真三轴实验

高等岩石力学——真三轴试验问题：真三轴试验如何做到23，方法的误差来源。真三轴仪大多是对方柱试件进行试验。瑞典皇家地质学院的Kjellman设计的通过六块刚性板在三个方向上独立施加主应力的仪器，由于仪器本身复杂性及各方向的相互干扰，造成大的误差。后来对真三轴试验仪进行了改进，安装一对侧向压力板，以施加2，其特点是试样有一对面暴露在压力室中，能减少这个方向上与其他两个方向边界间的干扰，同时能比较容易形成和观察到如剪切面等破坏形式，但误差的来源还是不能独立的施加大、中、小主应力。并且这种仪器很难进行如应力路径在平面的6个角域中自由变化的真三轴试验。后来又研制出了许多真三轴仪如下图两个：当前最常见的是真三轴刚性伺服试验机可以进行真三轴试验。主要用途：可以完成砼及岩石类材料的单轴、双轴和真三轴的拉压组合试验，实现全过程的测试。也可完成剪切、梁的弯曲、断裂试验等。此试验机竖向机架设1方向伺服油缸，横向框架设2方向伺服油缸和真三轴压力室，推入竖向框架内可进行材料的常规三轴或真三轴压力试验。其中1、2为刚性加载，3由普通油液液压加载。三轴室设施加空隙水压力及各主应力方向位移量测量装置。三轴试验中，横向框架处于浮动工况。这种真三轴刚性伺服试验机，虽然能进行真三轴试验，但是只能进行方柱试件的真三轴试验，实现了真三轴试验中的23，圆柱试件可进行普通三轴试验。其加载路径通过如下方式进行，先加静水压（1=2=3），然后3保持不变，增加1和2到2的设计值，保持2不变，增加1直至试件破坏。此装置进行真三轴试验，纵向荷载1和横向荷载2都是通过与试件等截面的金属块加压，这样不存在端面的侧向约束问题，而仅存在端面摩擦力。减少加载金属块与试件端面间的摩擦力，中间可以加聚四氯乙烯板，在试件和加压板之间设置减摩垫层，刷行加载板，柔性加载板，金属箔液压垫。但在试件端面加了聚四氯乙烯板，端面摩擦力还是存在，且摩擦力与垂向应力成正比，对于一定的端面摩擦力，沿端面垂向试件越长，摩擦力对试件变形破坏起的阻碍作用越小。在研究1与2的关系时，选择试件长轴方向为2的方向是有益的。当然，这样1产生的摩擦力对试件变形破坏的阻碍相应增大了一些，1的变化幅度较小（相对于2），所以从总的效果来说，选择试件长轴方向施加2是有益的。示意图如下：端部摩擦力是产生误差的主要原因所以对端部进行如下图的处理目前真三轴试验仪产生的误差主要是由以下几个缺点造成的：应力难以均匀，当轴向应变大时，会产生加载板干扰，仪器不灵巧，操作复杂，会产生边界干扰。当试样发生变形后，必然产生试样与刚性板之间的相对运动，在刚性板与试样接触面上将产生剪应力，不能保证接触面上只有正应力，从而影响了真三轴试验测试结果的准确性。因此要实现23，国内外通常做法都是将试件做成方形试件，通过各种手段消除摩擦效应等的影响带来了不错的试验结果。并没有对圆柱形试件进行试验的真三轴仪器。个人认为要对圆柱形试件试验，可将其放入一个方形的模具中，变成对方形试件的加压进行试验。