本發(fā)明屬于巖土工程試驗設備技術領域,特別是涉及一種三軸試驗密封圈的上下雙控安裝裝置及其使用方法。

背景技術：

在巖土工程研究中，三軸試驗除了用于測定強度參數(shù)粘聚力c和內(nèi)摩擦角φ外，還用于土體孔隙水壓力消散試驗、靜止側(cè)壓系數(shù)試驗和滲透試驗等，相比較其余的土體強度試驗方法( 單剪、直剪等)，三軸試驗的結(jié)果更貼近于工程。由于試樣密封裝樣的優(yōu)劣直接影響試驗結(jié)果的準確性，因此，三軸試驗試樣的密封裝樣顯得尤為重要。在三軸試驗中，經(jīng)常采用將試樣裝在較薄的橡皮膜中，防止土體的初始變形，而橡皮膜通過上下端密封圈將其固定在底座和加載裝置上，以保持試樣密封。套密封圈時，一般需要兩人合作才能完成，其中一人扶著被橡皮膜包裹的待測試樣，另一人雙手用力將密封圈撐開到足夠大小，并套住土樣外的橡皮膜。這種人工方法既費時又費力，經(jīng)常還會把試樣碰歪甚至折斷；而且有時拉斷或根本拉不動密封圈，有時即使套到位，但手指卻很難從中抽出來，存在諸多不利之處。

授權公告號為CN 203324086U的實用新型專利“三軸試驗土樣橡皮膜套筋器”，提供了一種采用手撐分叉鋼桿的套筋器。但該專利存在以下不足之處：（1）該方案空中停留的位置無法固定，在人工操作過程中移動位置時容易損壞試樣；（2）該方案通過兩根鋼桿撐開的密封圈是矩形，很難與圓形截面匹配；（3）該方案的分叉鋼桿沒有鎖定裝置，很難保證在安裝密封圈時張拉程度滿足對應的試樣要求；（4）該方案對象為橡皮筋，而不是國際通行的密封圈，采用手撐的力量無法直接撐開力度遠大于橡皮筋的密封圈，其使用范圍有限。

綜上所述，三軸試驗時需要一種新的安裝橡皮膜密封圈的裝置及其使用方法，在確保安裝位置準確的同時，可以上下同時合理撐開密封圈，且達到與待測試樣截面匹配的圓形尺寸，以達到穩(wěn)定、快捷、省力的目的，方便高效的進行三軸試驗土樣測試。

技術實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術的上述技術問題，本發(fā)明的目的是提供一種三軸試驗密封圈的上下雙控安裝裝置及其使用方法，該裝置不但可以方便的把密封圈套在包有橡皮膜的土樣上，而且結(jié)構(gòu)簡單、方便高效、省時省力。

為達到上述目的，本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的：

一種三軸試驗密封圈的上下雙控安裝裝置，包括支撐體系，所述支撐體系的上部和下部均安裝有活動安裝環(huán)，支撐體系的中部設有銷釘轉(zhuǎn)動體系，所述的銷釘轉(zhuǎn)動體系上安裝有自鎖體系。

所述的支撐體系包括門型支架，所述門型支架上設有兩個豎向并列的連接支撐鋼件，所述連接支撐鋼件的兩端均設有預留凹槽，所述預留凹槽上設有預留銷釘孔，連接支撐鋼件與門型支架的連接處設有固定鋼環(huán)，所述的固定鋼環(huán)上設有平臺鋼片，所述的平臺鋼片上設有固定銷釘。

所述的活動安裝環(huán)包括左轉(zhuǎn)動半圓環(huán)和右轉(zhuǎn)動半圓環(huán)，所述左轉(zhuǎn)動半圓環(huán)上設有左轉(zhuǎn)動凸件，所述的右轉(zhuǎn)動半圓環(huán)上設有右轉(zhuǎn)動凸件，所述的左轉(zhuǎn)動凸件和右轉(zhuǎn)動凸件上均設有連接銷釘孔。

所述的銷釘轉(zhuǎn)動體系包括啟動鋼片，所述的啟動鋼片連接有弧形鋼片，所述的弧形鋼片上連接有左操作桿和右操作桿，所述左操作桿和右操作桿均設有操作桿預留孔，且左操作桿和右操作桿之間設有支撐彈簧。

所述的自鎖體系包括鎖定帶、壓縮安全扣和鎖定槽，所述的鎖定帶連接在左操作桿上，所述的鎖定槽設置在右操作桿上，所述的鎖定帶上設有壓縮安全扣，鎖緊時，壓縮安全扣與鎖定槽扣合。

一種三軸試驗密封圈的上下雙控安裝裝置的使用方法，包括以下步驟：

(1)將密封圈套入并保持在活動安裝環(huán)外側(cè)；

(2)初步安裝三軸待測試樣：將三軸待測試樣安裝在儀器基座上，并調(diào)整三軸待測試樣下端的橡皮膜與儀器基座匹配接觸；

(3)將整個安裝裝置放置在預定位置：將整個轉(zhuǎn)換裝置和附帶的密封圈穿過待測試樣并使其平放在儀器基座上；

(4)鎖定銷釘轉(zhuǎn)動體系：通過壓縮左操作桿與右操作桿的端部，將自鎖體系中壓縮安全扣搭扣在鎖定槽里，兩個啟動鋼片同時向內(nèi)側(cè)移動然后處于靜止狀態(tài)，與此同時，活動安裝環(huán)的左轉(zhuǎn)動半圓環(huán)與右轉(zhuǎn)動半圓環(huán)開始轉(zhuǎn)動，靜止時其末端直徑縮小但仍略大于試樣外徑；

(5)安放試樣上下兩端的密封圈。

(6)收回安裝裝置：解開自鎖體系，在支撐彈簧的作用下回到自然狀態(tài)，收回整個安裝裝置，妥善放置。

所述的步驟（1）包括以下步驟：

(1-A)通過壓縮左操作桿與右操作桿的端部，調(diào)整自鎖體系，將壓縮安全扣放入鎖定槽內(nèi)，使該裝置保持鎖定狀態(tài)，此時，活動安裝環(huán)末端的直徑略有縮小，便于密封圈的套入；

(1-B)將密封圈套入上下兩個活動安裝環(huán)外側(cè)，使其上下各自分布兩個密封圈5；

(1-C)壓縮左操作桿與右操作桿的端部將自鎖體系解開，將壓縮安全扣移除到鎖定槽外，通過彈簧彈力將啟動鋼片回彈至連接支撐鋼件內(nèi)側(cè)，阻止活動安裝環(huán)轉(zhuǎn)動，使密封圈保持在上下兩個活動安裝環(huán)上。

所述的步驟（5）包括以下步驟：

(5-A)將帶有數(shù)據(jù)傳輸管路的試樣帽正確安放在三軸待測試樣上端的橡皮膜里；

(5-B)調(diào)整試樣帽上的數(shù)據(jù)傳輸管路的連接點，使其處在活動安裝環(huán)的缺口處；

(5-C)將其上下兩端的四個密封圈分別擼下，緊套在三軸待測試樣的橡皮膜上，完成試樣的密封；

本發(fā)明先在裝置的上下活動安裝環(huán)上套上密封圈，然后再將裝置安裝在待測三軸試樣的設計位置；對銷釘轉(zhuǎn)動體系施加外力，使上下兩個活動安裝環(huán)的末端直徑縮小但仍略大于試樣外徑，再通過雙手擼下密封圈并套在三軸試樣上，在不損傷待測試樣的前提下，用密封圈保持橡皮膜的密封狀態(tài)。

本發(fā)明三軸試驗密封圈的上下雙控安裝裝置及其使用方法，為三軸試驗時新的安裝橡皮膜密封圈的裝置及其使用方法，在確保安裝位置準確的同時，可以上下同時合理撐開密封圈，且達到與待測試樣截面匹配的圓形尺寸，以達到穩(wěn)定、快捷、省力的目的，方便高效的進行三軸試驗土樣測試。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明中的支撐體系的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3本發(fā)明中的活動安裝環(huán)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明中的銷釘轉(zhuǎn)動體系的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為發(fā)明中的自鎖體系的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為本發(fā)明的使用狀態(tài)示意圖；

其中：

1-支撐體系，11-門型支架，12-連接支撐鋼件，13-預留凹槽，14-預留銷釘孔，15-固定鋼環(huán)，16-平臺鋼片，17-固定銷釘；

2-活動安裝環(huán)，21-左轉(zhuǎn)動半圓環(huán)，22-右轉(zhuǎn)動半圓環(huán)，23-左轉(zhuǎn)動凸件，24-右轉(zhuǎn)動凸件，25-連接銷釘孔；

3-銷釘轉(zhuǎn)動體系，31-啟動鋼片，32-弧形鋼片，33-左操作桿，34-右操作桿，35-操作桿預留孔，36-支撐彈簧；

4-自鎖體系，41-鎖定帶，42-壓縮安全扣，43-鎖定槽；

5-密封圈；6-三軸待測試樣；7-儀器基座；8-試樣帽。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進一步的說明，但本發(fā)明的保護范圍并不限于此。

如圖1-6所示，本發(fā)明三軸試驗密封圈的上下雙控安裝裝置，包括支撐體系1，支撐體系1的上部和下部均安裝有活動安裝環(huán)2，支撐體系1的中部設有銷釘轉(zhuǎn)動體系3，銷釘轉(zhuǎn)動體系3上安裝有自鎖體系4。

本發(fā)明中的支撐體系1包括門型支架11，連接支撐鋼件12，預留凹槽13，預留銷釘孔14，固定鋼環(huán)15，平臺鋼片16，固定銷釘17。門型支架11為下部開口的矩形鋼架，對稱分布在支撐體系1左右兩側(cè)，其支架頂部設有水平向內(nèi)的短橫鋼梁，門型支架11通過開口部分支座與下部試驗儀器承臺面接觸，支撐整個裝置重量。連接支撐鋼件12長度與試樣的高度匹配，在其上下兩端分別對稱設有預留凹槽13與預留銷釘孔14，兩個連接支撐鋼件12豎向?qū)ΨQ分布在支撐體系1的左右兩側(cè)，并通過水平短橫鋼梁與門型支架11連接。預留凹槽13分布在連接支撐鋼件12上下兩端，上端開口朝上，下端開口朝下，開口處深度為1.5cm。預留銷釘孔14對稱分布在預留凹槽13兩側(cè)邊的中部，成圓孔狀，其直徑與銷釘大小相匹配。固定鋼環(huán)15的厚度為0.6cm，內(nèi)徑比試樣外徑大0.5cm至1cm，優(yōu)選0.8cm。固定鋼環(huán)15設置在支撐體系1的中部位置，與左右兩側(cè)連接支撐鋼件12水平固定連接，使整個支撐體系1保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。平臺鋼片16成矩形片狀，厚度與固定鋼環(huán)15相同，設置在固定鋼環(huán)15中部外側(cè)，為水平操作提供控制平臺，方便鎖定操作。固定銷釘17成圓柱體狀，垂直設置在平臺鋼片16上表面并靠近外側(cè)。

本發(fā)明中的活動安裝環(huán)2包括左轉(zhuǎn)動半圓環(huán)21，右轉(zhuǎn)動半圓環(huán)22，左轉(zhuǎn)動凸件23，右轉(zhuǎn)動凸件24，連接銷釘孔25。左轉(zhuǎn)動半圓環(huán)21與右轉(zhuǎn)動半圓環(huán)22，為左右對稱分布的半圓環(huán)，兩半圓環(huán)中間預留有2cm間隙。左轉(zhuǎn)動半圓環(huán)21為半圓弧形狀，圓弧內(nèi)徑比試樣外徑大0.5cm，弧形高度為3cm，厚度為0.5cm，在外側(cè)中下部位置預設有左轉(zhuǎn)動凸件23。右轉(zhuǎn)動半圓環(huán)22也為半圓弧形狀，弧形內(nèi)徑、高度和厚度與左轉(zhuǎn)動半圓環(huán)21相同，在外側(cè)中下部位置預設有右轉(zhuǎn)動凸件24。左轉(zhuǎn)動凸件23為長方體，大小與預留凹槽13相匹配，左轉(zhuǎn)動凸件23與左轉(zhuǎn)動半圓環(huán)21的底部中心點固定連接。右轉(zhuǎn)動凸件24為長方體，大小與預留凹槽13相匹配，右轉(zhuǎn)動凸件24與右轉(zhuǎn)動半圓環(huán)22的底部中心點固定連接。連接銷釘孔25為圓孔形狀，直徑與銷釘大小相匹配，其圓心與左轉(zhuǎn)動凸件23和右轉(zhuǎn)動凸件24的各自形心重合，左轉(zhuǎn)動半圓環(huán)21、右轉(zhuǎn)動半圓環(huán)22通過銷釘與連接支撐鋼件12端部連接，使活動安裝環(huán)2可以通過銷釘自由轉(zhuǎn)動。

本發(fā)明中的銷釘轉(zhuǎn)動體系3包括啟動鋼片31，弧形鋼片32，左操作桿33，右操作桿34，操作桿預留孔35，支撐彈簧36。啟動鋼片31的主體為片條狀，片厚為0.4cm，寬度為1cm，緊貼在兩個連接支撐鋼件12內(nèi)側(cè)，長度略大于連接支撐鋼件12的長度，上、下兩端分別比連接支撐鋼件12長出1cm?；⌒武撈?2共兩個，水平分布在左右兩邊，與啟動鋼片31的寬度、厚度相同，彎曲半徑略小于固定鋼環(huán)15的內(nèi)徑，弧形鋼片32固定在啟動鋼片31中部。左操作桿33的截面為邊長0.6cm的正方形，固定在右邊的弧形鋼片32的末端，其長度滿足與平臺鋼片16配套使用。右操作桿34的截面也為邊長0.6cm的正方形，固定在左邊的弧形鋼片32的末端，其長度滿足與平臺鋼片16配套使用。操作桿預留孔35位于左操作桿33與右操作桿34相交的中部，其直徑略大于固定銷釘17的外徑，左操作桿33與右操作桿34通過固定銷釘17鉸接于平臺鋼片16上，使左右兩個弧形狀鋼片可以自由轉(zhuǎn)動。支撐彈簧36位于距左操作桿33與右操作桿34末端的三分之一處內(nèi)側(cè)，其尺寸滿足與左操作桿33和右操作桿34匹配使用，用于使左操作桿33和右操作桿34保持撐開狀態(tài)，也就是使兩個啟動鋼片31保持緊貼左右兩個連接支撐鋼件12內(nèi)側(cè)，防止上下兩個活動安裝環(huán)2繞銷釘自由轉(zhuǎn)動。

本發(fā)明中的自鎖體系4包括鎖定帶41，壓縮安全扣42，鎖定槽43。鎖定帶41的主體為柔性扁狀條帶，鉸接于左操作桿33的尾部。 壓縮安全扣42為方形孔狀，設置在鎖定帶41的尾部，其尺寸略大于左操作桿33的截面邊長。鎖定槽43位于右操作桿34的尾部側(cè)面，為矩形凹槽，其幾何尺寸與壓縮安全扣42匹配，用于與壓縮安全扣42配套使用，防止因支撐彈簧36的彈力而使銷釘轉(zhuǎn)動體系3圍繞固定銷釘17轉(zhuǎn)動。

本發(fā)明中的密封圈5又稱“O形圈”，通常為橡膠材質(zhì)，圓形，其直徑略小于所要密封的三軸待測試樣6的直徑，通過自身的拉伸彈性完成密封功能；其橫截面為圓形。

本發(fā)明中的三軸待測試樣6內(nèi)部為圓柱形土樣，土樣外側(cè)通常設有濾紙，土樣兩端通常設有同直徑的較薄的透水石，土樣和濾紙外側(cè)套有橡皮膜；橡皮膜的長度大于土樣的長度與透水石厚度之和，兩端的長處部分供后繼的密封使用。

本發(fā)明先通過壓縮銷釘轉(zhuǎn)動體系3中左操作桿33與右操作桿34的端部，調(diào)整自鎖體系4，將壓縮安全扣42放入鎖定槽43內(nèi)，使該裝置保持鎖定狀態(tài)，此時，活動安裝環(huán)末端的直徑略有縮小，再將密封圈5套入上下兩個活動安裝環(huán)2外側(cè)，使其上下各自分布兩個密封圈5，再壓縮左操作桿33與右操作桿34的端部將自鎖體系4解開，將壓縮安全扣42移除到鎖定槽43外，通過彈簧彈力將啟動鋼片31回彈至連接支撐鋼件12內(nèi)側(cè)，阻止活動安裝環(huán)2轉(zhuǎn)動，使密封圈5保持在上下兩個活動安裝環(huán)2上，然后將整個安裝轉(zhuǎn)換裝置和附帶的密封圈5穿過待測試樣6并使其平放在儀器基座7上，用手壓縮左操作桿33與右操作桿34的端部，使兩個啟動鋼片31向內(nèi)側(cè)移動，將壓縮安全扣41與鎖定槽43處于鎖定狀態(tài)，活動安裝環(huán)2的末端直徑將縮小但仍略大于試樣外徑，此時，可以通過雙手擼下密封圈5并套在三軸試樣上，達到在不損傷待測試樣的前提下，用密封圈5保持橡皮膜的密封狀態(tài)。

具體實例

某巖土工程要進行土體較大尺寸的三軸試驗，實驗方案為：三軸待測試樣6，內(nèi)部的圓柱形土樣直徑為5.0cm、高為10.0cm；加設濾紙、橡皮膜后，直徑增大為5.2cm；上下兩端透水石均為直徑5.0cm、高0.4cm的圓餅；橡皮膜的長度為14.8cm，大于圓柱形土樣和兩個透水石的總高度10.8cm，兩端的各長出2.0cm供后繼的密封使用。

根據(jù)三軸待測試樣的幾何尺寸，本發(fā)明中密封圈5和活動安裝環(huán)2的相應尺寸選擇為：密封圈5，自然狀態(tài)的內(nèi)環(huán)直徑為4.0cm，其橫截面的直徑為0.3cm；活動安裝環(huán)2，圓弧內(nèi)徑為5.5cm，弧形高度為3cm，厚度為0.5cm，兩半圓環(huán)中間預留有2cm間隙。

使用步驟如下：

(1)將內(nèi)環(huán)直徑為4.0cm的密封圈5套入并保持在高度為3cm的活動安裝環(huán)2外側(cè)。此步驟包括以下過程：

(1-A) 通過壓縮左操作桿33與右操作桿34的端部，調(diào)整自鎖體系4，將壓縮安全扣42放入鎖定槽43內(nèi)，使該裝置保持鎖定狀態(tài)，此時，活動安裝環(huán)末端的直徑略有縮小，便于密封圈的套入；

(1-B)將密封圈5套入上下兩個活動安裝環(huán)2外側(cè)，使其上下各自分布兩個密封圈5；

(1-C) 壓縮左操作桿33與右操作桿34的端部將自鎖體系4解開，將壓縮安全扣42移除到鎖定槽43外，此時彈簧彈力會將啟動鋼片31回彈至連接支撐鋼件12內(nèi)側(cè)，阻止活動安裝環(huán)2轉(zhuǎn)動，使密封圈5保持在上下兩個活動安裝環(huán)2上。

(2) 初步安裝高為10.0cm的三軸待測試樣6。將三軸待測試樣6安裝在儀器基座7上，并調(diào)整三軸待測試樣6下端的橡皮膜與儀器基座7匹配接觸。

(3) 將整個安裝裝置放置在預定位置。將整個轉(zhuǎn)換裝置和附帶的密封圈5穿過待測試樣6并使其平放在儀器基座7上。

(4) 鎖定銷釘轉(zhuǎn)動體系3。通過壓縮左操作桿33與右操作桿34的端部，將自鎖體系4中壓縮安全扣42搭扣在鎖定槽43里，兩個啟動鋼片31同時向內(nèi)側(cè)移動然后處于靜止狀態(tài)，與此同時，活動安裝環(huán)2的左轉(zhuǎn)動半圓環(huán)21與右轉(zhuǎn)動半圓環(huán)22開始轉(zhuǎn)動，靜止時其末端直徑縮小但仍略大于試樣外徑。

(5) 安放試樣上端內(nèi)環(huán)直徑為4.0cm的密封圈5。此步驟包括以下過程：

(5-A) 將帶有數(shù)據(jù)傳輸管路的試樣帽8正確安放在三軸待測試樣6上端的橡皮膜里；

(5-B) 調(diào)整試樣帽8上的數(shù)據(jù)傳輸管路的連接點，使其處在活動安裝環(huán)2的缺口處；

(5-C)將其上下兩端的四個密封圈5分別擼下，緊套在三軸待測試樣6的橡皮膜上，完成試樣的密封；

(6) 收回安裝裝置。解開自鎖體系4，在支撐彈簧36的作用下回到自然狀態(tài)，收回整個安裝裝置，妥善放置。

上述實施例僅用于解釋說明本發(fā)明的發(fā)明構(gòu)思，而非對本發(fā)明權利保護的限定，凡利用此構(gòu)思對本發(fā)明進行非實質(zhì)性的改動，均應落入本發(fā)明的保護范圍。