一种小型高频低应力幅土动三轴仪制造技术

本实用新型专利技术公开了一种小型高频低应力幅土动三轴仪，包括加载系统、加速度测量系统、轴力测量系统、水压测量系统、气压测量系统和位移测量系统；所述的加载系统包括小型电磁振动台、活塞、气缸、砝码、推杆、压力室；所述的加载系统可以控制静荷载和动荷载；所述的静荷载的控制通过控制轴向应力和围压实现，所述的轴向应力的控制通过控制活塞的推力和砝码的重量实现，所述的围压由压力室提供，实现较高的静应力水平；所述的动荷载由小型电磁振动台控制，所述的小型电磁振动台通过高频振动将惯性力以动荷载的形式施加于试样，实现高频动荷载的高振次加载，获得较高的测量精度。

A Small High Frequency and Low Stress Amplitude Soil Dynamic Triaxial Instrument

【技术实现步骤摘要】
一种小型高频低应力幅土动三轴仪
本专利技术涉及岩土工程技术和环境振动工程领域，具体地说，特别涉及到一种小型高频低应力幅土动三轴仪。
技术介绍
地下空间利用中的交通荷载、机械振动对周边土体产生动荷载作用，其特点是循环次数多、动应力幅小，而且土体具有较大的正应力水平。土体在这样的动荷载作用下可产生孔隙水压上升、土体软化等现象。液压、气压或齿轮驱动的土动三轴仪是目前室内实验的常见实验装置，可以再现正应力水平(达到400kPa)，但是其频率低(一般低于20Hz)，低应力幅控制困难(一般高于5kPa)，长期加载的运行成本高(液压系统的油源温度上升)等。这对于模拟上述动荷载作用是非常不利的。采用振动加载模式的土动三轴仪是上个世纪流行的实验装置，但对于低应力幅控制困难，对正应力的测量精度不高，同样不满足对上述动荷载的模拟。小型高频土动荷载实验装置是最近出现的实验装置，其特征是频率高(例如100Hz)，低应力幅控制简单(一般低于5kPa)，且长期加载的运行成本低的装置；非常适合模拟地表附近的交通荷载、机械振动。但是其难于达到较高的正应力水平，且不能控制围压，所以难以模拟较深土层的三维受力情况。目前室内实验装置无法同时满足这几个要求，所以需要设计出一种频率高(例如100Hz)、动应力幅低(一般低于5kPa)、正应力水平比较高(400kPa)，且长期加载的运行成本低的装置。小型高频低应力幅土动三轴仪是为弥补上述仪器的不足而提出的一种实验装置，其设计原理与以往仪器的原理完全不同，目前国内还没有此类实验装置。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术中的不足，提供一种小型高频低应力幅土动三轴仪，以解决现有技术中存在的问题。本专利技术所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：一种小型高频低应力幅土动三轴仪，包括加载系统、加速度测量系统、轴力测量系统、水压测量系统、气压测量系统和位移测量系统；所述的加载系统包括小型电磁振动台、活塞、气缸、砝码、推杆、压力室；所述的压力室位于底座上，所述的压力室内设有试样，所述的试样为橡皮膜覆盖，所述的橡皮膜的上下两端分别固定在底座和顶盖，所述的多段推杆底端连接顶盖，所述的多段推杆的上设有拉压传感器，所述的砝码与推杆之间用螺栓固结，所述的活塞位于气缸内部，所述的活塞的一端与推杆顶端连接；所述的加载系统可以控制静荷载和动荷载；所述的静荷载的控制通过控制轴向应力和围压实现，所述的轴向应力的控制通过控制活塞的推力和砝码的重量实现，所述的围压由压力室提供，实现较高的静应力水平；所述的动荷载由小型电磁振动台控制，所述的小型电磁振动台通过高频振动将惯性力以动荷载的形式施加于试样，实现高频动荷载的高振次加载，获得较高的测量精度。进一步的，所述的加载系统的加载框架通过底座固定在振动台台面上；通过增减砝码和调节振动台加速度，可实现对低应力幅的精确控制。进一步的，所述的加速度测量系统的加速度传感器通过磁力座直接固定在砝码上，测定砝码的加速度，加速度传感器通过导线连接在数采仪上。进一步的，所述的轴力测量系统包括拉压传感器的上下端都与相应的推杆相连，传感器电路接入数采仪。进一步的，所述的水压测量系统包括水压传感器的探头通过管道与压力室底部相连，传感器电路接入数采仪。进一步的，所述的气压测量系统包括气压传感器的探头通过管道与压力室底部相连，传感器电路接入数采仪。进一步的，所述的位移测量系统的激光位移传感器探头，通过支座固定在砝码上，激光位移传感器测量砝码与框架顶板之间的相对位移，导线的一端接到激光位移传感器探头，另一端接入数采仪。进一步的，所述的加速度测量系统、轴力测量系统、水压测量系统、气压测量系统和位移测量系统可以共用数采仪，所述的数采仪接入计算机，进行数据存储和数据处理。进一步的，所述的轴向应力σa的计算方法为σa＝(F+m·a)/A+σc，F为拉压传感器得到的测量值；m为拉压传感器以下、试样顶部以上顶盖和一段推杆的质量；a为加速度传感器得到的测量值，其加速方向向上为正；σc为围压；A为试样横截面面积。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：本专利技术100Hz高频动荷载的1,000,000次以上高振次加载；实现低至1kPa的低应力幅的精确控制，其误差小于10Pa；实现400kPa较高轴向应力水平的三轴试验；实现围压恒定的三轴试验；测量精度高：轴向应力±100Pa，水压±4Pa，位移±0.05mm；本技术可完成传统的土动三轴仪不能完成的特殊的三轴实验；结构简单，制作方便，成本较低。附图说明图1为本专利技术所述的一种小型高频低应力幅土动三轴仪的结构示意图。图中，1.振动台控制器，2.振动台台面，3.框架台座，4.底座，5.水压传感器，6.顶盖，7.拉压传感器，8.激光位移传感器，9.活塞，10.气缸，11.加速度传感器，12.框架立杆，13.框架顶板，14.砝码，15.推杆，16.压力室，17.橡皮膜，18.试样，19.气压传感器，20.数采仪，21.计算机。具体实施方式为使本专利技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本专利技术。参见图1，一种小型高频低应力幅土动三轴仪，所述专利技术与传统的仪器相比，其频率100Hz远高于传统仪器的20Hz频率，达到1,000,000次以上的振动，而本专利技术低应力幅控制较传统仪器控制简单，一般低于5kPa，其正应力为400kPa水平较高，拥有很高的测量精度，其测量轴向应力误差小于50Pa，水压误差小于4Pa，位移误差小于0.05mm；所述的小型高频低应力幅土动三轴仪包括：加载系统、加速度测量系统、轴力测量系统、水压测量系统、气压测量系统和位移测量系统；所述的加载系统包括小型电磁振动台、活塞9、气缸10、砝码14、推杆15、压力室16；所述的压力室16位于底座4上，所述的压力室16内设有试样18，所述的试样18为橡皮膜17覆盖，所述的橡皮膜17的上下两端分别固定在底座4和顶盖6，所述的多段推杆15底端连接顶盖6，所述的多段推杆15的上设有拉压传感器7，所述的砝码14与推杆15之间用螺栓固结，所述的活塞9位于气缸10内部，所述的活塞9的一端与推杆15顶端连接；所述的加载系统a可以控制静荷载和动荷载；所述的静荷载的控制通过控制轴向应力和围压实现，所述的轴向应力的控制通过控制活塞9的推力和砝码14的重量实现，所述的围压由压力室16提供，实现较高的静应力水平；所述的动荷载由小型电磁振动台控制，所述的小型电磁振动台通过高频振动将惯性力以动荷载的形式施加于试样18，实现高频动荷载的高振次加载，获得较高的测量精度。所述的加载系统的加载框架通过底座4固定在振动台台面2上；通过增减砝码14和调节振动台加速度，可实现对低应力幅(1-50kPa)的精确控制(±10Pa)；所述气缸10与容积10L的储气罐相连，用于控制轴向静应力，推荐气缸行程150mm、直径40mm；振动台产生的振动用于控制轴向动应力；围压由压力室16提供，推荐围压0-400kPa。所述的加速度测量系统的加速度传感器11通过磁力座直接固定在砝码14上，测定砝码14的加速度，加速度传感器11通过导线连接在数采仪20上。加速度传感器的测量范围推荐0-50g。所述的轴力测量系统包括拉压传感器7的上下端都与相应的推本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种小型高频低应力幅土动三轴仪，包括加载系统、加速度测量系统、轴力测量系统、水压测量系统、气压测量系统和位移测量系统；其特征在于：所述的加载系统包括小型电磁振动台、活塞(9)、气缸(10)、砝码(14)、推杆(15)、压力室(16)；所述的压力室(16)位于底座(4)上，所述的压力室(16)内设有试样(18)，所述的试样(18)为橡皮膜(17)覆盖，所述的橡皮膜(17)的上下两端分别固定在底座(4)和顶盖(6)，多段所述推杆(15)底端连接顶盖(6)，多段所述推杆(15)的上设有拉压传感器(7)，所述的砝码(14)与推杆(15)之间用螺栓固结，所述的活塞(9)位于气缸(10)内部，所述的活塞(9)的一端与推杆(15)顶端连接；所述的加载系统可以控制静荷载和动荷载；所述的静荷载的控制通过控制轴向应力和围压实现，所述围压由压力室(16)提供；所述的气缸(10)通过加载装置将推力施加于试样(18)，所述的压力室(16)将围压施加于试样(18)，实现较高的静应力水平；所述的动荷载由小型电磁振动台控制，所述的小型电磁振动台通过高频振动将惯性力以动荷载的形式施加于试样(18)，实现了高频动荷载的高振次加载，获得较高的测量精度。...

【技术特征摘要】
1.一种小型高频低应力幅土动三轴仪，包括加载系统、加速度测量系统、轴力测量系统、水压测量系统、气压测量系统和位移测量系统；其特征在于：所述的加载系统包括小型电磁振动台、活塞(9)、气缸(10)、砝码(14)、推杆(15)、压力室(16)；所述的压力室(16)位于底座(4)上，所述的压力室(16)内设有试样(18)，所述的试样(18)为橡皮膜(17)覆盖，所述的橡皮膜(17)的上下两端分别固定在底座(4)和顶盖(6)，多段所述推杆(15)底端连接顶盖(6)，多段所述推杆(15)的上设有拉压传感器(7)，所述的砝码(14)与推杆(15)之间用螺栓固结，所述的活塞(9)位于气缸(10)内部，所述的活塞(9)的一端与推杆(15)顶端连接；所述的加载系统可以控制静荷载和动荷载；所述的静荷载的控制通过控制轴向应力和围压实现，所述围压由压力室(16)提供；所述的气缸(10)通过加载装置将推力施加于试样(18)，所述的压力室(16)将围压施加于试样(18)，实现较高的静应力水平；所述的动荷载由小型电磁振动台控制，所述的小型电磁振动台通过高频振动将惯性力以动荷载的形式施加于试样(18)，...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓检良，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：新型
国别省市：上海,31