CN109406302A - 一种手动便携式土壤三轴仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种手动便携式土壤三轴仪，包括有底箱，底箱的上方设有顶板，底箱内设有挤压式充水装置，挤压式充水装置经水圧管连接有水压检测仪；底箱与顶板之间的下方活动连接有压力室，压力室的纵向样品孔的孔壁上设有弹性膜，弹性膜与压力室内壁之间为压力腔，压力腔为双锥形，压力腔与挤压式充水装置经加压管连接；所述压力室的底部活动连接有样品安装座，安装座内设有导通样品安装位置面与外界的排水管；所述压力室的上方设有与样品孔同轴的压头，压头的上方设有压力感应器，压力感应器连接有压力表，压力感应器的上端连接手动下压装置。本发明具有结构简单，体积小，重量轻，便于携带，可提高测量准确性，操作简单，测量快速的特点。

Description

一种手动便携式土壤三轴仪

技术领域

本发明涉及一种土壤三轴仪，特别是一种手动便携式土壤三轴仪。

背景技术

土壤三轴仪又名三轴剪力仪，亦称三轴压缩仪，三轴剪力仪的核心部分是三轴压力室，并配备有轴压系统、侧压系统和孔隙水压力测读系统等。试验用的土样为圆柱形。试样用薄橡皮膜包裹，使土样的孔隙水与膜外液体（水）完全隔开。在给定的三轴压力室周围压力作用下，不断加大轴向附加压力，直至试样被剪破按莫尔强度理论计算剪破面上的法向应力与极限剪切应力。三轴剪切试验结果可以确定土壤的抗剪强度指标内摩擦角和黏结力。

现目前的三轴仪安装有气缸等大型装置，设备结构复杂，体积大，重量重，因此，现目前的三轴仪多为室内测量仪器。土样采集完毕后需要运输至实验室，然后再进入仪器内测量，运输过程中土样由于受到振动以及水分的蒸发容易受到扰动，严重影响测量结果。同时，现目前的压力室需要密封，样品需要用橡皮膜包裹，操作麻烦，且压力室内为圆筒状结构，充液量大，延长了测量所需的时间。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种手动便携式土壤三轴仪。本发明具有结构简单，体积小，重量轻，便于携带，可提高测量准确性，同时，操作简单，测量快速的特点。

本发明的技术方案：一种手动便携式土壤三轴仪，包括有底箱，底箱的上方设有顶板，底箱内设有挤压式充水装置，挤压式充水装置经水圧管连接有水压检测仪；底箱与顶板之间的下方活动连接有压力室，压力室的纵向上设有样品孔，样品孔的孔壁上设有弹性膜，弹性膜与压力室内壁之间为压力腔，压力腔与挤压式充水装置经加压管连接；所述压力室的底部活动连接有样品安装座，安装座内设有导通样品安装位置面与外界的排水管；所述压力室的上方设有与样品孔同轴的压头，压头的上方设有压力感应器，压力感应器连接有压力表，压力感应器的上端连接手动下压装置。

前述的手动便携式土壤三轴仪，所述挤压式充水装置包括粗调活塞筒和微调活塞筒，粗调活塞筒的口径大于微调活塞筒的口径，粗调活塞筒和微调活塞筒内分别设有盛水袋，盛水袋内灌满水，粗调活塞筒和微调活塞筒内的盛水袋经连接管连通，所述加压管连接在连接管上；所述水圧管连接在粗调活塞筒或微调活塞筒内的盛水袋上；所述粗调活塞筒和微调活塞筒的筒内分别经螺纹连接有粗调旋钮和微调旋钮。

前述的手动便携式土壤三轴仪，所述压力室一侧的底箱的上方固定连接有旋转轴，旋转轴上转动连接有连接臂，所述水圧管连接在连接臂上。

前述的手动便携式土壤三轴仪，所述压力室内腔的截面为双锥形。

前述的手动便携式土壤三轴仪，所述压力室与样品安装座经活动扣连接。

前述的手动便携式土壤三轴仪，所述活动扣包括均布于样品安装座四周的2个分别位于压力室移动的路径两侧的圆弧形扣板，扣板的内侧设有滑槽，压力室下方的侧面设有与滑槽配合的突柄。

前述的手动便携式土壤三轴仪，所述手动下压装置包括有与压力感应器连接的多边形压杆，多边形压杆套设在多边形滑套内，多边形压杆的上端设有纵向的加压螺纹孔，加压螺纹孔内螺纹连接有加压螺杆，加压螺杆的顶端设有加压旋钮，加压旋钮转动连接在顶板上。

本发明的有益效果

1、本发明通过利用挤压式充水装置和手动下压装置代替原设备的气缸等部件，避免了气缸等大型且沉重的使用，从而省去了相应的电控部件，因此，从结构上进行了极大简化；同时，在简化结构的基础上，可以大幅缩小设备的体积，减轻设备的重量，从而实现了三轴仪的便携式携带，可以将原本放置在实验室内的三轴仪搬到土样采集现场，在土样采集完成后立刻进行测量，从而减少了土样的扰动，大大提高了测量的准确性。

2、本发明通过在样品孔的内壁上设置弹性膜，通过弹性膜来隔开压力室内的液体与样品孔内的样品，省去了每次实验需要进行压力室密封性检查的过程，简化了操作步骤，测量更加简单。

3、本发明通过将压力室内的截面设置为双锥形，在保证压力室内围压的基础上，缩小了压力室内的容积，从而减少了压力液（水）的携带量，缩短了充液时间，加快了测量速度。

附图说明

附图1为本发明的结构示意图；

附图2为压力室的结构示意图；

附图3为压力室与样品安装座连接结构示意图；

附图4为手动下压装置的结构示意图；

附图5为挤压式充水装置的结构示意图。

附图标记说明：1-底箱，2-顶板，3-水圧管，4-水压检测仪，5-压力室，6-样品孔，7-弹性膜，8-压力腔，9-加压管，10-样品安装座，11-排水管，12-压头，13-压力感应器，14-压力表，15-多边形压杆，16-多边形滑套，17-加压旋钮，18-旋转轴，19-连接臂，20-粗调旋钮，21-微调旋钮，22-加压螺杆，23-加压螺纹孔，24-连接管，25-粗调活塞筒，26-微调活塞筒，27-扣板，28-滑槽，29-突柄，30-盛水袋，31-孔隙水压力传感器，32-阀门。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。

本发明的实施例

一种手动便携式土壤三轴仪，如附图1-5所示，包括有底箱1，底箱1的上设有顶板2，底箱1与顶板2的四个角之间经立柱固定连接，底箱1内设有挤压式充水装置（如活塞筒、水囊等挤压式装置），挤压式充水装置经水圧管3连接有水压检测仪4；底箱1与顶板2之间的下方活动连接有压力室5（即压力室5可自由挪动），压力室5的纵向上设有样品孔6（样品孔6贯穿压力室5的上下端面，孔径小于压力室5的内径，样品孔6的孔壁上设有弹性膜7，将样品孔6与压力室5的内部隔开，弹性膜7与压力室5内壁之间为压力腔8，压力腔8与挤压式充水装置经加压管9连接；所述压力室5的底部活动连接有样品安装座10，安装座10内设有导通样品安装位置面与外界的排水管11（样品安装位置面对应样品孔6所在位置），排水管11上设有孔隙水压力传感器31和阀门32；所述压力室5的上方设有与样品孔6同轴的压头12，压头12的上方设有压力感应器13，压力感应器13电连接有压力表14，压力感应器13的上端连接手动下压装置。

工作原理：测量时，将压力室5取下，将压力室5和样品安装座10分开，将取好的样品放置在样品安装座10中部的样品安装位置面，然后将压力室5罩在样品安装座10上，样品孔6套在样品外即可；然后将压力室5放回底箱1上，将样品孔6对准压头12，然后先挤压挤压式充水装置，将充水装置内的水充入压力腔8内，使弹性膜7包裹在样品上，同时，通过水压检测仪4观察水压大小，直至水压达到设定值时，停止充水，然后手动调节手动下压装置，将压头12压入样品孔6中，同时，通过压力感应器13和压力表14来确定压头12的压力大小，根据土样三轴测量方法进行测量即可。

作为优选，所述挤压式充水装置包括粗调活塞筒25和微调活塞筒26，粗调活塞筒25和微调活塞筒26置于底箱1内，粗调活塞筒25的口径大于微调活塞筒26的口径（具体大小比例按照三轴仪需要的大小进行设置，以能够实现粗调活塞筒25进行快速粗调充水，微调活塞筒26能够缓慢微调充水即可），粗调活塞筒25和微调活塞筒26内分别设有盛水袋30，盛水袋30内灌满水，粗调活塞筒25和微调活塞筒26内的盛水袋30经连接管24连通，所述加压管9连接在连接管24上；所述水圧管3连接在粗调活塞筒25或微调活塞筒26内的盛水袋30上；所述粗调活塞筒25和微调活塞筒26的筒内分别经螺纹连接有粗调旋钮20和微调旋钮21。使用时，先从粗调活塞筒25的开口一端将粗调旋钮20旋入粗调活塞筒25内，将盛水袋30中的水快速充入压力腔8中，直至压力腔8内的压力快要接近设定压力值时停止转动；然后转动微调旋钮21，将微调活塞筒26内的盛水袋30中的水缓慢充入压力腔8内，直至水压检测仪4检测到的水压达到设定值位置，停止旋入即可。

作为优选，所述压力室5一侧的底箱1的上方固定连接有旋转轴18，旋转轴18上转动连接有连接臂19，所述压力室5连接在连接臂19上；压力室5挪动过程中，绕旋转轴18转动即可。

作为优选，所述压力室5内腔的截面为双锥形，即两个圆锥的底面重合后形成的内腔。

作为优选，所述压力室5与样品安装座10经活动扣连接；保证样品安装座10与压力室5的连接的牢固性以及避免错位。

作为优选，所述活动扣包括均布于样品安装座10四周的至少2个扣板27，扣板27的内侧设有滑槽28，压力室5下方的侧面设有与滑槽28配合的突柄29；该活动扣结构简单，易操作。

作为优选，所述手动下压装置包括有与压力感应器13连接的多边形压杆15，多边形压杆15套设在多边形滑套16内，多边形压杆15的上端设有纵向的加压螺纹孔23，加压螺纹孔23内螺纹连接有加压螺杆22，加压螺杆22的顶端设有加压旋钮17，加压旋钮17转动连接在顶板2上（即加压旋钮17可在水平面内转动，但是不会脱落其所在平面，具体设置可以在加压旋钮17的在周围设置环形凸起，在顶板2上设置凹孔，将加压旋钮17设置在凹孔内，并在凹孔的周围设置与环形凸起配合的环形凹槽即可）；使用时，通过旋转加压旋钮17，带动加压螺杆22转动，多边形压杆15在加压螺杆22上相对向上或向下运动，从而带动压头12运动，由于是多边形，加压螺杆22转动过程中，多边形压杆15不会随着加压螺杆22一起转动，而只能保持上下竖直运动。

Claims (7)

1.一种手动便携式土壤三轴仪，其特征在于：包括有底箱（1），底箱（1）的上方设有顶板（2），底箱（1）内设有挤压式充水装置，挤压式充水装置经水圧管（3）连接有水压检测仪（4）；底箱（1）与顶板（2）之间的下方活动连接有压力室（5），压力室（5）的纵向上设有样品孔（6），样品孔（6）的孔壁上设有弹性膜（7），弹性膜（7）与压力室（5）内壁之间为压力腔（8），压力腔（8）与挤压式充水装置经加压管（9）连接；所述压力室（5）的底部活动连接有样品安装座（10），安装座（10）内设有导通样品安装位置面与外界的排水管（11），排水管（11）上设有孔隙水压力传感器（31）和阀门（32）；所述压力室（5）的上方设有与样品孔（6）同轴的压头（12），压头（12）的上方设有压力感应器（13），压力感应器（13）连接有压力表（14），压力感应器（13）的上端连接手动下压装置。

2.根据权利要求1所述的手动便携式土壤三轴仪，其特征在于：所述挤压式充水装置包括粗调活塞筒（25）和微调活塞筒（26），粗调活塞筒（25）的口径大于微调活塞筒（26）的口径，粗调活塞筒（25）和微调活塞筒（26）内分别设有盛水袋（30），盛水袋（30）内灌满水，粗调活塞筒（25）和微调活塞筒（26）内的盛水袋（30）经连接管（24）连通，所述加压管（9）连接在连接管（24）上；所述水圧管（3）连接在粗调活塞筒（25）或微调活塞筒（26）内的盛水袋（30）上；所述粗调活塞筒（25）和微调活塞筒（26）的筒内分别经螺纹连接有粗调旋钮（20）和微调旋钮（21）。

3.根据权利要求1所述的手动便携式土壤三轴仪，其特征在于：所述压力室（5）一侧的底箱（1）的上方固定连接有旋转轴（18），旋转轴（18）上转动连接有连接臂（19），所述压力室（5）连接在连接臂（19）上。

4.根据权利要求1所述的手动便携式土壤三轴仪，其特征在于：所述压力室（5）内腔的截面为双锥形。

5.根据权利要求1所述的手动便携式土壤三轴仪，其特征在于：所述压力室（5）与样品安装座（10）经活动扣连接。

6.根据权利要求5所述的手动便携式土壤三轴仪，其特征在于：所述活动扣包括均布于样品安装座（10）四周的2个分别位于压力室（5）移动的路径两侧的圆弧形扣板（27），扣板（27）的内侧设有滑槽（28），压力室（5）下方的侧面设有与滑槽（28）配合的突柄（29）。

7.根据权利要求1所述的手动便携式土壤三轴仪，其特征在于：所述手动下压装置包括有与压力感应器（13）连接的多边形压杆（15），多边形压杆（15）套设在多边形滑套（16）内，多边形压杆（15）的上端设有纵向的加压螺纹孔（23），加压螺纹孔（23）内螺纹连接有加压螺杆（22），加压螺杆（22）的顶端设有加压旋钮（17），加压旋钮（17）转动连接在顶板（2）上。