[发明专利]可量测土样径向应变的组合式动三轴动单剪压力室系统

说明书

技术领域

本发明属于岩土工程测试设备技术领域，涉及了一种可以量测土样径向应变的组合式动三轴动单剪压力室系统，包括轴向加载系统、水平向加载系统、径向应变仪和压力室。

背景技术

土体的强度和变形是土力学研究的重要基础之一。现有测定土体剪切变形强度的实验仪器设备种类繁多，包括直剪仪、单剪仪、三轴仪、扭剪仪、平面应变仪和真三轴仪等。传统岩土的单剪仪利用多层叠环相结合的方法施加围压，土样被多层叠环约束，确保横截面积不变。但是叠环处作为潜在人为设定的剪切面是其缺陷之一，其次环与环之间不能保证试样侧面光滑平整，而且由于叠环的作用，土体的侧向压力未知，在试验过程中很难准确知道土体的应力状态。圆柱状试样在组合式动三轴动单剪荷载作用下，其横截面积容易发生变化，尤其是在发生“剪涨”或者“剪缩”的状态下，横截面积会产生相应的改变。例如，当圆柱状试样处于“剪缩”状态时候，叠环无法维持横截面积不变。由于缺少量测试样径向应变的装置，在试验结束以后很难精确计算圆柱状试样在组合式动三轴动单剪荷载作用下的应力分布和应力路径。

发明内容

为了实现对于圆柱状试样的径向变形进行量测并可以控制试样的侧向压力大小，本发明提供了一种可量测土样径向应变的组合式动三轴动单剪压力室系统，主要包括轴向加载系统、水平向加载系统、径向应变仪、水压力室和水压力调节控制板；水压力调节控制板用于调节水压力室的围压。

试样盖体为中间放置试样的上下两个，且带有排水系统的金属盖体；试样的侧壁用橡皮膜包裹，上下用透水石和滤纸覆盖；试样橡皮膜与试样盖体之间用O形圈密封；试样盖体的下底面通过可水平移动的活动底座放置于水压力室内的底座上；水压力室底座固定于台架底座上；在试样橡皮膜的外侧中间位置水平固定环形径向应变仪。

水压力室包括顶盖、外壁、排气阀门和底座；顶盖固定有用于排气的排气阀门；顶盖上还固定有连接水压力室内的磁场感应径向应变仪和水压力室外部数据采集器之间导线的导线连接装置。

带有轴向伺服电控器、轴向活塞杆、轴向压力传感器和轴向位移传感器的轴向加载系统，通过轴向活塞杆，作用于试样盖体上盖的顶面施加轴向压力；轴向活塞杆密封穿过水压力室的顶盖。

带有水平向伺服电控器、水平向活塞杆、水平向压力传感器和水平向位移传感器的水平向加载系统，通过水平向活塞杆，水平作用于试样盖体下盖的侧边，作用力方向与活动底座运动方向一致；水平向活塞杆密封穿过水压力室的侧边。

试样盖体的排水系统是在上下盖体的中间的开有透水通道，用软管连接上下盖体的透水通道，并使软管穿过密封的水压力室底端将试样中挤出的水分排出。

水平向加载系统包括水平加载台架、水平向伺服电控器、水平向活塞杆、水平向压力传感器和水平向位移传感器；水平加载台架、水平向伺服电控器、固定于台架底座上，水平向压力传感器通过螺栓安装于水平向活塞杆的受压端面，水平向位移传感器通过螺栓固定在水平向活塞杆上，水平向活塞杆通过滚珠轴承系统穿过密封的水压力室作用于试样盖体的下盖。

将轴向加载系统的立体框架式轴向加载台架固定于台架底座上；轴向伺服电控器固定于轴向加载台架上；轴向压力传感器通过螺栓安装于轴向活塞杆的受压端面，轴向位移传感器通过螺栓固定于轴向活塞杆上，轴向活塞杆通过滚珠轴承系统穿过密封的水压力室顶部作用于试样盖体上盖的轴向。

所述磁场感应径向应变仪主要包含：铰链条、磁铁,滑动杆和磁场强度感应装置；打开铰链条使其均匀围绕于试样中部橡皮膜的外侧，然后调整滑动杆的位置，使径向应变仪的磁场强度感应装置可以充分接受到磁铁的磁场信号；磁场感应径向应变仪的导线通过导线连接装置与数据采集器连接。

可量测土样径向应变的组合式动三轴动单剪压力室系统的试验方法包括如下步骤：

步骤一，实验前准备工作：准备土样和各种传感器等辅助材料，检查仪器各部件是否正常。调整轴向加载台架位置，调试轴向伺服电控器，调整轴向活塞杆位置，并将轴向压力传感器和轴向位移传感器读数清零；

步骤二，检查并调整水平加载系统包括水平加载台架、台架底座、水平向伺服电控器、水平向活塞杆、水平向压力传感器和水平向位移传感器；

步骤三，清洁压力室包括顶盖、排气阀门、外壁和底座以及各部件接触处，涂抹硅油防止渗漏；

步骤四，将压力罩内带滚轮的活动底座与水平向活塞杆相连，并将活动底座的位置居中与试样盖体保持一致。清洁活动底座和试样盖体的排水系统(9)，保证其畅通无阻；