[发明专利]一种体积变化测定仪

权利要求书

1.体积变化测定仪的操作使用方法：其特征在于，体积变化测定仪包括转换箱(1)、与转换箱(1)相连的顶室(2)和与顶室(2)相连的数显表(3)；

所述的转换箱(1)包括箱体(18)、地脚(19)、控制开关(20)、转向开关(21)和侧筒壁管线接口(22)，所述的箱体(18)的顶板上开设有用于安装顶室(2)的圆孔，所述的地脚(19)固定在箱体(18)的下底板上，控制开关(20)和转向开关(21)分别安装于箱体(18)的面板上，通过控制开关(20)和转向开关(21)不同的转向，可实现管路的不同连接方式；两个侧筒壁管线接口(22)位于箱体(18)的两侧面上，通过通水管线分别与土工试验仪器的周围压力源和压力室相连接；

所述的顶室(2)包括下封盖(4)、悬臂杆(5)、数显表夹具(6)、封盖(8)、第一连接头(10-1)、第二连接头(10-2)、第一排气帽(11-1)、第二排气帽(11-2)、连杆(12)、第一管线快插接口(13-1)、第二管线快插接口(13-2)、第一储水腔体(14-1)、第二储水腔体(14-2)、侧筒壁(16)和活塞(17)；

所述的下封盖(4)和封盖(8)分别固定于侧筒壁(16)的两端，并通过连杆(12)相连接，连杆(12)两端采用螺母(9)进行固定；

所述的封盖(8)上表面和下封盖(4)下表面分别安装有第一连接头(10-1)和第二连接头(10-2)，第一排气帽(11-1)和第二排气帽(11-2)分别固定在第一连接头(10-1)和第二连接头(10-2)上；

所述的活塞(17)位于侧筒壁(16)内部，活塞(17)的上部和下部分别放置有第一储水腔体(14-1)和第二储水腔体(14-2)，第一储水腔体(14-1)通过圆柱头螺钉(15-1)密封固定于活塞(17)上，第二储水腔体(14-2)通过圆柱头螺钉(15-2)密封固定于下封盖(4)上；

所述的封盖(8)内部设置有L型的第一容水通道(8-1)，L型的第一容水通道(8-1)一端与第一连接头(10-1)连接固定，另一端与第一管线快插接口(13-1)连接固定，L型的第一容水通道(8-1)在L型的拐角处与第一储水腔体(14-1)相连通；

所述的下封盖(4)内部设置有L型的第二容水通道(4-1)，L型的第二容水通道(4-1)一端与第二连接头(10-2)连接固定，另一端与第二管线快插接口(13-2)连接固定，L型的第二容水通道(4-1)在L型的拐角处与第二储水腔体(14-2)相连通；

操作使用方法包括以下步骤：

步骤一：管线连接，将体积变化测定仪与周围压力源和压力室之间进行连接，转换箱(1)的一个侧筒壁管线接口(22)通过通水管线与试验中的周围压力源相连接，另一个侧筒壁管线接口(22)通过通水管线与压力室相连接；

步骤二：注水排气，对体积变化测定仪的顶室(2)进行注水排气，旋转控制开关(20)和转向开关(21)，使两个开关分别指向“体积变化”方向和“向上流动”的方向，打开第一排气帽(11-1)，利用压力控制源向第二储水腔体(14-2)内注水，直至悬臂杆(5)移动至距离侧筒壁(16)椭圆形孔洞的上边缘8～10mm，停止向第二储水腔体(14-2)内注水；旋转转向开关(21)，使其指向“向下流动”方向，压力控制源内的液体注入第一储水腔体(14-1)内，并适当地晃动顶室(2)，直至第一储水腔体(14-1)内无气体排出，关闭第一排气帽(11-1)，并将顶室(2)倒置；打开第二排气帽(11-2)，利用压力控制源向第一储水腔体(14-1)内注水，直至悬臂杆(5)移动至侧筒壁(16)椭圆形孔洞的中间位置为止，旋转转向开关(21)，使其指向“向上流动”方向，此时压力源向第二储水腔体(14-2)内注水，适当地晃动顶室(2)，直至第二储水腔体(14-2)内的气体排完为止，拧紧第二排气帽(11-2)；重复上述操作3-5次，直至没有气泡排出为止；

步骤三：开始试验，将控制开关(20)和转向开关(21)分别旋转至“体积变化”方向和“向上流动”方向，此时数显表(3)的读数为h₁，完成试验前的准备工作，即可开始试验；根据周围压力的作用过程，整个试验可分为周围压力施加阶段和周围压力稳压阶段：

周围压力施加阶段：为达到试验设计中所设置的周围压力值，周围压力源将向第二储水腔体(14-2)中注入液体，施加压力，此时，第二储水腔体(14-2)膨胀、推动活塞(17)上升，挤压第一储水腔体(14-1)内的液体进入压力室内，使第一储水腔体(14-1)与压力室内的压力和第二储水腔体(14-2)内等同，进而达到所设置的目标周围压力值σ₃；同时，活塞(17)上升过程中，带动悬臂杆(5)向上运动，数显表(3)测量得到的位移值发生变化，读数为h₁；

周围压力稳压阶段：由于周围压力和轴向压力的作用，试样将发生压缩变形，周围压力难以维持稳定状态，相应的体积变化测定仪第一储水腔体(14-1)和第二储水腔体(14-2)内的压力值均发生变化，通过伺服反馈，周围压力源将向第二储水腔体(14-2)中注入液体，活塞(17)上升，挤压第一储水腔体(14-1)，使第一储水腔体(14-1)、第二储水腔体(14-2)和压力室维持目标周围压力值σ₃，此时，第一储水腔体(14-1)或第二储水腔体(14-2)内液体的变化量即为试样体积的总变化量，数显表(3)的读数为h₂，储水腔体(14)的截面积为s₁，计算得到试样体积的总变化量为△V＝s₁·|h₁-h₂|；

当转向开关(21)旋转至“向下流动”方向时，周围压力源的液体将进入第一储水腔体(14-1)，活塞(17)下降，挤压第二储水腔体(14-2)，使周围压力维持恒定。