CN113624588A - 一种针对粗颗粒土三轴试验应变传感器的安装设备及安装方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种针对粗颗粒土三轴试验应变传感器的安装设备及安装方法，所述传感器装置包括充填硅胶材料的PVC管，钢针和霍尔效应/LVDT传感器，并根据霍尔效应传感器位置及PVC管直径对制样桶进行钻孔改造。充填硅胶材料的PVC管预置于粗颗粒土试样内部，长度约2‑3cm；径向传感器位于试样中部，且圆弧形悬臂长度大于试样周长；两个轴向传感器对称于试样两边，且位于试样中部1/3处。试验时，将钢针刺入预置PVC管内以连接试样和传感器，进而通过三轴仪测量试样的轴向及径向应变情况，本发明的安装方法，简单易操作，可有效避免循环三轴实验中传感器底座失稳，围压水侵入试样等情况，进而有效地提升试验测量精度。
Description
技术领域
本发明涉及粗粒土(粒径大于2mm的颗粒超过全重的50％)试验设备领域，具体为针对粗颗粒土三轴试验应变传感器的安装设备及安装方法。
背景技术
循环三轴试验是土力学中的重要试验，其试验原理是把一个圆柱形土样放到密闭的压力室内，通过施加各向均等的周围压力和轴向的偏差应力来模拟土体的实际受力情况，确定土体的抗剪强度参数以及弹塑性变形特性等。
对于细砂等强度较低的材料，循环三轴试验通常利用钢针固定传感器测量土体的轴向和径向变形。当材料颗粒较大(如粒料填料)或者试样密度过大时，试验则采用预置垫片的方式，将应变片置于试样中，通过螺栓安装霍尔效应/LVDT传感器在预置的垫片基础上，进而对土体的应变情况进行测量。由于螺栓安装破坏面较大，易导致围压水侵入试样，且为避免制样过程中对击实锤的干扰，预置垫片应设计较薄，当土颗粒较大或实验中试样变形较大时，预置垫片极易偏离设计位置，进而导致霍尔效应传感器测量精度降低或者完全失效。
本发明的目的在于提供一种针对粗颗粒土三轴试验应变传感器的安装设备及安装方法，实现粗颗粒土三轴试验的径向及轴向变形监测，避免循环三轴实验中传感器底座失稳，围压水侵入试样等情况，有效提升试验测量精度，具有制作便捷，成本低，安装方法简单易操作的优点。
发明内容
本发明针对现有粗颗粒土三轴试验测试技术中存在的问题，设计了一种针对粗颗粒土三轴试验应变传感器的安装设备及安装方法，可实现粗颗粒土三轴试验的径向及轴向变形监测，避免循环三轴实验中传感器底座失稳，围压水侵入试样等情况，有效提升试验测量精度，具有制作便捷，成本低，安装方法简单易操作的优点。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种针对粗颗粒土三轴试验应变传感器的安装设备，包括：充填硅胶材料的PVC管，钢针和霍尔效应/LVDT传感器，制样桶。
制样桶需根据充填硅胶材料的PVC管直径，霍尔效应/LVDT传感器安装位置，进行钻孔改造。
充填硅胶材料的PVC管，具有一定强度。在分层击实制样过程中，根据安装位置和试样分层击实高度，计算充填硅胶材料的PVC管所处的土层位置，通过预先开凿于模具上的孔洞插入已充填硅胶的PVC管，预置于粗颗粒土试样内部，深度约2-3cm。制样结束后，切除制样模具外多余部分的已充填硅胶材料的PVC管。PVC管强度不宜过高，避免切除困难。
小于已充填硅胶材料的PVC管直径的钢针，插入预置充填硅胶材料的PVC管中(硅胶已干固成型)以连接试样和传感器。
霍尔效应传感器，包括径向传感器和轴向传感器。
两个轴向传感器对称于试样两边，且位于试样中部1/3处，通过钢针插入预置充填硅胶材料的PVC管以连接传感器与试样。
径向传感器位于试样中部，并处于轴向传感器内侧，圆弧形悬臂长度略大于试样周长，通过钢针插入预置充填硅胶材料的PVC管以连接衬垫与试样。
一种利用上述针对粗颗粒土三轴试验应变传感器的方法，包括如下步骤：
1)使用改造后的制样桶制作粗颗粒土试样，将充填硅胶材料的PVC管通过制样模具的预挖孔洞插入，预置于试样内部，深度约2-3cm，制样结束后，切除制样模具外多余的充填硅胶材料的PVC管部分。粗颗粒土试样呈圆柱体，且外壁上包裹有橡皮膜；
2)将包裹有橡皮膜的粗颗粒土试样置于压力室底座上，通过钢针刺入预置填充硅胶材料的PVC管连接试样与传感器，实现安装径向及轴向传感器。使用硅胶材料对连接位置密封进行防水处理，连接安装压力室；
3)在伺服软件或系统中调零传感器显示值；
4)压力室注水或直接控制伺服气压进行围压加载；
5)按照设计应力路径进行强度或循环三轴试验；
6)试验数据整理。
本发明所提供的一种针对粗颗粒土安装三轴试验应变传感器的装置，主要优点如下：
1)结构简单，制作便捷，成本低；
2)用钢针刺入预置充填硅胶的PVC管安装传感器，与传统用螺栓安装方式相比，操作简单且破坏面较小，使用硅胶密封可避免水进入试样破坏试验；
3)可实现三轴试验径向及轴向变形测试，充填硅胶材料的PVC管具有一定强度，可避免自身变形及位移对测量结果的干扰，稳定性强，试验精度较高。
附图说明
图1为制样桶结构图；
图2为轴向传感器结构图；
图3为径向传感器结构图。
图中为：第一垫片1，第一钢丝2，悬臂3，第一螺丝4，第一磁块5，第一凹槽6，第一导线7，第一滑块8，第二螺丝9，径向传感器10，第一钢针11，第一充填硅胶材料的PVC管12，橡皮膜13，第三螺丝14，第四螺丝15，衬垫16，圆弧形悬臂17，第二充填硅胶材料的PVC管18，第二钢针19，U型钢丝20，压片21，第二钢丝22，第二垫片23，第五螺丝24，第二磁块25，第二凹槽26，第二导线27，第二滑块28，第六螺丝29，橡皮筋30，制样桶31，粗颗粒土试样32。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。
如图1，图2，图3所示，本发明以霍尔效应传感器为例进行说明，一种粗粒土安装三轴试验的应变传感器其装置包括：充填硅胶材料的PVC管，钢针，霍尔效应传感器，制样桶。
在制样桶31外表面标注径向传感器10和轴向传感器安装位置，根据充填硅胶材料的PVC管直径，分别在制样桶31前后两侧中部1/3处、左右两侧中部对制样桶31进行钻孔改造。
两个轴向传感器对称于粗颗粒土试样32两边，悬臂3通过第一钢丝2和第三螺丝14与第一垫片1相连，通过第一螺丝4与第一磁块5相连。第二螺丝9位于第一凹槽6的边缘，第一滑块8位于第一凹槽6内，并与第一磁块5相接触。第一导线7一端连接第一滑块8，另一端与三轴仪相连以采集变形数据。第一钢针11插入预置的第一充填硅胶材料的PVC管12中将第一垫片1固定在粗颗粒土试样32上。
径向传感器10位于粗颗粒土试样32中部，并处于轴向传感器内侧，圆弧形悬臂17长度大于粗颗粒土试样32周长。两个压片21与第四螺丝15将U型钢丝20固定于圆弧形悬臂17内侧，从而将圆弧形悬臂17的两部分连接起来。圆弧形悬臂17内侧对称设有两个衬垫16，通过第二钢针19插入预置的第二充填硅胶材料的PVC管18中固定于粗颗粒土试样32上。第二钢丝22通过第五螺丝24实现第二垫片23与第二磁块25的连接。第六螺丝29位于第二凹槽26的边缘，第二滑块28位于第二凹槽29内，并与第二磁块25相接触。第二导线27一端连接第二滑块28，另一端与三轴仪相连以采集变形数据。
试验方案如下：
1)使用图1中的制样桶31，采用分层击实制样方法制作粗颗粒土试样32。根据Balay等人(1998年)的测试结果，用振锤法分7层击实所得到的试样干密度与振动压实法所得到的干密度吻合度较高，因此本试验分7层进行击实制样。根据设计的传感器安装位置，粗颗粒土试样32分层击实高度，计算各充填硅胶材料的PVC管所处土层。粗颗粒土试样32高度为H，则轴向充填硅胶材料的PVC管安装位置分别位于1/3H与2/3H处，径向第二充填硅胶材料的PVC管18位于1/2H处。向制样桶31中倒入部分粗颗粒土，进行第一层土体击实，击实结束后测量该土层高度H1，经比较可获得各充填硅胶材料的PVC管所处土层位置m。继续向制样桶31中倒入等量粗粒土进行第二次击实并测量土层高度H2，直至击实至1/3H处的轴向充填硅胶材料的PVC管所位于的土层m1。击实该土层前，通过预先开凿于模具上的孔洞插入4根已充填硅胶材料的PVC管，预置于粗颗粒土试样32内部，约2-3cm，用橡皮筋30连接对称面充填硅胶材料的PVC管，固定位置后对该土层进行击实。重复上述步骤继续添加粗颗粒土并安装其他位置充填硅胶材料的PVC管直至七次击实结束。制样结束后，切除制样桶27外多余部分的充填硅胶材料的PVC管。拆除制样桶31后，再次切除粗颗粒土试样31外部多余部分的充填硅胶材料的PVC管。使用橡皮膜13包裹粗颗粒土试样32；
2)将包裹有橡皮膜13的粗颗粒土试样32置于压力室底座上。将第一钢针11刺入预置的第一充填硅胶材料的PVC管12连接粗颗粒土试样32与第一垫片1，将第二钢针19刺入预置的第二充填硅胶材料的PVC管18以连接粗颗粒土试样32与衬垫16，实现安装径向及轴向传感器，使用硅胶材料密封上述连接位置进行防水处理。连接安装压力室；
3)压力室注水或直接控制伺服气压进行围压加载；
4)按照设计应力路径进行强度或循环三轴试验；
5)试验数据整理。
Claims (2)
1.一种针对粗颗粒土三轴试验应变传感器的安装设备，其特征在于：
在制样桶31外表面标注径向传感器10和轴向传感器安装位置，根据充填硅胶材料的PVC管直径，分别在制样桶31前后两侧中部1/3处、左右两侧中部对制样桶31进行钻孔；
两个轴向传感器对称于粗颗粒土试样32两边，悬臂3通过第一钢丝2和第三螺丝14与第一垫片1相连，通过第一螺丝4与第一磁块5相连；第二螺丝9位于第一凹槽6的边缘，第一滑块8位于第一凹槽6内，并与第一磁块5相接触；第一导线7一端连接第一滑块8，另一端与三轴仪相连以采集变形数据；第一钢针11插入预置的第一充填硅胶材料的PVC管12中将第一垫片1固定在粗颗粒土试样32上；
径向传感器10位于粗颗粒土试样32中部，并处于轴向传感器内侧，圆弧形悬臂17长度大于粗颗粒土试样32周长；两个压片21与第四螺丝15将U型钢丝20固定于圆弧形悬臂17内侧，从而将圆弧形悬臂17的两部分连接起来；圆弧形悬臂17内侧对称设有两个衬垫16，通过第二钢针19插入预置的第二充填硅胶材料的PVC管18中固定于粗颗粒土试样32上；第二钢丝22通过第五螺丝24实现第二垫片23与第二磁块25的连接；第六螺丝29位于第二凹槽26的边缘，第二滑块28位于第二凹槽29内，并与第二磁块25相接触；第二导线27一端连接第二滑块28，另一端与三轴仪相连以采集变形数据。
2.应用如权利要求1所述装置的方法，其特征在于：
1)使用改造后的制样桶制作粗颗粒土试样，将充填硅胶材料的PVC管通过制样模具的预挖孔洞插入，预置于试样内部，深度约2-3cm，制样结束后，切除制样模具外多余的充填硅胶材料的PVC管部分；粗颗粒土试样呈圆柱体，且外壁上包裹有橡皮膜；
2)将包裹有橡皮膜的粗颗粒土试样置于压力室底座上，通过钢针刺入预置填充硅胶材料的PVC管连接试样与传感器，实现安装径向及轴向传感器；使用硅胶材料对连接位置密封进行防水处理，连接安装压力室；
3)在伺服软件或系统中调零传感器显示值；
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| Title |
|---|
| PENG JING等: ""Hydro-Mecnanical behavior of an unbound granular base course material used in low traffic pavements"", 《MATERIALS》, vol. 13, no. 4 * |
| 朱俊高;陆阳洋;蒋明杰;褚福永;: "新型静止侧压力系数试验仪的研制与应用", 岩土力学, no. 08 * |
| 董建军;邵龙潭;刘永禄;姚涛;: "基于图像测量方法的非饱和压实土三轴试样变形测量", 岩土力学, no. 06 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN113624588B (zh) | 2024-02-23 |
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Legal Events
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