CN106018741B - 一种新型三轴土样体变测量装置及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型三轴土样体变测量装置及测量方法，其测量装置包括固定轴、压力室、三轴土样和真空筒，压力室具有压力内腔，三轴土样置于压力室的压力内腔中，三轴土样的顶部设有土样帽，固定轴的上部连接于压力室上，固定轴的下端与土样帽连接，三轴土样的底部设有透水石；真空筒的筒内设有测量针管，测量针管上设有测量刻度，压力室与真空筒之间连通设有导管，导管的一端管口与三轴土样下端的透水石相连通，导管的另一端管口与测量针管的进料端相连通。本发明设有带刻度的测量针管，实现了固结及剪切阶段土样内部水分和空气的测量，从而可以准确得出三轴土样的体变；并且本发明结构简单，便于携带，加工成本低，易于在生产和教学中推广应用。

Description

一种新型三轴土样体变测量装置及测量方法

技术领域

本发明涉及土工试验领域，尤其涉及一种新型三轴土样体变测量装置及测量方法。

背景技术

三轴试验按剪切前的固结程度和剪切时的排水条件可以分为不固结不排水试验、固结不排水试验和固结排水试验。其中固结排水试验是进行土体本构模型参数分析及计算的必要试验，而准确的给出土体固结及剪切前后的体积变化是保证本构模型参数准确的前提，所以在试验中必须准确的测量三轴土样中水和空气的体积来获得三轴土样体积的变化，从而来推算黄土的本构模型参数，为数值计算提供基础数据。

现有的三轴土样体变测量主要是用带刻度导管，只能测量土样中水分的体积，无法准确测量土样中的空气体积，影响土体体变的测量，进而影响土体本构模型参数的计算；其测试方法也比较落后，效率较低，影响了其在土工试验中的使用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有三轴土样体变测试装置及方法落后的问题，提供一种新型三轴土样体变测量装置及测量方法，可以快速高效进行三轴土样体变测量试验，从而提高科研水平。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种新型三轴土样体变测量装置，包括固定轴、压力室、三轴土样和真空筒，所述压力室具有压力内腔，所述三轴土样置于压力室的压力内腔中，三轴土样的顶部设有土样帽，固定轴的上部连接于压力室上，固定轴的下端与土样帽连接，三轴土样的底部设有透水石；所述真空筒的筒内设有测量针管，测量针管上设有测量刻度，压力室与真空筒之间连通设有导管，导管的一端管口与三轴土样下端的透水石相连通，导管的另一端管口与测量针管的进料端相连通。

为了更好地实现本发明，所述导管上设有阀门。

进一步的技术方案是：所述三轴土样的底部还设有滤纸，所述滤纸位于三轴土样的底部与透水石之间。

本发明优选的压力室结构技术方案是：所述压力室的压力内腔中填充有液态水，压力室的直径为10cm，压力室的高度为15cm。

作为优选，所述测量针管的管内容积为7ml。

作为优选，所述三轴土样圆柱体的截面直径与透水石的直径相等且均为3.91cm，透水石的高度为1.5cm；所述三轴土样圆柱体的截面直径与土样帽的直径相等，土样帽的高度为1.8cm；所述固定轴的长度为6cm。

作为优选，所述真空筒与抽气机相连接，真空筒的直径为6cm，真空筒的高度为10cm。

一种新型三轴土样体变测量方法，其方法如下：

A、将圆柱体形的三轴土样配合放置于压力室的压力内腔中，在三轴土样的顶部安装有土样帽，在三轴土样的底部配合安装有透水石，然后通过固定轴将土样帽与压力室顶部连接固定以定位三轴土样；将导管的一端管口与三轴土样下端的透水石相连通，导管的另一端管口与真空筒中的测量针管进料端相连通；

B、向压力室的压力内腔中充满液态水，压力室压力内腔中的液态水对三轴土样提供体变测量所需水和压力并固定圆柱形的三轴土样；启动抽气机将真空筒的筒内抽成真空状态，并密封好真空筒，并让真空筒筒内的测量针管上的测量刻度归零；

C、压力室压力内腔中的液态水固结三轴土样，同时打开阀门；固结结束后，关闭阀门，并读取测量针管上的空气刻度及液体刻度；

D、启动电机并对三轴土样进行剪切试验，同时打开阀门，读取测量针管上的空气刻度及液体刻度；

E、A～D试验完成后，处理采集到的数据，然后卸掉固定轴、土样帽、透水石并从压力室中取出三轴土样，并用毛刷清洗压力室内壁。

本发明较现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

(1)本发明通过在真空筒内配置带刻度的测量针管，实现了固结及剪切阶段土样内部水分和空气的测量，从而可以准确得出三轴土样的体变，具有重要的科研意义；并且本发明结构简单，便于携带，加工成本低，易于在生产和教学中推广应用。

(2)本发明通过设置有刻度的测量针管，实现了土样中气体及水分的分别测量；通过设置真空筒，减少了大气压力对测量针管的压力，确保了测量的精度；本发明测量装置及方法提高了试验精度，避免了人为试验误差，对于三轴土样体变测量试验具有重要的实践意义和科研意义。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

其中，附图中的附图标记所对应的名称为：

1－固定轴，2－压力室，3－土样帽，4－三轴土样，5－滤纸，6－透水石，7－阀门，8－导管，9－真空筒，10—测量针管。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明：

实施例

如图1所示，一种新型三轴土样体变测量装置，包括固定轴1、压力室2、三轴土样4和真空筒9，压力室2具有压力内腔，压力室2的压力内腔中填充有液态水，压力室2的直径为10cm，压力室2的高度为15cm。三轴土样4置于压力室2的压力内腔中，三轴土样4的顶部设有土样帽3，固定轴1的上部连接于压力室2上，固定轴1的下端与土样帽3连接，三轴土样4的底部设有透水石6。本发明三轴土样4为圆柱体，其圆柱体截面直径与透水石6的直径相等且均为3.91cm，透水石6的高度为1.5cm。三轴土样4圆柱体的截面直径与土样帽3的直径相等，土样帽3的高度为1.8cm；固定轴1的长度为6cm，三轴土样4的上端设有土样帽3，固定轴1置于三轴土样4的土样帽3正上端，土样帽3可以保护三轴土样4不被固定轴1扰动。

真空筒9的筒内设有测量针管10，测量针管10的管内容积为7ml，测量针管10上设有测量刻度，压力室2与真空筒9之间连通设有导管8，可以保证三轴土样4中的水与空气更好的进入导管8；导管8上设有阀门7，阀门7用于控制固结阶段及剪切阶段的三轴土样4排水。导管8的一端管口与三轴土样4下端的透水石6相连通，导管8的另一端管口与测量针管10的进料端相连通。真空筒9与抽气机相连接，真空筒9的直径为6cm，真空筒9的高度为10cm，真空筒9表面设有刻度，从而可以精确读出水及空气的体积；试验时，抽气机将真空筒9内腔抽成真空状态，保证测量针管10不受大气压力，从而准确测量出进入测量针管10的空气体积以及液体(即水)体积。

三轴土样4的底部还设有滤纸5，滤纸5位于三轴土样4的底部与透水石6之间，滤纸5可以防止三轴土样4和压力室2的压力内腔中的细小颗粒堵塞透水石6，防止影响透水石6、导管8的排水。

一种新型三轴土样体变测量方法，其方法如下：

A、将圆柱体形的三轴土样4配合放置于压力室2的压力内腔中，在三轴土样4的顶部安装有土样帽3，在三轴土样4的底部配合安装有透水石6，然后通过固定轴1将土样帽3与压力室2顶部连接固定以定位三轴土样4；将导管8的一端管口与三轴土样4下端的透水石6相连通，导管8的另一端管口与真空筒9中的测量针管10进料端相连通；

B、向压力室2的压力内腔中充满液态水，压力室2压力内腔中的液态水对三轴土样4提供体变测量所需水和压力并固定圆柱形的三轴土样4；启动抽气机将真空筒9的筒内抽成真空状态，并密封好真空筒9，并让真空筒9筒内的测量针管10上的测量刻度归零；

C、压力室2压力内腔中的液态水固结三轴土样4，同时打开阀门7；固结结束后，关闭阀门7，并读取测量针管10上的空气刻度及液体刻度；通过空气刻度及液体刻度的读数可以精确反映出压力室2压力内腔中的三轴土样4的固结体变。根据固结阶段的空气刻度变化量与固结阶段的液体刻度变化量之和可换算出三轴土样4的固结阶段体变(即三轴土样4的固结体积变化量)。

D、启动电机并对三轴土样4进行剪切试验，同时打开阀门，读取测量针管10上的空气刻度及液体刻度；通过空气刻度及液体刻度的读数可以精确反映出压力室2压力内腔中的三轴土样4的剪切体变。根据剪切阶段的空气刻度变化量与剪切阶段的液体刻度变化量之和可换算出三轴土样4的剪切阶段体变(即三轴土样4的剪切体积变化量)。

E、A～D试验完成后，处理采集到的数据，然后卸掉固定轴1、土样帽3、透水石6并从压力室2中取出三轴土样4，并用毛刷清洗压力室2内壁；确保压力室2内壁上没有附着物，以进行下次试验。

上述实施方式只是本发明的一个优选实施例，并不是用来限制本发明的实施与权利范围的，凡依据本发明申请专利保护范围所述的内容做出的等效变化和近似替换，均应落在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种新型三轴土样体变测量装置，其特征在于：包括固定轴（1）、压力室（2）、三轴土样（4）和真空筒（9），所述压力室（2）具有压力内腔，所述三轴土样（4）置于压力室（2）的压力内腔中，三轴土样（4）的顶部设有土样帽（3），固定轴（1）的上部连接于压力室（2）上，固定轴（1）的下端与土样帽（3）连接，三轴土样（4）的底部设有透水石（6）；所述真空筒（9）的筒内设有测量针管（10），测量针管（10）上设有测量刻度，压力室（2）与真空筒（9）之间连通设有导管（8），导管（8）的一端管口与三轴土样（4）下端的透水石（6）相连通，导管（8）的另一端管口与测量针管（10）的进料端相连通。

2.按照权利要求1所述的一种新型三轴土样体变测量装置，其特征在于：所述导管（8）上设有阀门（7）。

3.按照权利要求1或2所述的一种新型三轴土样体变测量装置，其特征在于：所述三轴土样（4）的底部还设有滤纸（5），所述滤纸（5）位于三轴土样（4）的底部与透水石（6）之间。

4.按照权利要求1所述的一种新型三轴土样体变测量装置，其特征在于：所述压力室（2）的压力内腔中填充有液态水，压力室（2）的直径为10cm，压力室（2）的高度为15cm。

5.按照权利要求1所述的一种新型三轴土样体变测量装置，其特征在于：所述测量针管（10）的管内容积为7ml。

6.按照权利要求1所述的一种新型三轴土样体变测量装置，其特征在于：所述三轴土样（4）圆柱体的截面直径与透水石（6）的直径相等且均为3.91cm，透水石（6）的高度为1.5cm；所述三轴土样（4）圆柱体的截面直径与土样帽（3）的直径相等，土样帽（3）的高度为1.8cm；所述固定轴（1）的长度为6cm。

7.按照权利要求6所述的一种新型三轴土样体变测量装置，其特征在于：所述真空筒（9）与抽气机相连接，真空筒（9）的直径为6cm，真空筒（9）的高度为10cm。

8.一种基于权利要求2所述的新型三轴土样体变测量装置的测量方法，其特征在于：其方法如下：

A、将圆柱体形的三轴土样（4）配合放置于压力室（2）的压力内腔中，在三轴土样（4）的顶部安装有土样帽（3），在三轴土样（4）的底部配合安装有透水石（6），然后通过固定轴（1）将土样帽（3）与压力室（2）顶部连接固定以定位三轴土样（4）；将导管（8）的一端管口与三轴土样（4）下端的透水石（6）相连通，导管（8）的另一端管口与真空筒（9）中的测量针管（10）进料端相连通；

B、向压力室（2）的压力内腔中充满液态水，压力室（2）压力内腔中的液态水对三轴土样（4）提供体变测量所需水和压力并固定圆柱形的三轴土样（4）；启动抽气机将真空筒（9）的筒内抽成真空状态，并密封好真空筒（9），并让真空筒（9）筒内的测量针管（10）上的测量刻度归零；

C、压力室（2）压力内腔中的液态水固结三轴土样（4），同时打开阀门（7）；固结结束后，关闭阀门（7），并读取测量针管（10）上的空气刻度及液体刻度；

D、启动电机并对三轴土样（4）进行剪切试验，同时打开阀门，读取测量针管（10）上的空气刻度及液体刻度；

E、A～D试验完成后，处理采集到的数据，然后卸掉固定轴（1）、土样帽（3）、透水石（6）并从压力室（2）中取出三轴土样（4），并用毛刷清洗压力室（2）内壁。