(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210705702.4 (22)申请日 2022.06.21 (71)申请人 河海大学 地址 210024 江苏省南京市西康路1号 (72)发明人 潘蕾　朱俊高　潘洋　高峰　 (74)专利代理 机构 南京灿烂知识产权代理有限 公司 323 56 专利代理师 赵丽 (51)Int.Cl. G01N 3/08(2006.01) G01N 3/02(2006.01) (54)发明名称 一种多加载边界真三轴仪及试验方法 (57)摘要 本发明提供了一种多加载边界真三轴仪， 包 括设置在试样大主应力 σ1方向的σ1方向刚性 加载系统 （1） 和/或 σ1方向半刚性传力装置 （2） ， 设置在试样中主应力 σ2方向的σ2方向刚性加 载系统 （3） 和/或 σ2方向半刚性传力装置 （4） ， 设 置在试样小主应力 σ3方向的柔性加载系统 （5） 和/或施加围压应力 σc的压力室结构 （6） ， σ3方 向的位移量测系统 （7） ， 试样制备装置 （8） 和/或 试样固化系统 （9） ， 本发明还提供了一种多加载 边界真三轴仪的试验 方法。 本发 明采用可替换加 载装置， 适用于研究在三维应力下不同边界条件 对试验结果的影 响， 可实现复杂应力路径下的真 三轴试验， 研究岩土材料的本构关系和微观结构 的演化。 权利要求书4页 说明书12页 附图8页 CN 115165556 A 2022.10.11 CN 115165556 A 1.一种多加载边界真三轴仪， 其特征在于， 包括设置在试样大主应力σ1方向的σ1方向刚 性加载系统(1)和/或σ1方向半刚性传力装置(2)， 设置在试样中主应力σ2方向的σ2方向刚性 加载系统(3)和/或σ2方向半刚性传力装置(4)， 设置在试样小主应力σ3方向的柔性加载系统 (5)和/或施加围压应力σc的压力室结构(6)， σ3方向的位移量测系统(7)， 试样制备装置(8) 和/或试样固化系统(9)； 位移量测系统(7)用于检测试样的局部变形； 试样制备装置(8)用于不同沉积角试样的制备； 试样固化系统(9)用于 离散颗粒体试样的固化。 2.根据权利要求1所述的一种多加载边界真三轴仪， 其特征在于， 所述σ1方向刚性加载 系统(1)包括设置于试样顶端的上加载系统(110)和设置于试样底部的下加载系统(120)； 所述上加载系统(110)包括活动连接的上伺服电机(111)和第一活塞杆(112)， 所述第一活 塞杆(112)与第一测力传感器(113)连接， 所述第一测力传感器(113)与第一刚性板(114)连 接， 所述第一活塞 杆(112)上还设置有同步变形杆(115)； 所述第一测力传感器(113)与所述 同步变形杆(115)互相独立； 所述同步变形杆(115)包括用于与所述第一活塞杆(112)相连 的固定环， 所述固定环上水平对称向外延伸有连板， 两所述连板的下表面均连接有 连杆， 所 述连杆的底端设置有用于与所述σ2方向半刚性传力装置(4)的上表面相接触的垫块； 所述下加载系统(120)包括加载底座(121)， 所述加载底座(121)上表面设置有用于与 所述试样制备装置(8)或所述试样固化系统(9)相连接的外凸圆盘(122)， 所述加载底座 (121)沿σ2方向对称设置两个用于与所述σ2方向半刚性传力装置(4)底面相连接的楔齿 (123)。 3.根据权利要求1所述的一种多加载边界真三轴仪， 其特征在于， 所述σ1方向半刚性传 力装置(2)包括若干分散块(210)， 定位格栅(2 20)和磁性吸附装置(23 0)； 所述分散块(210)包括 万向球(21 1)和矩形块(212)； 所述矩形块(212)上设置有螺纹孔(213)； 所述万向球(211)包括矩形底托， 所述矩形底托的下表面设置有用于与所述螺纹孔 (213)相适配的螺纹柱(214)， 所述矩形底托的上表面设置有半球形凹槽， 所述半球形凹槽 内设置有若干单层排布的滚珠， 所述滚珠上设置有万向球本体， 所述半球形凹槽的顶面开 口直径小于所述 万向球本体的直径； 所述定位格栅(2 20)包括方格网(2 21)和顶面覆 膜(222)； 所述方格网(2 21)划分为若干用于与所述分散块(210)相适配的方格； 所述方格网(2 21)的顶面设置有所述顶面覆 膜(222)； 所述磁性吸附装置(23 0)包括磁性 座(231)和铸铁 板(232)； 所述顶面覆膜(222)的顶面设置有所述铸铁板(232)， 所述铸铁板(232)上设置有用于 吸附与解吸附所述分散块(210)的所述磁性 座(231)。 4.根据权利要求1所述的一种多加载边界真三轴仪， 其特征在于， 所述σ2方向刚性加载 系统(3)包括设置于试样前侧的前加载系统(310)和设置于试样后侧的后加载系统(320)， 所述后加载系统(320)与所述前加载系统(310)结构相同； 所述前加载系统(310)包括前伺 服电机(311)、 第二活塞杆(312)、 第二传感器(313)、 连接法兰盘(314)和第二刚性板(315)； 所述前伺服电机(311)与压力室结构(6)中的载荷框架(620)连接； 所述前伺服电机(311)与权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 115165556 A 2所述第二活塞 杆(312)活动连接， 所述第二活塞 杆(312)与所述第二传感器(313)连接， 所述 第二传感器(313)与连接法兰盘(314)通过螺栓连接； 所述连接法兰盘(314)与第二刚性板 (315)通过螺 栓连接。 5.根据权利要求2所述的一种多加载边界真三轴仪， 其特征在于， 所述σ2方向半刚性传 力装置(4)包括可压缩传力块(410)和传力块底座(420)； 所述可压缩传力块(410)包括异形钢板(411)、 第一滚轴(412)、 第一光轴(413)、 轻木 (414)和钢珠一(415)； 所述异形钢板(411)为一侧面开设有若干个第一凹槽(416)的方板； 所述第一凹槽 (416)的侧壁上开设有用于贯 穿所述第一 光轴(413)的通 孔； 所述第一滚轴(412)套设于所述第一 光轴(413)的外面； 所述钢珠一(415)置入顶层的异形钢板(41 1)顶面的第二凹槽(417)中； 所述异形钢板(411)的底面通过第三凹槽(419)与轻木(414)顶面的立方体凸起(418) 连接； 所述异形钢板(41 1)和所述轻木(414)分层间隔排列； 所述传力块底座(420)包括座台(421)、 翼板(422)、 第二滚轴(423)、 第二光轴(424)和 第四凹槽(425)； 所述座台(421)的下表面设置有用于与所述楔齿(123)相适配的所述第四凹槽(425)； 座台(421)为 一平板， 所述 座台(421)的两端向上延伸有竖直的翼板(42 2)； 两个所述翼板(42 2)之间连接有在同一高度的若干第二 光轴(424)； 所述第二 光轴(424)上套 有若干第二滚轴(423)； 所述第二滚轴(423)的底部高于所述 座台(421)的上表面； 所述第二滚轴(423)上承载有所述可压缩传力块(410)。 6.根据权利要求2所述的一种多加载边界真三轴仪， 其特征在于， 所述柔性加载系统 (5)包括设置于试样左侧的左侧柔性加载系统(510)、 设置于试样右侧的右侧柔性加载系统 (520)和连接定位装置(530)， 所述左侧柔性加载系统(510)与右侧柔性加载系统(520)结构 相同， 所述连接定位装置(530)连接所述左侧柔性加载系统(510)和所述右侧柔性加载系统 (520)； 所述左侧柔性加载系统(510)包括橡皮膜水囊(511)、 矩形钢板(512)、 第三活塞杆 (513)、 水囊框(514)、 光轴套 筒(515)、 方 形薄板(516)和螺 栓(517)； 所述橡皮膜水囊(511)嵌入所述水囊框(514)， 所述橡皮膜水囊(511)通过所述螺栓 (517)夹于所述水囊框(514)与所述矩形钢板(512)之间； 所述橡皮膜水囊(511)内侧与所述方形薄板(516)粘连， 所述第三活塞杆(513)与方形 薄板(516)通过螺纹连接； 所述矩形钢板(512)上对称开设有两个用于通过所述第三活塞杆(513)的活塞孔 (5121)； 所述矩形钢板(512)左下角开设有用于为所述橡皮膜水囊(51 1)注水的注水孔(512 2)； 所述矩形钢板(512)右上角开设排气孔(5123)； 所述光轴套筒(515)通过O型圈(5124)与所述活塞孔(5121)密封连接； 所述连接 定位装置(5 30)包括L形底座(5 31)、 螺杆一(5 32)和六角螺母(5 33)；权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 115165556 A 3