專利名稱：一種非飽和土的真三軸儀的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于巖土工程測試設備技術領域，涉及一種非飽和土的真三軸儀。
背景技術：
非飽和土在自然界中廣泛分布，地球表層的土大部分都是處于非飽和狀態(tài)，在實際工程實踐中也常常會遇到非飽和土，如土壩、鐵路和公路路基填土、機場跑道的壓實填土都處于非飽和狀態(tài)。由于非飽和土與飽和土在工程性質上存在很大差異，含水量的變化常常引起土的工程性質發(fā)生顯著轉變，給建筑物和構筑物的安全帶來威脅。非飽和土的研究意義很早就被大家所認識，土力學研究者早在上世紀三十年代就開始考慮非飽和土的問題，但由于非飽和土體中孔隙水、孔隙氣及其相互作用的存在使得研究難度比較大，進展緩慢。現(xiàn)今，國內外已從非飽和土固結儀、直剪儀、三軸儀等傳統(tǒng)的測試儀器實現(xiàn)非飽和土的力學特性的測試。但傳統(tǒng)的測試儀器不能全面、真實的反映非飽和土單元的三維主應力狀態(tài)，與實際存在較大差異。因此，有效控制和量測非飽和土基質吸力，測試土單元在三向加載復雜應力條件下的力學特性，是研究非飽和土的重要途徑。現(xiàn)有的真三軸試驗儀已逐漸實現(xiàn)對試樣三個主應力和三個主應變分量的獨立加載和量測。但由于非飽和土中三相介質的存在，需要測試非飽和土中水、氣力學性狀，提高了非飽和土的真三軸試驗的研究難度。具體地說，進行非飽和土試驗時，需要控制非飽和土的基質吸力，或者測試非飽和土的孔隙氣壓力和孔隙水壓力。如果土樣的氣相與大氣連通，且需要控制基質吸力時，對非飽和土中孔隙水施加負壓，則施加的負壓力是有限的，最大程度接近負的一個大氣壓(即零絕對壓力-1OL 3kPa)。但是，當孔隙水壓力接近負的一個大氣壓時，水將開始出現(xiàn)氣蝕現(xiàn)象，并使量測系統(tǒng)中充滿氣體，量測系統(tǒng)中的水會被迫進入土中，從而影響試驗結果的準確性。同時，由于氣體的存在，要求各部件必須具有良好的密封性能，傳統(tǒng)的橡膠墊、橡膠圈以及鋼圈配合橡膠墊密封，對試驗結果的準確性容易帶來干擾，尤其對真三軸立方體非飽和土試樣進行孔隙水、孔隙氣壓力的控制和量測具有局限性。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種非飽和土的真三軸儀，解決了試樣豎向剛性加載、側向柔性加載真三軸應力條件下，難以對非飽和土孔隙水壓力、孔隙氣壓力量測，或者不易控制孔隙水壓力與孔隙氣壓力的測試，導致準確性不夠的問題。本發(fā)明所采用的技術方案是，一種非飽和土的真三軸儀，包括主機部分、孔隙水與氣壓力控制部分、液壓荷載控制部分和信號采集處理部分，所述的主機部分的結構是，包括在主機底座上端面安裝有軸向調節(jié)活塞，在主機底座中設置有粗調手柄和細調手柄，細調手柄和粗調手柄分別通過傳動機構與軸向調節(jié)活塞連接，粗調手柄和細調手柄之間設置有粗調-細調轉換開關；軸向調節(jié)活塞向上與軸向液壓缸連接，軸向液壓缸與軸向壓力源壓力缸相連接，軸向液壓缸內設置有軸向壓力活塞，軸向壓力活塞上端面與壓力室底座連接；壓力室底座向上通過壓力室側壁和頂蓋圍成壓力室;所述的頂蓋的軸心孔中設置有試樣帽，試樣帽上端面設置有軸向傳力墊塊；壓力室底座側面安裝有四個側向位移傳感器支座，每個側向位移傳感器支座中安裝有一側向位移傳感器，每個側向位移傳感器的測頭與一個側向變形量測導桿接觸，四個側向變形量測導桿從四面穿入壓力腔內與試樣接觸；所述的主機底座上固定安裝有主機支架，主機支架的上橫桿上設置有軸向壓力傳感器，軸向壓力傳感器向下通過軸向傳力桿與軸向傳力墊塊連接；主機支架的立桿上安裝有軸向位移傳感器，軸向位移傳感器的測頭向下與頂蓋上表面接觸。本發(fā)明的有益效果是，具備在一室四腔復合加載壓力室加載機構對試樣施加真三軸應力條件下，能夠很好地實現(xiàn)三向獨立加載條件下非飽和土的真三軸試驗研究，能對非飽和土在真三軸試驗條件下變形過程的孔隙水壓力和孔隙氣壓力的測試，能夠通過分別控制孔隙氣壓力和孔隙水壓力來實現(xiàn)控制不同基質吸力狀態(tài)下的真三軸試驗。具有自動控制加載和自動量測功能，結構合理、使用操作簡便、智能化程度高且性能可靠。


圖1是本發(fā)明的非飽和土的真三軸儀的結構示意圖；圖2是本發(fā)明裝置中的壓力室的截面結構示意圖；圖3是本發(fā)明裝置中的隔板轉動彈性約束機構和隔板徑向彈性約束機構的截面示意圖；圖4是本發(fā)明裝置中的試樣安裝方式截面示意圖；圖5是本發(fā)明裝置中的下透水板底面的結構示意
圖6是本發(fā)明裝置中的下透水板上表面的結構示意圖；圖7是本發(fā)明裝置中的側向變形量測導桿的截面結構示意圖；圖8是本發(fā)明裝置中的孔隙氣壓力控制部分的原理框圖；圖9是本發(fā)明裝置中的孔隙水壓力控制部分的原理框圖；圖10是本發(fā)明裝置中的伺服步進電機驅動液壓加載體變控制器結構示意圖；圖11是本發(fā)明裝置中的信號采集處理部分的原理框圖。圖中，1.主機底座，2.粗調-細調轉換開關，3.軸向調節(jié)活塞，4.壓力室底座，
5.側向位移傳感器支座，6.側向位移傳感器,7.主機支架,8.軸向位移傳感器,9.軸向壓力傳感器，10.軸向傳力桿，11.軸向傳力墊塊，12.氣壓傳感器,13.氣壓表,14.氣壓調壓閥，15.氣源處理器，16.氣源，17.粗調手柄，18.細調手柄，19.排水通道，20.水壓傳感器，21.液壓體變控制器，22.試樣，23.頂蓋，24.排氣通道，25.試樣帽，26.側向壓力腔，27.側向變形量測導桿，28.側向壓力開關閥，29.軸向壓力活塞，30.軸向液壓缸，31.壓力室側壁，32.柔性液壓囊，33.上透氣板，34.隔板轉動彈性約束機構，35.隔板徑向彈性約束機構，36.下透水板，37.隔板，38.上透氣板固定螺栓，39.下透水板固定螺栓，40.密封墊圈，41.橡皮膜,42.透水中心槽,43.環(huán)形排水通道,44.陶土板,45.密封螺母,46.導向筒，47.螺紋，48.墊片，49.密封護筒，50.內端板，51.過濾器，52.信號調理器，53.A/D轉換器,54.單片機,55.電機驅動器,56.伺服電機,57.中主應力傳感器,58.小主應力傳感器，59.壓力源壓力缸，60.絲母，61.滾珠絲杠，62.步進電機，63.絲杠活塞，64.連軸器，65.中主應力方向位移傳感器，66.小主應力方向位移傳感器,67.信號調理器二,68.A/D轉換器二，69.單片機二，70.電源，71.計算機，72.鍵盤，73.電機驅動器二，74.步進電機執(zhí)行機構液壓缸。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明進行詳細說明。本發(fā)明的非飽和土的真三軸儀，屬于一室四腔復合加載壓力室結構，包括主機部分、孔隙水與氣壓力控制部分、液壓荷載控制部分和信號采集處理部分。參照圖1、圖2，主機部分的結構是，包括在主機底座I中設置有粗調-細調轉換開關2、粗調手柄17和細調手柄18，在主機底座I上端面安裝有軸向調節(jié)活塞3，細調手柄18和粗調手柄17分別通過傳動機構與軸向調節(jié)活塞3連接，粗調手柄17和細調手柄18之間設置有粗調-細調轉換開關2，粗調-細調轉換開關2用于控制軸向調節(jié)活塞3的細調或粗調切換；軸向調節(jié)活塞3向上與軸向液壓缸30連接，軸向液壓缸30與軸向壓力源壓力缸相連接，軸向液壓缸30內豎直設置有軸向壓力活塞29，軸向壓力活塞29上端面與壓力室底座4連接；壓力室底座4向上通過壓力室側壁31和頂蓋23圍成壓力室，兩組對稱的四個壓力腔26中心的壓力室底座4上用于設置試樣22 ;頂蓋23的軸心孔中設置有試樣帽25，試樣帽25上端面設置有軸向傳力墊塊11 ;壓力室底座4側面安裝有四個側向位移傳感器支座5,每個側向位移傳感器支座5中安裝有一側向位移傳感器6,每個側向位移傳感器6的測頭與一個側向變形量測導桿27接觸，四個側向變形量測導桿27從四面穿入壓力腔26內與試樣22接觸；在主機底座I上固定安裝有主機支架7，主機支架7的上橫桿上設置有軸向壓力傳感器9,軸向壓力傳感器9向下通過軸向傳力桿10與軸向傳力墊塊11連接；主機支架7的立桿上安裝有軸向位移傳 感器8，軸向位移傳感器8的測頭向下與頂蓋23上表面接觸，用于測試頂蓋23豎直方向位移。參照圖2、圖3所不,試樣22的上表面與試樣帽25之間設置有上透氣板33,試樣22的底面與壓力室底座4之間設置有下透水板36 ；由壓力室底座4、頂蓋23及壓力室側壁31組成壓力室，壓力室內腔的中心用于放置試樣22，壓力室內圍繞試樣22四邊分別設置有一個壓力腔26，每個壓力腔26中安置有一個柔性液壓囊32，每個柔性液壓囊32均通過對應的側向壓力開關閥28與外界壓力源相連接，并用于對試樣22施加側向正應力；相鄰壓力腔26之間分別通過一個隔板37隔開，四個隔板37均沿壓力室對角線方向對稱設置，壓力室側壁31四個直角位置外側分別設置有隔板轉動彈性約束機構34及隔板徑向彈性約束機構35，每個隔板37與一組隔板轉動彈性約束機構34和兩組隔板徑向彈性約束機構35同時連接，分別用于約束隔板37在相應方向上的轉動和徑向移動偏離。如圖4所示，試樣帽25下端面軸心開有凹槽并放置上透水板33，上透水板33通過上透水板固定螺栓38與試樣帽25固定連接，上透水板33的下端面內置有多孔透氣板，上透水板33的上端面開有環(huán)形排氣通道與排氣通道24連通；壓力室底座4上端面軸心開有凹槽并放置有下透水板36，下透水板36包裹在立方體形橡皮膜41中，放置于壓力室底座4之上，橡皮膜41與壓力室底座4的凹槽之間設置有環(huán)形的密封墊圈40，下透水板36通過下透水板固定螺栓39與壓力室底座4固定連接；橡皮膜41對應上透水板固定螺栓38和下透水板固定螺栓39的位置開孔，橡皮膜41自下向上包裹內嵌有陶土板44的下透水板36、試樣22和內嵌有多孔透氣板的上透氣板33，以實現(xiàn)對試樣22的密封。如圖5和圖6所示，下透水板36呈矩形板狀結構，下透水板36上端面的中心開設凹槽并內置有陶土板44，下透水板36下端面開有環(huán)形排水通道43和透水中心槽42 ;環(huán)形排水通道43和透水中心槽42與排水通道19相通。如圖7所示，側向位移傳感器6包括兩組對稱設置的中主應力方向位移傳感器65和小主應力方向位移傳感器66 (參照圖3)。四個側向位移量測導桿27均由外段桿和內段桿通過螺紋47連接，四個方向上的壓力室側壁31均垂直安裝有一個導向筒46，與四個方向的側向位移傳感器6對應的側向變形量測導桿27分別過一個導向筒46,每個外段桿均穿插設置在一個導向筒46里，外段桿和內段桿的連接部位于側向壓力腔26內，外段桿的內端頭設置有密封螺母45，外段桿的外端伸出壓力室之外并與四個側向位移傳感器6對應接觸，內段桿的內端穿過彈性材料制作的柔性液壓囊32后，在其內端頭部設置有內端板50，內端板50與柔性液壓囊32的外表面平齊，柔性液壓囊32的內外側之間的內段桿上套裝有剛性的密封護筒49，內段桿通過密封螺母45、墊片48、密封護筒49和內端板50與柔性液壓囊32固定拉緊實現(xiàn)密封。參照圖1、圖8，所述的孔隙水與氣壓力控制部分用于控制氣壓管內氣流和排水管內水流的通斷和壓力?？紫端c氣壓力控制部分結構是，壓力室底座4中開有排水通道19，排水通道19中設置有水壓傳感器20，排水通道19與液壓體變控制器21連通；試樣帽25中開有排氣通道24，排氣通道24設置有氣壓傳感器12，排氣通道24與氣壓表13、氣壓調壓閥14、氣源處理器15、氣源16依次連通。在氣壓調壓閥14與氣壓傳感器12之間的管路上還安裝有過濾器51。參照圖9，液壓體變控制器21是實現(xiàn)孔隙水壓力控制的核心。液壓體變控制器21的內部組成結構是，包括信號調理器52、A/D轉換器53、單片機54、電機驅動器55、伺服電機56依次連接組成，伺 服電機56液壓缸與水壓傳感器20連接，實現(xiàn)水壓力的信號控制。參照圖10，所述的液壓荷載控制部分包括提供壓力源的三套伺服步進電機執(zhí)行機構和控制孔隙水壓力的一套伺服步進電機執(zhí)行機構，該四套伺服步進電機執(zhí)行機構結構一致，分別用于控制軸向調節(jié)活塞3、孔隙水壓力和側向的兩對柔性液壓囊32工作狀態(tài)，分別對孔隙水、試樣22軸向和試樣22兩個側向施加壓力。每個伺服步進電機執(zhí)行機構的結構是，以側向為例進行描述，包括一個步進電機62，步進電機62通過連軸器64與滾珠絲杠61連接，滾珠絲杠61穿過安裝在支架上的絲母60與絲杠活塞63連接，絲杠活塞63與壓力源壓力缸59連接，在側向的一個壓力源壓力缸59的出口管路上安裝有中主應力傳感器57，在側向的另一個壓力源壓力缸59的出口管路上安裝有小主應力傳感器58 ；兩套側向的壓力源壓力缸59中充滿蒸餾水，分別與兩對柔性液壓囊32通過尼龍耐壓管相連，柔性液壓囊32充液后分別對側向壓力進行加荷；軸向的壓力源壓力缸59中充滿液壓油，與軸向壓力活塞29通過尼龍耐壓管相連，推動軸向壓力活塞29實現(xiàn)對軸向壓力進行加荷。如圖11所示，信號采集處理部分用于采集試樣22的軸向及側向的兩對應力和位移變形量、以及孔隙水的壓力參數(shù)，并根據(jù)上述參數(shù)控制液壓荷載控制部分和孔隙水與氣壓力控制部分的工作。信號采集處理部分的結構是，包括信號調理器二 67，信號調理器二67的輸入端與軸向壓力傳感器9、軸向位移傳感器8、中主應力傳感器57、小主應力傳感器58、中主應力方向側向位移傳感器65、小主應力方向線側向位移傳感器66、氣壓傳感器12、水壓傳感器20同時連接，主要實現(xiàn)各個傳感器信號的采樣保持、濾波和放大功能，信號調理器二 67的輸出端與A/D轉換器二 68及單片機二 69依次連接，單片機二 69與計算機71和鍵盤72同時連接，實現(xiàn)計算機自動采集和顯示以及手動操作的采集和顯示，單片機二 69還與四個電機驅動器二 73 (包括兩個側向步進電機和一個軸向步進電機驅動器、孔隙水壓力控制部分電機驅動器)連接，四個電機驅動器二 73分別與對應的兩個側向步進電機執(zhí)行機構和軸向步進電機執(zhí)行機構、孔隙水步進電機執(zhí)行機構連接，實現(xiàn)控制程序發(fā)出指令推動對應的步進電機執(zhí)行機構液壓缸74的體積變化，進而對試樣實施軸向及側向主應力的加載；電源70同時與信號調理器二 67、A/D轉換器二 68、單片機二 69、電機驅動器二 73連接，用于提供電力支持。本發(fā)明裝置的工作原理是:試樣22的密封是決定非飽和土試驗成功的關鍵環(huán)節(jié)，具體密封方法為:參照圖4，用上、下端中心開孔的橡皮膜41自上而下依次包裹內置多孔玻璃板的上透氣板33、試樣
22、內置高進氣值的陶土板44的下透水板36，試樣22位于上透氣板33和下透水板36之間，上透氣板33上端安裝試樣帽25,試樣帽25中的排氣通道24與氣壓傳感器12及氣壓表盤13、氣壓調壓閥14相連，下透水板36中的排水通道19與水壓傳感器20及液壓體變控制器21連接，從而可以進行孔隙氣壓力和孔隙水壓力的控制和量測。在試驗時，打開側向壓力開關閥28，液體通過四個管道流入各自的柔性液壓囊32內，四個柔性液壓囊32從四面與試樣22側壁緊貼，對試樣22實施側向均勻加載。同時，軸向壓力活塞29向上運動時，軸向力通過軸向傳力桿10及軸向增高墊塊11將反力均勻的施加到試樣帽25上，從而通過試樣帽25將軸向壓力均勻的施加到試樣22的軸向上。如圖8所示，氣壓控制主要是通過氣壓調壓閥14的開啟與關閉實現(xiàn)的，氣壓力的大小利用閥芯的位移改變 ，閥芯的位移與作用在閥芯的氣壓力有關，氣壓力值則通過氣壓表13直接讀??；由氣源16提供氣壓力，從過濾器51進行凈化過濾后，依據(jù)試驗條件設定的孔隙氣壓力值通過氣壓調壓閥14進行調壓，氣壓傳感器12進行自動量測和采集，通過氣壓管與試樣帽25開設的孔隙氣壓力通道24對接，同時氣壓傳感器12采集試驗過程中氣壓的變化經信號處理傳輸給計算機71。如圖9所示，水壓傳感器20采集試驗時土體中孔隙水壓力的變化信號連接到信號調理器52的輸入端，信號調理器52輸出端連接A/D轉換器53，經單片機54進行處理，發(fā)出指令控制電機驅動器55調節(jié)高精密的伺服電機56液壓缸體積變化，進行孔隙水壓力的控制，同時水壓傳感器20又將信號反饋給計算機71，從而實現(xiàn)環(huán)閉式自動控制和調節(jié)。對于飽和固結排水剪切試驗，三向施加均等壓力，打開排水通道19，排水固結，剪切過程亦打開排水通道19。對于飽和固結不排水剪切試驗，三向施加均等壓力，打開排水通道19，排水固結。剪切過程中關閉排水通道19。對于非飽和土試驗，其基質吸力的控制是通過氣壓調壓閥14和液壓體變控制器21來分別控制氣壓和水壓，其中由氣源16通過上排氣通道24控制試樣22內部的氣壓，由液壓體變控制器21通過具有陶土板44的下透水板36及排水通道19控制試樣22內部的水壓。非飽和土等吸力剪切試驗包括三個階段:吸力平衡階段、等吸力固結階段和等吸力剪切階段。吸力平衡階段是指在給定的孔隙水壓和氣壓控制條件下，使試樣內部的水分轉移均勻；等吸力固結階段是指在恒定吸力狀態(tài)下，對試樣施加均等的凈應力，待固結變形穩(wěn)定；等吸力剪切階段是指在恒定吸力狀態(tài)下，對試樣施加不同應力路徑的剪切。試驗結束條件可設定為軸向應變達到15%，即認為試樣破壞，試驗過程具有合理性。同樣非飽和土的真三軸儀還可以對非飽和試樣進行吸力的實時監(jiān)測。利用軸平移技術，非飽和土試樣在固結和剪切階段，通過氣源對試樣施加相對較大的氣壓力，利用液壓體變控制器對試驗過程中土體的水壓進行實時量測，從而可以測定出試樣在固結過程中和剪切過程中基質吸力的變化曲線。本發(fā)明主要適用于三向獨立加載的非飽和土真三軸試驗，可通過不同的試驗條件完成復雜應力條件下非飽 和土的力學特性、強度變形特性的研究。
權利要求
1.一種非飽和土的真三軸儀，其特征在于:包括主機部分、孔隙水與氣壓力控制部分、液壓荷載控制部分和信號采集處理部分， 所述的主機部分的結構是，包括在主機底座(I)上端面安裝有軸向調節(jié)活塞(3)，在主機底座(I)中設置有粗調手柄(17)和細調手柄(18)，細調手柄(18)和粗調手柄(17)分別通過傳動機構與軸向調節(jié)活塞(3)連接，粗調手柄(17)和細調手柄(18)之間設置有粗調-細調轉換開關(2);軸向調節(jié)活塞(3)向上與軸向液壓缸(30)連接，軸向液壓缸(30)與軸向壓力源壓力缸相連接，軸向液壓缸(30)內設置有軸向壓力活塞(29)，軸向壓力活塞(29)上端面與壓力室底座(4)連接；壓力室底座(4)向上通過壓力室側壁(31)和頂蓋(23)圍成壓力室； 所述的頂蓋(23)的軸心孔中設置有試樣帽(25)，試樣帽(25)上端面設置有軸向傳力墊塊(11);壓力室底座(4)側面安裝有四個側向位移傳感器支座(5)，每個側向位移傳感器支座(5 )中安裝有一側向位移傳感器(6 ),每個側向位移傳感器(6 )的測頭與一個側向變形量測導桿(27)接觸，四個側向變形量測導桿(27)從四面穿入壓力腔(26)內與試樣(22)接觸； 所述的主機底座(I)上固定安裝有主機支架(7)，主機支架(7)的上橫桿上設置有軸向壓力傳感器(9)，軸向壓力傳感器(9)向下通過軸向傳力桿(10)與軸向傳力墊塊(11)連接；主機支架(7)的立桿上安裝有軸向位移傳感器(8)，軸向位移傳感器(8)的測頭向下與頂蓋(23)上表面接觸。
2.按照權利要求1所述的非飽和土的真三軸儀，其特征在于:所述的壓力室內圍繞試樣(22)四邊分別設 置有一個壓力腔(26)，每個壓力腔(26)中安置有一個柔性液壓囊(32)，每個柔性液壓囊(32 )均通過對應的側向壓力開關閥(28 )與外界壓力源相連接。
3.按照權利要求1所述的非飽和土的真三軸儀，其特征在于:所述的壓力室底座(4)上端面設置有下透水板(36)，試樣帽(25)下端面設置有上透氣板(33);下透水板(36)、試樣(22)和上透氣板(33)自下向上包裹有一層橡皮膜(41);橡皮膜(41)與壓力室底座(4)的凹槽之間設置有環(huán)形的密封墊圈(40)。
4.按照權利要求3所述的非飽和土的真三軸儀，其特征在于:所述的上透水板(33)的下端面內置有多孔透氣板，上透水板(33)的上端面開有環(huán)形排氣通道與排氣通道(24)連通； 所述的下透水板(36)上端面的中心開設凹槽并內置有陶土板(44)，下透水板(36)下端面開有環(huán)形排水通道(43)和透水中心槽(42)，環(huán)形排水通道(43)和透水中心槽(42)與壓力室底座(4)中的排水通道(19)相通。
5.按照權利要求1所述的非飽和土的真三軸儀，其特征在于:所述的孔隙水與氣壓力控制部分結構是，在壓力室底座(4)中開有排水通道(19)，排水通道(19)中設置有水壓傳感器(20)，排水通道(19)與液壓體變控制器(21)連通；在試樣帽(25)中開有排氣通道(24)，排氣通道(24)設置有氣壓傳感器(12)，排氣通道(24)與氣壓表(13)、氣壓調壓閥(14)、氣源處理器(15)、氣源(16)依次連通。
6.按照權利要求5所述的非飽和土的真三軸儀，其特征在于:所述的液壓體變控制器(21)的結構是，包括信號調理器(52)，信號調理器(52)與A/D轉換器(53)、單片機(54)、電機驅動器(55 )、伺服電機(56 )依次連接，伺服電機(56 )液壓缸與水壓傳感器(20 )連接。
7.按照權利要求1所述的非飽和土的真三軸儀，其特征在于:所述的側向位移傳感器(6)包括兩組對稱設置的中主應力方向位移傳感器(65)和小主應力方向位移傳感器(66)； 所述的四個側向位移量測導桿(27)均由外段桿和內段桿通過螺紋(47)連接，四個方向上的壓力室側壁(31)均垂直安裝有一個導向筒(46),每個側向變形量測導桿(27)外段桿均穿過一個導向筒(46)，外段桿和內段桿的連接部位于側向壓力腔(26)內，外段桿的內端頭設置有密封螺母(45)，每個外段桿的外端伸出壓力室之外并與一個側向位移傳感器(6 )對應接觸；內段桿的內端穿過柔性液壓囊(32 )后，在其內端頭部設置有內端板(50 )，內端板(50)與柔性液壓囊(32)的外表面平齊，柔性液壓囊(32)的內外側之間的內段桿上套裝有剛性的密封護筒(49)。
8.按照權利要求1所述的非飽和土的真三軸儀，其特征在于:所述的所述的液壓荷載控制部分包括三套伺服步進電機執(zhí)行機構和控制孔隙水壓力的一套伺服步進電機執(zhí)行機構，該四套伺服步進電機執(zhí)行機構結構一致， 每個伺服步進電機執(zhí)行機構的結構是，包括一個步進電機(62)，步進電機(62)通過連軸器(64)與滾珠絲杠(61)連接，滾珠絲杠(61)穿過絲母(60)與絲杠活塞(63)連接，絲杠活塞(63)與壓力源壓力缸(59)連接， 在中主應力側向的一個壓力源壓力缸(59)的出口管路上安裝有中主應力傳感器(57)，在小主應力側向的另一個壓力源壓力缸(59)的出口管路上安裝有小主應力傳感器(58)； 兩套側向的壓 力源壓力缸(59)中充滿蒸餾水，分別與兩對柔性液壓囊(32)連通；軸向的壓力源壓力缸(59)中充滿液壓油，與軸向壓力活塞(29)連通。
9.按照權利要求1所述的非飽和土的真三軸儀，其特征在于:所述的信號采集處理部分的結構是，包括信號調理器二(67)，信號調理器二(67)的輸入端與軸向壓力傳感器(9)、軸向位移傳感器(8)、中主應力傳感器(57)、小主應力傳感器(58)、中主應力方向側向位移傳感器(65)、小主應力方向線側向位移傳感器(66)、氣壓傳感器(12)、水壓傳感器(20)同時連接，信號調理器二( 67 )的輸出端與A/D轉換器二( 68 )及單片機二( 69 )依次連接，單片機二( 69 )與計算機(71)和鍵盤(72 )同時連接，單片機二(69)還與四個電機驅動器二( 73 )連接，四個電機驅動器二(73)分別與對應的兩個側向步進電機執(zhí)行機構和軸向步進電機執(zhí)行機構、孔隙水步進電機執(zhí)行機構連接。
10.按照權利要求9所述的非飽和土的真三軸儀，其特征在于:所述的信號調理器二(67), A/D轉換器二(68)、單片機二(69)、電機驅動器二(73)均與電源(70)連接。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種非飽和土的真三軸儀，包括主機部分、孔隙水與氣壓力控制部分、液壓荷載控制部分和信號采集處理部分；在主機底座上安裝有軸向調節(jié)活塞，軸向調節(jié)活塞向上通過軸向液壓缸與壓力室底座連接；壓力室底座向上通過壓力室側壁和頂蓋圍成壓力室；壓力室底座側面安裝有四個側向位移傳感器，每個側向位移傳感器的測頭與一個側向變形量測導桿接觸，四個側向變形量測導桿從四面穿入壓力腔內與試樣接觸；主機支架橫桿上設置有軸向壓力傳感器；主機支架立桿上安裝有軸向位移傳感器。本發(fā)明裝置結構設計合理，使用方便，滿足了控制和量測吸力的真三軸條件下非飽和土力學特性試驗的要求。
文檔編號G01N3/12GK103226081SQ20131012019
公開日2013年7月31日 申請日期2013年4月8日 優(yōu)先權日2013年4月8日
發(fā)明者邵生俊, 許萍, 石建剛, 張喆, 馬秀婷 申請人:西安理工大學