軸載入試驗，也可承擔岩爆試驗，也可通過控制其中單個液壓鋼囊的油壓對試件變形量進行控制，進行岩石卸載試驗，結構簡單，液壓鋼囊可根據試件變形量情況加工成適合的尺寸，成本低廉，操作方便但符合試驗操作規範，試驗數據精準，適宜研究機構推廣套用。

附圖說明

圖1為《累積變形載入真三軸試驗箱》整體結構示意圖；

圖2為《累積變形載入真三軸試驗箱》縱切面示意圖。

技術領域

《累積變形載入真三軸試驗箱》涉及岩石力學試驗技術領域，具體地說是一種累積變形載入真三軸試驗箱。

權利要求

1.累積變形載入真三軸試驗箱，其特徵在於，包含有底座（10）、箱體（1）、箱蓋（2）、液壓鋼囊（6）和手動壓頭（3），所述箱體（1）固定設定於底座（10），所述箱蓋（2）固定在箱體（1）頂部並可拆卸，所述箱體（1）內部中心位置用於放置試件，所述試件四面及頂部設定有多個液壓鋼囊（6），所述設定於試件四面和頂部的液壓鋼囊（6）外圍分別設定有墊塊，所述液壓鋼囊（6）通過進油管、出油管與外部油壓控制裝置的油管連線，所述手動壓頭（3）設定為兩個，分別通過箱體（1）的相鄰兩側面旋入箱體（1）內，通過墊塊間接對液壓鋼囊（6）進行擠壓。

2.根據權利要求1所述的累積變形載入真三軸試驗箱，其特徵在於，所述箱體（1）呈方體對稱結構，其底部四角分別設定有立柱（7），所述箱蓋（2）上設定有與立柱（7）相對應的四個孔，並通過螺母（8）將箱蓋（2）固定於箱體（1）頂部。

3.根據權利要求1所述的累積變形載入真三軸試驗箱，其特徵在於，所述液壓鋼囊（6）的囊體由兩塊尺寸相同鋼板四周邊緣焊接而成，所述液壓鋼囊（6）的進油管和出油管對稱設定，通過箱體（1）底部的孔與外部油壓加壓裝置連線，並且每兩個相鄰液壓鋼囊（6）的進油管和出油管交錯布置。

4.根據權利要求1所述的累積變形載入真三軸試驗箱，其特徵在於，所述墊塊採用塊狀墊塊（4）或板狀墊塊（5）。

5.根據權利要求1-4中任意一項所述的累積變形載入真三軸試驗箱，其特徵在於，還包括有肋板（9），所述肋板（9）分別與箱體（1）和底座（10）固定連線，用於對箱體（1）的支護。

實施方式

如圖1和圖2所示，該累積變形載入真三軸試驗箱，包含有底座10、箱體1、箱蓋2、液壓鋼囊6和手動壓頭3，所述箱體1固定設定於底座10，所述箱蓋2固定在箱體1頂部並可拆卸，所述箱體1內部中心位置用於放置試件，所述試件四面及頂部設定有多個液壓鋼囊6，所述設定於試件四面和頂部的液壓鋼囊6外圍分別設定有墊塊，所述液壓鋼囊6通過進油管、出油管與外部油壓控制裝置的油管連線，所述手動壓頭3設定為兩個，分別通過箱體1的相鄰兩側面旋入箱體1內，通過墊塊間接對液壓鋼囊6進行擠壓。該實施例中，兩個手動壓頭3分別設定於箱體1的右側面和後側面。

作為優選的方式，所述箱體1呈方體對稱結構，由厚鋼板製作而成，其四個側面板鉚接成一體，固定在底座10上，其底部四角分別設定有立柱7，所述箱蓋2上設定有與立柱7相對應的四個孔，並通過螺母8將箱蓋2固定於箱體1頂部。

作為優選的方式，所述液壓鋼囊6的囊體由兩塊尺寸相同鋼板四周邊緣焊接而成，所述液壓鋼囊6的進油管和出油管對稱設定，通過箱體1底部的孔與外部油壓加壓裝置連線，並且每兩個相鄰液壓鋼囊6的進油管和出油管交錯布置。不能出現重疊，避免油管之間的擠壓，甚至破裂。

作為優選的方式，所述墊塊採用塊狀墊塊4或板狀墊塊5，通過旋轉手動壓頭3將疊加的液壓鋼囊6之間的空隙最小化。

作為優選的方式，還包括有肋板9，所述肋板9分別與箱體1和底座10固定連線，用於對箱體1的支護。該實施例中肋板9設定為每個側面兩塊。

《累積變形載入真三軸試驗箱》的安裝試驗過程如下：

1、將岩石試件放於箱體1底部中間，將液壓鋼囊6、塊狀墊塊4和板狀墊塊5側面塗油，減少試驗中的摩擦；

2、根據岩石試件的岩性提前預測變形量，選取比岩石試件側面尺寸略小的多個液壓鋼囊6，預留變形空隙，保證壓縮變形後鋼囊之間不會相互咬契產生影響；

3、緊貼液壓鋼囊6放置塊狀墊塊4或板狀墊塊5；

4、旋轉箱體1後側面和右側面的手動壓頭3，使試件四周液壓鋼囊6相互緊貼擠壓一起，將縫隙最小化；

5、液壓鋼囊6連線進油管、出油管，將所述進油管、出油管通過箱體1底部洞口引出；

6、在試件上方放置多個液壓鋼囊6，連線進油管、出油管，選擇適當塊狀墊塊4或板狀墊塊5放於試件上方以超出箱體1高度，加蓋箱蓋2，用螺母8將箱蓋2擰緊固定，並保證其水平；

7、調節油壓控制設備，進行試驗。

榮譽表彰

2020年7月14日，《累積變形載入真三軸試驗箱》獲得第二十一屆中國專利獎優秀獎。