CN105403458A - 基于常规三轴仪的拉伸实验装置及其操作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于常规三轴仪的拉伸实验装置，包括量力环、传力杆、试样帽，量力环通过夹具与传力杆的上部连接在一起，传力杆下部安装有叶片，试样帽中部设置有凹槽Ⅰ，凹槽Ⅰ的两侧分别设置有凹腔，叶片与凹腔相匹配。本发明通过夹具将量力环和传力杆连接，通过传力杆下部安装的叶片和试样帽内的凹腔相匹配，实现在试样帽上施加拉力，可轻松实现围压大于轴压这种应力状态。叶片可拆卸的安装在传力杆下部，便于安装和拆卸，在传力杆下部设置的凹槽Ⅱ一方面用于定位使叶片安装位置正确，另一方面确保叶片安装稳固。试样帽的凹腔上端面设置的弧形凸起Ⅰ和叶片上端面的弧形凸起Ⅱ配合确保两者之间没有空隙，使实验效果好，测试更为准确。

Description

基于常规三轴仪的拉伸实验装置及其操作方法
技术领域
本发明属于土力学实验装置技术领域，具体涉及一种基于常规三轴仪的拉伸实验装置。
背景技术
常规三轴试验轴向传力系统实施方法为：通过一根传力轴杆，经试样帽传递至土样顶部。由于传力轴杆与试样帽不连接为一体，造成在围压施加的情况下，只能进行等向固结（围压=轴向压力）或轴向压力大于围压的固结状态，而不能进行围压>轴压应力状态的固结，大大减小了三轴仪的应用范围。土体具有较显著的应力路径依赖性，其强度大小与应力状态、应力历史、应力路径等均密切相关。对于如膨胀土等特殊土，由于土层的沉积受荷历史、年代和土体干燥和陈化等因素作用，其固结状态多为围压>轴压的超固结状态，常规三轴仪显得力不从心。
随着我国试验设备精度及稳定性的不断提高，拥有常规三轴仪的高校及科研单位越来越多。虽然目前国外进口仪器已有能够实现围压>轴压这种应力状态的相关实验，但其与我国土工试验的土样尺寸不相匹配，由于土体力学特性的尺寸效应，造成试验成果无法对比等问题。此外，进口仪器存在价格较高等因素。
发明内容
针对上述现有技术中描述的不足，本发明的目的是提供一种装样方便、操作简单，测量精准，拆卸方便成本低的基于常规三轴仪的拉伸实验装置。
为实现上述技术目的，本发明所采用的技术方案如下：
一种基于常规三轴仪的拉伸实验装置，包括量力环、传力杆、试样帽，量力环通过夹具与传力杆的上部连接在一起，传力杆下部安装有叶片，试样帽中部设置有凹槽Ⅰ，凹槽Ⅰ的两侧分别设置有凹腔，叶片与凹腔相匹配。
所述试样帽包括本体，本体中部设置有凹槽Ⅰ，凹槽Ⅰ的两侧分别设置有凹腔，在凹槽Ⅰ的中部设置有定位孔，在定位孔侧边的凹槽Ⅰ上设置有用于连接压力装置的通孔。
所述凹腔的上端面设置有弧形凸起Ⅰ。
所述凹腔的侧端面为弧形面。
所述传力杆的下部设置有凹槽Ⅱ，叶片安装在传力杆的凹槽Ⅱ处。
在叶片的上端面设有弧形凸起Ⅱ。
叶片的长度与传力杆的直径的和大于凹槽Ⅰ的宽度，且小于两凹腔之间的距离。
所述叶片包括第一叶片和第二叶片，第一叶片和第二叶片通过螺栓固紧在传力杆上，两片式结构便于安装和拆卸。
基于常规三轴仪的拉伸实验装置的操作方法，步骤如下：
步骤1，将叶片安装在传力杆的凹槽Ⅱ处，并通过螺栓固紧在传力杆上；
步骤2，在压力室的底座上依次放上透水石Ⅰ、滤纸，将橡皮膜用承膜筒套设在试样土外，并用橡皮圈将橡皮膜下端与底座扎紧；在试样土顶部依次放上滤纸、透水石Ⅱ，使试样帽中充水，并放在透水石Ⅱ上，用橡皮圈将橡皮膜上端与试样帽扎紧；
步骤3，安装压力室，并根据试样帽的凹槽Ⅰ中部的定位孔调节传力杆的位置，确保传力杆位于试样帽的中心，并使叶片的轴线方向与凹槽Ⅰ平行；
步骤4，将传力杆轻微下压，使传力杆位于定为孔内，传力杆的中心与定位孔的中心重合，并使叶片位于凹槽Ⅰ内；
步骤5，旋转传力杆使叶片进入凹腔内，并使叶片上端面的弧形凸起Ⅱ与凹腔上端面的弧形凸起Ⅰ接触；
步骤6，将传力杆上部通过夹具与量力环连接；
步骤7，装样工作完成，向压力室中加满水后，可以施加围压，进而通过常规三轴已有齿轮装置反转，即可使传力杆产生拉力，进而实现围压大于轴压的固结状态。
本发明通过夹具将量力环和传力杆连接，通过传力杆下部安装的叶片和试样帽内设置的凹腔相匹配将传力杆与试样帽连接，即可实现在试样帽上施加拉力，可轻松实现围压大于轴压这种应力状态。叶片可拆卸的安装在传力杆下部，便于安装和拆卸，在传力杆下部设置的凹槽Ⅱ一方面用于定位使叶片安装位置正确，另一方面确保叶片安装稳固。试样帽的凹腔上端面设置的弧形凸起Ⅰ和叶片上端面的弧形凸起Ⅱ配合确保两者之间没有空隙，使实验效果好，测试更为准确。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为图1的局部放大图A。
图3为本发明试样帽的主视图。
图4为本发明试样帽俯视图。
图5为本发明叶片的结构示意图。
图6为本发明传力杆的结构示意图。
图7为本发明的使用状态图。
图8为本发明与常规三轴仪的实验结果对比图。
具体实施方式
如图1-7所示，一种基于常规三轴仪的拉伸实验装置，包括量力环1、传力杆2、试样帽3。量力环1通过夹具4与传力杆2的上部连接在一起，传力杆2的下部设置有凹槽Ⅱ2-1，叶片5安装在传力杆2的凹槽Ⅱ2-1处，在叶片5的上端面设有弧形凸起Ⅱ5-1。
所述试样帽3包括本体3-3，本体3-3中部设置有凹槽Ⅰ3-1，凹槽Ⅰ3-1的两侧分别设置有凹腔3-2，所述凹腔3-2的上端面设置有弧形凸起Ⅰ3-2-1，凹腔3-2的侧端面为弧形面。
叶片5的长度与传力杆2的直径的和大于凹槽Ⅰ3-1的宽度，且小于两凹腔3-2之间的距离。
在凹槽Ⅰ3-1的中部设置有定位孔3-1-1，在定位孔3-1-1侧边的凹槽Ⅰ3-1上设置有用于连接压力装置的通孔3-1-2。
优选地，所述叶片5包括第一叶片和第二叶片，第一叶片和第二叶片通过螺栓固紧在传力杆2上，两片式结构便于安装和拆卸。
本实施例中的夹具4可采用与叶片相同的结构。
基于常规三轴仪的拉伸实验装置的操作方法，步骤如下：
步骤1，将叶片5安装在传力杆2的凹槽Ⅱ2-1处，并通过螺栓固紧在传力杆2上；
步骤2，在压力室6的底座6-1上依次放上透水石Ⅰ、滤纸，将橡皮膜用承膜筒套设在试样土外，并用橡皮圈将橡皮膜下端与底座6-1扎紧；在试样土顶部依次放上滤纸、透水石Ⅱ，使试样帽3中充水，并放在透水石Ⅱ上，用橡皮圈将橡皮膜上端与试样帽3扎紧；
步骤3，安装压力室6，并根据试样帽3的凹槽Ⅰ3-1中部的定位孔3-1-1调节传力杆2的位置，确保传力杆2位于试样帽3的中心，并使叶片5的轴线方向与凹槽Ⅰ3-1平行；
步骤4，将传力杆2下压，使传力杆2位于定为孔3-1-1内，传力杆2的中心与定位孔3-1-1的中心重合，并使叶片5位于凹槽Ⅰ3-1内；
步骤5，旋转传力杆2使叶片5进入凹腔3-2内，并使叶片5上端面的弧形凸起Ⅱ5-1与凹腔3-2上端面的弧形凸起Ⅰ3-2-1接触；
步骤6，将传力杆2上部通过夹具4与量力环1连接；
步骤7，装样工作完成，向压力室6中加满水后，可以施加围压，进而通过常规三轴已有齿轮装置反转，即可使传力轴杆产生拉力，进而实现围压>轴压的固结状态。
本发明与常规三轴仪的实验结果对比图，如图8所示，由图8可看出，本发明能够较好的实现围压大于轴压的固结效果，符合实验的相关要求。因此，利用本发明可以在常规三轴仪上实现膨胀土超固结状态（围压>轴压），这将进一步拓展常规三轴试验系统的应用范围。

Claims (8)

1.一种基于常规三轴仪的拉伸实验装置，其特征在于：包括量力环（1）、传力杆（2）、试样帽（3），量力环（1）通过夹具（4）与传力杆（2）的上部连接在一起，传力杆（2）下部安装有叶片（5），试样帽（3）中部设置有凹槽Ⅰ（3-1），凹槽Ⅰ（3-1）的两侧分别设置有凹腔（3-2），叶片（5）与凹腔（3-2）相匹配。
2.根据权利要求1所述的基于常规三轴仪的拉伸实验装置，其特征在于：所述试样帽（3）包括本体（3-3），本体（3-3）中部设置有凹槽Ⅰ（3-1），凹槽Ⅰ（3-1）的两侧分别设置有凹腔（3-2），在凹槽Ⅰ（3-1）的中部设置有定位孔（3-1-1），在定位孔（3-1-1）侧边的凹槽Ⅰ（3-1）上设置有用于连接压力装置的通孔（3-1-2）。
3.根据权利要求2所述的基于常规三轴仪的拉伸实验装置，其特征在于：所述凹腔（3-2）的上端面设置有弧形凸起Ⅰ（3-2-1）。
4.根据权利要求3所述的基于常规三轴仪的拉伸实验装置，其特征在于：凹腔（3-2）的侧端面为弧形面。
5.根据权利要求1所述的基于常规三轴仪的拉伸实验装置，其特征在于：所述传力杆（2）的下部设置有凹槽Ⅱ（2-1），叶片（5）安装在传力杆（2）的凹槽Ⅱ（2-1）处。
6.根据权利要求5所述的基于常规三轴仪的拉伸实验装置，其特征在于：在叶片（5）的上端面设有弧形凸起Ⅱ（5-1）。
7.根据权利要求3或6所述的基于常规三轴仪的拉伸实验装置，其特征在于：叶片（5）的长度与传力杆（2）的直径的和大于凹槽Ⅰ（3-1）的宽度，且小于两凹腔（3-2）之间的距离。
8.根据权利要求1所述的基于常规三轴仪的拉伸实验装置的操作方法，步骤如下：
步骤1，将叶片（5）安装在传力杆（2）的凹槽Ⅱ（2-1）处，并通过螺栓固紧在传力杆（2）上；
步骤2，在压力室（6）的底座（6-1）上依次放上透水石Ⅰ、滤纸，将橡皮膜用承膜筒套设在试样土外，并用橡皮圈将橡皮膜下端与底座（6-1）扎紧；在试样土顶部依次放上滤纸、透水石Ⅱ，使试样帽（3）中充水，并放在透水石Ⅱ上，用橡皮圈将橡皮膜上端与试样帽（3）扎紧；
步骤3，安装压力室，并根据试样帽（3）的凹槽Ⅰ（3-1）中部的定位孔（3-1-1）调节传力杆（2）的位置，确保传力杆（2）位于试样帽（3）的中心，并使叶片（5）的轴线方向与凹槽Ⅰ（3-1）平行；
步骤4，将传力杆（2）轻微下压，使传力杆（2）位于定为孔（3-1-1）内，传力杆（2）的中心与定位孔（3-1-1）的中心重合，并使叶片（5）位于凹槽Ⅰ（3-1）内；
步骤5，旋转传力杆（2）使叶片（5）进入凹腔（3-2）内，并使叶片（5）上端面的弧形凸起Ⅱ（5-1）与凹腔（3-2）上端面的弧形凸起Ⅰ（3-2-1）接触；
步骤6，将传力杆（2）上部通过夹具（4）与量力环（1）连接；
步骤7，装样工作完成，向压力室（6）中加满水后，可以施加围压，进而通过常规三轴已有齿轮装置反转，即可使传力杆（2）产生拉力，进而实现围压大于轴压的固结状态。
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