CN109060543B - 直接测量三轴试验橡皮膜嵌入量的装置及其测量方法 - Google Patents

直接测量三轴试验橡皮膜嵌入量的装置及其测量方法 Download PDF

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Abstract

直接测量三轴试验橡皮膜嵌入量的装置及其测量方法，装置包括三轴仪压力室，设置在三轴仪压力室内部的粗颗粒土试样，试样外部套有橡皮膜，特征是粗颗粒土试样上部设有和上透水板顶帽；下部设有底座，橡皮膜分别为内层橡皮膜和外层橡皮膜；底座内设置有小直径的排水通道内插PVC软管，PVC软管与底座间设置密封圈，PVC软管外连接控制开关及体变管，控制开关控制试样内水的进出，体变管带有刻度用于量测试样的排水量。本发明的试验装置结构简单、操作方便，不需要特别的装置，仅通过在试样表面设置内外两层橡皮膜即可测得橡皮膜嵌入量，同时可揭示不同围压对橡皮膜嵌入量的影响规律，且试验完成后不需拆样即可进行普通三轴剪切试验。

Description

直接测量三轴试验橡皮膜嵌入量的装置及其测量方法
技术领域
本发明属于岩土工程土工测试领域，涉及一种直接测量三轴试验橡皮膜嵌入量的装置。本发明还涉及这种直接测量三轴试验橡皮膜嵌入量的装置的测量方法。
背景技术
三轴试验是测定土体强度变形的主要手段，而对粗颗粒土三轴试验，其试样表面凹凸不平，围压的施加会使橡皮膜嵌入到试样表面颗粒的孔隙中。因此，对于粗颗粒土三轴固结排水剪试验，橡皮膜嵌入是影响试验体变测量的最重要因素。
目前，测定三轴试验橡皮膜嵌入的方法主要分为直接测定法和间接测定法。
直接测定法有以下几种：①在试样圆柱形试样表面填充细砂、液体橡胶或聚乙烯片等材料，无填充物制样在各围压下测得的排水量减去有填充物试样在各围压下测得的排水量即为嵌入量；②用粘合剂将试样土体粘在圆柱形混凝土芯表层，认为混凝土不发生体积变形，测出不同围压下的排水量即为膜嵌入量；③利用水泥将试样胶结起来，假设胶结的试样有足够的刚度抵抗变形，则测出的排水量就等于膜嵌入量。间接测定法分为以下几种：①假定三轴试样是各向同性的，得到嵌入体变为总体变减去3倍轴变，假定嵌入量与围压为双曲线关系拟合得到修正关系；②通过在试样中埋置等高但不等直径的铁棒来改变试样土体体积，从而建立土体体积与排水量的关系，推求土体体积为零时的排水量即为嵌入量；③使用不同壁厚的空心圆柱试样对试验土体做了等向固结排水试验，通过测得的排水量与试样表面积之间的关系来确定橡皮膜嵌入量。
直接测定法存在的问题是试验需要额外的材料，且存在较大误差，如表面填充其他材料仅仅能减小85%左右嵌入量，因此较难推广应用；间接测定法存在的问题是试验依赖较多的假定条件，且需要特定的试验来确定嵌入量，如埋置铁棒的方法，因此试验较为繁琐且存在一定误差。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明提供了一种直接测量三轴试验橡皮膜嵌入量的装置。本发明还将提供这种直接测量三轴试验橡皮膜嵌入量的装置的测量方法。
为达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：
一种直接测量三轴试验橡皮膜嵌入量的装置，包括三轴仪压力室，设置在三轴仪压力室内部的粗颗粒土试样，该粗颗粒土试样外部套有橡皮膜，其特征在于，所述粗颗粒土试样的上部设有和上透水板顶帽；所述粗颗粒土试样的下部设有底座，所述粗颗粒土试样外套的橡皮膜分别为内层橡皮膜和外层橡皮膜；所述底座内设置有小直径的排水通道，内插PVC软管，所述PVC软管与底座间设置密封圈，所述PVC软管外连接控制开关及体变管，所述控制开关控制试样内水的进出，所述体变管带有刻度，用于量测试样的排水量。
进一步，所述粗颗粒土试样下部与底座之间设有下透水板，所述粗颗粒土试样上部与顶帽之间设有上透水板，保证粗颗粒土试样的正常排水。
进一步，所述内层橡皮膜和外层橡皮膜通过O型密封圈与底座及顶帽相连接，包裹与试样外，保证三轴仪压力室内的水不会渗进粗颗粒土试样。
进一步，所述外层橡皮膜下部通过橡胶垫圈、接头及密封胶与PVC软管连接，所述橡皮软管穿过三轴压力室连接至外部，外部连接有围压控制器及体变管。
进一步，所述三轴压力室顶面开一圆孔，所述圆孔内设置密封圈后连接PVC软管，所述PVC软管外连接有围压控制器及体变管。
进一步，所述三轴压力室底面开一圆孔，所述圆孔内设置密封圈，可方便PVC软管穿过压力室连接至外部装置。
基于权利要求1所述的一种直接测量三轴试验橡皮膜嵌入量的方法，包括步骤如下：
（一）首先将下透水板、制备好的粗颗粒土试样、上透水板和顶帽依次放置在三轴仪压力室的底座上，在外表面包裹形成密封的内层橡皮膜，在内层橡皮膜外包裹形成密封的外层橡皮膜；
（二）压力室充满水后，连接至三轴压力室及外层橡皮膜的两台围压控制器同时加压至某一围压σ下；
（三）连接至三轴压力室的围压控制器在围压σ的基础上微加压至某一围压σ’下，保证σ’与σ的差异σ - 在较小的范围内，通常σ - 可取为10kPa左右；
（四）关闭连接至粗颗粒土试样的PVC软管上的阀门；
（五）保持内层橡皮膜压力σ不变的同时增加三轴压力室的围压，测得内层橡皮膜的排水量记为△V m 。
（六）重复（一）~（五）的步骤可测得不同围压下的橡皮膜嵌入量。
本发明的有益效果在于：本发明提供的试验装置结构简单、操作方便，不需要特别的装置，仅通过在试样表面设置内外两层橡皮膜即可测得橡皮膜嵌入量，同时可揭示不同围压对橡皮膜嵌入量的影响规律，且试验完成后不需拆样即可进行普通三轴剪切试验。
附图说明
图1为本发明一种直接测量三轴试验橡皮膜嵌入量的装置剖面图；
图中主要附图标记含义如下：
1-三轴压力室；2-粗颗粒土试样；3-内层橡皮膜；4-外层橡皮膜；5-试样顶帽；6-上排水板；7-阀门；8-PVC软管；9-第一围压控制器；10-顶杆；11-下排水板；12-底座；13-第二围压控制器；14-控制开关；15-第一体变管；16-第二体变管；17-第三体变管。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做具体的介绍。
如图1所示：本实施例是一种直接测量三轴试验橡皮膜嵌入量的装置及方法，包括轴仪压力室1，设置在三轴仪压力室内部的粗颗粒土试样2，底座12和试样顶帽5，粗颗粒土试样外套有内层橡皮膜3和外层橡皮膜4，两层膜间设置独立加压系统，包括阀门7、第二围压控制器13及体变管16，连接试样的底部的有控制开关14及体变管15，连接三轴压力室的有第一围压控制器9及体变管17。
下面参照附图对本实施例中一种直接测量三轴试验橡皮膜嵌入量的方法进行说明:
(一)首先在普通三轴制样器内放入下透水板11，之后按分层击实法击入试样，然后放入上透水板6及试样顶帽5，然后套入内层橡皮膜3，最后套入外层橡皮膜4，通过o型密封圈将内层橡皮膜3、外层橡皮膜4与底座及顶帽绑扎紧，在外层橡皮膜4上安装阀门7，连接PVC软管8，拆除制样器，将试样整体装入三轴压力室1；
(二)第一步完成后，在压力室顶面安装PVC软管8，连接围压控制器9及体变管17,安装围压控制器13及体变管16，最后安装控制开关14及体变管15；
(三)第二步完成后，将三轴压力室1充满水，将围压控制器9和围压控制器13同时加压至某一围压σ下，加压过程中一致保持两者压力相同；
(四)第三步完成后，将围压控制器9在围压σ的基础上微加压至某一围压σ’下，保证σ’与σ的差异σ - 在较小的范围内，通常σ - 可取为10kPa左右；
(五)第四步完成后，关闭连接至粗颗粒土试样的控制开关14；
(六)保持内层橡皮膜压力σ不变，即保持围压控制器13不变的同时增加围压控制器9的围压至两倍σ，通过体变管16测得内层橡皮膜的排水量记为△V m ；
(七)重复（一）~（五）的步骤可测得不同围压下的橡皮膜嵌入量。
本发明的测量原理为：内外层橡皮膜在相同的围压下其嵌入量是相同的，当压力室的围压与内层橡皮膜所受围压同步增加时，外层橡皮膜所受的净压力等于0，因此外层橡皮膜保持原状，不会发生嵌入；在保持内层橡皮膜所受围压不变的情况下略微增加压力室围压后外层橡皮膜会贴合试样表面，但不会发生过量嵌入，可认为此时外层橡皮膜嵌入量趋近于0；其后关闭试样内部的排水条件，则此时试样表面的嵌入程度不会发生变化，在这种情况下增加压力室围压，测得两层膜间的排水量即为当前围压下的嵌入量。
以上所述仅是本发明专利的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明专利原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明专利的保护范围。

Claims (4)

1.一种直接测量三轴试验橡皮膜嵌入量的装置，包括三轴仪压力室，设置在三轴仪压力室内部的粗颗粒土试样，该粗颗粒土试样外部套有橡皮膜，其特征在于，所述粗颗粒土试样的上部设有上透水板顶帽；所述粗颗粒土试样的下部设有底座，所述粗颗粒土试样外套有的橡皮膜分别为内层橡皮膜和外层橡皮膜；所述底座内设置有小直径的排水通道，内插PVC软管，所述PVC软管与底座间设置密封圈，所述PVC软管外连接控制开关及第一体变管，所述控制开关控制试样内水的进出；所述外层橡皮膜下部通过橡胶垫圈、接头及密封胶与PVC软管连接，所述三轴仪压力室底座开一圆孔，所述圆孔内设置密封圈，方便PVC软管穿过三轴仪压力室连接至外部，外部连接有第二围压控制器及第二体变管；所述三轴仪压力室顶面还开一圆孔，所述圆孔内设置密封圈，后连接PVC软管，所述PVC软管外连接有第一围压控制器及第三体变管，所述第一体变管、第二体变管及第三体变管都带有刻度，用于量测试样的排水量。
2.根据权利要求1所述的直接测量三轴试验橡皮膜嵌入量的装置，其特征在于，所述粗颗粒土试样下部与底座之间设有下透水板，所述粗颗粒土试样上部与顶帽之间设有上透水板，保证粗颗粒土试样的正常排水。
3.根据权利要求1或2所述的直接测量三轴试验橡皮膜嵌入量的装置，其特征在于，所述内层橡皮膜和外层橡皮膜通过O型密封圈与底座及顶帽相连接，包裹于试样外，保证三轴仪压力室内的水不会渗进粗颗粒土试样。
4.根据权利要求2所述的直接测量三轴试验橡皮膜嵌入量的装置的直接测量方法，其特征在于，包括如下步骤：
（一）首先将下透水板、制备好的粗颗粒土试样、上透水板和顶帽依次放置在三轴仪压力室的底座上，在试样的外表面包裹形成密封的内层橡皮膜，在内层橡皮膜外包裹形成密封的外层橡皮膜；
（二）三轴仪压力室充满水后，将连接至三轴仪压力室的第一围压控制器及连接至外层橡皮膜的第二围压控制器，同时加压至某一围压σ下；
（三）在围压σ的基础上微加压至某一围压σ’下，保证σ’与σ的差异取为10kPa；
（四）关闭连接至外层橡皮膜的PVC软管上的阀门；
（五）保持内层橡皮膜压力σ不变的同时增加三轴仪压力室的围压，测得内层橡皮膜的排水量记为△V m ；
（六）重复（一）~（五）的步骤测得不同围压下的橡皮膜嵌入量△V m 。
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