長(zhǎng)春市展拓試驗(yàn)儀器有限公司認(rèn)為巖土力學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器在土木工程、巖土工程、建筑科學(xué)等領(lǐng)域發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。這些儀器通過精確的測(cè)量和分析，幫助我們了解土壤和巖石的力學(xué)性質(zhì)，為工程設(shè)計(jì)、施工和維護(hù)提供科學(xué)依據(jù)。本文將詳細(xì)介紹幾種常見的巖土力學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器，并探討它們?cè)谙嚓P(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用。

三軸壓縮儀

三軸壓縮儀是一種常用的巖土力學(xué)試驗(yàn)儀器，它通過三個(gè)軸向的受力狀態(tài)控制試樣，測(cè)定土、巖、混凝土等材料的各種力學(xué)性質(zhì)，包括強(qiáng)度、變形、滲透性等。三軸壓縮儀分為常規(guī)型和動(dòng)態(tài)型兩種，其中動(dòng)態(tài)型三軸儀特別適用于進(jìn)行大應(yīng)變率動(dòng)態(tài)荷載的實(shí)驗(yàn)。

常規(guī)型三軸壓縮儀以等軸向變形方式對(duì)土試樣施加軸向壓力，直至破壞。試樣軸向應(yīng)變速率可根據(jù)土類和試驗(yàn)要求調(diào)節(jié)。該儀器的主要設(shè)備包括壓力室、軸向加壓設(shè)備、變速機(jī)構(gòu)、施加周圍壓力系統(tǒng)、孔隙水壓力量測(cè)系統(tǒng)及測(cè)定試樣體積變化系統(tǒng)等。三軸壓縮試驗(yàn)可用來(lái)測(cè)試液化、回彈模量、動(dòng)強(qiáng)度、復(fù)雜模量等其他的動(dòng)態(tài)三軸測(cè)試，包括同步動(dòng)態(tài)軸向和側(cè)向加載，實(shí)現(xiàn)土的反壓飽和、固結(jié)，以及動(dòng)載強(qiáng)度指標(biāo)、靜載指標(biāo)的確定。

三軸壓縮儀廣泛應(yīng)用于土壤力學(xué)性質(zhì)研究，如抗剪強(qiáng)度、塑性指數(shù)、壓縮模量、剪切模量、滲透系數(shù)等。在巖石力學(xué)研究中，三軸儀可測(cè)量巖石的抗壓強(qiáng)度、剪切強(qiáng)度、彈性模量、泊松比和抗裂強(qiáng)度等參數(shù)。此外，三軸儀還能測(cè)量混凝土的抗壓強(qiáng)度、極限抗拉強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度、凍融穩(wěn)定性、滲透性和松散狀態(tài)下的剪切強(qiáng)度等物理力學(xué)性質(zhì)。

落球儀

落球儀是另一種重要的巖土力學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器，用于檢測(cè)土體強(qiáng)度和模量。它的基本原理是通過金屬的剛性球體落下，利用Hertz碰撞理論并經(jīng)過巖土材料的塑性修正，直接測(cè)定材料的變形模量以及回彈模量。同時(shí)，根據(jù)彈性理論和相關(guān)經(jīng)驗(yàn)公式，可以推算出基床系數(shù)（也稱地基系數(shù)）、貝克曼彎沉以及土基其他相關(guān)物理指標(biāo)（干密度、壓實(shí)度、相對(duì)密度等）。

落球儀的應(yīng)用理論基礎(chǔ)源于Hertz沖擊理論，該理論認(rèn)為，一個(gè)已知?jiǎng)傂缘那蝮w與一個(gè)未知?jiǎng)傂缘奈矬w撞擊時(shí)，物體B的剛性越大，碰撞時(shí)接觸的時(shí)間就越短。通過測(cè)試所得到的接觸時(shí)間，并對(duì)方程進(jìn)行反求解，可以求得土體的變形模量E。然而，Hertz碰撞理論僅適用于線彈性材料，而巖土材料是典型的彈塑性材料，因此必須對(duì)該理論進(jìn)行修正。

修正后的理論將剛質(zhì)物體與土體的碰撞過程分為壓縮過程和回彈過程，通過土體的壓縮過程的接觸時(shí)間來(lái)推算其變形模量E，再通過土體的回彈過程的接觸時(shí)間來(lái)推算回彈模量。落球儀能夠快速測(cè)定粘土、粉土、沙石土土質(zhì)路基的回彈模量，測(cè)試材料的最大粒徑應(yīng)小于10cm，測(cè)試深度不大于25cm。

其他常用儀器

除了三軸壓縮儀和落球儀，巖土力學(xué)實(shí)驗(yàn)中還常用到直剪儀、滲透儀、萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)等儀器。直剪儀主要用于測(cè)定土壤的抗剪強(qiáng)度，滲透儀用于測(cè)量土壤的滲透系數(shù)，而萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)則用于測(cè)量各種材料的拉伸、壓縮、彎曲等力學(xué)性質(zhì)。

應(yīng)用領(lǐng)域

巖土力學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器廣泛應(yīng)用于土木工程領(lǐng)域，如路基、基礎(chǔ)工程的測(cè)試研究，土質(zhì)石方路基夯實(shí)度試驗(yàn)、加筋土工膜抗?jié)B性能試驗(yàn)等。在巖土工程領(lǐng)域，這些儀器可用于煤礦災(zāi)害控制、雙曲線曲線拱施工控制、巷道支護(hù)和一些工程地質(zhì)問題的研究。在建筑領(lǐng)域，巖土力學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器可用于研究建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性，如房屋地基、中高層建筑鋼結(jié)構(gòu)、土石質(zhì)塊體穩(wěn)定性等。

結(jié)語(yǔ)

巖土力學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器是現(xiàn)代工程設(shè)計(jì)和施工不可或缺的工具。通過精確的測(cè)量和分析，這些儀器為我們提供了寶貴的土壤和巖石力學(xué)性質(zhì)數(shù)據(jù)，為工程安全和質(zhì)量提供了有力保障。隨著科技的進(jìn)步和工程需求的不斷變化，巖土力學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器也在不斷更新和完善，為相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展提供了強(qiáng)有力的支持。