专利名称：在压力和拉伸下试验土工材料的三轴试验单元的制作方法
技术领域：
本发明涉及例如尤其是岩石、土壤的土工材料的三轴试验单元，其中所述土工材 料(g60mat6riauX)呈特别地是圆柱形的试样的形式。
背景技术：
所述形状为圆柱形的试样可能会经历各种压力、加载、温度和排放(drainage)状 态。为了控制这些不同的参数，试验单元可以配备压力传感器、温度传感器、内部或外部位 移传感器和应力计。压应力可以是轴向的，在液压活塞的作用下产生，而在受压流体的作用 下在试样的侧面上是径向的。为此，由文献US 3. 975. 950或JP 5. 871. 432已知一种三轴试验单元，其需要被置 于作为压机起作用的、通常安装在试验室中的固定位置上的试验机器中。为了使得这种试验单元独立(autonome)，由BROWN S. F. AUSTIN G.和 0VERY, R. F.的出版物〈〈an instrument triaxial cell for cyclic loading of clays (粘土循环 加载用的三轴仪器单元)》(GE0TECHNICAL TESTING JOURNAL GJJODJ, Vol. 3，No. 4，1980 年12月，第145至152页)或由文献FR 2. 663. 123已知一种单元，其包括罩在所述单元上 的可拆除模块，并配有其自己的液压活塞，其中所述液压活塞能够产生试验所必需的轴向 应力。该独立试验单元因此允许进行在现场的试样试验，由此避免了试样从取样现场至试 验室的运输。上述单元无论是在固定位置上还是独立的，都具有包括空腔的主体，其中试样位 于所述空腔中。空腔在主体的侧壁和试样的侧壁之间保留与受控排放和加压回路连接的周 室。流体能够被注入，以在试样的侧表面上施加应力。在主体中，试样被置于底座的下台和上台之间，其中所述上台接收活塞的轴向应 力所必需的推力。所述活塞在穿过主体的上壁的孔中被可平移地引导，其中所述上壁可以 和主体的侧壁是整体的，或可以呈以可拆除方式固定的、通常螺接到拉杆的盖的形式。实际上，在由盖闭合的单元中，当准备试验阶段的时候，试样可以被包裹在贴合其 侧壁的膜中，并被放置为搁置于下台上。试样被主体的侧壁所覆盖，所述盖及其活塞于是闭 合特别地通过螺接来固定的单元。在这种单元中，试样因此仅仅搁置于下台上，并不固定于上台。同样地，上台不固 定于盖的活塞，使得其只可以压缩地作用在试样上。要注意的是，对于其主体的上壁和其侧 壁为整体的单元来说，存在相同的问题。然而，可能会需要轴向拉伸地对试样施加应力，因此，困难在于找到在置于主体内 部的上下台以及活塞不再可通达的时候固定处于拉伸中的试样的方法。

发明内容
本发明的一个目的在于通过提出一种允许在试样上施加(尤其是沿着试样的纵轴 线而施加的)拉伸应力的三轴土工材料试验单元，来解决上述缺陷。
本发明的另一个目的在于提出一种这样的单元，其试样的安装对准变得容易。其他的目的和优点在下文仅示例性地而不是为了限制给出的描述中将变得显而 易见。本发明涉及一种用于在例如是岩石、土壤或制造材料的试样上进行土工材料试验 的三轴单元，其包括
至少一个活塞，用于使试样受到沿着试样的纵轴线指向的应力； 液压装置，用于在流体的压力下使试样的侧壁受到应力；
密封的试验间、以及用于用所谓的加压流体来对所述试验间进行加压和受控排放的回 路，其中在所述试验间的内部引入试样。根据本发明
所述单元具有用于使试样受拉伸约束的装置，该装置设置为用于以可拆卸的方式将试 样固定在两个附接件之间，其中所述两个附接件用于在所述至少一个活塞的作用下相互远 离或靠近，以使得所述试样受到纵轴线应力或相反地给试样卸载；以及
所述约束装置(moyens d’ assujettissement)—方面包括至少两个半壳，所述半壳位 于所述试验间中，分别地固定于以可拆卸的方式相互约束的两个元件上，所述两个半壳能 够在附接件靠近的时候接触，以构成密封壳，其中所述密封壳的内部容积构成减压间，所述 密封壳的外表面尤其当必要时在所述试验间加压的时候受到加压流体的作用或至少受到 大气压力的作用，所述约束装置另一方面包括用于排空所述减压间的回路。根据各种实施例
所述两个半壳分别具有两个具有闭合轮廓的边缘，所述两个边缘用于以密封的方式并 如有必要通过密封件来相互地协作；
试样是圆柱形的，所述壳的最大直径大于所述试样的直径；
半壳中的一个被约束在由所述至少一个活塞构成的一个附接件上，半壳中的另一个则 直接或间接地通过胶合约束在试样的端部之一上；
半壳中的一个被约束在与机器的机架刚性地连接的一个附接件上，另一个对应的半壳 则被直接或间接地通过胶合约束在试样的端部之一上；
所述单元具有能够两两相互协作的四个半壳，在所述单元中，一方面，半壳中的一个被 约束在由所述至少一个活塞构成的一个附接件上，对应的半壳则直接或间接地通过胶合约 束在试样的其中一端上；另一方面，其他半壳中的一个被约束于与单元的机架刚性地连接 的另一个附接件上，而对应的半壳则被直接或间接地通过胶合约束在试样的另一端上；
所述单元具有排放装置，用于使试样经历排放流体的纵向通过，并且包括至少一个用 于排放流体的流通的回路；
半壳中的至少一个与排放底座刚性地连接，其中所述排放底座包括用于排放流体的通 过的孔；
所述试样在两个附接件之间轴向地受到应力，其中所述两个附接件分别由下底座和所 述活塞构成；
所述单元包括具有空腔的主体，其中所述空腔构成所述试验间，在所述试验间内部放 置试样，所述主体在其侧壁和试样的侧壁之间保留与所述受控排放和加压回路连接的周 室；所述活塞被引导在主体的上壁的孔中，其中所述壁是主体的组成部分，或呈以可拆除 的方式附接和固定的盖的形式；
主体的上部的所述孔包括用于引导活塞的区段、在其上所述孔具有更大直径的区段， 其被调节成通过限定分别是下环形间和上环形间的两个环形间来与活塞的凸缘以密封的 方式滑动；通道允许在下环形间中引入流体以在所述活塞上施加趋于拉伸试样的推力；
所述活塞可具有补偿通道，该补偿通道使试验间的所谓的加压流体与所述上环形间的 流体联通。


阅读以下伴有附图的说明，将更好地理解本发明。在这些附图中
图1为根据一个实施例的符合本发明的、尤其是独立和多功能的土工材料三轴试验单 元的剖视图2为试样和在图1中示出的使试样受到拉伸约束的装置的视图。
具体实施例方式本发明涉及一种用于在例如是岩石、土壤或制造材料的试样上进行土工材料试验 的三轴单元，其包括
至少一个活塞2，用于使试样3受到沿着试样的纵轴线指向的应力； 液压装置，用于使试样3的侧壁在流体的压力下、如有必要时通过包裹试样3的侧壁的 弹性壳4受到特别是径向的应力；
所述液压装置包括至少一个密封的试验间5，在所述试验间的内部引入试样；和用于 用所谓的加压流体来对所述试验间进行加压和受控排放的回路。根据本发明，所述单元包括使试样受到拉伸约束的装置7，该装置7设置为用于将 试样可拆卸地固定在两个附接件8、9之间，所述附接件8、9用于在所述至少一个活塞的作 用下彼此远离或彼此靠近，以便使所述试样受到所述纵向轴线应力或者相反地对所述试样 卸载。根据本发明，约束装置7 —方面包括至少两个半壳10、11和12、13，所述半壳位于 所述试验间5中，分别固定在要以可拆卸的方式相互约束的两个元件上，所述两个半壳能 够在所述附接件8、9靠近的时候接触，以构成密封壳，其中所述密封壳的内部容积构成减 压间。另一方面，约束装置7包括至少一个用于排空所述减压试验间14的回路15。根据本发明，所述约束因此通过在壳的外部和内部之间的压力差来实现，这使得 所述两个半壳10、11和12、13按照比拉力大的力保持相互抵靠。在简单拉伸试验的情况下，压力差是由施加在密封壳外表面上的大气压力和在壳 的内部的、小于大气压力的压力所造成的。在三轴试验的情况下，所述密封壳的外表面在试验间加压的时候受到加压流体的 作用。压力差通过施加在密封壳外表面上的加压流体的压力和在壳的内部的、小于大气压 力的压力来保证。如在图2中所示，所述两个半壳10、11和12、13分别具有两个具有闭合轮廓的边 缘16、17，所述边缘用于以密封的方式并如有必要通过密封件18来相互地协作。
为了允许所述壳的大的约束以及因此允许高强度的拉伸试验，所述壳的最大直径 大于试样的直径，尤其是大于活塞2的直径。以下详细地描述在图1和图2中示出的示例，其涉及一种所谓的多功能的三轴试 验单元，其中所述单元特别地包括罩在所述单元上以使其独立的模块。然而，本发明不限于该实施例，因此能够是一种为了其运行而必须要与试验室的 试验机器联接的单元。参照图1，单元包括主体25，主体25的空腔构成试验间5，在所述主体内部放置试 样3。主体25在其侧壁和试样3的侧壁之间保留与受控排放和加压回路(未示出)连接的周室。所述主体25由借助于拉杆53通过螺接来固定的三个可拆除的元件构成，其中所 述元件为底座50、圆柱形侧壁51和盖27。所述盖包括用于活塞2的引导的孔26，其中所述 活塞允许在试样上施加轴向的拉伸应力、甚至压缩应力。主体25的上壁、特别是盖27的孔26包括用于引导所述活塞2的区段，以及在其 上所述孔具有更大直径的区段，其被调节成通过限定分别是下环形间和上环形间的两个环 形间29、30来与所述活塞的凸缘28特别地借助于密封件以密封的方式滑动。通道(未示出)能够特别地允许在下环形间29中引入流体，以在活塞2上施加趋于 拉伸试样3的推力。如所示出地，活塞2可具有补偿通道31，该补偿通道使试验间5的加压流体与上环 形间30的流体联通。凸缘28的上径向面积因此等于活塞2的截面的面积。而且，当活塞2 进入或退出试验间5的时候，活塞2不会由于改变了实验间5的容积而造成试验间5内部 的压力增大或减小。如在图1中所示，活塞2通过拧下所述盖27的罩52来被插入盖27中。盖27的 下部和所述罩52借助于特别地保证上环形间30的密封性的密封件来以密封的方式固定。活塞2超出所述盖，以与模块40的附属活塞41协作，其中所述模块以可拆卸的方 式固定在所述盖上。所述模块40特别地允许使得所述单元独立。然而，要注意的是，在拉伸试验的情况下，不固定于活塞2的所述附属活塞40没有 任何作用。不过所述附属活塞在试样被连续地拉伸然后压缩的循环试验的情况下被证明是 有用的。模块40包括孔，该孔具有用于引导附属活塞41的区段，以及具有更大直径的孔， 其被调节成通过限定分别是下环形间和上环形间的两个环形间来以密封的方式与所述附 属活塞41的凸缘42协作。上环形间特别地将会与允许引入流体以在活塞上施加趋于压缩试样的推力的通 道连接。要注意的是，附属活塞41的杆同样能够超出模块40，特别地允许使所述单元与试 验室的试验机器联接，或允许进行外部位移的测量。以下描述允许实现拉伸试验的试样的安装。参照附图，形状为圆柱形的试样3通过胶合19在其端部被分别约束在一方面的下 台和另一方面的上台上，其中所述下台用于被约束在所述单元的下底座24上，所述上台用 于被约束于在试验间5的内部朝下凸出的活塞2上。下台和上台可以设有用于使试样3经历排放流体的纵向通过的排放装置。为此，所述单元包括至少一个标记为20的回路，用于排放流体的流通。下台和上台因此构成排放底座21、22，所述底座特别地包括孔23，用于排放流体 的通过。上排放底座21固定在半壳11上，半壳11能够与特别地通过螺接而固定于活塞2 的对应的半壳10以可拆卸的方式协作。至于下排放底座22，其固定在半壳12上，半壳12能够与特别地通过螺接而固定 于下底座24的对应的半壳13以可拆卸的方式协作。当活塞2被致动为向着试样下降的时 候，每个半壳对都构成其内部容积构成减压间14的壳。回路15允许排空所述的所谓减压 间，因此实现拉伸约束。根据本发明，所述单元有利地允许使圆柱形试样3经历沿着该试样的纵轴线的拉 伸状态。至于试样的侧壁，其能够在所谓的加压流体的作用下受到径向应力，并因此使得试 样经历不同的约束条件。然而，要注意的是，所述单元同样允许在侧壁上没有应力的简单拉伸试验。在所谓 的减压间中的、壳的内部容积和受到大气压力的试验间5的内部容积之间的压力差因此允 许获得约束所必需的压力差。上述示例具有四个半壳，其两两协作，以在试样的上方和下方分别用单元的活塞 和底座来使试样受到拉伸约束。只有一旦所述单元通过所形成的两个壳的减压来闭合，所述约束才能够实现。只用两个半壳来约束的解决方案是可能的。例如，单元的活塞和试样的上端部借 助于如上述示例所述的两个半壳来受到拉伸约束。相反地，试样的下端部和单元的底座可 通过通常已知的任何可拆卸的固定装置(例如借助于螺栓系统)来受到拉伸约束。在该情况下，下约束在所述单元打开的时候实现，这允许进行例如螺接。所述单元 然后(用主体和盖)闭合。致动活塞向下，直至两个半壳构成密封的壳。最后，上约束通过密 封壳的减压来实现。当然，其他实施例可能已由本领域的技术人员考虑到，但不因此超出由以下权利 要求所限定的本发明的范围。
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权利要求
1.一种用于在例如是岩石、土壤或制造材料的试样上进行土工材料试验的三轴单元 (1)，所述单元包括至少一个活塞(2)，用于使试样(3)受到沿着所述试样的纵轴线指向的应力；液压装置，用于使所述试样(3)的侧壁在流体的压力下受到应力；所述液压装置包括至少一个密封试验间(5)、以及用于用所谓的加压流体来对所述试 验间进行加压和受控排放的回路，其中在所述试验间的内部引入所述试样(3)，所述单元的特征在于所述单元具有用于使所述试样受到拉伸约束的装置(7)，所述装置(7)设置为用于将 所述试样以可拆卸的方式固定在两个附接件(8、9)之间，其中所述两个附接件用于在所述 至少一个活塞(2)的作用下相互远离或靠近，以使得所述试样受到所述纵轴线应力或相反 地给所述试样卸载；以及所述约束装置(7) —方面包括至少两个半壳(10、11 ；12、13)，所述至少两个半壳位于 所述试验间(5)中，并分别地固定在要以可拆卸的方式相互约束的两个元件上，其中所述两 个半壳能够在所述附接件(8、9)靠近的时候接触，以构成密封壳，所述密封壳的内部容积构 成减压间(14)，所述约束装置(7)另一方面包括用于排空所述减压间(14)的回路(15)。
2.如权利要求1所述的单元，其中，所述两个半壳(10、11； 12、13)分别具有两个具有 闭合轮廓的边缘(16、17)，所述两个边缘用于以密封的方式并如有必要通过密封件(18)来 相互地协作。
3.如权利要求2所述的单元，其中，所述试样(3)是圆柱形的，所述壳的最大直径大于 所述试样的直径。
4.如权利要求1至3中任一项所述的单元，其中，所述半壳中的一个(10)被约束在由 所述至少一个活塞(2)所构成的一个所述附接件上，另一个半壳(11)则被直接或间接地通 过胶合(19 )约束在所述试样的其中一端上。
5.如权利要求1至3中任一项所述的单元，其中，所述半壳中的一个(13)被约束在与 机器的机架刚性地连接的一个所述附接件上，另一个对应的半壳(12)则被直接或间接地通 过胶合(19)约束在所述试样的其中一端上。
6.如权利要求1至3中任一项所述的单元，具有能够两两相互协作的四个半壳(10、 11 ；12、13)，其中一方面，所述半壳中的一个(10)被约束在由所述至少一个活塞(2)所构 成的一个所述附接件上，对应的半壳(11)则被直接或间接地通过胶合(19)约束在所述试 样(3)的其中一端上；另一方面，其他半壳中的一个(13)被约束在与所述单元的机架刚性 地连接的另一个所述附接件上，而对应的半壳(12)则被直接或间接地通过胶合(19)约束 在所述试样的另一端上。
7.如权利要求1至6中任一项所述的单元，具有排放装置，用于使所述试样(3)经历 排放流体的纵向通过，所述单元包括至少一个用于排放流体的流通的回路(20)。
8.如权利要求7所述的单元，其中，所述半壳中的至少一个(11；13)与排放底座(21 ； 22)刚性地连接，其中所述排放底座包括孔(23)，用于排放流体的通过。
9.如权利要求1至8中任一项所述的三轴单元，其中，所述试样(3)在两个附接件(8、 9)之间轴向地受到应力，其中所述两个附接件分别由下底座(24)和所述活塞(2)构成；所述单元包括主体(25)，所述主体具有构成所述试验间(5)的空腔，在所述试验间的内部放置所述试样(3)，所述主体(25)在其侧壁和所述试样的侧壁之间保留与所述加压和 受控排放回路连接的周室；所述活塞(2)被引导在所述主体的上壁的孔(26)中，其中所述壁是所述主体的组成部 分，或呈以可拆除的方式附接和固定的盖(27)的形式；所述主体的上部的所述孔(26 )包括用于引导所述活塞的区段和在其上所述孔具有更 大直径的区段，其被调节成通过限定分别为下环形间和上环形间的两个环形间(29、30)来 与所述活塞(2)的凸缘(2)特别地通过密封件以密封的方式滑动；通道允许在所述下环形 间(29)中引入流体以在所述活塞上施加趋于拉伸所述试样的推力。
10.如权利要求9所述的单元，其中，所述活塞(2)具有补偿通道(31 )，所述补偿通道 使得所述试验间(4)的所谓加压流体与所述上环形间的流体联通。
全文摘要
本发明涉及一种用于在例如是岩石、土壤或制造材料的试样上进行土工材料试验的三轴单元，其包括至少一个活塞(2)，用于使试样(3)受到沿着所述试样的纵轴线指向的应力；液压装置，用于使所述试样(3)的侧壁在流体的压力下受到应力；所述单元包括至少一个密封的试验间(5)、以及用于用所谓的加压流体来对所述试验间进行加压和受控排放的回路，其中在所述试验间中引入所述试样(3)。根据本发明，所述单元具有用于使试样受到拉伸约束的装置，该装置设置为用于将所述试样以可拆卸的方式固定在两个附接件之间，其中所述两个附接件用于在所述至少一个活塞的作用下相互远离或靠近，以使得所述试样受到所述纵轴线应力或相反地给所述试样卸载。
文档编号G01N33/24GK102099667SQ200980126199
公开日2011年6月15日 申请日期2009年7月7日 优先权日2008年7月7日
发明者塞克 J. 申请人:里尔科技大学