一种非饱和土的真三轴仪制造技术

本发明专利技术公开了一种非饱和土的真三轴仪，包括主机部分、孔隙水与气压力控制部分、液压荷载控制部分和信号采集处理部分；在主机底座上安装有轴向调节活塞，轴向调节活塞向上通过轴向液压缸与压力室底座连接；压力室底座向上通过压力室侧壁和顶盖围成压力室；压力室底座侧面安装有四个侧向位移传感器，每个侧向位移传感器的测头与一个侧向变形量测导杆接触，四个侧向变形量测导杆从四面穿入压力腔内与试样接触；主机支架横杆上设置有轴向压力传感器；主机支架立杆上安装有轴向位移传感器。本发明专利技术装置结构设计合理，使用方便，满足了控制和量测吸力的真三轴条件下非饱和土力学特性试验的要求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于岩土工程测试设备
，涉及一种非饱和土的真三轴仪。
技术介绍
非饱和土在自然界中广泛分布，地球表层的土大部分都是处于非饱和状态，在实际工程实践中也常常会遇到非饱和土，如土坝、铁路和公路路基填土、机场跑道的压实填土都处于非饱和状态。由于非饱和土与饱和土在工程性质上存在很大差异，含水量的变化常常引起土的工程性质发生显著转变，给建筑物和构筑物的安全带来威胁。非饱和土的研究意义很早就被大家所认识，土力学研究者早在上世纪三十年代就开始考虑非饱和土的问题，但由于非饱和土体中孔隙水、孔隙气及其相互作用的存在使得研究难度比较大，进展缓慢。现今，国内外已从非饱和土固结仪、直剪仪、三轴仪等传统的测试仪器实现非饱和土的力学特性的测试。但传统的测试仪器不能全面、真实的反映非饱和土单元的三维主应力状态，与实际存在较大差异。因此，有效控制和量测非饱和土基质吸力，测试土单元在三向加载复杂应力条件下的力学特性，是研究非饱和土的重要途径。现有的真三轴试验仪已逐渐实现对试样三个主应力和三个主应变分量的独立加载和量测。但由于非饱和土中三相介质的存在，需要测试非饱和土中水、气力学性状，提高了非饱和土的真三轴试验的研究难度。具体地说，进行非饱和土试验时，需要控制非饱和土的基质吸力，或者测试非饱和土的孔隙气压力和孔隙水压力。如果土样的气相与大气连通，且需要控制基质吸力时，对非饱和土中孔隙水施加负压，则施加的负压力是有限的，最大程度接近负的一个大气压(即零绝对压力-1OL 3kPa)。但是，当孔隙水压力接近负的一个大气压时，水将开始出现气蚀现象，并使量测系统中充满气体，量测系统中的水会被迫进入土中，从而影响试验结果的准确性。同时，由于气体的存在，要求各部件必须具有良好的密封性能，传统的橡胶垫、橡胶圈以及钢圈配合橡胶垫密封，对试验结果的准确性容易带来干扰，尤其对真三轴立方体非饱和土试样进行孔隙水、孔隙气压力的控制和量测具有局限性。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种非饱和土的真三轴仪，解决了试样竖向刚性加载、侧向柔性加载真三轴应力条件下，难以对非饱和土孔隙水压力、孔隙气压力量测，或者不易控制孔隙水压力与孔隙气压力的测试，导致准确性不够的问题。本专利技术所采用的技术方案是，一种非饱和土的真三轴仪，包括主机部分、孔隙水与气压力控制部分、液压荷载控制部分和信号采集处理部分，所述的主机部分的结构是，包括在主机底座上端面安装有轴向调节活塞，在主机底座中设置有粗调手柄和细调手柄，细调手柄和粗调手柄分别通过传动机构与轴向调节活塞连接，粗调手柄和细调手柄之间设置有粗调-细调转换开关；轴向调节活塞向上与轴向液压缸连接，轴向液压缸与轴向压力源压力缸相连接，轴向液压缸内设置有轴向压力活塞，轴向压力活塞上端面与压力室底座连接；压力室底座向上通过压力室侧壁和顶盖围成压力室;所述的顶盖的轴心孔中设置有试样帽，试样帽上端面设置有轴向传力垫块；压力室底座侧面安装有四个侧向位移传感器支座，每个侧向位移传感器支座中安装有一侧向位移传感器，每个侧向位移传感器的测头与一个侧向变形量测导杆接触，四个侧向变形量测导杆从四面穿入压力腔内与试样接触；所述的主机底座上固定安装有主机支架，主机支架的上横杆上设置有轴向压力传感器，轴向压力传感器向下通过轴向传力杆与轴向传力垫块连接；主机支架的立杆上安装有轴向位移传感器，轴向位移传感器的测头向下与顶盖上表面接触。本专利技术的有益效果是，具备在一室四腔复合加载压力室加载机构对试样施加真三轴应力条件下，能够很好地实现三向独立加载条件下非饱和土的真三轴试验研究，能对非饱和土在真三轴试验条件下变形过程的孔隙水压力和孔隙气压力的测试，能够通过分别控制孔隙气压力和孔隙水压力来实现控制不同基质吸力状态下的真三轴试验。具有自动控制加载和自动量测功能，结构合理、使用操作简便、智能化程度高且性能可靠。附图说明图1是本专利技术的非饱和土的真三轴仪的结构示意图；图2是本专利技术装置中的压力室的截面结构示意图；图3是本专利技术装置中的隔板转动弹性约束机构和隔板径向弹性约束机构的截面示意图；图4是本专利技术装置中的试样安装方式截面示意图；图5是本专利技术装置中的下透水板底面的结构示意 图6是本专利技术装置中的下透水板上表面的结构示意图；图7是本专利技术装置中的侧向变形量测导杆的截面结构示意图；图8是本专利技术装置中的孔隙气压力控制部分的原理框图；图9是本专利技术装置中的孔隙水压力控制部分的原理框图；图10是本专利技术装置中的伺服步进电机驱动液压加载体变控制器结构示意图；图11是本专利技术装置中的信号采集处理部分的原理框图。图中，1.主机底座，2.粗调-细调转换开关，3.轴向调节活塞，4.压力室底座，5.侧向位移传感器支座，6.侧向位移传感器,7.主机支架,8.轴向位移传感器,9.轴向压力传感器，10.轴向传力杆，11.轴向传力垫块，12.气压传感器,13.气压表,14.气压调压阀，15.气源处理器，16.气源，17.粗调手柄，18.细调手柄，19.排水通道，20.水压传感器，21.液压体变控制器，22.试样，23.顶盖，24.排气通道，25.试样帽，26.侧向压力腔，27.侧向变形量测导杆，28.侧向压力开关阀，29.轴向压力活塞，30.轴向液压缸，31.压力室侧壁，32.柔性液压囊，33.上透气板，34.隔板转动弹性约束机构，35.隔板径向弹性约束机构，36.下透水板，37.隔板，38.上透气板固定螺栓，39.下透水板固定螺栓，40.密封垫圈，41.橡皮膜,42.透水中心槽,43.环形排水通道,44.陶土板,45.密封螺母,46.导向筒，47.螺纹，48.垫片，49.密封护筒，50.内端板，51.过滤器，52.信号调理器，53.A/D转换器,54.单片机,55.电机驱动器,56.伺服电机,57.中主应力传感器,58.小主应力传感器，59.压力源压力缸，60.丝母，61.滚珠丝杠，62.步进电机，63.丝杠活塞，64.连轴器，65.中主应力方向位移传感器，66.小主应力方向位移传感器,67.信号调理器二,68.A/D转换器二，69.单片机二，70.电源，71.计算机，72.键盘，73.电机驱动器二，74.步进电机执行机构液压缸。具体实施例方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。本专利技术的非饱和土的真三轴仪，属于一室四腔复合加载压力室结构，包括主机部分、孔隙水与气压力控制部分、液压荷载控制部分和信号采集处理部分。参照图1、图2，主机部分的结构是，包括在主机底座I中设置有粗调-细调转换开关2、粗调手柄17和细调手柄18，在主机底座I上端面安装有轴向调节活塞3，细调手柄18和粗调手柄17分别通过传动机构与轴向调节活塞3连接，粗调手柄17和细调手柄18之间设置有粗调-细调转换开关2，粗调-细调转换开关2用于控制轴向调节活塞3的细调或粗调切换；轴向调节活塞3向上与轴向液压缸30连接，轴向液压缸30与轴向压力源压力缸相连接，轴向液压缸30内竖直设置有轴向压力活塞29，轴向压力活塞29上端面与压力室底座4连接；压力室底座4向上通过压力室侧壁31和顶盖23围成压力室，两组对称的四个压力腔26中心的压力室底座4上用于设置试样22 ;顶盖23的轴心孔中设置有试样帽25，试样帽25上端面设置有轴向传力垫块11 ;压本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种非饱和土的真三轴仪，其特征在于：包括主机部分、孔隙水与气压力控制部分、液压荷载控制部分和信号采集处理部分，所述的主机部分的结构是，包括在主机底座（1）上端面安装有轴向调节活塞（3），在主机底座（1）中设置有粗调手柄（17）和细调手柄（18），细调手柄（18）和粗调手柄（17）分别通过传动机构与轴向调节活塞（3）连接，粗调手柄（17）和细调手柄（18）之间设置有粗调?细调转换开关（2）；轴向调节活塞（3）向上与轴向液压缸（30）连接，轴向液压缸（30）与轴向压力源压力缸相连接，轴向液压缸（30）内设置有轴向压力活塞（29），轴向压力活塞（29）上端面与压力室底座（4）连接；压力室底座（4）向上通过压力室侧壁（31）和顶盖（23）围成压力室；所述的顶盖（23）的轴心孔中设置有试样帽（25），试样帽（25）上端面设置有轴向传力垫块（11）；压力室底座（4）侧面安装有四个侧向位移传感器支座（5），每个侧向位移传感器支座（5）中安装有一侧向位移传感器（6），每个侧向位移传感器（6）的测头与一个侧向变形量测导杆（27）接触，四个侧向变形量测导杆（27）从四面穿入压力腔（26）内与试样（22）接触；所述的主机底座（1）上固定安装有主机支架（7），主机支架（7）的上横杆上设置有轴向压力传感器（9），轴向压力传感器（9）向下通过轴向传力杆（10）与轴向传力垫块（11）连接；主机支架（7）的立杆上安装有轴向位移传感器（8），轴向位移传感器（8）的测头向下与顶盖（23）上表面接触。...

【技术特征摘要】
1.一种非饱和土的真三轴仪，其特征在于:包括主机部分、孔隙水与气压力控制部分、液压荷载控制部分和信号采集处理部分， 所述的主机部分的结构是，包括在主机底座(I)上端面安装有轴向调节活塞(3)，在主机底座(I)中设置有粗调手柄(17)和细调手柄(18)，细调手柄(18)和粗调手柄(17)分别通过传动机构与轴向调节活塞(3)连接，粗调手柄(17)和细调手柄(18)之间设置有粗调-细调转换开关(2);轴向调节活塞(3)向上与轴向液压缸(30)连接，轴向液压缸(30)与轴向压力源压力缸相连接，轴向液压缸(30)内设置有轴向压力活塞(29)，轴向压力活塞(29)上端面与压力室底座(4)连接；压力室底座(4)向上通过压力室侧壁(31)和顶盖(23)围成压力室； 所述的顶盖(23)的轴心孔中设置有试样帽(25)，试样帽(25)上端面设置有轴向传力垫块(11);压力室底座(4)侧面安装有四个侧向位移传感器支座(5)，每个侧向位移传感器支座(5 )中安装有一侧向位移传感器(6 ),每个侧向位移传感器(6 )的测头与一个侧向变形量测导杆(27)接触，四个侧向变形量测导杆(27)从四面穿入压力腔(26)内与试样(22)接触； 所述的主机底座(I)上固定安装有主机支架(7)，主机支架(7)的上横杆上设置有轴向压力传感器(9)，轴向压力传感器(9)向下通过轴向传力杆(10)与轴向传力垫块(11)连接；主机支架(7)的立杆上安装有轴向位移传感器(8)，轴向位移传感器(8)的测头向下与顶盖(23)上表面接触。2.按照权利要求1所述的非饱和土的真三轴仪，其特征在于:所述的压力室内围绕试样(22)四边分别设 置有一个压力腔(26)，每个压力腔(26)中安置有一个柔性液压囊(32)，每个柔性液压囊(32 )均通过对应的侧向压力开关阀(28 )与外界压力源相连接。3.按照权利要求1所述的非饱和土的真三轴仪，其特征在于:所述的压力室底座(4)上端面设置有下透水板(36)，试样帽(25)下端面设置有上透气板(33);下透水板(36)、试样(22)和上透气板(33)自下向上包裹有一层橡皮膜(41);橡皮膜(41)与压力室底座(4)的凹槽之间设置有环形的密封垫圈(40)。4.按照权利要求3所述的非饱和土的真三轴仪，其特征在于:所述的上透水板(33)的下端面内置有多孔透气板，上透水板(33)的上端面开有环形排气通道与排气通道(24)连通； 所述的下透水板(36)上端面的中心开设凹槽并内置有陶土板(44)，下透水板(36)下端面开有环形排水通道(43)和透水中心槽(42)，环形排水通道(43)和透水中心槽(42)与压力室底座(4)中的排水通道(19)相通。5.按照权利要求1所述的非饱和土的真三轴仪，其特征在于:所述的孔隙水与气压力控制部分结构是，在压力室底座(4)中开有排水通道(19)，排水通道(19)中设置有水压传感器(20)，排水通道(19)与液压体变控制器(21)连通；在试样帽(25)中开有排气通道(24)，排气通道(24)设置有气压传感器(12)，排气通道(24)与气压表(13)、气压调压阀(14)、气源...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵生俊，许萍，石建刚，张喆，马秀婷，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：