土工真三轴试验双向微摩擦荷载传力板的研制与验证

真三轴仪是研究复杂应力状态下土体力学特性的理想仪器,但如何保持加载结构与土体之间无摩擦力且3个方向无干扰加载是真三轴仪研制的技术瓶颈。本文针对“刚柔复合型”真三轴仪中刚性加载板与试样之间的双向摩擦力问题,基于土体与加载板之间“整体接触变为分散式接触,滑动摩擦变为滚动摩擦”的减摩新方法,研制了土工真三轴试验双向微摩擦荷载传力板。详细介绍了该装置的结构原理和细部构造,通过大型直剪试验和数值计算论证了分散式接触代替整体式接触、滑动摩擦变为滚动摩擦的减摩措施效果。结果表明:1)试样与加载板之间的摩擦系数低至0.023,与传统减摩方法相比,摩擦系数可降低90%以上;2)与整体式接触相比,分散式接触可使试样3个方向的应力和变形更为均匀,并较大程度地降低试样与加载板之间的摩擦力;3)采用分散式滑块相互搭接并预留间隙方法满足随试样同步变形,实现了大变形条件(竖向最大变形量90 mm,应变达15%)下真三轴试验的三向无干扰独立加载。土工真三轴试验双向微摩擦荷载传力板的成功研制,有效消除了试样与加载板之间的界面摩阻力,使试样在接触面切线方向上可以自由双向变形,又实现了大变形条件下三向加载互不干扰,破解了真三轴仪研制中的关键技术难题。

岩土工程三轴试验微摩擦荷载传力板的研制及初步应用

针对粗粒土三轴试验中存在的端部约束问题,基于土体与加载板之间的接触由“整体接触变为分散式接触、滑动摩擦变为滚动摩擦”的减摩新方法,研制了岩土工程三轴试验微摩擦荷载传力板。详细介绍了该装置的研制思路、结构原理和细部构造,并通过数值计算进一步论证了分散式接触代替整体接触的减摩措施效果。利用该装置和应力应变式大型三轴仪对典型砂土进行了常规和端部减摩的固结排水三轴剪切试验,研究砂土在端部正常约束和端部自由(微摩擦)条件下的强度和变形特性,分析端部约束对砂土应力应变特性的影响规律。结果表明,端部约束是试样出现鼓胀的根本原因,常规试验方法高估了试样的峰值强度,易使偏应力应变曲线表现软化,并使试样的体变曲线更突出表现出剪胀性。该装置有效解决了三轴试验的端部约束问题,提高了三轴试验结果的可信性。