CN112525094A - 一种三轴试验试样三维变形检测装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种三轴试验试样三维变形检测装置及其使用方法，属于岩土工程相关技术领域。该装置包括定位框架，所述定位框架上设有夹持三轴仪的定位夹板，定位夹板可滑动地设置在定位框架上，所述定位框架上设有能够围绕三轴仪做圆周运动的激光测距仪。本装置可以实现测定仪器与三轴仪本身分离，实现无接触式的直观测量，并通过多项措施提高精度，达成了精准、轻便测定的效果。

Description

一种三轴试验试样三维变形检测装置及其使用方法

技术领域

本公开属于岩土工程相关技术领域，具体是涉及一种三轴试验试样三维变形检测装置及其使用方法。

背景技术

这里的陈述仅提供与本公开相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。

土工材料是土木工程建设中的基础材料，被广泛应用于水利、电力、矿井、公路和铁路等土木工程。在某一工程或研究中，土体的强度指标是非常重要的。三轴试验是测定土体主要参数的常用方法，它可以测定弹性模量、抗剪强度、剪切强度、泊松比等土工材料的工程参数，对剑桥模型、邓肯张模型等数值计算提供模型参数。

目前各类三轴仪多实现了轴向变形的测定，但径向变形测定多受设备本身限制，需要进行辅助设备或方法进行测定，但目前的各类方法或无法适用较大变形的试验，或无法消除测定设备对变形的影响，或无法在水中或其他液体中直接工作等无法实现简便准确的测定。

发明内容

针对现有技术存在的技术问题，本公开提供了一种三轴试验试样三维变形检测装置及其使用方法。本装置可以实现测定仪器与三轴仪本身分离，实现无接触式的直观测量，并通过多项措施提高精度，达成了精准、轻便测定的效果。

本公开至少一实施例提出了一种用于土工三轴试验试样三维变形检测装置，该装置包括定位框架，所述定位框架上设有夹持三轴仪的定位夹板，定位夹板可滑动地设置在定位框架上，所述定位框架上设有能够围绕三轴仪做圆周运动的激光测距仪。

进一步地，所述定位夹板包括两组，每组包括两个竖直放置、且相互平行的夹板，两组定位夹板的中心线的连线相互垂直，每个夹板通过抽拉杆滑动设置在定位框架上，所述抽拉杆上设有刻度值。

进一步地，定位框架的底面设有多个承载该框架的支撑腿，每个支撑腿可进行伸缩。

进一步地，定位框架的顶面围绕定位夹板设有定位转盘，定位转盘包括相互转动连接的固定外圈和转动内圈，固定外圈与定位框架固定连接，所述激光检测仪设置在转动内圈上。

进一步地，转动内圈的内表面上设有环形齿条，定位框架上设有与所述环形齿条相啮合的齿轮，所述齿轮连接步进电机，所述激光检测仪通过电动升降杆固定转动内圈的上表面上。

进一步地，其固定外圈与定位框架的之间通过楔形夹块相连接。

进一步地，固定外圈和定位框架的上表面在圆周方向上均匀设有同等数量的卡槽，在固定外圈和定位框架的相同角度上的卡槽之间设有U型插杆，U型插杆中的竖杆插在卡槽中，U型插杆顶部的横杆上设有可移动的滑块，所述滑块可拆卸的连接激光测距仪安装架。

进一步地，在定位框架的上表面圆周方向设有水准器。

本公开至少一实施例提出了基于上述所述的一种用于土工三轴试验试样三维变形检测装置的检测方法，该方法包括如下过程：固定定位框架，根据三轴仪半径确定夹板位置；通过夹板将三轴仪固定住；

开动步进电机，使定位转盘固定在初始标记的位置，按照预设的速度与步数控制定位转盘的转动，控制电动伸缩杆的升降调节测距仪高度，实现测距仪的任意扫描位置控制。

本公开至少一实施例提出了基于上述所述的一种用于土工三轴试验试样三维变形检测装置的检测方法，该方法包括如下过程：固定定位框架，根据三轴仪半径确定夹板位置；通过夹板将三轴仪固定住；

通过U型插杆将定位转盘的固定部分与定位框架固定在一起，依次将U型插杆的顶部的滑块移动到端部，固定激光测距仪支架通过支架上激光测距仪进行试验进行检测。

本公开的有益效果如下：

1、本公开的检测装置，拆卸方便，重复利用，测定准确，操作简单，可适用于市面上大部分三轴试验设备。

2、本公开的检测装置可以通过围绕在被夹住的三轴仪激光扫描仪进行径向变形，且通过利用扫描仪器与三轴仪完全分离的方式消除了检测过程中对试验本身造成的影响。

2、本公开的检测装置中通过两组夹板固定被检测仪器位置，与夹板连接的抽拉板附属于定位框架，上有精确刻度，可根据仪器半径快速确定位置。

3、本公开的定位框架脚架可以进行高度方向的挑战，配合无阻碍定位转盘的水准器，可灵活调节转盘面水平，适用于复杂试验场地环境。

4、本公开的无阻碍定位转盘固定部分与转动部分采用圆钢珠轴承连接，保证无阻碍转动，使转动部分可以更精准的进行调节。

5、本公开的检测装置中手动定位模式装置通过U型插杆固定无阻碍定位转盘和定位框架相对位置，滑块和设置在滑块上的U型固定架用于确定、稳定转动部分激光测距仪检测点。

6、本公开的检测装置中机械定位模式装置用步进式电机和同步齿轮控制转动部分角度达到精准检测点，用遥控控制电动伸缩杆的方式控制测距仪高度达到精准检测点。机械定位模式下的检测集成了操控工作，更方便实验人员操作。测距仪还可连接计算机进行数据传输记录，节省了人工读数的复杂操作。

附图说明

构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。

图1为本公开实施例整体结构手动定位模式装置三维图；

图2为本公开实施例整体结构手动定位模式装置主视图；

图3为本公开实施例提供的手动模式中U型插杆的结构图；

图4为本公开实施例整体结构的机械定位模式装置三维图；

图5为本公开实施例整体结构的机械定位模式装置主视图。

图中，1、定位框架；2、无阻碍定位转盘固定部分；3、无阻碍定位转盘转动部分；4、三轴仪定位器夹板；5、三轴仪定位器抽拉板；6、U型插杆；7、定位框架脚架可伸缩调节器；8、定位楔形夹块；9、水准器；10、滑块；11、激光测距仪支架；12、激光测距仪；13、机械齿轮；14、内齿条；15、步进式电机；16、电动伸缩杆；17、滑槽，18、U型固定架。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本公开使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

如图1和图3所示，本公开实施例提供了一种用于土工三轴试验试样三维变形检测装置，该装置主要包括装置定位框架1和多向无阻碍定位装盘。

所述多向无阻碍定位转盘主要包括无阻碍定位转盘固定部分2和无阻碍定位转盘转动部分3，在所述定位框架的中心位置处设有一个圆孔用于放置被夹持的三轴仪，在所述定位框架中心位置处圆周方向上设有四个三轴仪定位器抽拉板5，所述三轴定位器抽拉板5可滑动地设置在定位框架1上，且这四个抽拉板的延伸方向相交于定位框架上圆孔的中心位置处，所述抽拉板的板面上带刻度，用于根据三轴仪半径确定夹板的位置。

每个三轴仪定位器抽拉板5的端部设有竖直放置的三轴仪定位器夹板4，通过这四个三轴仪定位器夹板4将三轴仪固定住，同时可以移动四个抽拉板调整其上面的定位器夹板之间的距离，这样可以适应不同的大小的三轴仪。

可以理解的，上述四个三轴仪定位器夹板4其实分为两组，且这两夹板两组定位夹板的中心线的连线相互垂直。

需要说明的就是，在本实施例中的所述三轴仪定位器夹板4采用刚度较大的材料(如40CrMnMo钢材)制作。

本实施例的定位框架1的底部通过四个定位框架脚架用于支撑，这四个架脚上设有定位框架脚架可伸缩调节器7，通过该调节器7可以分别调整架脚的高度，保证定位框架的上表面水平。

进一步地，所述无阻碍定位转盘固定部分2固定在定位框架的上表面上，所述无阻碍定位转盘转动部分3套在无阻碍定位转盘固定部分2的内部，且两者的连接处以滚珠轴承连接，这样可以保证同轴的同时实现无阻碍转动功能。所述无阻碍定位转盘固定部分2上在圆周方向设有四个水准器9，四个水准器9的水准线沿切线方向设在无阻碍定位转盘上，每90度设置一个水准器9，水准器用于判断定位框架的上表面的水平度。优选的，所述水准器选用刻度线多的高精度水准器。

本实施例中的用于土工三轴试验试样三维变形检测装置可以分为手动模式和机械模式两种结构。

如图1-图2所示为手动模式，对于该模式的结构，所述无阻碍定位转盘固定部分2和定位框架的上表面在圆周方向上设有相同数量的插槽，同时在无阻碍定位转盘转动部分上固定有一个激光测距仪支架11，所述激光测距仪支架11上在高度方向安装有若干个激光测距仪12，无阻碍定位转盘固定部分2和定位框架1在相同角度上的插槽之间设有U型插杆6，U型插杆6的两个竖杆分别插在定位转盘固定部分和定位框架的插槽中，如图3所示，在所述U型插杆的顶部横杆上设有滑槽17，所述滑槽内滑动设有一个滑块10，所述滑块可以沿着该横杆进行滑动，同时所述滑块上连接一个U型固定架18，所述U型固定架上可拆卸地连接激光测距仪支架11，具体的使用过程：在采用该手动模式的时候，先是某一个滑块10沿着U型插杆顶部横杆移动到靠近三轴仪的端部处，通过滑块上的U型固定架18固定柱激光测距仪支架11，当在这个角度检测完之后，再转动无阻碍定位转盘转动部分3转到另一个角度上再次通过另一个滑块上的U型固定架18固定柱激光测距仪支架11，这样可以通过定位框架圆周方向上的这些激光测距仪实现试样的径向变形情况，当不用的时候，可将激光测距仪支架11拆下，然后将滑块10移动到另一端即可。

如图4-图5所示为机械定位的结构形式，该结构形式中，所述无阻碍定位转盘的固定部分2与定位框架1刚性连接，具体是通过定位楔形夹块8相互固定。

所述无阻碍定位转盘的转动部分3内壁上设有一圈内齿条14，同时在定位框架上设有与所述内齿条相啮合的机械齿轮13，所述机械齿轮连接步进式电机15，通过步进式电机控制无阻碍定位转盘的转动部分3的转速，按照设计速度与步数控制无阻碍定位转盘的转动位置，实现检测器的设计位置控制。

当然在其它一些实施例中，所述无阻碍定位转盘的转动部分内壁上设置一圈同步传送带，通过设置在定位框架上的机械齿轮13与同步传送带啮合实现定位转盘的转动部分的转动。

进一步，在该结构形式下，所述无阻碍定位转盘的转动部分的上表面设有一个电动伸缩杆16，激光测距仪固定在电动伸缩杆的顶端，通过遥控器可以控制伸缩杆16的升降，这样在电动伸缩杆和转动内盘的双重作用下可以实现在任意水平角度和高度位置处对试样进行变形检测。

下面详细说明一下基于上述一种用于土工三轴试验试样三维变形检测装置的测量方法主要包括如下过程：

首先，固定定位框架，根据三轴仪半径确定抽拉板读数，抽动抽拉板固定夹板位置将被测三轴仪固定住；

定位框架承载面上安置无阻碍定位转盘，通过无阻碍定位转盘固定部分各个水准器调节定位框架的可伸缩调节器使无阻碍定位转盘和定位框架的上表面处于水平位置；

对于手动定位模式装置，用U型插杆固定无阻碍定位转盘固定部分和定位框架，依次推动U型插杆顶端的滑块使其处于U型插杆顶部横杆的端部位置，通过滑块上的U型固定架固定激光测距仪支架11，读取激光测距仪支架11上的激光测试仪的数值对三轴仪上的试样变形检测。

对于机械定位模式装置，开动步进式电机，使无阻碍定位转盘的转动部分固定在初始标记的位置，按照设计速度与步数控制无阻碍定位转盘的转动位置，遥控控制电动伸缩杆来调节测距仪高度位置，实现测距仪的任意扫描位置控制。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本公开的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本公开进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本公开的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本公开的权利要求范围当中。

上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种三轴试验试样三维变形检测装置，其特征在于，该装置包括定位框架，所述定位框架上设有夹持三轴仪的定位夹板，定位夹板可滑动地设置在定位框架上，所述定位框架上设有能够围绕三轴仪做圆周运动的激光测距仪。

2.如权利要求1所述的一种三轴试验试样三维变形检测装置，其特征在于，所述定位夹板包括两组，每组包括两个竖直放置、且相互平行的夹板，两组定位夹板的中心线的连线相互垂直，每个夹板通过抽拉杆滑动设置在定位框架上，所述抽拉杆上设有刻度值。

3.如权利要求1所述的一种三轴试验试样三维变形检测装置，其特征在于，定位框架的底面设有多个承载该框架的支撑腿，每个支撑腿可进行伸缩。

4.如权利要求1所述的一种三轴试验试样三维变形检测装置，其特征在于，定位框架的顶面围绕定位夹板设有定位转盘，定位转盘包括相互转动连接的固定外圈和转动内圈，固定外圈与定位框架固定连接，所述激光检测仪设置在转动内圈上。

5.如权利要求4所述的一种三轴试验试样三维变形检测装置，其特征在于，转动内圈的内表面上设有环形齿条，定位框架上设有与所述环形齿条相啮合的齿轮，所述齿轮连接步进电机，所述激光检测仪通过电动升降杆固定转动内圈的上表面上。

6.如权利要求4所述的一种三轴试验试样三维变形检测装置，其固定外圈与定位框架的之间通过楔形夹块相连接。

7.如权利要求4所述的一种三轴试验试样三维变形检测装置，其特征在于，固定外圈和定位框架的上表面在圆周方向上均匀设有同等数量的卡槽，在固定外圈和定位框架的相同角度上的卡槽之间设有U型插杆，U型插杆中的竖杆插在卡槽中，U型插杆顶部的横杆上设有可移动的滑块，所述滑块可拆卸地连接激光测距仪安装架。

8.如权利要求1所述的一种三轴试验试样三维变形检测装置，其特征在于，在定位框架的上表面圆周方向设有水准器。

9.基于权利要求4-6任一项所述的一种三轴试验试样三维变形检测装置的使用方法，其特征在于：该方法包括如下过程：固定定位框架，根据三轴仪半径确定夹板位置；通过夹板将三轴仪固定住；

开动步进电机，使定位转盘固定在初始标记的位置，按照预设的速度与步数控制定位转盘的转动，控制电动伸缩杆的升降调节测距仪高度，实现测距仪的任意扫描位置控制。

10.基于权利要求7所述的一种三轴试验试样三维变形检测装置的使用方法，其特征在于：该方法包括如下过程：固定定位框架，根据三轴仪半径确定夹板位置；通过夹板将三轴仪固定住；

通过U型插杆将定位转盘的固定部分与定位框架固定在一起，依次将U型插杆的顶部的滑块移动到端部，固定激光测距仪支架通过支架上激光测距仪进行试验进行检测。

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