CN108007786B - 一种双层压力室及外体变测量系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及粗粒土试验领域，具体而言，涉及一种双层压力室及外体变测量系统。本发明公开了一种双层压力室，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；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。该双层压力室能够用于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，简单可靠。基于上述的双层压力室本发明还公开了一种外体变测量系统。

Description

一种双层压力室及外体变测量系统

技术领域

本发明涉及粗粒土试验领域，具体而言，涉及一种双层压力室及外体变测量系统。

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

本发明的目的在于提供一种外体变测量系统，该外体变测量系统能够用于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，简单可靠。

本发明的实施例是这样实现的：

一种双层压力室，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；

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与外层水腔连通的自平衡水缸，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：

自平衡水缸包括稳压结构。

在本发明的一种实施例中：

稳压结构包括设置在自平衡水缸内的活塞，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：

自平衡水缸的缸体上设置有多个流道，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：

上腔和下腔内均设置有压力补偿件，压力补偿件能在上腔和下腔中的压力增大时吸收压力和在上腔和下腔中的压力减小时释放压力。

在本发明的一种实施例中：

压力补偿件为皮囊式蓄能器或空气弹簧。

一种外体变测量系统，包括控制器、外层供水结构、围压供水结构及上述的双层压力室；

外层供水结构及围压供水结构均与控制器电连接；

外层供水结构用于向外层水腔内输入液体；

围压供水结构用于向围压水腔内输入液体。

该外体变测量系统包括双层压力室、控制器、外层供水结构及围压供水结构，在进行测试的过程中，通过将进行测试的试样放入内腔中，并通过围压供水结构与外层供水结构的配合工作以保证外层水腔与围压水腔的压力平衡。随后，通过载荷施加轴向设置在内腔内的试样施加外力测试，在试样承受外力的过程中，通过自平衡水缸能够保持外层水腔中的压力不变，若内腔中的试样发生体积的变化时，由于外层水腔及围压水腔之间处于压力平衡的状态，而由于试样的体积变化，便会造成内腔的容积变化，由此在围压水腔的压力不变的情况下，由于样发生体积的变化导致通过围压供水结构向围压水腔内的注水体积变化，由此通过围压供水结构向围压水腔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。故该外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。

在本发明的一种实施例中：

外层供水结构及围压供水结构均包括压力传感器，压力传感器与控制器电连接。

在本发明的一种实施例中：

外体变测量系统包括位移计，位移计用于测量载荷施加轴相对于自平衡水缸的移动；

位移计与控制器电连接。

在本发明的一种实施例中：

外层供水结构及围压供水结构均包括计量液缸以及用于将计量液缸中的液体注入外层水腔及围压水腔的动力结构；

动力结构与控制器电连接。

在本发明的一种实施例中：

本发明的技术方案至少具有如下有益效果：

本发明提供的外体变测量系统能够用于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，简单可靠。

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为本发明实施例中外体变测量系统的结构示意图；双层压力室

图2为本发明实施例中双层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5为本发明实施例中外层供水结构的结构示意图。

图标：400-双层压力室；410-上支座；420-下支座；430-外层壁；440-内层壁；431-外层水腔；441-内腔；451-围压水腔；460-载荷施加轴；470-自平衡水缸；481-活塞；482-上腔；483-下腔；484-流道；500-外体变测量系统；510-外层供水结构；520-围压供水结构；530-位移计；511-计量液缸；512-动力装置。

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外体变测量系统500的具体结构。

从图1中可以看出，该外体变测量系统500包括控制器(图中未示出)、外层供水结构510、围压供水结构520及双层压力室400。

其中，请参照图2，双层压力室400包括上支座410、下支座420、外层壁430及内层壁440。外层壁430和内层壁440均连接于上支座410和下支座420之间，且内层壁440位于外层壁430之内。

通过将外层壁430和内层壁440均连接于上支座410和下支座420之间，且内层壁440位于外层壁430之内，使得在外层壁430、上支座410、下支座420及内层壁440之间共同形成外层水腔431，并且该外层水腔431与外层供水结构510连通，外层供水结构510能够向外层水腔431内输入液体。其次，外层供水结构510与控制器电连接，目的是通过控制器控制外层供水结构510向外层水腔431的注水量，以达到控制外层水腔431的压力的作用。

另外，在形成外层水腔431的同时，内层壁440、上支座410与下支座420共同形成用于放置粗粒土样品的内腔441。在将需要进行测试的粗粒土试样放入内腔441并与双层压力室400连接之后，在内层壁440和粗粒土试样之间便能形成围压水腔451。并且围压水腔451与围压供水结构520连通，通过围压供水结构520用于向围压水腔451内输入液体，同时围压供水结构520与控制器电连接，便能通过控制器控制围压供水结构520向围压水腔451的注水量，以达到控制围压水腔451的压力的作用。

在上支座410还设置有载荷施加轴460和与外层水腔431连通的自平衡水缸470，载荷施加轴460贯穿自平衡水缸470且一端伸入内腔441内。目的通过贯穿自平衡水缸470设置的载荷施加轴460向安装在内腔441的试样施加载荷，同时依靠自平衡水缸470的设置平衡外层水腔431的压力，防止在施加载荷的过程中，由于载荷施加轴460的运动导致外层水腔431的压力变化，影响测试的精度。

该外体变测量系统500包括双层压力室400、控制器、外层供水结构510及围压供水结构520，在进行测试的过程中，通过将进行测试的试样放入内腔441中，并通过围压供水结构520与外层供水结构510的配合工作以保证外层水腔431与围压水腔451的压力平衡。随后，通过载荷施加轴460向设置在内腔441内的试样施加外力测试，在试样承受外力的过程中，通过自平衡水缸470能够保持外层水腔431中的压力不变，若内腔441中的试样发生体积的变化时，由于外层水腔431及围压水腔451之间处于压力平衡的状态，而由于试样的体积变化，便会造成内腔441的容积变化，由此在围压水腔451的压力不变的情况下，由于样发生体积的变化导致通过围压供水结构520向围压水腔451内的注水体积变化，由此通过围压供水结构520向围压水腔451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。故该外体变测量系统500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。

进一步地，在本实施例中，请参照图3，自平衡水缸470用于稳定外层水腔431中的压力，尤其是在载荷施加轴460运动的过程中，防止外层水腔431中压力由于载荷施加轴460的运动而发生变化。由此，通过自平衡水缸470的作用其目的是通过稳定外层水腔431的压力，以降低维持外层水腔431及围压水腔451中压力相互平衡的难度。

在设置自平衡水缸470时，需要使得自平衡水缸470具备稳压结构，为使得自平衡水缸470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，稳压结构可以包括设置在自平衡水缸470内的活塞481，活塞481固定连接于载荷施加轴460，并且通过活塞481能够将自平衡水缸470分隔为上腔482和下腔483。同时，自平衡水缸470的缸体上设置有多个流道484，多个流道484一端分别与上腔482和下腔483连通，另一端分别与外层水腔431连通，由此使得上腔482和下腔483分别通过多个流道484与外层水腔431连通。

由此，通过活塞481将自平衡水缸470分割为均与外层水腔431连通的上腔482和下腔483。当载荷施加轴460带动活塞481向下运动时，会造成围压水腔451压力升高，并造成外层水腔431的压力升高，使得下腔483的水经流道484流入外层水腔431后会经流道484向上腔482回流，由此达到自行补偿压力的目的。同理，当载荷施加轴460带动活塞481向上运动时，将上腔482的水在经流道484流入外层水腔431后会经流道484回流至下腔483。故在载荷施加轴460运动时，由于会带动活塞481的运动，便能平衡由于载荷施加轴460引起的压力变化。

进一步地，在本实施例中，上腔482和下腔483内均设置有压力补偿件，压力补偿件能在上腔482和下腔483中的压力增大时吸收压力和在上腔482和下腔483中的压力减小时释放压力，用于辅助吸收有载荷施加轴460运动产生的水压脉动。并且压力补偿件可以为皮囊式蓄能器或空气弹簧。

综上，通过压力补偿件及自平衡水缸470的配合工作，能在活塞481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451中的压力稳定，为围压水源控制器最终调整稳定围压提供了有利条件。

进一步地，在本实施例中，请再次参照图1，外体变测量系统500包括位移计530、压力传感器(图中未示出)，位移计530用于测量载荷施加轴460相对于自平衡水缸470的移动，压力传感器用于测量外层供水结构510及围压供水结构520的压力，并且位移计530及压力传感器均与控制器电连接。通过位移计530实时监测自平衡水缸470活塞481的具体位置，就可以计算出活塞481上、下移动的距离，也可以计算出活塞481动态体积对压力室体积的影响。

另外，在本实施例中，请参照图4及图5，外层供水结构510及围压供水结构520均包括计量液缸511以及用于将计量液缸511注入述外层水腔431及围压水腔451的动力结构，动力结构与控制器电连接。通过压力传感器监测外层水腔431及围压水腔451的压力，并且通过控制器控制动力结构调整将计量液缸511注入述外层水腔431及围压水腔451的液体，便能对外层水腔431及围压水腔451的压力进行具体的调整。

该外体变测量系统500的工作原理是：

该外体变测量系统500通过将进行测试的试样放入内腔441中，并通过围压供水结构520与外层供水结构510的配合工作以保证外层水腔431与围压水腔451的压力平衡。

同时，待外层水腔431与围压水腔451的压力平衡后，通过载荷施加轴460向设置在内腔441内的试样施加外力测试，在试样承受外力的过程中，通过压力补偿件及自平衡水缸470的配合工作，能在活塞481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451中的压力稳定，为围压水源控制器最终调整稳定围压提供了有利条件。

随后，若内腔441中的试样发生体积的变化时，由于外层水腔431及围压水腔451之间处于压力平衡的状态，而由于试样的体积变化，便会造成内腔441的容积变化，由此在围压水腔451的压力不变的情况下，由于样发生体积的变化导致通过围压供水结构520向围压水腔451内的注水体积变化，由此通过围压供水结构520向围压水腔451内的注水体积的变化，以及位移计530所测得的数据便能较为精准的计算出试样承受载荷的情况下的体变量。故该外体变测量系统500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。

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 (5)

1.一种双层压力室，其特征在于：

包括上支座、下支座、外层壁及内层壁，所述外层壁和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与所述外层水腔连通的自平衡水缸，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；

所述自平衡水缸包括稳压结构；

所述稳压结构包括设置在所述自平衡水缸内的活塞，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；

所述自平衡水缸的缸体上设置有多个流道，多个所述流道一端分别与所述上腔和所述下腔连通，另一端分别与所述外层水腔连通；

所述上腔和下腔内均设置有压力补偿件，所述压力补偿件能在所述上腔和下腔中的压力增大时吸收压力和在所述上腔和下腔中的压力减小时释放压力；

所述压力补偿件为皮囊式蓄能器或空气弹簧。

2.一种外体变测量系统，其特征在于：

所述外体变测量系统包括控制器、外层供水结构、围压供水结构及权利要求1所述的双层压力室；

所述外层供水结构及所述围压供水结构均与所述控制器电连接；

所述外层供水结构用于向所述外层水腔内输入液体；

所述围压供水结构用于向所述围压水腔内输入液体。

3.根据权利要求2所述的外体变测量系统，其特征在于：

所述外层供水结构及所述围压供水结构均包括压力传感器，所述压力传感器与所述控制器电连接。

4.根据权利要求2所述的外体变测量系统，其特征在于：

所述外体变测量系统包括位移计，所述位移计用于测量所述载荷施加轴相对于所述自平衡水缸的移动；

所述位移计与所述控制器电连接。

5.根据权利要求2所述的外体变测量系统，其特征在于：

所述外层供水结构及所述围压供水结构均包括计量液缸以及用于将所述计量液缸中的液体注入所述外层水腔及所述围压水腔的动力结构；

所述动力结构与所述控制器电连接。