CN101699257A - 平面应变侧向应变控制式三轴仪 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种平面应变侧向应变控制式三轴仪，利用上述三轴仪可进行平面应变情况下土样的侧向卸荷试验或土样的侧向受限应力松弛试验，并获取精确的试验数据。三轴仪的小车包括底板和与底板相互垂直的第一侧板及第二侧板，第一侧板和第二侧板相互平行；小车与底座之间滚动连接；第一侧向堵头、第二侧向堵头和侧向挡板分别与小车底板之间滚动连接，与第二侧板共同形成土样容置室；第一压力传感器与第一侧向堵头的外侧面相互接触；第一旋转螺杆的两端分别与第二侧向堵头和第一百分表相互接触；第二压力传感器连接在侧向挡板上，与第一侧板相互接触；盖板布置在土样容置室的顶部；第二百分表与盖板的上侧面相互接触。
Description
技术领域
本发明涉及在平面应变条件下用于土样侧向卸荷实验，或平面应变侧向受限应力松弛实验的测量仪器，尤其涉及一种平面应变侧向应变控制式三轴仪。
背景技术
平面应变情况下土样的侧向卸荷是工程中常遇到的问题，目前使用的测量仪器，很难严格地满足侧向卸荷试验的条件。另外，平面应变条件下土样的侧向受限应力松弛是岩土工程领域的一个重大课题，例如各类挡土结构物上极限土压力在结构位移不变时的应力松弛问题，洞室等地下结构物上的土体应力松弛问题等。目前还没有专门针对挡土结构土压力应力松弛(土体剪应力松弛，挡土结构土压力增加)的测量仪器，主要技术困难是：很难同时满足平面应变条件及土样在侧向卸荷后再于卸荷方向保持恒定应变条件从而实施侧向受限应力松弛实验及量测。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种平面应变侧向应变控制式三轴仪，利用上述三轴仪可进行平面应变情况下土样的侧向卸荷试验或土样的侧向受限应力松弛试验，并获取精确的试验数据。
本发明包括底座、小车、第一侧向堵头、第二侧向堵头、侧向挡板、盖板、第一压力传感器、第二压力传感器和第一旋转螺杆；所述小车包括底板和与上述底板相互垂直的第一侧板及第二侧板，第一侧板和第二侧板相互平行；上述小车布置在底座上，与底座之间滚动连接；第一侧向堵头、第二侧向堵头和侧向挡板布置在小车底板上，分别与小车底板之间滚动连接；上述第一侧向堵头和第二侧向堵头面面相对，侧向挡板和第二侧板面面相对，第一侧向堵头、第二侧向堵头、侧向挡板、第二侧板和底板之间形成一用于容纳试验土样的土样容置室；所述第一压力传感器与第一侧向堵头的外侧面相互接触；所述第一旋转螺杆可向靠近或远离第二侧向堵头的方向移动，第一旋转螺杆的前端与第二侧向堵头的外侧面相互接触，后端与第一百分表相互接触；所述第二压力传感器连接在侧向挡板的外侧面上，与第一侧板相互接触；盖板布置在土样容置室的顶部；第二百分表与盖板的上侧面相互接触。
利用本发明中的三轴仪做平面应变条件下土样的侧向卸荷试验时，土样放置在土样容置室中，盖板盖在土样上，在盖板上施加相应的所需压力，即大主应力。土样在上部加压固结以后，旋转第一旋转螺杆，令第一旋转螺杆的前端与第二侧向堵头之间产生一定距离，即需要土样产生的位移，可由第一百分表控制。由于第一侧向堵头、第二侧向堵头和侧向挡板分别与小车底板之间滚动连接，土样对它们的侧向压力会推动它们相应地向外侧移动，从而第二侧向堵头会对第一压力传感器施加一压力，即土样对第二侧向堵头的压力，小主应力；侧向挡板会对第二压力传感器施加另一压力，即土样对侧向挡板的压力，中主应力。由此，可在不同的位移下，测出相应的土压力大小。利用本发明中的三轴仪做应力松弛试验时，与上述类似，土样在上部加压固结以后，旋转第一旋转螺杆，土样产生需要的位移，在固定的位移下读出随时间变化土压力的大小情况，即通过第一压力传感器来获取相应的土压力，由此即可测出土样在各个时间点对应的土压力大小，而此时应变保持不变。通过第二百分表可相应地获取土样的竖向位移。利用本发明中的平面应变侧向应变控制式三轴仪可进行平面应变情况下土样的侧向卸荷试验或土样的侧向受限应力松弛试验，并获取精确的试验数据。
作为本发明的改进，在底板的下侧面上开设倒碗状的导槽，在底座的上侧面上开设与上述倒碗状的导槽对应的碗状的导槽，上述倒碗状的导槽和对应的碗状的导槽之间布置滚珠。
作为本发明的改进，所述第一压力传感器连接在一压力传感器连接板上，所述压力传感器连接板固定连接在底座上。
作为本发明的改进，上述第一旋转螺杆贯穿一旋转螺杆连接板，与旋转螺杆连接板之间螺纹连接，所述旋转螺杆连接板固定连接在底座上。
作为本发明的改进，在所述第一侧板上贯穿螺纹连接第二旋转螺杆，所述第二旋转螺杆的前端与第二压力传感器相互接触。
在第一侧板上贯穿螺纹连接第二旋转螺杆可便于土样的装载。由于第二旋转螺杆的前端与第二压力传感器相互接触，在装载土样时可向外旋转第二旋转螺杆，第二旋转螺杆的前端与第二压力传感器之间分离，侧向挡板向外侧移动以扩大土样容置室的容积，从而可便于土样装载在土样容置室内。
作为本发明的改进，所述第一侧向堵头和第二侧向堵头分别与底板之间布置滚针。
作为本发明的改进，在所述侧向挡板的下侧面上开设倒碗状的导槽，底板的上侧面开设与上述倒碗状的导槽相互对应的碗状的导槽，在上述倒碗状的导槽和碗状的导槽之间布置滚珠。
作为本发明的改进，在第一侧向堵头的内侧和第二侧向堵头的内侧分别布置第一复合加压板和第二复合加压板；上述第一复合加压板与第一侧向堵头的内侧面之间面面接触，第二复合加压板与第二侧向堵头的内侧面之间面面接触；第一复合加压板的下侧面和第二复合加压板的下侧面与底板之间分别布置滚针；上述每块复合加压板是由若干层弹性橡胶皮和若干层铝板借助于胶水相互粘结而成，上述若干层弹性胶皮与若干层铝板之间间隔布置；盖板与第一复合加压板的上侧面及第二复合加压板的上侧面之间，分别通过滚针滚动连接。
复合加压板可以实现竖向和土体同步压缩，而水平向能承受和传递土压力。既消除了土体和堵头之间的竖向摩擦，又传递了土体的侧向应力。复合加压板的上部用滚针连接盖板，下部用滚针连接底座，这样在侧向卸荷的时候，复合加压板能随着堵头的移动而使滚针滚动，大大减小复合加压板和周围的摩擦，从而提高测量精度。
作为本发明的改进，在土样容置室中，盖板的下侧面上、侧向挡板的内侧面上、第二侧板的内侧面上、以及底板的上侧面上，分别设置摩擦力消减装置；所述摩擦力消减装置包括设置在对应平面上的若干个相互平行的卡槽，每个卡槽中布置若干个纵截面呈工字型的构件；所述每个构件包括上面板、下底板和中间连板；上面板和下底板相互平行，中间连板处于上面板和下底板之间，将上面板和下底板之间相互连接；在所述下底板和卡槽的底部之间布置若干个滚针；所述上面板处于卡槽外，下底板处于卡槽中；在每个卡槽侧壁的上端设置一挡边。
工字型构件受压以后，直接把力传给滚针，和卡槽的周边不接触。由此，随着土体的卸荷，工字型构件和土体一起移动，工字型构件的移动相应地转化为滚针的滚动，大大减少了侧壁对土样的水平摩擦力。另外，上述结构能减少边角效应。由于土样的各个边界都是刚性板加荷，土体在三个方向都发生压缩变形时，还能保证土样的受力均匀和土样的规整。如果土样有一个方向发生膨胀，则另外两个方向的加荷板难以跟随，造成土体在边角挤出，给试验造成误差。上述结构在土体发生侧向卸荷，也就是侧胀时，工字型构件能随着土体一起变形，是工字型构件的整体平面大小始终和接触土样的大小相同，从而把本来造成的边角挤出，分散到几个工字型构件的衔接处。如果卸荷的位移就很小，经过分散以后，即使土样卸荷到最后，工字型构件的相对位移也很小，不会造成土体的挤出。挡边用于将下底板限制在卡槽中。
作为本发明的改进，在所述盖板上设置排水孔。
盖板上设置排水孔可供排水剪切试验用。上述排水孔通过橡皮管与一带有刻度的排水管相互连通，橡皮管与排水管之间连接一阀门。打开阀门即可做排水剪切试验，做不排水剪切试验时，关闭阀门即可。
说明书附图
图1是平面应变侧向应变控制式三轴仪的结构示意图；
图2是图1中A-A方向的结构示意图；
图3是本发明中摩擦力消减装置的结构示意图；
图4是图3中的A向视图。
具体实施方式
如图1和图2所示，本实施方式中的平面应变侧向应变控制式三轴仪包括底座1，在底座1上布置一小车2，所述小车2是由一块底板2-1和与上述底板2-1相互垂直的第一侧板2-2及第二侧板2-3组成，所述第一侧板2-2和第二侧板2-3相互平行。上述小车2与底座1之间滚动连接。优选地，在小车2的底板2-1的下侧面上开设两道相互平行的倒碗状的导槽2-1-1，在底座1的上侧面上开设与上述两道倒碗状的导槽2-1-1对应的两道相互平行的碗状的导槽1-1，上述每道倒碗状的导槽2-1-1和对应的碗状的导槽1-1之间布置滚珠3。
在小车底板2-1上布置第一侧向堵头4、第二侧向堵头4′和侧向挡板5。上述第一侧向堵头4和第二侧向堵头4′之间面面相对，侧向挡板5和小车2的第二侧板2-3面面相对。由此，上述第一侧向堵头4、第二侧向堵头4′、侧向挡板5、小车2的第二侧板2-3和小车底板2-1之间形成一用于容纳试验土样的土样容置室6。上述第一侧向堵头4和第二侧向堵头4′分别与小车底板2-1之间滚动连接。优选地，上述第一侧向堵头4和小车底板2-1之间布置滚针7；相同地，第二侧向堵头4′和小车底板2-1之间布置滚针7′。侧向挡板5与小车底板2-1之间滚动连接。优选地，在上述侧向挡板5的下侧面上开设倒碗状的导槽，小车底板2-1的上侧面开设与上述倒碗状的导槽相互对应的碗状的导槽，在上述倒碗状的导槽和碗状的导槽之间布置滚珠8。
如图1所示，在所述第一侧向堵头4的外侧面上设置一突出部4-1，所述突出部4-1与第一压力传感器9相互接触。第一压力传感器9连接在压力传感器连接板10上，所述压力传感器连接板10固定连接在底座1上。在所述第二侧向堵头4′的外侧面上设置另一突出部4-1′，所述另一突出部4-1′与第一旋转螺杆11的前端相互接触，所述第一旋转螺杆11的后端与第一百分表12相互接触。上述第一旋转螺杆11贯穿螺纹连接在一旋转螺杆连接板13上，所述旋转螺杆连接板13则固定连接在底座1上。
如图2所示，在侧向挡板5的外侧面上连接第二压力传感器9′，所述第二压力传感器9′与第二旋转螺杆11′的前端相互接触，上述第二旋转螺杆11′贯穿螺纹连接在小车2的第一侧板2-2上。
另外，在土样容置室6的顶部布置一盖板14，所述盖板14上设置两个排水孔14-1。盖板14的上方布置第二百分表12′，所述第二百分表12′与盖板14的上侧面相互接触。
优选地，在第一侧向堵头4的内侧布置第一复合加压板15，第一侧向堵头4的内侧面与第一复合加压板15之间面面接触，第一复合加压板15的下侧面置于滚针7上。在第二侧向堵头4′的内侧布置第二复合加压板15′，第二侧向堵头4′的内侧面与第二复合加压板15′之间面面接触，第二复合加压板15′的下侧面置于滚针7′上。上述第一复合加压板15和第二复合加压板15′的结构相同，每块复合加压板是由若干层弹性橡胶皮和若干层铝板借助于胶水相互粘结而成，上述若干层弹性胶皮与若干层铝板之间间隔布置。盖板14与第一复合加压板15的上侧面及第二复合加压板15′的上侧面之间，分别通过滚针16和16′滚动连接。
另外，在土样容置室6中，盖板14的下侧面上、侧向挡板5的内侧面上、小车2的第二侧板2-3的内侧面上、以及小车2的底板2-1的上侧面上，分别设置摩擦力消减装置17。
如图3所示，所述摩擦力消减装置17包括设置在平面上的若干个相互平行的卡槽17-1，每个卡槽17-1中布置若干个纵截面呈工字型的构件17-2。所述每个构件17-2包括上面板17-2-1、下底板17-2-2和中间连板17-2-3；上面板17-2-1和下底板17-2-2相互平行，中间连板17-2-3处于上面板17-2-1和下底板17-2-2之间，将上面板17-2-1和下底板17-2-2之间相互连接。在所述下底板17-2-2和卡槽17-1的底部之间布置若干个滚针17-3。所述上面板17-2-1处于卡槽17-1外，下底板17-2-2处于卡槽17-1中。另外，在每个卡槽17-1侧壁的上端设置一挡边17-1-1，以用于将下底板17-2-2限制在卡槽17-1中。
图4显示了工字型的构件17-2在平面上的排列结构。
Claims (10)
1.平面应变侧向应变控制式三轴仪，其特征在于：包括底座、小车、第一侧向堵头、第二侧向堵头、侧向挡板、盖板、第一压力传感器、第二压力传感器和第一旋转螺杆；所述小车包括底板和与上述底板相互垂直的第一侧板及第二侧板，第一侧板和第二侧板相互平行；上述小车布置在底座上，与底座之间滚动连接；第一侧向堵头、第二侧向堵头和侧向挡板布置在小车底板上，分别与小车底板之间滚动连接；上述第一侧向堵头和第二侧向堵头面面相对，侧向挡板和第二侧板面面相对，第一侧向堵头、第二侧向堵头、侧向挡板、第二侧板和底板之间形成一用于容纳试验土样的土样容置室；所述第一压力传感器与第一侧向堵头的外侧面相互接触；所述第一旋转螺杆可向靠近或远离第二侧向堵头的方向移动，第一旋转螺杆的前端与第二侧向堵头的外侧面相互接触，后端与第一百分表相互接触；所述第二压力传感器连接在侧向挡板的外侧面上，与第一侧板相互接触；盖板布置在土样容置室的顶部；第二百分表与盖板的上侧面相互接触。
2.根据权利要求1所述的平面应变侧向应变控制式三轴仪，其特征在于：在底板的下侧面上开设倒碗状的导槽，在底座的上侧面上开设与上述倒碗状的导槽对应的碗状的导槽，上述倒碗状的导槽和对应的碗状的导槽之间布置滚珠。
3.根据权利要求1所述的平面应变侧向应变控制式三轴仪，其特征在于：所述第一压力传感器连接在一压力传感器连接板上，所述压力传感器连接板固定连接在底座上。
4.根据权利要求1所述的平面应侧向变应变控制式三轴仪，其特征在于：上述第一旋转螺杆贯穿一旋转螺杆连接板，与旋转螺杆连接板之间螺纹连接，所述旋转螺杆连接板固定连接在底座上。
5.根据权利要求1所述的平面应侧向变应变控制式三轴仪，其特征在于：在所述第一侧板上贯穿螺纹连接第二旋转螺杆，所述第二旋转螺杆的前端与第二压力传感器相互接触。
6.根据权利要求1所述的平面应变侧向应变控制式三轴仪，其特征在于：所述第一侧向堵头和第二侧向堵头分别与底板之间布置滚针。
7.根据权利要求1所述的平面应变侧向应变控制式三轴仪，其特征在于：在所述侧向挡板的下侧面上开设倒碗状的导槽，底板的上侧面开设与上述倒碗状的导槽相互对应的碗状的导槽，在上述倒碗状的导槽和碗状的导槽之间布置滚珠。
8.根据权利要求1所述的平面应变侧向应变控制式三轴仪，其特征在于：在第一侧向堵头的内侧和第二侧向堵头的内侧分别布置第一复合加压板和第二复合加压板；上述第一复合加压板与第一侧向堵头的内侧面之间面面接触，第二复合加压板与第二侧向堵头的内侧面之间面面接触；第一复合加压板的下侧面和第二复合加压板的下侧面与底板之间分别布置滚针；上述每块复合加压板是由若干层弹性橡胶皮和若干层铝板借助于胶水相互粘结而成，上述若干层弹性胶皮与若干层铝板之间间隔布置；盖板与第一复合加压板的上侧面及第二复合加压板的上侧面之间，分别通过滚针滚动连接。
9.根据权利要求1所述的平面应变侧向应变控制式三轴仪，其特征在于：在土样容置室中，盖板的下侧面上、侧向挡板的内侧面上、第二侧板的内侧面上、以及底板的上侧面上，分别设置摩擦力消减装置；所述摩擦力消减装置包括设置在对应平面上的若干个相互平行的卡槽，每个卡槽中布置若干个纵截面呈工字型的构件；所述每个构件包括上面板、下底板和中间连板；上面板和下底板相互平行，中间连板处于上面板和下底板之间，将上面板和下底板之间相互连接；在所述下底板和卡槽的底部之间布置若干个滚针；所述上面板处于卡槽外，下底板处于卡槽中；在每个卡槽的侧壁上端设置一挡边。
10.根据权利要求1所述的平面应变侧向应变控制式三轴仪，其特征在于：在所述盖板上设置排水孔。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20110803 Termination date: 20131028 |