CN107907425B - 一种内体变测量装置及动静态三轴试验系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及粗粒土试验领域，具体而言，涉及一种内体变测量装置及动静态三轴试验系统。本发明公开了一种内体变测量装置，包括用于放置粗粒土试样的压力室、孔压水源、反压水源及陶土板。陶土板设置在压力室的底部，粗粒土试样设置在压力室的顶部与陶土板之间。孔压水源用于由压力室的底部向陶土板输入液体。反压水源用于向粗粒土试样的顶部输入液体。该内体变测量装置结构简单，能够用于直接测量粗粒土试样的内部体积变化，且使用方便，测试结果准确可靠。

Description

一种内体变测量装置及动静态三轴试验系统

技术领域

本发明涉及粗粒土试验领域，具体而言，涉及一种内体变测量装置及动静态三轴试验系统。

背景技术

目前，在进粗粒土三轴试验中所采用的压力室结构较为复杂，增加了使用的成本。

发明内容

本发明提供的一种本发明的目的在于提供一种内体变测量装置，该内体变测量装置结构简单，能够用于直接测量粗粒土试样的内部体积变化，且使用方便，测试结果准确可靠。

本发明的实施例是这样实现的：

一种内体变测量装置，包括用于放置粗粒土试样的压力室、孔压水源、反压水源及陶土板；

陶土板设置在压力室的底部，粗粒土试样设置在压力室的顶部与陶土板之间；

孔压水源用于由压力室的底部向陶土板输入液体；

反压水源用于向粗粒土试样的顶部输入液体。

通过孔压水源与反压水源的配合工作以实现对压力室内的粗粒土试样的顶部压力及底部的压力进行控制，目的是对粗粒土试样的顶部及底部之间的压力进行控制。由于在压力室内的粗粒土试样在外力作用下发生内部体积变化之后，粗粒土试样中会排出部分水，故通过孔压水源与反压水源对压力室内的粗粒土试样的顶部压力及底部的压力进行调整，使得在粗粒土试样的顶部及底部之间存在压力差(孔压水源的压力小于反压水源的压力)，便能引导粗粒土试样中由于内部体积变化排出的水向孔压水源端流出。由此，简化操作的步骤，能够方便直接的得到更为精确的粗粒土试样内部体积变化之后的排水量数据。

在本发明的一种实施例中：

孔压水源及反压水源上均设有压力传感器。

在本发明的一种实施例中：

内体变测量装置包括用于由压力室的底部向陶土板输入液体的饱和水箱。

在本发明的一种实施例中：

内体变测量装置包括与压力室连通的真空泵。

在本发明的一种实施例中：

压力室包括上支座、下支座、外层壁及内层壁，外层壁和内层壁均连接于上支座和下支座之间，且内层壁位于外层壁之内；

陶土板设置于下支座的内壁；

外层壁、上支座、下支座及内层壁之间共同形成外层水腔，内层壁、上支座与下支座共同形成用于放置粗粒土样品的内腔，内层壁和粗粒土之间能形成围压水腔；

上支座设置有载荷施加轴和自平衡水缸，载荷施加轴贯穿自平衡水缸且一端伸入内腔内。

在本发明的一种实施例中：

自平衡水缸内设置有活塞，活塞固定连接于载荷施加轴，活塞将自平衡水缸分隔为上腔和下腔，上腔和下腔分别与外层水腔连通。

在本发明的一种实施例中：

自平衡水缸的侧壁设置有多个流道，多个流道一端分别与上腔和下腔连通，另一端分别与外层水腔连通。

在本发明的一种实施例中：

外层壁由刚性材料制成，内层壁由柔性材料制成。

在本发明的一种实施例中：

内层壁由不锈钢材料制成。

一种动静态三轴试验系统，用于对非饱和粗粒土进行试验，其包括激振器及上述的内体变测量装置；

激振器用于对粗粒土试样施加载荷。本发明的技术方案至少具有如下有益效果：

本发明提供的内体变测量装置结构简单，能够用于直接测量粗粒土试样的内部体积变化，且使用方便，测试结果准确可靠。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例中内体变测量装置的结构示意图；

图2为本发明实施例中压力室的结构示意图；

图3为图2中Ⅲ处的放大示意图；

图4为图2中Ⅳ处的放大示意图。

图标：600-内体变测量装置；500-压力室；610-孔压水源；620-反压水源；400-陶土板；630-压力传感器；640-饱和水箱；650-真空泵；510-上支座；520-下支座；530-外层壁；540-内层壁；550-外层水腔；560-内腔；570-围压水腔；580-载荷施加轴；590-自平衡水缸；591-活塞；592-上腔；593-下腔；594-流道。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明实施方式的描述中，需要说明的是，术语“内”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明实施方式的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例

请参考图1，。

图1示出了实施例中提供的内体变测量装置600的具体结构。

从图1中可以看出，该内体变测量装置600包括用于放置粗粒土试样的压力室500、孔压水源610、反压水源620及陶土板400。

具体的，请参考图2及图3，在设置陶土板400时，压力室500具备靠近地面的底部以及与底部相对的顶部，陶土板400可以设置在压力室500的底部，并且粗粒土试样可以设置在压力室500的顶部与陶土板400之间。

其中，在测试的过程中，粗粒土放置在压力室500内，孔压水源610用于由压力室500的底部向陶土板400输入液体，反压水源620用于向粗粒土试样的顶部输入液体，由此通过孔压水源610及反压水源620的配合工作，便能对压力室500内的粗粒土试样的顶部压力及底部的压力进行调整。

该内体变测量装置600通过孔压水源610与反压水源620的配合工作以实现对压力室500内的粗粒土试样的顶部压力及底部的压力进行控制，目的是对粗粒土试样的顶部及底部之间的压力进行控制。由于在压力室500内的粗粒土试样在外力作用下发生内部体积变化之后，粗粒土试样中会排出部分水，故通过孔压水源610与反压水源620对压力室500内的粗粒土试样的顶部压力及底部的压力进行调整，使得在粗粒土试样的顶部及底部之间存在压力差(孔压水源610的压力小于反压水源620的压力)，便能引导粗粒土试样中由于内部体积变化排出的水向孔压水源610端流出。由此，简化操作的步骤，能够方便直接的得到更为精确的粗粒土试样内部体积变化之后的排水量数据。

进一步地，在本实施例中，请再次参考图1，为对孔压水源610及反压水源620的压力进行实时的监测，以便于对孔压水源610及反压水源620的水压进行调整，故在孔压水源610及反压水源620上均设有压力传感器630。

需要说明的是，进行内体变测量需要使得粗粒土试样处于饱和状态，为防止放置到压力室500内部的粗粒土试样为饱和粗粒土，故该内体变测量装置600还包括能够提高粗粒土试样饱和度的结构。

具体的，在本实施例中，该内体变测量装置600包括用于由压力室500的底部向陶土板400输入液体的饱和水箱640，以及与压力室500连通的真空泵650。通过饱和水箱640对粗粒土试样施加水头压力，能够提高粗粒土试样饱和度。另外，需要说明的是，当通过饱和水箱640施加的水头压力不能使得粗粒土试样饱和时，可以通过真空泵650对压力室500进行抽真空处理，或是反压压力对粗粒土试样完成饱和。

在本实施例中，请参照图2，压力室500包括上支座510、下支座520、外层壁530及内层壁540，外层壁530和内层壁540均连接于上支座510和下支座520之间，且内层壁540位于外层壁530之内。陶土板400设置于下支座520的内壁。外层壁530、上支座510、下支座520及内层壁540之间共同形成外层水腔550，内层壁540、上支座510与下支座520共同形成用于放置粗粒土样品的内腔560，内层壁540和粗粒土之间能形成围压水腔570。上支座510设置有载荷施加轴580和自平衡水缸590，载荷施加轴580贯穿自平衡水缸590且一端伸入内腔560内。

通过将外层壁530和内层壁540均连接于上支座510和下支座520之间，且内层壁540位于外层壁530之内，使得在外层壁530、上支座510、下支座520及内层壁540之间共同形成外层水腔550，并且该外层水腔550与外层供水结构连通，外层供水结构能够向外层水腔550内输入液体。另外，在形成外层水腔550的同时，内层壁540、上支座510与下支座520共同形成用于放置粗粒土样品的内腔560。在将需要进行测试的粗粒土试样放入内腔560并与双层压力室500连接之后，在内层壁540和粗粒土试样之间便能形成围压水腔570。并且围压水腔570与围压供水结构连通，通过围压供水结构用于向围压水腔570内输入液体以达到控制围压水腔570的压力的作用。

请参照图4，在上支座510还设置有载荷施加轴580和与外层水腔550连通的自平衡水缸590，载荷施加轴580贯穿自平衡水缸590且一端伸入内腔560内。目的通过贯穿自平衡水缸590设置的载荷施加轴580向安装在内腔560的试样施加载荷，同时依靠自平衡水缸590的设置平衡外层水腔550的压力，防止在施加载荷的过程中，由于载荷施加轴580的运动导致外层水腔550的压力变化，影响测试的精度。

进一步地，在本实施例中，自平衡水缸590用于稳定外层水腔550中的压力，尤其是在载荷施加轴580运动的过程中，防止外层水腔550中压力由于载荷施加轴580的运动而发生变化。由此，通过自平衡水缸590的作用其目的是通过稳定外层水腔550的压力，以降低维持外层水腔550及围压水腔570中压力相互平衡的难度。

在设置自平衡水缸590时，需要使得自平衡水缸590具备稳压的功能，稳压结构具备多种的设置方式。在本发明的实施例中，在自平衡水缸590内设有活塞591，活塞591固定连接于载荷施加轴580，并且通过活塞591能够将自平衡水缸590分隔为上腔592和下腔593。同时，自平衡水缸590的缸体上设置有多个流道594，多个流道594一端分别与上腔592和下腔593连通，另一端分别与外层水腔550连通，由此使得上腔592和下腔593分别通过多个流道594与外层水腔550连通。

由此，通过活塞591将自平衡水缸590分割为均与外层水腔550连通的上腔592和下腔593。当载荷施加轴580带动活塞591向下运动时，会造成围压水腔570压力升高，并造成外层水腔550的压力升高，使得下腔593的水经流道594流入外层水腔550后会经流道594向上腔592回流，由此达到自行补偿压力的目的。同理，当载荷施加轴580带动活塞591向上运动时，将上腔592的水在经流道594流入外层水腔550后会经流道594回流至下腔593。故在载荷施加轴580运动时，由于会带动活塞591的运动，便能平衡由于载荷施加轴580引起的压力变化。

综上，通过自平衡水缸590的配合工作，能在活塞591进出造成的压力变化时起到自动补偿的作用，能有效减少压力变化，起到较好的压力平衡稳定功能，进一步确保围压水腔570中的压力稳定，提高了该内体变测量装置600的测试精度。

在本实施例中，为使得外层壁530能够在一定大小的外力作用下能够保持其外形不变，故外层壁530可以由刚性材料制成。同时，内层壁540可以由柔性材料制成，如不锈钢材料，使得内层壁540具备较好的防锈性能外也有适当弹性，这就能保持内层筒壁浮动于内、外两边压力之间。

基于上述的内体变测量装置600，本发明还公开了一种动静态三轴试验系统，其用于对非饱和粗粒土进行试验，包括激振器及上述的内体变测量装置600，激振器用于对粗粒土试样施加载荷。具体的，激振器用于驱动载荷施加轴580对粗粒土试样施加载荷，以完成对非饱和粗粒土的试验。

该内体变测量装置600的工作原理是：

通过孔压水源610与反压水源620的配合工作以实现对压力室500内的粗粒土试样的顶部压力及底部的压力进行控制，目的是对粗粒土试样的顶部及底部之间的压力进行控制。由于在压力室500内的粗粒土试样在外力作用下发生内部体积变化之后，粗粒土试样中会排出部分水，故通过孔压水源610与反压水源620对压力室500内的粗粒土试样的顶部压力及底部的压力进行调整，使得在粗粒土试样的顶部及底部之间存在压力差(孔压水源610的压力小于反压水源620的压力)，便能引导粗粒土试样中由于内部体积变化排出的水向孔压水源610端流出。由此，简化操作的步骤，能够方便直接的得到更为精确的粗粒土试样内部体积变化之后的排水量数据。

该内体变测量系统在进行测试的过程中，通过将进行测试的粗粒土试样放入内腔560中，进行饱和处理。

随后，通过载荷施加轴580向设置在内腔560内的粗粒土试样施加外力测试。并同时需要保证外层水腔550与围压水腔570的压力平衡以及粗粒土试样的顶部及底部之间存在压力差(孔压水源610的压力小于反压水源620的压力)。

在粗粒土试样承受外力的过程中，通过自平衡水缸590能够保持外层水腔550中的压力不变，并且在粗粒土试样承受外力时会造成粗粒土试样的外部体积变化及内部体积变化。

当内腔560中的粗粒土试样发生外部体积的变化时，由于外层水腔550及围压水腔570之间处于压力平衡的状态，而由于粗粒土试样的外部体积变化，便会造成内腔560的容积变化。由此，在围压水腔570的压力不变的情况下，由于粗粒土试样发生体积的变化导致通过围压供水结构向围压水腔570内的注水体积变化，由此通过围压供水结构向围压水腔570内的注水体积的变化，便能较为精准的计算出试样承受载荷的情况下的体变量。故该内体变测量系统能够直接测量粗粒土试样外部压缩(与剪涨)后发生的试样体积变化。

与此同时，在压力室500内的粗粒土试样在外力作用下，粗粒土试样同时会发生内部体积变化，粗粒土试样在发生内部体积变化后，会导致粗粒土试样中的水分被排出。并且在孔压水源610及反压水源620的压力的引导作用下，粗粒土试样中由于内部体积变化所排出的水会向孔压水源610端流出。由此，能够方便直接的得到更为精确的粗粒土试样在外力作用下的排水量数据。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种内体变测量装置，其特征在于：

所述内体变测量装置包括用于放置粗粒土试样的压力室、孔压水源、反压水源及陶土板；

所述陶土板设置在所述压力室的底部，所述粗粒土试样设置在所述压力室的顶部与所述陶土板之间；

所述孔压水源用于由所述压力室的底部向所述陶土板输入液体；

所述反压水源用于向所述粗粒土试样的顶部输入液体；

用于由所述压力室的底部向所述陶土板输入液体的饱和水箱，以及与所述压力室连通的真空泵；

所述压力室包括上支座、下支座、外层壁及内层壁，所述外层壁和所述内层壁均连接于所述上支座和所述下支座之间，且所述内层壁位于所述外层壁之内；

所述陶土板设置于所述下支座的内壁；

所述外层壁、所述上支座、所述下支座及所述内层壁之间共同形成外层水腔，所述内层壁、所述上支座与所述下支座共同形成用于放置粗粒土样品的内腔，所述内层壁和所述粗粒土之间能形成围压水腔；

所述上支座设置有载荷施加轴和自平衡水缸，所述载荷施加轴贯穿所述自平衡水缸且一端伸入所述内腔内；

所述自平衡水缸内设置有活塞，所述活塞固定连接于所述载荷施加轴，所述活塞将自平衡水缸分隔为上腔和下腔，所述上腔和下腔分别与所述外层水腔连通。

2.根据权利要求1所述的内体变测量装置，其特征在于：

所述孔压水源及所述反压水源上均设有压力传感器。

3.根据权利要求1所述的内体变测量装置，其特征在于：

所述自平衡水缸的侧壁设置有多个流道，所述多个流道一端分别与所述上腔和下腔连通，另一端分别与外层水腔连通。

4.根据权利要求1所述的内体变测量装置，其特征在于：

所述外层壁由刚性材料制成，所述内层壁由柔性材料制成。

5.根据权利要求4所述的内体变测量装置，其特征在于：

所述内层壁由不锈钢材料制成。

6.一种动静态三轴试验系统，用于对非饱和粗粒土进行试验，其特征在于:

包括激振器及权利要求1-5中任意一项所述的内体变测量装置；

所述激振器用于对所述粗粒土试样施加载荷。