[发明专利]基于内体变精密量测的吸力可控式非饱和土静三轴仪

说明书

技术领域

本发明涉及室内土工实验测试装置，尤其是用于研究非饱和土体的静三轴仪，属于岩土工程测试和非饱和土力学实验设备范畴。

背景技术

“土木工程”之土分为饱和土与非饱和土，百分之九十的陆地土属于非饱和土范畴，近年来，随着国家和地区重大工程中对土体力学特性研究的要求越来越高，要求室内土工实验条件与实际工程条件一致，针对非饱和土的力学特性室内实验研究乃大势所趋。在上个世纪九十年代前，设备研制技术还无法实现非饱和力学测试，而21世纪以来，国际上已开始研制和推广非饱和土力学特性实验设备。

时至今日，实验理论已经完善，设备研制条件具备，但目前国内仅可自主生产饱和土测试设备，而非饱和土实验设备，特别是非饱和土三轴仪仍需进口(如德国Wille、英国GDS等产品)。当前，国内国际进行非饱和土研究通常采用陶土板法实现体变量测，然而高进气值陶土板完全依赖进口，自主研发难度大进口设备购置费用高，而且陶土板作为一种脆性材料极易损坏破碎，一旦一块陶土板出现微裂缝即宣告失效。因此，维护和运行带有陶土板的仪器成本高，周期长，给用户带来极大的不变。上述诸缺点预示着研制不用陶土板的非饱和土测试仪器非常必要。

在现有的动静三轴仪体变量测方面，均采用了外体变量测法，即量测实验过程中三轴压力室内水体积的变化来表示土体的体变。此方法的缺陷是把压力室看成绝对刚性结构，在施加围压时其体积不变。然而，在通常采用的压力室材料为有机玻璃的条件下，是根本不可能实现上述要求的。采用外体变量测法，用有机玻璃作为压力室材料时，为保证测量结果更准确，通常在实验前标定固定压力下压力室的体积变化，然后对实验结果的体变值进行修正。显然标定的过程显得繁琐且不一定准确，因此有必要开发内体变量测方法及装置。

在非饱和土的相关试验中，吸力控制是一项关键技术。吸力能否精确控制关系到非饱和土体性质能否准确反映。如今市场上受到认可的非饱和仪器大多采用轴平移技术来实现吸力的控制，即通过陶土板“过水不过气”的特性，认为施加在土体内的气压力等于吸力。但是，仍采用轴平移技术而摒弃陶土板的方法达到吸力可控的研究国内尚未见报道。

近三年来，除原有高校与科研单位因为纵向科研项目对非饱和三轴仪等非饱和土工设备的需求外，水利、电力、地质、石油、山地灾害、矿山、铁道、海洋等岩土工程勘察、设计与施工单位需求急速增大，主要用于重大工程设计与施工的可研和初研需要。因此，自主研发高精度的非饱和土三轴仪并投产，可满足工程与科研界对科研仪器的需要，达到实验原理合理、实验测试精度高、技术可行的要求。

发明内容

鉴于现有技术的以上不足，本发明旨在提供一种简便实用、量测结果准确、吸力可控的非饱和土体静三轴仪，并能实现试验全过程的自动化控制和试验数据的自动化处理。在未采用传统的陶土板的条件下，实现了对非饱和土体体变的精确量测，尤其是采用了内体变的方法进行体变量测和吸力控制，解决了以往国产非饱和三轴仪器试验原理不合理、测试精度不高的难题。

本发明解决上述问题的技术方案是：

基于内体变精密量测的吸力可控式非饱和土静三轴仪，其主要组成部分是：主机部分、水循环和稳压推力水源部分、数据采集和处理部分，其中：

主机部分构成主要为：反力支架2立于底座1外沿、轴向调整活塞3立于底座1中部；顶部置有轴向加载杆9的围压室置于轴向调整活塞3上，其中围压室由围压室壁5、围压室固定螺栓6和围压室盖7组成；被测试样11置于加载杆9与调整活塞3之间，被测试样11设置有便于试样有效接触的试样帽，即上试样帽10A和下试样帽10B,其中下试样帽10B中设置有连通围压室内外的体变排水孔13；围压室壁为有机玻璃材料制成，围压室盖为金属盖，通过围压室固定螺栓6将两者连接；

所述水循环和稳压推力水源部分：主要由两台推力稳压水源构成的两个独立的水路部分组成，即用于围压室提供稳定压力的围压控制水路和用于内体变和吸力精密量测的监测水路；围压控制水路中推力稳压水源14A的与进水口18A与围压室4下方的围压注水孔12相连；内体变和吸力精密量测的监测水路中推力稳压水源14B的与进水口18B通过U型胶管与围压室底部轴向调整活塞3的体变排水孔13相连，所述体变排水孔的另一端与立于围压室内轴向加载杆9与轴向调整活塞3间的被测试样11的底部相接触；