CN102507307A - 一种真三轴仪的压力室密封装置 - Google Patents

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许萍
潘德勇
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Abstract

本发明公开了一种真三轴仪的压力室密封装置，包括固定底座，固定底座的中心开有矩形槽，矩形槽内设置有下透水板，矩形槽内且位于下透水板的下方放置有乳胶膜，下透水板底部开有排水通道，固定底座的底部开有进水通道和出水通道，其均与下透水板排水通道相连通；下透水板的上方用于放置试样，在该试样的上方设置有上透水板，上透水板的顶部开有排气通道，乳胶膜向上包裹所述下透水板、试样和上透水板后，在上透水板的顶部安装有试样帽，试样帽上开有两个试样帽排气通道，该两个试样帽排气通道分别与上透水板的排气通道相连通。本发明通过对试样的有效密封，克服了现有机构不能对试样进行精确水、气控制和量测的缺点。

Description

一种真三轴仪的压力室密封装置
技术领域
本发明属于岩土工程测试设备技术领域，具体涉及一种真三轴仪的压力室密封装置。
背景技术
现今对土体的力学特性认识的不断深入，传统的土力学特性的测试仪器，如直剪仪、单向压缩仪、常规三轴仪在对土体进行复杂应力条件下的试验研究具有相当的局限性。为了更全面、真实地反映土单元的三维受力状态，自国外学者Kiellma首次成功设计真三轴以来，国内外研究者不断改进和设计多种真三轴仪。国内比较有代表性的有清华大学真三轴仪、同济大学的真三轴仪、吉林工业大学的真三轴仪以及河海大学的真三轴仪等。国内现有的真三轴仪大体分为两类，一种是采用矩形四棱柱试样刚性水平加压板加载方式，轴向采用应变式加载，水平向由应力控制加载；第二种是采用正方体试样柔性囊水平加载方式，三向均采用应变式控制加载。现今无论其采用何种加载方式，对非饱和土真三轴试验吸力控制问题的有效解决成为热点和难点。由于非饱和土中孔隙气压力的存在，就要求压力室各部件必须具有良好的密封性能，因此，可以说压力室的密封装置是决定试验过程中水、气控制解决非饱和真三轴试验研究的关键因素。
现有的真三轴仪一般采用圆形橡皮圈固定试样、特制方形橡皮圈以及钢圈与橡胶垫片固定三种方案解决压力室密封问题。三种方案具有良好的可操作性，但前两者如果不能保证橡皮圈紧密贴合包裹试样的乳胶膜和底座，对试验结果的准确性容易带来干扰，尤其对非饱和土进行孔隙水、孔隙气压力的控制和量测具有局限性；采用钢圈与橡胶垫片固定该种方式较之橡皮圈一定程度上对其密封效果有所改善，但钢圈与乳胶膜之间刚柔接触产生的摩擦作用不可避免。因此，改善真三轴试样密封装置，消除密封装置现有缺陷，使得新的压力室结构密封装置既能保证良好的密封性能，又能实现准确水、气控制和量测，十分重要。
发明内容
本发明的目的是提供一种真三轴仪的压力室密封装置，通过对试样的有效密封，克服了现有机构不能对试样进行精确水、气控制和量测的缺点。
本发明所采用的技术方案是，一种真三轴仪的压力室密封装置，包括固定底座，固定底座的中心开有矩形槽，矩形槽内设置有下透水板，矩形槽内且位于下透水板的下方放置有乳胶膜，下透水板底部开有排水通道，固定底座的底部开有进水通道和出水通道，进水通道和出水通道均与下透水板排水通道相连通；
下透水板的上方用于放置试样，在该试样的上方设置有上透水板，上透水板的顶部开有排气通道，乳胶膜向上包裹下透水板、试样和上透水板后，在上透水板的顶部安装有试样帽，试样帽上开有两个试样帽排气通道，该两个试样帽排气通道分别与上透水板的排气通道相连通。
所述下透水板为矩形板体且表面开有下透水板中心槽，下透水板中心槽内镶嵌有带透水孔的有机玻璃板，排水通道为开在该下透水板中心槽底部的环形排水螺纹。
下透水板为矩形板体且表面开有下透水板中心槽，下透水板中心槽内镶嵌有陶土板，排水通道为开在该下透水板中心槽底部的环形排水螺纹。
上透水板为矩形板体且表面开有上透水板中心槽，上透水板中心槽内镶嵌有带透水孔的有机玻璃板，排气通道为开在该上透水板中心槽顶部的环形排气螺纹。
下透水板上开有多个螺纹孔，并通过下透水板固定螺栓与固定底座相连接。
上透水板上开有多个螺纹孔，并通过上透水板固定螺栓与试样帽相连接。
在固定底座的矩形槽内且位于乳胶膜的外侧，设置有止水垫片；在固定底座上，位于进水通道和出水通道的开孔处均设置有止水垫圈。
试样帽和上透水板之间设置有乳胶垫片；在试样帽上，位于两个试样帽排气通道的开孔处均设置有止水垫圈。
下透水板与固定底座矩形槽之间的缝隙处，填充多个条形钢板。
乳胶膜为立方体形状。
本发明一种真三轴仪的压力室密封装置的优点是：能很好地实现了立方体试样在三向独立加载试验条件下的密封问题，并且通过进行试验过程中水、气条件的有效控制，可测定非饱和土的真三轴剪切试验相关参数；试验结果稳定可靠，不同土性试验结果可比性强。另外，本发明结构简单，使用操作简便，性能可靠。
附图说明
图1是本发明一种真三轴仪的压力室密封装置的结构示意图；
图2是本发明中下透水板中排水通道的结构示意图；
图3是本发明中下透水板的结构示意图；
图4是本发明中固定底座的结构示意图；
图5是本发明中试样帽的结构示意图；
图6是利用本发明进行成样模安装的结构示意图；
图7是安装有本发明的真三轴仪压力室的结构示意图。
其中，1、固定底座；2、压力室侧壁外罩；3、压力室顶盖；4、试样帽；5、进水通道；6、出水通道；7、条形钢板、8、排气孔；9、下透水板；10、乳胶膜；11、上透水板；12、下透水板固定螺栓；13、上透水板固定螺栓；14、试样帽排气通道；15、成样膜；16、抽气孔；17、排水螺纹；18、下透水板中心槽；19、有机玻璃板；20、固定螺栓；21、乳胶垫片。
具体实施方式
如图1所示，本发明一种真三轴仪的压力室密封装置，包括固定底座1，结合图4所示，固定底座1的中心开有矩形槽，该矩形槽内设置有下透水板9，在矩形槽内且位于下透水板9的下方放置有乳胶膜10，乳胶膜10为与立方体形状，以适应上透水板11、试样以及下透水板9的整体形状。如图2和图3所示，下透水板9为矩形板体，其表面开有下透水板中心槽18，下透水板中心槽18内镶嵌有带透水孔的有机玻璃板19，下透水板中心槽18底部开有排水通道，排水通道为环形排水螺纹17。固定底座1的底部开有进水通道5和出水通道6，进水通道5和出水通道6分别与下透水板9排水通道相连通。下透水板9上开有多个螺纹孔，并通过多个下透水板固定螺栓12与固定底座1相连接。
下透水板9的上方用于放置试样，在试样的上方设置有上透水板11。上透水板11为矩形板体，其表面开有上透水板中心槽，上透水板中心槽内镶嵌有带透水孔的有机玻璃板，上透水板11的顶部开有排气通道，排气通道为开在该上透水板中心槽顶部的环形排气螺纹17。上透水板11上开有多个螺纹孔，并通过上透水板固定螺栓13与试样帽4相连接。乳胶膜10向上包裹下透水板9、试样、上透水板11后，在上透水板11的顶部安装试样帽4，如图5所示，试样帽4上开有两个试样帽排气通道14，该两个试样帽排气通道14分别与上透水板11的排气通道相连通。
为了保证密封性，在固定底座1上，位于进水通道5和出水通道6的开孔处均设置有止水垫圈。在固定底座1的矩形槽内且位于乳胶膜10的外侧，设置有止水垫片。在试样帽4和上透水板11之间设置有乳胶垫片21。在试样帽4上，位于两个试样帽排气通道14的开孔处均设置有止水垫圈。
在下透水板9与固定底座1矩形槽之间的缝隙处，根据需要填充四个条形钢板7。
下透水板9中，下透水板中心槽18内还可以镶嵌陶土板，与有机玻璃板19相比，陶土板可将试样内的水与进水通道5和出水通道6直接连通，同时阻止试样内气体排出。
本发明在使用时，在进水通道5和出水通道6处分别安装有控制进水阀门和出水阀门，并与高精度的液压体变计控制器连通。控制进水阀门和出水阀门，可实现试验中排水条件的有效控制；关闭进水阀门和出水阀门，由液压体变计控制器维持孔隙水压力恒定在一个设定值，即可实现非饱和土样内孔隙水压力控制。在试样帽排气通道14的出口处安装排气孔8，并连接气压管，采用气压阀及连通的精密压力表控制气压力。
本发明中，下透水板9、试样、上透水板11作为一个整体，被立方体乳胶膜10包裹，使试样的侧壁密封良好。下透水板9内置在乳胶膜10里，并置于固定底座1的矩形槽内，采用下透水板固定螺栓12固定，条形钢板7填补下透水板9与固定底座1缝隙，进水通道5和出水通道6与下透水板排水通道密封对接，使下透水板9的密封良好。乳胶垫片21和止水垫圈的设置，两个试样帽排气通道14与上透水板11的排气通道密封对接，以及乳胶膜10的密封作用，使上透水板11的密封良好。
本发明的工作过程如下：
试验开始前，将下透水板9内置于乳胶膜10的一端，固定底座1的矩形槽内置止水垫片，同时位于进水通道5和出水通道6的开孔处均设置有止水垫圈。此后，将内置有下透水板9的乳胶膜10布设于固定底座1的矩形槽内，用下透水板固定螺栓12将下透水板9和固定底座1紧密连接。
如图6所示，在下透水板9与固定底座1的矩形槽内之间，沿下透水板9四边竖直放置成样模15，成样膜15由四瓣组成，相邻成样膜15之间用螺栓拧紧密封。乳胶膜10顶端外翻于成样膜15外侧，采用成样膜15上抽气孔16抽气形成负压，使乳胶膜10与成样膜15之间紧贴，从而形成规则的立方体成膜筒。
如图7所示，在立方体成膜筒内放置已制备好的立方体试样或装散粒体土样，试样顶部放置上透水板11，乳胶膜10上端包裹上透水板11。在上透水板11上依次放置止水垫片21和试样帽4，用上透水板固定螺栓13连接上透水板11与试样帽4，通过包裹的乳胶膜10和止水垫片21密封上透水板11和试样帽4之间的缝隙。在固定底座1上设置压力室侧壁外罩2和压力室顶盖3，用固定螺栓20连接。试样密封、安装完成。
对于饱和固结排水剪切试验，三向施加均等压力，打开固定底座1的排水通道，排水固结，剪切过程亦打开下排水通道。对于饱和固结不排水剪切试验，三向施加均等压力，打开下排水通道，排水固结。剪切过程中关闭下排水通道。
对于非饱和土试验，可以通过上透水板11上的排气通道控制试样内部的气压，通过镶嵌有陶土板的下透水板9及排水通道控制试样内部的水压。每个非饱和土剪切试验均包括三个阶段：吸力平衡阶段、等吸力固结阶段和等吸力剪切阶段。吸力平衡阶段是指在给定的孔隙水压和气压控制条件下，使试样内部的水分转移均匀；等吸力固结阶段是指在恒定吸力状态下，对试样施加均等的净应力，待固结变形稳定；等吸力剪切阶段是指在恒定吸力状态下，对试样施加不同应力路径的剪切。试验结束条件可设定为轴向应变达到12％，即认为试样破坏，试验过程具有合理性。
本发明主要适用于三向独立加载的真三轴仪，可通过不同的试验条件完成复杂应力条件下饱和土和非饱和土的力学特性、强度变形特性的研究。

Claims (10)

1.一种真三轴仪的压力室密封装置，其特征在于，包括固定底座(1)，所述固定底座(1)的中心开有矩形槽，所述矩形槽内设置有下透水板(9)，所述矩形槽内且位于下透水板(9)的下方放置有乳胶膜(10)，所述下透水板(9)底部开有排水通道，所述固定底座(1)的底部开有进水通道(5)和出水通道(6)，所述进水通道(5)和出水通道(6)均与下透水板(9)排水通道相连通；
所述下透水板(9)的上方用于放置试样，在该试样的上方设置有上透水板(11)，所述上透水板(11)的顶部开有排气通道，所述乳胶膜(10)向上包裹所述下透水板(9)、试样和上透水板(11)后，在所述上透水板(11)的顶部安装有试样帽(4)，所述试样帽(4)上开有两个试样帽排气通道(14)，该两个试样帽排气通道(14)分别与所述上透水板(11)的排气通道相连通。
2.按照权利要求1所述的一种真三轴仪的压力室密封装置，其特征在于，所述下透水板(9)为矩形板体且表面开有下透水板中心槽(18)，所述下透水板中心槽(18)内镶嵌有带透水孔的有机玻璃板(19)，所述排水通道为开在该下透水板中心槽(18)底部的环形排水螺纹(17)。
3.按照权利要求1所述的一种真三轴仪的压力室密封装置，其特征在于，所述下透水板(9)为矩形板体且表面开有下透水板中心槽(18)，所述下透水板中心槽(18)内镶嵌有陶土板，所述排水通道为开在该下透水板中心槽(18)底部的环形排水螺纹(17)。
4.按照权利要求1、2或3所述的一种真三轴仪的压力室密封装置，其特征在于，所述上透水板(11)为矩形板体且表面开有上透水板中心槽，所述上透水板中心槽内镶嵌有带透水孔的有机玻璃板，所述排气通道为开在该上透水板中心槽顶部的环形排气螺纹。
5.按照权利要求1所述的一种真三轴仪的压力室密封装置，其特征在于，所述下透水板(9)上开有多个螺纹孔，并通过下透水板固定螺栓(12)与所述固定底座(1)相连接。
6.按照权利要求1或5所述的一种真三轴仪的压力室密封装置，其特征在于，所述上透水板(11)上开有多个螺纹孔，并通过上透水板固定螺栓(13)与所述试样帽(4)相连接。
7.按照权利要求1所述的一种真三轴仪的压力室密封装置，其特征在于，在所述固定底座(1)的矩形槽内且位于乳胶膜(10)的外侧，设置有止水垫片；在所述固定底座(1)上，位于所述进水通道(5)和出水通道(6)的开孔处均设置有止水垫圈。
8.按照权利要求1或7所述的一种真三轴仪的压力室密封装置，其特征在于，所述试样帽(4)和上透水板(11)之间设置有乳胶垫片(21)；在所述试样帽(4)上，位于所述两个试样帽排气通道(14)的开孔处均设置有止水垫圈。
9.按照权利要求1所述的一种真三轴仪的压力室密封装置，其特征在于，所述下透水板(9)与固定底座(1)矩形槽之间的缝隙处，填充多个条形钢板(7)。
10.按照权利要求1所述的一种真三轴仪的压力室密封装置，其特征在于，所述乳胶膜(10)为立方体形状。
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