CN104949887A - 一种减小三轴试样端部摩擦力的试验装置 - Google Patents

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赵红华
康馨
于绅坤
郑啸男
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Abstract

一种减小三轴土体试样端部摩擦力的试验装置，属于岩土工程实验技术领域。该装置通过扩大土体试样三轴试验仪的金属上盖和底座面积，并配合使用硅油润滑的橡皮膜片来减少土体试样三轴试样的端部摩擦力，从而保证了土体试样可以均匀变形，轴向荷载可以均匀分布，提高土体试样三轴实验量测的准确性。

Description

一种减小三轴试样端部摩擦力的试验装置
技术领域
本发明设计了一种减小三轴试样端部摩擦力的试验装置。属于岩土工程实验技术领域。
背景技术
三轴实验是土力学研究的重要基础之一。然而在传统的三轴实验当中，三轴试样与透水石或者底座直接接触，当土样受轴向压力变形时候，接触面处产生较大的摩擦力，常被称为端部摩擦力。端部摩擦力的产生影响土的均匀变形，导致其应力分布不均匀。尤其是在大应变下，端部摩擦力导致土体中间会隆起，而试样两边则变形较小。
发明内容
为了减小端部摩擦力，本发明设计了一种减小三轴土体试样端部摩擦力的试验装置，主要由轴向加载系统、压力传感器，水压力室、应变位移传感器和数据采集系统组成，在金属上盖和金属底座之间放置土体试样，金属上盖和金属底座中设置排水凹槽和排水管路，排水管路穿过密封的水压力室连接到外部空间，在外部的排水管路上安装排水阀门；金属盖体和土体试样安装在水压力室中；在水压力室的外部安装水压力室压力体检控制器；轴向加载系统穿过密封的水压力室顶部，向金属上盖施加轴向压力；排水管路将受压的土体试样中的水分排出，数据采集系统实施采集水压力室中土体试样受力时的压力及其变形情况；金属上盖和金属底座的底面积大于土体试样的底面积；金属上盖和金属底座与土体试样接触端为同心两台阶圆形凹槽，台阶底层凹槽设有排水孔和排水管路，台阶上层凹槽用于放置中心透空的透水石盖；两个中心透空的圆形橡皮膜片的一侧均匀涂抹填充硅油，将涂抹硅油的橡皮膜片一侧相互扣合，并用胶水将俩片橡皮膜内外接触的边缘粘结起来形成硅油润滑的橡皮膜片，硅油润滑的橡皮膜片的外径大于土体试样的直径；将上硅油润滑的橡皮膜片压实在金属上盖和土体试样之间，下硅油润滑的橡皮膜片压实土体试样和金属底座之间在形成密封，硅油润滑的橡皮膜片的中心透空直径小于透水石盖中心透空直径。水压力室顶盖上固定有连接水压力室内土体试样应变传感器和水压力室外部数据采集器之间的导线连接装置。
金属盖体底层凹槽直径大于透水石盖中心孔直径。
本发明的有益效果在于，通过扩大三轴试验仪的金属上盖和底座面积，并配合使用硅油润滑的橡皮膜片来减少三轴土体试样的端部摩擦力。由于三轴土体试样位于俩片硅油润滑的橡皮膜片中间，避免直接接触金属上盖及底座，有效的减少了土体试样和上盖及底座之间的摩擦。金属上盖和底座的面积大于三轴试样面积，在轴向荷载的作用下，三轴试样会均匀的径向变形，而且顶部底部受力均匀。由于添加了透水石和镂空的橡皮膜，本装置可以保证三轴实验过程中的固结排水与不排水等操作。因此，本装置可以有效的降低三轴实验当中试样底部和顶部的摩擦力，从而保证了试样可以均匀变形，轴向荷载可以均匀分布。
附图说明
附图为本发明的结构示意图。
图中：1.金属上盖、2.金属底座、3.上硅油润滑的橡皮膜片、4.上排水系统、5.上透水石凹槽、6.上透水石盖、7.下透水石盖、8.下透水石凹槽、9.下排水系统、10.下硅油润滑的橡皮膜片。
具体实施方式
下面结合技术方案进一步本说明的具体实施方式。
选择金属盖体底层凹槽直径5cm,深度0.5cm、透水石盖中心孔直径1cm，透水石盖外径尺寸5cm，厚度0.2cm。
(1)将改良的金属底座2固定与三轴筒内，把下透水石盖6放置于金属底座的下透水石凹槽8内，并检查是否合拢。
(2)将准备好下硅油润滑的橡皮膜片10放置在下透水石盖6上面，然后将准备好的滤纸放在硅油润滑的橡皮膜片10上面。
(3)把提前制备好的土体试样放置于滤纸上面，尽量避免扰动土体试样，调整好其位置，并保持竖直。然后在土体试样顶上放置另外一片滤纸和上硅油润滑的橡皮膜片3。
(4)将上透水石盖6放置于金属上盖的上透水石凹槽5内，检查是否合拢，再将金属上盖1连同上透水石盖6放置于上硅油润滑的橡皮膜片3上方。
(5)利用承膜筒将橡皮膜包裹在土体试样周围，并用O形圈将已经包裹好的土体试样完全密封好。连接好排水系统的阀门，将压力室充满水，连接好压力体检控制器并按要求设定传感器同时开始实验。

Claims (2)

1.一种减小三轴土体试样端部摩擦力的试验装置，主要由轴向加载系统、压力传感器，水压力室、应变位移传感器和数据采集系统组成，在金属上盖(1)和金属底座(2)之间放置土体试样，金属上盖(1)和金属底座(2)中设置排水凹槽和排水管路，排水管路穿过密封的水压力室连接到外部空间，在外部的排水管路上安装排水阀门；金属盖体和土体试样安装在水压力室中；水压力室顶盖上固定有连接水压力室内土体试样应变传感器和水压力室外部数据采集器之间的导线连接装置；在水压力室的外部安装水压力室压力体检控制器；轴向加载系统穿过密封的水压力室顶部，向金属上盖(1)施加轴向压力；排水管路将受压的土体试样中的水分排出，数据采集系统实施采集水压力室中土体试样受力时的压力及其变形情况；其特征在于，金属上盖(1)和金属底座(2)的底面积大于土体试样的底面积;金属上盖(1)和金属底座(2)与土体试样接触端为同心两台阶圆形凹槽，台阶底层凹槽设有排水孔和排水管路，台阶上层凹槽用于放置中心透空的透水石盖；两个中心透空的圆形橡皮膜片的一侧均匀涂抹填充硅油，将涂抹硅油的橡皮膜片一侧相互扣合，并用胶水将俩片橡皮膜内外接触的边缘粘结起来形成硅油润滑的橡皮膜片(3)，硅油润滑的橡皮膜片(3)的外径大于土体试样的直径；将上硅油润滑的橡皮膜片(3)压实在金属上盖(1)和土体试样之间，下硅油润滑的橡皮膜片(10)压实土体试样和金属底座(2)之间在形成密封，硅油润滑的橡皮膜片的中心透空直径小于透水石盖中心透空直径。
2.根据权利要求1所述的一种减小三轴土体试样端部摩擦力的试验装置，其特征在于，金属盖体底层凹槽直径大于透水石盖中心孔直径。
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