一種新型三軸土樣體變測量裝置及測量方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種新型三軸土樣體變測量裝置及測量方法，其測量裝置包括固定軸、壓力室、三軸土樣和真空筒，壓力室具有壓力內(nèi)腔，三軸土樣置于壓力室的壓力內(nèi)腔中，三軸土樣的頂部設(shè)有土樣帽，固定軸的上部連接于壓力室上，固定軸的下端與土樣帽連接，三軸土樣的底部設(shè)有透水石；真空筒的筒內(nèi)設(shè)有測量針管，測量針管上設(shè)有測量刻度，壓力室與真空筒之間連通設(shè)有導(dǎo)管，導(dǎo)管的一端管口與三軸土樣下端的透水石相連通，導(dǎo)管的另一端管口與測量針管的進料端相連通。本發(fā)明設(shè)有帶刻度的測量針管，實現(xiàn)了固結(jié)及剪切階段土樣內(nèi)部水分和空氣的測量，從而可以準確得出三軸土樣的體變；并且本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，便于攜帶，加工成本低，易于在生產(chǎn)和教學(xué)中推廣應(yīng)用。
【專利說明】
一種新型三軸土樣體變測量裝置及測量方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及土工試驗領(lǐng)域，尤其涉及一種新型三軸土樣體變測量裝置及測量方法?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]三軸試驗按剪切前的固結(jié)程度和剪切時的排水條件可以分為不固結(jié)不排水試驗、 固結(jié)不排水試驗和固結(jié)排水試驗。其中固結(jié)排水試驗是進行土體本構(gòu)模型參數(shù)分析及計算的必要試驗，而準確的給出土體固結(jié)及剪切前后的體積變化是保證本構(gòu)模型參數(shù)準確的前提，所以在試驗中必須準確的測量三軸土樣中水和空氣的體積來獲得三軸土樣體積的變化，從而來推算黃土的本構(gòu)模型參數(shù)，為數(shù)值計算提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。
[0003]現(xiàn)有的三軸土樣體變測量主要是用帶刻度導(dǎo)管，只能測量土樣中水分的體積，無法準確測量土樣中的空氣體積，影響土體體變的測量，進而影響土體本構(gòu)模型參數(shù)的計算； 其測試方法也比較落后，效率較低，影響了其在土工試驗中的使用。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有三軸土樣體變測試裝置及方法落后的問題，提供一種新型三軸土樣體變測量裝置及測量方法，可以快速高效進行三軸土樣體變測量試驗，從而提高科研水平。
[0005]本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案實現(xiàn):
[0006]一種新型三軸土樣體變測量裝置，包括固定軸、壓力室、三軸土樣和真空筒，所述壓力室具有壓力內(nèi)腔，所述三軸土樣置于壓力室的壓力內(nèi)腔中，三軸土樣的頂部設(shè)有土樣帽，固定軸的上部連接于壓力室上，固定軸的下端與土樣帽連接，三軸土樣的底部設(shè)有透水石;所述真空筒的筒內(nèi)設(shè)有測量針管，測量針管上設(shè)有測量刻度，壓力室與真空筒之間連通設(shè)有導(dǎo)管，導(dǎo)管的一端管口與三軸土樣下端的透水石相連通，導(dǎo)管的另一端管口與測量針管的進料端相連通。
[0007]為了更好地實現(xiàn)本發(fā)明，所述導(dǎo)管上設(shè)有閥門。
[0008]進一步的技術(shù)方案是:所述三軸土樣的底部還設(shè)有濾紙，所述濾紙位于三軸土樣的底部與透水石之間。
[0009]本發(fā)明優(yōu)選的壓力室結(jié)構(gòu)技術(shù)方案是:所述壓力室的壓力內(nèi)腔中填充有液態(tài)水， 壓力室的直徑為10cm，壓力室的高度為15cm〇
[0010]作為優(yōu)選，所述測量針管的管內(nèi)容積為7ml。[〇〇11]作為優(yōu)選，所述三軸土樣圓柱體的截面直徑與透水石的直徑相等且均為3.91cm， 透水石的高度為1.5cm;所述三軸土樣圓柱體的截面直徑與土樣帽的直徑相等，土樣帽的高度為1.8cm;所述固定軸的長度為6cm〇
[0012]作為優(yōu)選，所述真空筒與抽氣機相連接，真空筒的直徑為6cm，真空筒的高度為 10cm〇
[0013]一種新型三軸土樣體變測量方法，其方法如下:
[0014]A、將圓柱體形的三軸土樣配合放置于壓力室的壓力內(nèi)腔中，在三軸土樣的頂部安裝有土樣帽，在三軸土樣的底部配合安裝有透水石，然后通過固定軸將土樣帽與壓力室頂部連接固定以定位三軸土樣;將導(dǎo)管的一端管口與三軸土樣下端的透水石相連通，導(dǎo)管的另一端管口與真空筒中的測量針管進料端相連通；
[0015]B、向壓力室的壓力內(nèi)腔中充滿液態(tài)水，壓力室壓力內(nèi)腔中的液態(tài)水對三軸土樣提供體變測量所需水和壓力并固定圓柱形的三軸土樣;啟動抽氣機將真空筒的筒內(nèi)抽成真空狀態(tài)，并密封好真空筒，并讓真空筒筒內(nèi)的測量針管上的測量刻度歸零；
[0016]C、壓力室壓力內(nèi)腔中的液態(tài)水固結(jié)三軸土樣，同時打開閥門；固結(jié)結(jié)束后，關(guān)閉閥門，并讀取測量針管上的空氣刻度及液體刻度；
[0017]D、啟動電機并對三軸土樣進行剪切試驗，同時打開閥門，讀取測量針管上的空氣刻度及液體刻度；
[0018]E、A?D試驗完成后，處理采集到的數(shù)據(jù)，然后卸掉固定軸、土樣帽、透水石并從壓力室中取出三軸土樣，并用毛刷清洗壓力室內(nèi)壁。
[0019]本發(fā)明較現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點及有益效果:
[0020](1)本發(fā)明通過在真空筒內(nèi)配置帶刻度的測量針管，實現(xiàn)了固結(jié)及剪切階段土樣內(nèi)部水分和空氣的測量，從而可以準確得出三軸土樣的體變，具有重要的科研意義;并且本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，便于攜帶，加工成本低，易于在生產(chǎn)和教學(xué)中推廣應(yīng)用。
[0021](2)本發(fā)明通過設(shè)置有刻度的測量針管，實現(xiàn)了土樣中氣體及水分的分別測量;通過設(shè)置真空筒，減少了大氣壓力對測量針管的壓力，確保了測量的精度;本發(fā)明測量裝置及方法提高了試驗精度，避免了人為試驗誤差，對于三軸土樣體變測量試驗具有重要的實踐意義和科研意義。【附圖說明】[〇〇22]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]其中，附圖中的附圖標(biāo)記所對應(yīng)的名稱為:[0〇24]1 —固定軸，2—壓力室，3— 土樣帽，4一二軸土樣，5 —濾紙，6—透水石，7 —閥門，8 —導(dǎo)管，9 一真空筒，10—測量針管?！揪唧w實施方式】
[0025]下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步地詳細說明:[〇〇26] 實施例[〇〇27]如圖1所示，一種新型三軸土樣體變測量裝置，包括固定軸1、壓力室2、三軸土樣4 和真空筒9,壓力室2具有壓力內(nèi)腔，壓力室2的壓力內(nèi)腔中填充有液態(tài)水，壓力室2的直徑為 10cm，壓力室2的高度為15cm。三軸土樣4置于壓力室2的壓力內(nèi)腔中，三軸土樣4的頂部設(shè)有土樣帽3,固定軸1的上部連接于壓力室2上，固定軸1的下端與土樣帽3連接，三軸土樣4的底部設(shè)有透水石6。本發(fā)明三軸土樣4為圓柱體，其圓柱體截面直徑與透水石6的直徑相等且均為3.91 cm，透水石6的高度為1.5cm。三軸土樣4圓柱體的截面直徑與土樣帽3的直徑相等，土樣帽3的高度為1.8cm;固定軸1的長度為6cm，三軸土樣4的上端設(shè)有土樣帽3,固定軸1置于三軸土樣4的土樣帽3正上端，土樣帽3可以保護三軸土樣4不被固定軸1擾動。[〇〇28]真空筒9的筒內(nèi)設(shè)有測量針管10,測量針管10的管內(nèi)容積為7ml，測量針管10上設(shè)有測量刻度，壓力室2與真空筒9之間連通設(shè)有導(dǎo)管8,可以保證三軸土樣4中的水與空氣更好的進入導(dǎo)管8;導(dǎo)管8上設(shè)有閥門7,閥門7用于控制固結(jié)階段及剪切階段的三軸土樣4排水。導(dǎo)管8的一端管口與三軸土樣4下端的透水石6相連通，導(dǎo)管8的另一端管口與測量針管 10的進料端相連通。真空筒9與抽氣機相連接，真空筒9的直徑為6cm，真空筒9的高度為 10cm，真空筒9表面設(shè)有刻度，從而可以精確讀出水及空氣的體積;試驗時，抽氣機將真空筒 9內(nèi)腔抽成真空狀態(tài)，保證測量針管10不受大氣壓力，從而準確測量出進入測量針管10的空氣體積以及液體(即水)體積。[〇〇29] 三軸土樣4的底部還設(shè)有濾紙5,濾紙5位于三軸土樣4的底部與透水石6之間，濾紙 5可以防止三軸土樣4和壓力室2的壓力內(nèi)腔中的細小顆粒堵塞透水石6,防止影響透水石6、 導(dǎo)管8的排水。
[0030]一種新型三軸土樣體變測量方法，其方法如下:
[0031]A、將圓柱體形的三軸土樣4配合放置于壓力室2的壓力內(nèi)腔中，在三軸土樣4的頂部安裝有土樣帽3,在三軸土樣4的底部配合安裝有透水石6,然后通過固定軸1將土樣帽3與壓力室2頂部連接固定以定位三軸土樣4;將導(dǎo)管8的一端管口與三軸土樣4下端的透水石6 相連通，導(dǎo)管8的另一端管口與真空筒9中的測量針管10進料端相連通；[〇〇32] B、向壓力室2的壓力內(nèi)腔中充滿液態(tài)水，壓力室2壓力內(nèi)腔中的液態(tài)水對三軸土樣 4提供體變測量所需水和壓力并固定圓柱形的三軸土樣4;啟動抽氣機將真空筒9的筒內(nèi)抽成真空狀態(tài)，并密封好真空筒9,并讓真空筒9筒內(nèi)的測量針管10上的測量刻度歸零；[〇〇33] C、壓力室2壓力內(nèi)腔中的液態(tài)水固結(jié)三軸土樣4,同時打開閥門7;固結(jié)結(jié)束后，關(guān)閉閥門7，并讀取測量針管10上的空氣刻度及液體刻度;通過空氣刻度及液體刻度的讀數(shù)可以精確反映出壓力室2壓力內(nèi)腔中的三軸土樣4的固結(jié)體變。根據(jù)固結(jié)階段的空氣刻度變化量與固結(jié)階段的液體刻度變化量之和可換算出三軸土樣4的固結(jié)階段體變(即三軸土樣4的固結(jié)體積變化量)。[〇〇34] D、啟動電機并對三軸土樣4進行剪切試驗，同時打開閥門，讀取測量針管10上的空氣刻度及液體刻度;通過空氣刻度及液體刻度的讀數(shù)可以精確反映出壓力室2壓力內(nèi)腔中的三軸土樣4的剪切體變。根據(jù)剪切階段的空氣刻度變化量與剪切階段的液體刻度變化量之和可換算出三軸土樣4的剪切階段體變(即三軸土樣4的剪切體積變化量)。[〇〇35] E、A?D試驗完成后，處理采集到的數(shù)據(jù)，然后卸掉固定軸1、土樣帽3、透水石6并從壓力室2中取出三軸土樣4，并用毛刷清洗壓力室2內(nèi)壁;確保壓力室2內(nèi)壁上沒有附著物，以進行下次試驗。
[0036]上述實施方式只是本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例，并不是用來限制本發(fā)明的實施與權(quán)利范圍的，凡依據(jù)本發(fā)明申請專利保護范圍所述的內(nèi)容做出的等效變化和近似替換，均應(yīng)落在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種新型三軸土樣體變測量裝置，其特征在于:包括固定軸(1)、壓力室(2)、三軸土 樣(4)和真空筒(9)，所述壓力室(2)具有壓力內(nèi)腔，所述三軸土樣(4)置于壓力室(2)的壓力 內(nèi)腔中，三軸土樣(4)的頂部設(shè)有土樣帽(3)，固定軸(1)的上部連接于壓力室(2)上，固定軸(1)的下端與土樣帽(3)連接，三軸土樣(4)的底部設(shè)有透水石(6);所述真空筒(9)的筒內(nèi)設(shè) 有測量針管(10)，測量針管(10)上設(shè)有測量刻度，壓力室(2)與真空筒(9)之間連通設(shè)有導(dǎo) 管(8)，導(dǎo)管(8)的一端管口與三軸土樣(4)下端的透水石(6)相連通，導(dǎo)管(8)的另一端管口 與測量針管(10)的進料端相連通。2.按照權(quán)利要求1所述的一種新型三軸土樣體變測量裝置，其特征在于:所述導(dǎo)管(8) 上設(shè)有閥門(7)。3.按照權(quán)利要求1或2所述的一種新型三軸土樣體變測量裝置，其特征在于:所述三軸 土樣(4)的底部還設(shè)有濾紙(5)，所述濾紙(5)位于三軸土樣(4)的底部與透水石(6)之間。4.按照權(quán)利要求1所述的一種新型三軸土樣體變測量裝置，其特征在于:所述壓力室(2)的壓力內(nèi)腔中填充有液態(tài)水，壓力室(2)的直徑為10cm，壓力室(2)的高度為15cm〇5.按照權(quán)利要求1所述的一種新型三軸土樣體變測量裝置，其特征在于:所述測量針管 (10)的管內(nèi)容積為7ml。6.按照權(quán)利要求1所述的一種新型三軸土樣體變測量裝置，其特征在于:所述三軸土樣 (4)圓柱體的截面直徑與透水石(6)的直徑相等且均為3.91cm，透水石(6)的高度為1.5cm; 所述三軸土樣(4)圓柱體的截面直徑與土樣帽(3)的直徑相等，土樣帽(3)的高度為1.8cm; 所述固定軸(1)的長度為6cm〇7.按照權(quán)利要求6所述的一種新型三軸土樣體變測量裝置，其特征在于:所述真空筒 (9)與抽氣機相連接，真空筒(9)的直徑為6cm，真空筒(9)的高度為10cm〇8.—種新型三軸土樣體變測量方法，其特征在于:其方法如下:A、將圓柱體形的三軸土樣(4)配合放置于壓力室(2)的壓力內(nèi)腔中，在三軸土樣(4)的 頂部安裝有土樣帽(3)，在三軸土樣(4)的底部配合安裝有透水石(6)，然后通過固定軸(1) 將土樣帽(3)與壓力室(2)頂部連接固定以定位三軸土樣(4);將導(dǎo)管(8)的一端管口與三軸 土樣(4)下端的透水石(6)相連通，導(dǎo)管(8)的另一端管口與真空筒(9)中的測量針管(10)進 料端相連通；B、向壓力室(2 )的壓力內(nèi)腔中充滿液態(tài)水，壓力室(2 )壓力內(nèi)腔中的液態(tài)水對三軸土樣 (4)提供體變測量所需水和壓力并固定圓柱形的三軸土樣(4);啟動抽氣機將真空筒(9)的 筒內(nèi)抽成真空狀態(tài)，并密封好真空筒(9)，并讓真空筒(9)筒內(nèi)的測量針管(10)上的測量刻 度歸零；C、壓力室(2)壓力內(nèi)腔中的液態(tài)水固結(jié)三軸土樣(4)，同時打開閥門(7);固結(jié)結(jié)束后， 關(guān)閉閥門(7)，并讀取測量針管(10)上的空氣刻度及液體刻度；D、啟動電機并對三軸土樣(4 )進行剪切試驗，同時打開閥門，讀取測量針管(10 )上的空 氣刻度及液體刻度；E、A?D試驗完成后，處理采集到的數(shù)據(jù)，然后卸掉固定軸(1)、土樣帽(3)、透水石(6)并 從壓力室(2)中取出三軸土樣(4)，并用毛刷清洗壓力室(2)內(nèi)壁。
【文檔編號】G01F22/00GK106018741SQ201610347450
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月24日
【發(fā)明人】員康鋒, 張軍, 孫志杰, 薛曉輝, 王國忠
【申請人】山西省交通科學(xué)研究院, 山西交科公路勘察設(shè)計院