CN113959396A - 一种环箍式三轴试样局部轴向-径向变形的测量装置及使用方法 - Google Patents
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Abstract
一种环箍式三轴试样局部轴向‑径向变形的测量装置及使用方法，属于土工试验技术领域。所述测量装置为在传统三轴试样装置上增加两层环箍式测量模具，实现实验过程中对试样局部轴向‑径向变形的测量。所述的测量装置包括2个相同的模块组成的上层环箍式测量模具、2个相同的模块组成的下层环箍式测量模具和多个笔式传感器。本发明装置可以实现对三轴试样局部实现轴向‑径向位移的精准测量，可以用于静力试验，也可用于动力试验，不受加载条件的约束，且设备装置简单；该测量装置安装方法简单，操作简便，且测量精度高，为土工试验和砂砾料本构关系研究的发展提供了更便利、更有效的试验手段，具有良好的推广价值。
Description
技术领域
本发明属于土工试验技术领域，涉及一种环箍式三轴试样局部轴向-径向变形的测量装置及使用方法。
技术背景
在常规三轴试验过程中，一般利用压力室外的位移传感器进行轴向变形的测量，测得的轴向位移包括上下试样帽与试样之间的空隙引起的变形。由于试样，透水石以及仪器均属于柔性构件，会对测量轴向应变产生影响。再者，由于试样端部与滤纸和透水石之间会产生摩擦，限制了轴向和径向变形，往往端部变形较小，而中间有较大的变形。此外，传统三轴仪仅能利用排除水的体积来计算三轴试样骨架的变形，进而推算出径向变形。
目前，为了更好地测量三轴试样的局部应变，大量的学者提出了相对可行的方法，主要有以下几个方法：
(1)固定式局部位移传感器测量法
该方法是一种在三轴试样表面安装局部位移传感器，对三轴试样表面进行点测量，但该方法只能测量试样表面某个局部，不能反映该试样某一水平面径向变形的均值，测量误差很大。
(2)线性变形传感器(LDT)
该方法是在三轴试样垂直安装应变仪，并通过铰链连接。试样在压缩过程中，会引起两铰点间距离的改变，应变仪弯曲，通过应变仪检测该变化并将其记录为轴向应变。该方法，由于直接粘贴在试样表面，应变仪容易戳破乳胶膜，而且不能进行测量径向应变。
(3)霍尔效应传感器测量法
该方法是将霍尔效应传感器粘贴在三轴试样表面上，并连接铰链的一端。当试样发生变形时，使铰链另一端发生旋转，从而测量三轴试样径向变形。该方法设备安装难度极大，对环境要求高，固定鞘会刺破乳胶膜，不利于试验进行，且该方法只能测量三轴试样径向变形。
(4)图像视觉跟踪测量法
该类方法主要是采用工业相机对加载过程中的试样进行实时跟踪拍摄，再根据实时图像利用图像分析程序进行处理，获取试样的变形情况，该方法对于实验室环境要求相对较高，微小振动及光环境的变化都会影响测量的结果，而且该方法只能测量拍摄面的局部径向变形和轴向变形，增加误差。
由此可见，目前急需一种可以测量三轴试样不同位置处轴向-径向变形的测量装置。
发明内容
本发明的目的是提供一种设备装置简单、试验操作方便并能够减小试验过程中对试样的干扰，同时又能够准确测量三轴试样局部轴向-径向位移的装置，解决了传统三轴仪外接位移传感器测量带来的误差。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种环箍式三轴试样局部轴向-径向变形的测量装置，所述测量装置为在传统三轴试样装置上增加两层环箍式测量模具，实现实验过程中对试样局部轴向-径向变形的测量。所述的测量装置包括2个相同的模块100A和100B组成的上层环箍式测量模具、2个相同的模块200A和200B组成的下层环箍式测量模具、笔式传感器6A、笔式传感器6B、笔式传感器6C、笔式传感器6D、笔式传感器6E、笔式传感器6F。
所述的模块100A与模块100B结构相同，均包括笔式传感器水平夹具1、笔式传感器水平接触模块2、半圆环3、笔式传感器竖直夹具4；所述的模块200A与模块200B结构相同，均包括笔式传感器水平夹具1、笔式传感器水平接触模块2、半圆环3、笔式传感器竖直接触模块5。
所述的笔式传感器水平夹具1包括T字形夹具1-1以及与T字形夹具1-1垂直方向设置的T字形底板1-2。所述T字形底板1-2窄边侧设置两个螺纹孔，用于与半圆环3相配合；宽边也设置两个通孔。所述T字形夹具1-1底面设有两个螺纹孔，与T字形底板1-2边缘通孔相配合，在通孔内壁采用高强速干胶水进行固结，并用螺栓进行锚固；T字形夹具1-1正面安装两个羊角钩，用于连接弹簧。
所述的笔式传感器水平接触模块2包括笔式传感器接触长板2-1、十字型薄板2-2、矩形方块2-3-Ⅰ、矩形方块2-3-Ⅱ。所述十字型薄板2-2长边的窄边缘设有两个通孔，用于固定笔式传感器接触长板2-1，十字型薄板2-2长边的另一边缘设有两个不平形的螺纹孔，目的在于连接半圆环3；十字型薄板2-2短边的两边用于连接矩形方块2-3-Ⅰ、矩形方块2-3-Ⅱ。
所述半圆环3一侧上方固定笔式传感器水平夹具1，另一外侧直边设置滑槽两个，用于连接笔式传感器水平接触模块2，并可以调节夹具间的距离。
所述的笔式传感器竖直夹具4用于接触三轴试样300，包括十字型夹具4-1和圆环垫片4-2。所述圆环垫片4-2中间设有两个沉孔，圆弧侧连接三轴试样300，平面侧孔洞连接十字型夹具4-1，在孔内壁用高强速干胶水进行固结，并用螺栓锚固；所述十字型夹具4-1中间设置两个螺纹孔，用来锁紧半圆环3，保证测量模块与三轴试样300完全贴合；在十字型夹具4-1长边凸出外侧安装两个羊角钩，用于安装弹簧。
所述的笔式传感器竖直接触模块5用于接触三轴试样300，包括笔式传感器十字型接触板5-1、圆环垫片5-2；所述的圆环垫片5-2中间设有沉孔两个，圆弧侧连接三轴试样300，平面侧孔洞连接笔式传感器十字型接触板5-1，在通孔内壁用高强速干胶水进行固结，并用螺栓锚固；所述的笔式传感器十字型接触板5-1中间设置两个螺纹孔，用来锁紧半圆环3，保证测量模块与三轴试样300完全贴合；在十字型接触板5-1长边凸出外侧安装两个羊角钩，用于弹簧的安装。
一种环箍式三轴试样局部轴向-径向变形的测量装置的使用方法，包括以下步骤：
第一步，按照《土工试验规程SL237-1999》制备砂砾料三轴试样，并完成砂砾料三轴试样安装。
第二步，安装上层环箍式测量模具模块100A和模块100B。
首先，组装笔式传感器水平夹具1，将T字形夹具1-1下底面的螺纹孔紧贴T字形底板1-2较宽处短边通孔，并保持垂直平齐，通孔内灌入高强速干胶水，并用螺栓进行锚固；紧接着将笔式传感器水平夹具1安装到半圆环3上侧，调节角度，保证其与半圆环3相切时，灌入高强速干胶水并拧紧螺栓。
其次，组装笔式传感器水平接触模块2，将笔式传感器接触长板2-1下底部两个螺纹孔与十字型薄板2-2短边边缘两个通孔相配合，保证垂直平齐后，灌入高强速干胶水，并用螺栓进行锚固；然后用502胶水将矩形方块2-3-Ⅰ和矩形方块2-3-Ⅱ固定在十字型薄板2-2长边外凸两侧上方，目的在于安装羊角钩和弹簧；
再次，上述构件组装完成之后，将组装好的笔式传感器水平接触模块2安装到半圆环3上，同样保持其与半圆环3相切，先不进行锚固，待模块100A和模块100B安装在三轴试样300上之后可以根据实验需要调节滑槽，改变夹具与顶板之间的距离再进行固定。
最后，安装进行笔式传感器竖直夹具4，在圆环垫片4-2圆弧侧拧入螺栓，保证其与十字型夹具4-1平齐，灌入高强速干胶水。待高强速干胶水固结之后，将笔式传感器竖直夹具4安装在半圆环3圆弧方下侧，对准螺纹孔，拧入螺栓。在此安装过程中，所有安装方式均为锚接。
第三步，安装下层环箍式测量模具模块200A和模块200B。
笔式传感器水平夹具1、笔式传感器水平接触模块2的安装步骤同第二步的安装；其次，安装笔式传感器竖直接触模块5，在圆环垫片5-2圆弧侧拧入螺栓，保证其与笔式传感器十字型接触板5-1平齐，灌入高强速干胶水。待高强速干胶水固结之后，将笔式传感器竖直接触模块5安装在半圆环3上侧，对准螺纹孔，拧入螺栓。在此安装过程中，所有安装方式均为锚接。
第四步，组装测量装置，包括安装上下层环箍式测量模具和六个笔式传感器(笔式传感器6A、笔式传感器6B、笔式传感器6C、笔式传感器6D、笔式传感器6E、笔式传感器6F)，具体如下：
首先，将上层环箍式测量模具的模块100A和100B放置在三轴试样300外侧偏上方，模块100A中笔式传感器水平夹具1中T字形夹具1-1上的羊角钩与笔式传感器水平接触模块2中矩形方块2-3-Ⅰ、矩形方块2-3-Ⅱ中的羊角钩通过弹簧7A、弹簧7B连接；模块100B中笔式传感器水平夹具1中T字形夹具1-1上的羊角钩与笔式传感器水平接触模块2中矩形方块2-3-Ⅰ、矩形方块2-3-Ⅱ中的羊角钩通过弹簧7C、弹簧7D连接；紧接着，调整两个模块100A、100B的位置，保持水平并均匀布置在三轴试样300的两侧。分别拧紧模块两个模块100A、100B中的笔式传感器竖直接触模块4与半圆环3之间的螺栓，并在两个圆环垫片4-2与三轴试样300之间灌入502并进行固结。
其次，待固结完成之后，在模块100A和100B中的笔式传感器水平夹具1中分别插入笔式传感器6A、笔式传感器6B；并分别调整两个模块中笔式传感器水平接触模块与半圆环之间的滑槽，使笔式传感器6A与笔式传感器接触长板2-1完全接触，拧紧螺栓。在模块100A和100B中的笔式传感器竖直夹具4中分别插入笔式传感器6C和笔式传感器6D，调节位置，当笔式传感器6C、笔式传感器6D分别与下层环箍式测量模具中模块200A、200B的笔式传感器十字型接触板5-1完全接触时，安装模块200A和200B；
再次，将模块200A和200B放置在三轴试样300外侧偏下方，模块200A和200B中的笔式传感器竖直接触模块5与模块100A和100B中的笔式传感器竖直夹具4之间，分别通过弹簧7E、弹簧7F、弹簧7K、弹簧7L连接。四个模块上下之间的距离根据试验要求和传感器的量程确定。
最后，当模块200A和200B完全水平并均匀的布置在三轴试样300的两侧时，模块200A中：其笔式传感器水平夹具1中的T字形夹具1-1上的羊角钩与笔式传感器水平接触模块2中矩形方块2-3-Ⅰ、矩形方块2-3-Ⅱ中的羊角钩分别通过弹簧7G、弹簧7H连接；模块200B中：其笔式传感器水平夹具1中T字形夹具1-1上的羊角钩与笔式传感器水平接触模块2中矩形方块2-3-Ⅰ、矩形方块2-3-Ⅱ中的羊角钩通过弹簧7I、弹簧7J连接。紧接着，分别拧紧模块200A、200B中笔式传感器竖直接触模块5与半圆环3之间的螺栓，并在两个圆环垫片5-2与三轴试样300之间灌入502并进行固结。待固结完成之后，在模块200A和200B中的笔式传感器水平夹具1中分别插入笔式传感器6E、笔式传感器6F；分别调整模块200A和200B中笔式传感器水平接触模块与半圆环之间的滑槽，使得笔式传感器6E、笔式传感器6F与模块200A和200B中的笔式传感器接触长板2-1完全接触，拧紧螺栓；
第五步，继续按照《土工试验规程SL237-1999》，对砂砾料三轴试样进行通气，饱和及固结。同时，将6个笔式传感器的数据线与控制采集电控机上采集控制卡相连。完成试验加载前的所有准备工作。此时，三轴试验试样处于初始状态，局部测点未发生任何方向上的位移。笔式传感器处于初始状态，对应的参考数值为0。
第六步，同时激活三轴加载控制程序和笔式传感器测量装置控制采集程序，开始试验，三轴仪作动装置开始加载，三轴试验试样发生形变，局部测点在轴向和径向均发生位移，此处，不考虑试样体发生倾斜或转动；随着位移控制的进行，实时采集局部轴向-径向变形数据，根据测得的数据绘制每个测点在不同时间节点的变形曲线，每个测点均相同，在此不做赘述。
本发明的有益效果是：本发明装置可以实现对三轴试样局部实现轴向-径向位移的精准测量，可以用于静力试验，也可用于动力试验，不受加载条件的约束，且设备装置简单；该测量装置安装方法简单，操作简便，且测量精度高，为土工试验和砂砾料本构关系研究的发展提供了更便利、更有效的试验手段，具有良好的推广价值。
附图说明
图1为笔式传感器水平夹具侧视图；
图2为笔式传感器水平接触模块侧视图；
图3为笔式传感器竖直夹具侧视图；
图4为笔式传感器竖直接触模块侧视图；
图5a、图5b为环箍式三轴试样局部轴向-径向变形的测量装置不同模块侧视图；
图6a、图6b为环箍式三轴试样局部轴向-径向变形的测量装置及布置图；
图中：1-1T字形夹具、1-2T字形底板、2-1笔式传感器接触长板、2-2十字型薄板、2-3-Ⅰ矩形方块、2-3-Ⅱ矩形方块、4-1十字型夹具、4-2圆环垫片、5-1笔式传感器十字型接触板、5-2圆环垫片、1笔式传感器水平夹具A、2笔式传感器水平接触模块、3半圆环、4笔式传感器竖直夹具B、5笔式传感器竖直接触模块、6A笔式传感器、6B笔式传感器、6C笔式传感器、6D笔式传感器、6E笔式传感器、6F笔式传感器、7A弹簧、7B弹簧、7C弹簧、7D弹簧、7E弹簧、7F弹簧、7G弹簧、7H弹簧、7I弹簧、7J弹簧、7K弹簧、7L弹簧、100A模块、100B模块、200A模块、200B模块、300三轴试样。
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详细且清晰地描述。所描述的具体实施例仅是本发明众多实施例中的一部分，并不代表全部实施例。一般地，附图中所展示的本发明实施例的组件可以按照不同位置或组装方式进行安装并实施。基于本发明所描述的具体实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
在本发明的具体实施例中，应当注意的是在下述附图中，部分构件功能以及组装行式相同，但不属于同一时刻的所述内容，且使用了不同的编号，在进行文字描述时，在名称后用大写英文字母A.B.C.D加以区分，在具体实施过程中则不需要区别对待，因其功能及使用方法是完全相同的。
在本发明的具体实施例中，应该明确说明的是，一些表示相对方向或者相对位置的术语，例如“上端”、“下端”、“正面”、“反面”“中心位置”等，都是为了描述某一具体构件相对其他构件所处的方位或者位置关系。该方位或者位置的描述，仅仅是为了方便且清晰的描述具体实施案例，并不代表实际实施工程中被严格限定，可根据各构件尺寸等实际信息加以改动。
如附图1，所述的T字形夹具1-1下底面紧贴T字形底板1-2，使其螺纹孔和通孔对齐，在通孔内灌入高强速干胶水，并用螺栓进行锚固；完成笔式传感器水平夹具的安装后，将其下底面的螺纹孔与半圆环3上顶面的通孔相配合，调整笔式传感器水平夹具1，待其与半圆环3相切时，拧紧螺栓并灌入高强速干胶水进行固结，保证在试验进行时不会产生变形或滑动。
如附图2，所述的笔式传感器接触长板2-1底部设置两个螺纹孔，用于锁紧十字型薄板2-2；十字型薄板2-2两边灌入502胶水，固定矩形方块2-3-Ⅰ和矩形方块2-3-Ⅱ；完成笔式传感器水平接触模块的安装后，紧接着将其下底面的螺纹孔与半圆环3上顶面的通孔相配合，调整笔式传感器水平接触模块2，待其与半圆环3相切时，拧紧螺栓并灌入高强速干胶水进行固结，保证在试验进行时不会产生变形或滑动。
如附图3，所述的圆环垫片4-2在圆弧面设置两个沉孔，目的在于与十字型夹具4-1固定的同时不会对试样造成影响；所述的十字型夹具4-1中间设置两个螺纹孔，目的在于与半圆环3中间两个通孔相配合，拧紧螺栓。
如附图4，所述的圆环垫片4-2在圆弧面设置两个沉孔，目的在于与十字型夹具5-1固定的同时不会对试样造成影响；所述的十字型夹具5-1中间设置两个螺纹孔，目的在于与半圆环3B中间两个通孔相配合，拧紧螺栓。
如附图5a、附图5b，所述的模块100A包括笔式传感器水平夹具1、笔式传感器水平接触模块2、半圆环3、笔式传感器竖直夹具4；所述的模块200A包括笔式传感器水平夹具1、笔式传感器水平接触模块2、半圆环3、笔式传感器竖直接触模块5。
如附图6a、图6b，所述的一种环箍式三轴试样局部轴向-径向变形的测量装置是在常规三轴压缩装置上进行改进，包括2个相同的模块100A、100B，2个相同的模块200A、200B，6个笔式传感器以及12个弹簧；模块100A、100B通过弹簧固定在试样的上侧，模块200A、200B通过弹簧固定在试样下侧，上下两层则通过弹簧连接。
一种环箍式三轴试样局部轴向-径向变形的测量装置的安装及使用过程如下：
第一步，按照《土工试验规程SL237-1999》制备砂砾料三轴试样，并完成砂砾料三轴试样安装。
第二步，组装模块100A和100B；将T字形夹具1-1下底面的螺纹孔紧贴T字形底板1-2通孔，并保持垂直平齐，通孔内灌入高强速干胶水，并用螺栓进行锚固；紧接着将笔式传感器水平夹具1安装到半圆环3上侧，调节角度，保证其与半圆环相切时，灌入高强速干胶水并拧紧螺栓。接着将笔式传感器接触长板2-1下底部两个螺纹孔与十字型薄板2-2边缘两个通孔相配合，保证垂直平齐后，灌入高强速干胶水，并用螺栓进行锚固；然后用502胶水将矩形方块2-3-Ⅰ和矩形方块2-3-Ⅱ固定在十字型薄板2-2两侧，目的在于安装羊角钩和弹簧；上述构件组装完成之后，将组装好的笔式传感器水平接触模块2安装到半圆环3上，同样保持其与半圆环相切，先不进行锚固，待安装在试样上之后可以根据实验需要调节滑槽，改变夹具与顶板之间的距离再进行固定。最后进行笔式传感器竖直夹具4的安装，在圆环垫片4-2圆弧侧拧入螺栓，保证其与十字型夹具4-1平齐，灌入高强速干胶水。待高强速干胶水固结之后，将笔式传感器竖直夹具4安装在半圆环3下侧，对准螺纹孔，拧入螺栓。在此安装过程中，所有安装方式均为锚接。完成上述两个步骤即完成模块100A和100B的安装。
第三步，组装模块200A和200B；将T字形夹具1-1下底面的螺纹孔紧贴T字形底板1-2通孔，并保持垂直平齐，通孔内灌入高强速干胶水，并用螺栓进行锚固；紧接着将笔式传感器水平夹具1安装到半圆环3上侧，调节角度，保证其与半圆环相切时，灌入高强速干胶水并拧紧螺栓。接着将笔式传感器接触长板2-1下底部两个螺纹孔与十字型薄板2-2边缘两个通孔相配合，保证垂直平齐后，灌入高强速干胶水，并用螺栓进行锚固；然后用502胶水将矩形方块2-3-Ⅰ和矩形方块2-3-Ⅱ固定在十字型薄板2-2两侧，目的在于安装羊角钩和弹簧；上述构件组装完成之后，将组装好的笔式传感器水平接触模块2安装到半圆环3上，同样保持其与半圆环相切，先不进行锚固，待安装在试样上之后可以根据实验需要调节滑槽，改变夹具与顶板之间的距离再进行固定。最后进行笔式传感器竖直夹具5的安装，在圆环垫片5-2圆弧侧拧入螺栓，保证其与十字型夹具5-1平齐，灌入高强速干胶水。待高强速干胶水固结之后，将笔式传感器竖直夹具5安装在半圆环3下侧，对准螺纹孔，拧入螺栓。在此安装过程中，所有安装方式均为锚接。完成上述两个步骤即完成模块200A和200B的安装。
第四步，组装模块100A和100B、模块200A和200B、笔式传感器6A、笔式传感器6B、笔式传感器6C、笔式传感器6D、笔式传感器6E、笔式传感器6F。首先将模块100A和100B放置在三轴试样300外侧偏上方，笔式传感器水平夹具1A中T字形夹具1-1A上的羊角钩与笔式传感器水平接触模块2B中矩形方块2-3-ⅠB、矩形方块2-3-ⅡB中的羊角钩通过弹簧7A、弹簧7B连接；笔式传感器水平夹具1B中T字形夹具1-1B上的羊角钩与笔式传感器水平接触模块2A中矩形方块2-3-ⅠA、矩形方块2-3-ⅡA中的羊角钩通过弹簧7C、弹簧7D连接；紧接着，调整两个模块的位置，保持水平并均匀布置在三轴试样300的两侧，拧紧笔式传感器竖直接触模块4A与半圆环3A之间的螺栓以及笔式传感器竖直接触模块4B与半圆环3B之间的螺栓，在圆环垫片4-2A、圆环垫片4-2B与三轴试样300之间灌入502并进行固结。待固结完成之后，在笔式传感器水平夹具1A、笔式传感器水平夹具1B中分别插入笔式传感器6A、笔式传感器6B；调整笔式传感器水平接触模块与半圆环之间的滑槽，使得笔式传感器6A与笔式传感器接触长板2-1B完全接触，笔式传感器6B与笔式传感器接触长板2-1A完全接触,拧紧螺栓；然后在笔式传感器竖直夹具4A、笔式传感器竖直夹具4B中分别插入笔式传感器6C和笔式传感器6D，调节位置，使得笔式传感器6C与笔式传感器竖直接触模块5A中笔式传感器十字型接触板5-1A完全接触，笔式传感器6D与笔式传感器竖直接触模块5B中笔式传感器十字型接触板5-1B完全接触时，安装模块200A和200B；模块200A和200B放置在三轴试样300外侧偏下方，模块200A和200B与模块100A和100B之间通过弹簧7E、弹簧7F、弹簧7K、弹簧7L连接。四个模块上下之间的距离根据试验要求和传感器的量程确定。当模块200A和200B完全水平并均匀的布置在三轴试样300的两侧时，笔式传感器水平夹具1C中T字形夹具1-1C上的羊角钩与笔式传感器水平接触模块2D中矩形方块2-3-ⅠD、矩形方块2-3-ⅡD中的羊角钩通过弹簧7G、弹簧7H连接；笔式传感器水平夹具1D中T字形夹具1-1D上的羊角钩与笔式传感器水平接触模块2C中矩形方块2-3-ⅠC、矩形方块2-3-ⅡC中的羊角钩通过弹簧7I、弹簧7J连接；紧接着，拧紧笔式传感器竖直接触模块5A与半圆环3C之间的螺栓以及笔式传感器竖直接触模块5B与半圆环3D之间的螺栓，在圆环垫片5-2A、圆环垫片5-2B与三轴试样300之间灌入502并进行固结。待固结完成之后，在笔式传感器水平夹具1C、笔式传感器水平夹具1D中分别插入笔式传感器6E、笔式传感器6F；调整笔式传感器水平接触模块与半圆环之间的滑槽，使得笔式传感器6E与笔式传感器接触长板2-1D完全接触，笔式传感器6F与笔式传感器接触长板2-1C完全接触,拧紧螺栓；
第五步，继续按照《土工试验规程SL237-1999》，对砂砾料三轴试样进行通气，饱和及固结。同时，将6个笔式传感器的数据线与控制采集电控机上采集控制卡相连。完成试验加载前的所有准备工作。此时，三轴试验试样处于初始状态，局部测点未发生任何方向上的位移。笔式传感器处于初始状态，对应的参考数值为0。
第六步，同时激活三轴加载控制程序和笔式传感器测量装置控制采集程序，开始试验，三轴仪作动装置开始加载，三轴试验试样发生形变，局部测点在轴向和径向均发生位移，此处，不考虑试样体发生倾斜或转动；随着位移控制的进行，实时采集局部轴向-径向变形数据，根据测得的数据绘制每个测点在不同时间节点的变形曲线，每个测点均相同，在此不做赘述。
以上所述实施例仅表达本发明的实施方式，但并不能因此而理解为对本发明专利的范围的限制，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。
Claims (2)
1.一种环箍式三轴试样局部轴向-径向变形的测量装置，其特征在于，所述测量装置为在传统三轴试样装置上增加两层环箍式测量模具，实现实验过程中对试样局部轴向-径向变形的测量；所述的测量装置包括2个相同的模块(100A)和(100B)组成的上层环箍式测量模具、2个相同的模块(200A)和(200B)组成的下层环箍式测量模具、六个笔式传感器；所述的模块(100A)与模块(100B)结构相同，均包括笔式传感器水平夹具(1)、笔式传感器水平接触模块(2)、半圆环(3)、笔式传感器竖直夹具(4)；所述的模块(200A)与模(200B)结构相同，均包括笔式传感器水平夹具(1)、笔式传感器水平接触模块(2)、半圆环(3)、笔式传感器竖直接触模块(5)；
所述的笔式传感器水平夹具(1)包括T字形夹具(1-1)以及与T字形夹具(1-1)垂直方向设置的T字形底板(1-2)；所述T字形底板(1-2)窄边侧设置两个螺纹孔，用于与半圆环(3)相配合；宽边也设置两个通孔；所述T字形夹具(1-1)底面设有两个螺纹孔，与T字形底板(1-2)通孔相配合；T字形夹具(1-1)正面安装两个羊角钩，用于连接弹簧；
所述的笔式传感器水平接触模块(2)包括笔式传感器接触长板(2-1)、矩形方块(2-3-Ⅰ)、矩形方块(2-3-Ⅱ)以及与笔式传感器接触长板(2-1)垂直方向设置的十字型薄板(2-2)；所述十字型薄板(2-2)长边的窄边缘设有两个通孔，用于固定笔式传感器接触长板(2-1)，十字型薄板(2-2)长边的另一边缘设有两个不平形的螺纹孔，用于连接半圆环(3)；十字型薄板(2-2)短边的两边用于连接矩形方块(2-3-Ⅰ)、矩形方块(2-3-Ⅱ)；
所述半圆环(3)一侧上方固定笔式传感器水平夹具(1)，另一外侧直边设置滑槽两个，用于连接笔式传感器水平接触模块(2)，并可以调节夹具间的距离；
所述的笔式传感器竖直夹具(4)用于接触三轴试样(300)，包括十字型夹具(4-1)和圆环垫片(4-2)；所述圆环垫片(4-2)中间设有两个沉孔，圆弧侧连接三轴试样(300)，平面侧孔洞连接十字型夹具(4-1)；所述十字型夹具(4-1)中间设置两个螺纹孔，用来锁紧半圆环(3)，保证测量模块与三轴试样(300)完全贴合；在十字型夹具(4-1)长边凸出外侧安装两个羊角钩，用于安装弹簧；
所述的笔式传感器竖直接触模块(5)用于接触三轴试样(300)，包括笔式传感器十字型接触板(5-1)、圆环垫片(5-2)；所述的圆环垫片(5-2)中间设有两个沉孔，圆弧侧连接三轴试样(300)，平面侧孔洞连接笔式传感器十字型接触板(5-1)；所述的笔式传感器十字型接触板(5-1)中间设置两个螺纹孔，用来锁紧半圆环(3)，保证测量模块与三轴试样(300)完全贴合；在十字型夹具(4-1)长边凸出外侧安装两个羊角钩，用于安装弹簧。
2.一种权利要求1所述的环箍式三轴试样局部轴向-径向变形的测量装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步，按照《土工试验规程SL237-1999》制备砂砾料三轴试样，并完成砂砾料三轴试样安装；
第二步，安装上层环箍式测量模具模块(100A)和模块(100B)；
首先，组装笔式传感器水平夹具(1)，将T字形夹具(1-1)底面的螺纹孔紧贴T字形底板(1-2)较宽处短边通孔，并保持垂直平齐，用螺栓进行锚固；将笔式传感器水平夹具(1)安装到半圆环(3)上侧，调节角度，保证其与半圆环(3)相切时，拧紧螺栓；
其次，组装笔式传感器水平接触模块(2)，将笔式传感器接触长板(2-1)底部两个螺纹孔与十字型薄板(2-2)短边边缘两个通孔相配合，保证垂直平齐后，用螺栓进行锚固；再将矩形方块(2-3-Ⅰ)和矩形方块(2-3-Ⅱ)固定在十字型薄板(2-2)长边外凸两侧上方；
再次，上述构件组装完成之后，将组装好的笔式传感器水平接触模块(2)安装到半圆环(3)上，同样保持其与半圆环(3)相切，先不进行锚固，待模块(100A)和模块(100B)安装在三轴试样(300)上之后根据实验需要调节滑槽，改变夹具与顶板之间的距离再进行固定；
最后，安装笔式传感器竖直夹具(4)，在圆环垫片(4-2)圆弧侧拧入螺栓，保证其与十字型夹具(4-1)平齐；将笔式传感器竖直夹具(4)安装在半圆环(3)圆弧方下侧；
第三步，安装下层环箍式测量模具模块(200A)和模块(200B)；
笔式传感器水平夹具(1)、笔式传感器水平接触模块(2)的安装步骤与第二步安装步骤相同；其次，安装笔式传感器竖直接触模块(5)：在圆环垫片(4-2)圆弧侧拧入螺栓，保证其与笔式传感器十字型接触板(5-1)平齐；将笔式传感器竖直接触模块(5)安装在半圆环(3)上侧，拧入螺栓；
第四步，组装模块(100A)和(100B)、模块(200A)和(200B)和六个笔式传感器；
首先，将模块(100A)和(100B)放置在三轴试样(300)外侧偏上方，笔式传感器水平夹具(1)中T字形夹具(1-1)上的羊角钩与笔式传感器水平接触模块(2)中矩形方块(2-3-Ⅰ)、矩形方块(2-3-Ⅱ)中的羊角钩通过弹簧连接；调整两个模块的位置，保持水平并均匀布置在三轴试样(300)的两侧，拧紧笔式传感器竖直夹具与半圆环之间的螺栓，在圆环垫片与三轴试样(300)之间灌入胶水并进行固结；
其次，待固结完成之后，在模块(100A)和(100B)中的笔式传感器水平夹具(1)中分别插入笔式传感器(6A)、笔式传感器(6B)；并分别调整两个模块中笔式传感器水平接触模块与半圆环之间的滑槽，使笔式传感器(6A)与笔式传感器接触长板(2-1)完全接触，拧紧螺栓；在模块(100A)和(100B)中的笔式传感器竖直夹具(4)中分别插入笔式传感器(6C)和笔式传感器(6D)，调节位置，当笔式传感器(6C)、笔式传感器(6D)分别与下层环箍式测量模具中模块(200A)、(200B)的笔式传感器十字型接触板(5-1)完全接触时，安装模块(200A)和(200B)；
再次，将模块(200A)和(200B)放置在三轴试样(300)外侧偏下方，模块(200A)和(200B)中的笔式传感器竖直接触模块(5)与模块(100A)和(100B)中的笔式传感器竖直夹具(4)之间，分别通过弹簧连接；四个模块上下之间的距离根据试验要求和传感器的量程确定；
最后，当模块(200A)和(200B)完全水平并均匀的布置在三轴试样(300)的两侧时，模块(200A)中：其笔式传感器水平夹具(1)中的T字形夹具(1-1)与笔式传感器水平接触模块(2)中矩形方块(2-3-Ⅰ)、矩形方块(2-3-Ⅱ)连接；模块(200B)中：其笔式传感器水平夹具(1)中T字形夹具(1-1)与笔式传感器水平接触模块(2)中矩形方块(2-3-Ⅰ)、矩形方块(2-3-Ⅱ)连接；紧接着，分别拧紧模块(200A)、(200B)中笔式传感器竖直接触模块(5)与半圆环(3)之间的螺栓，并在两个圆环垫片(5-2)与三轴试样(300)之间灌入(502)并进行固结；待固结完成之后，在模块(200A)和(200B)中的笔式传感器水平夹具(1)中分别插入笔式传感器(6E)、笔式传感器(6F)，使笔式传感器(6E)、笔式传感器(6F)与模块(200A)和(200B)中的笔式传感器接触长板(2-1)完全接触，拧紧螺栓；
第五步，继续按照《土工试验规程SL237-1999》，对砂砾料三轴试样进行通气，饱和及固结；同时，将6个笔式传感器与控制采集电控机上采集控制卡相连；完成试验加载前的所有准备工作；此时，三轴试验试样处于初始状态，局部测点未发生任何方向上的位移；笔式传感器处于初始状态，对应的参考数值为0；
第六步，激活三轴加载控制程序和笔式传感器测量装置控制采集程序，开始试验。
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