CN116203211B - 一种适用于带导管式橡皮膜的承膜筒装置及应用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及土工试验仪器技术领域，特别涉及一种适用于带导管式橡皮膜的承膜筒装置及应用方法。其装置包括承膜筒、附带卡头的橡皮膜、监测导管、抽气导管、密封组件，橡皮膜装套在承膜筒内部，承膜筒上设有监测通孔和抽气通孔，抽气导管与抽气通孔相连，通过抽气导管进行抽气使橡皮膜紧贴承膜筒的内壁，卡头通过监测通孔穿出承膜筒的筒壁，监测导管连接在卡头上，密封组件与卡头匹配连接，并密封住监测导管与承膜筒之间的缝隙。本发明实现导管式橡皮膜和承膜筒的闭气密封，对三轴土样进行导管式橡皮膜的装套操作，以完成后续三轴土样的饱和，橡皮膜上的监测导管可与试验用传感器相连以完成试验过程中土样内部水力数据监测，提高试验数据获取量。

Description

一种适用于带导管式橡皮膜的承膜筒装置及应用方法

技术领域

本发明涉及土工试验仪器技术领域，特别涉及一种适用于带导管式橡皮膜的承膜筒装置及应用方法。

背景技术

承膜筒是一种针对三轴土样进行橡皮膜装套的装置，并辅助安装橡皮膜密封后土样上部顶帽的三轴仪器上必备附属装置。对于三轴土样在进行土工试验时，获取土体在不同应力场或渗流场或应力-渗流耦合作用下的内部土体水力数据，将有利于提高对土体在应力作用下或渗流作用下或应力-渗流耦合作用下的宏观特性及其发展过程的认识，可从土体全局和局部双重角度为研究土体强度、变形和渗透问题提供更为全面的关键参数。由此，就需要一种适用于带导管式橡皮膜的承膜筒装置及组装方法，所述承膜筒装置具有良好的闭气密封效果以简单易行的完成对三轴土样的带导管式橡皮膜装套操作，橡皮膜上的导管可与试验用传感器连接用于监测试验过程中土样内部的水力数据。

现有承膜筒一般有两种结构形式，第一种形式是整体式承膜筒，为不可拆分式圆筒状整体构件，其主要包括圆筒体、圆筒体中部开设的抽气孔及抽气导管三部分。土工试验过程中，简易操作步骤如下：(1)将筒状橡皮膜内套在承膜筒内，两端翻出承膜筒外。(2)抽气导管安装于抽气孔上，用吸耳球通过抽气导管抽取承膜筒与筒状橡皮膜之间的空气，使得装套在承膜筒内部橡皮膜平整地贴附于承膜筒内壁。(3)将装套有橡皮膜的承膜筒装套在位于三轴仪器基座上部的土样上，吸耳球停止抽气，并使橡皮膜紧贴附于三轴土样上。(4)将承膜筒底部外翻的橡皮膜套于三轴仪器基座上并进行密封。(5)将顶帽装入三轴土样的顶部，将承膜筒顶部外翻的橡皮膜套于顶帽上并进行密封。(6)垂直上提承膜筒使其脱离三轴土样。

第二种形式是拆分式承膜筒，为两个独立半圆筒构件，其主要包括对开半圆筒、对开模中部开设的抽气孔及抽气导管三部分。土工试验过程中，简易操作步骤如下：用密封胶条将对开半圆筒的对接缝隙进行密封，形成一个整体。其余步骤如所述不可拆分式圆筒状承膜筒的操作步骤。拆分式承膜筒可有效解决在脱离去除承膜筒时对土样的扰动，但并未涉及和解决带导管式橡皮膜的装套问题。

中国发明专利CN201620443413.1和中国发明专利CN201820001772.0虽针对现有承膜筒的第二种拆分式承膜筒进行了改进，使得拆分式承膜筒更具有实用性和操作性，也大大程度上减少了人为操作对三轴试样可能产生的扰动。然而，这两个专利的改进以及我国规范《土工试验方法标准》（GB/T 50123-2019）中对三轴仪器的所用承膜筒装置进行介绍时，均没有考虑和解决带导管式的橡皮膜应如何采用承膜筒装置对三轴土样进行装套的问题。

附带有导管的橡皮膜因与导管密封相连，致使现有承膜筒无法满足导管式橡皮膜与承膜筒之间的闭气密封，由此无法完成对三轴土样带导管式橡皮膜的装套，这也是该领域涉及到用传感器采集土体内部局部水力信息时所应解决的技术问题。因此，有必要提供一种简单易行，能够适用于带导管式橡皮膜的承膜筒装置及组装方法，以完成后续土工试验。

发明内容

本发明提供一种适用于带导管式橡皮膜的承膜筒装置及应用方法，旨在解决现有技术的不足，实现对三轴土样进行带导管式橡皮膜的装套。

本发明提供一种适用于带导管式橡皮膜的承膜筒装置，包括用于承接土样的开孔式承膜筒、附带卡头的橡皮膜、用于外接传感器的监测导管、抽气导管、密封组件，所述橡皮膜装套在承膜筒内部，所述承膜筒上设有监测通孔和抽气通孔，所述抽气导管与抽气通孔相连，通过所述抽气导管进行抽气以使橡皮膜紧贴承膜筒的内壁，所述卡头通过监测通孔穿出承膜筒的筒壁，所述监测导管连接在卡头上，所述密封组件与卡头匹配连接，并密封住监测导管与承膜筒之间的缝隙。

作为本发明的进一步改进，所述密封组件包括第一卡套帽、第二卡套帽、密封圈，所述第一卡套帽的内圈与卡头匹配连接，所述密封圈套在第一卡套帽的外圈，所述第二卡套帽匹配连接在第一卡套帽的外圈，并且所述第二卡套帽挤压密封圈以使密封圈挤密监测导管与承膜筒之间的缝隙。

作为本发明的进一步改进，所述密封组件还包括垫片，所述垫片套在第一卡套帽的外圈，且所述垫片位于第二卡套帽和密封圈中间，所述第二卡套帽挤压垫片以使所述垫片受力挤压密封圈。

作为本发明的进一步改进，所述密封组件包括塑性密封层，所述塑性密封层包裹于第二卡套帽和承膜筒外侧壁的接触位置处。

作为本发明的进一步改进，所述第一卡套帽和卡头的连接方式、第二卡套帽和第一卡套帽的连接方式均为螺纹连接。

作为本发明的进一步改进，所述开孔式承膜筒由多个对开模拼接组成，所述对开模的拼接缝隙连接有密封条。

作为本发明的进一步改进，适用于带导管式橡皮膜的承膜筒装置还包括多孔板、试验基座、顶帽，土样装入所述承膜筒并装套所述橡皮膜后，土样的上下两端均连接有多孔板，所述顶帽与土样上端的多孔板连接，所述试验基座与土样下端的多孔板对接。

本发明还提供一种适用于带导管式橡皮膜的承膜筒应用方法，包括密封组装流程，密封组装流程具体包括以下步骤：

a1.将多个对开模拼接组成承膜筒，并在对开模对接处的缝隙用密封条进行密封；

a2.将橡胶膜上连接的卡头、监测导管穿出承膜筒侧壁的监测通孔，将第一卡套帽的内圈旋拧在卡头上，至第一卡套帽贴合在承膜筒的外侧壁；

a3.将密封圈套于第一卡套帽的外圈并紧贴承膜筒的外侧壁，再将垫片套于第一卡套帽的外圈并紧贴密封圈，将第二卡套帽旋拧在第一卡套帽的外圈至拧紧并挤压垫片，垫片受力挤压密封圈，至密封圈弹性变形挤密于橡皮膜和承膜筒外壁接触位置处的缝隙；

a4.将塑性密封层包裹于第二卡套帽和承膜筒外侧壁的接触位置处。

作为本发明的进一步改进，进行密封组装流程后，还包括有密封验证流程，所述密封验证流程包括：

通过抽气导管对承膜筒内部进行抽气，在负气压状态下保持长时间，若橡皮膜始终贴合在承膜筒内壁，则达到闭气密封要求。

作为本发明的进一步改进，进行密封组装流程后，还包括有土样封装试验流程，所述土样封装试验流程包括：

b1.通过抽气导管对承膜筒内部进行抽气，在保持负气压状态下，将装套有橡皮膜的承膜筒套于待试验的三轴土样上，并密封住橡皮膜的上下两端，再将密封组件拆除以完成橡皮膜对三轴土样的装套操作；

b2.将装套有橡皮膜的三轴土样上下两端对接多孔板，并分别束缚密封于试验基座和顶帽上；

b3.将试验用传感器连接在监测导管上以监测试验过程中三轴土样内部的水力特征数据。

本发明的有益效果是：可以装套附带有导管的橡皮膜，并可实现带导管式橡皮膜和开孔式承膜筒外壁接触位置处的闭气密封，由此可对三轴土样进行带导管式橡皮膜的装套操作，以完成后续三轴土样的饱和，橡皮膜上的监测导管可与试验用传感器相连以完成试验过程中土样内部水力数据的监测，大幅提高试验数据的获取量，并且本发明提供的开孔式承膜筒装置及密封方法简单易行，密封组件可承受较大压力以及变形，可多次重复使用，具有很高的组装成功率。

附图说明

图1是本发明中适用于带导管式橡皮膜的承膜筒装置的整体结构示意图；

图2是本发明中适用于带导管式橡皮膜的承膜筒装置的局部结构示意图。

在上述附图中，各图示标号标识的对象为：

1-监测导管，2-第一卡套帽，3-第二卡套帽，4-塑性密封层，5-垫片，6-密封圈，7-承膜筒，8-监测通孔，9-三轴土样，10-橡皮膜，11-卡头，12-抽气通孔，13-抽气导管，14-多孔板，15-试验基座，16-顶帽。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。

如图1至图2所示，本发明的一种适用于带导管式橡皮膜10的承膜筒7装置，包括用于承接土样的开孔式承膜筒7、附带卡头11的橡皮膜10、用于外接传感器的监测导管1、抽气导管13、密封组件，橡皮膜10装套在承膜筒7内部，承膜筒7上设有监测通孔8和抽气通孔12，抽气导管13与抽气通孔12相连，通过抽气导管13进行抽气以使带导管式橡皮膜10紧贴承膜筒7的内壁，卡头11通过监测通孔8穿出承膜筒7的筒壁，监测导管1连接在卡头11上，密封组件与卡头11匹配连接，并密封住监测导管1与承膜筒7之间的缝隙。

如图2所示，密封组件包括第一卡套帽2、第二卡套帽3、密封圈6，第一卡套帽2的内圈与卡头11匹配连接，密封圈6套在第一卡套帽2的外圈，第二卡套帽3匹配连接在第一卡套帽2的外圈，并且第二卡套帽3挤压密封圈6以使密封圈6挤密监测导管1与承膜筒7之间的缝隙。第一卡套帽2和卡头11的连接方式、第二卡套帽3和第一卡套帽2的连接方式均为螺纹连接。

监测通孔8用于将监测导管1及监测导管1外侧的第一卡套帽2穿出承膜筒7，螺纹式的第二卡套帽3和密封圈6配合使用，以实现对开孔式承膜筒7外壁与带导管式橡皮膜10接触位置处的闭气密封；抽气导管13通过抽气通孔12与开孔式承膜筒7相连，用于抽出开孔式承膜筒7与橡皮膜10之间的气体，以便带导管式橡皮膜10在抽气状态下紧贴开孔式承膜筒7的内壁，便于将所带导管式橡皮膜10装套在土样上。

带导管式橡皮膜10置于开孔式承膜筒7内侧，监测导管1从对开模上的监测通孔8穿出承膜筒7，用于连接试验过程中所用的传感器，监测导管1与橡皮膜10上附带的锁母式卡头11相连接并借助橡皮膜10的开孔密封技术进行密封。第一卡套帽2内径略大于监控导管外径，第一卡套帽2的内螺纹与橡皮膜10上附带的锁母式卡头11相连用于密封监测导管1与橡皮膜10的间隙。

第一卡套帽2可以为内外螺纹式的螺母卡套帽，第二卡套帽3可以为内螺纹式的螺母卡套帽，密封圈6可以为具有弹性的粗O型圈。第一卡套帽2为管套式，管套外壁上开设有外螺纹，管套内壁开设有内螺纹，其中第一卡套帽2的内螺纹与锁母式卡头11相连，第一卡套帽2的外螺纹与第二卡套帽3相连，第二卡套帽3的内直径大于第一卡套帽2的外圈直径，可旋转扭紧第二卡套帽3来挤压垫片5，进一步挤压密封圈6，或者在没有垫片5的情况下，也可以直接转扭紧第二卡套帽3来密封圈6。

密封组件还包括垫片5，垫片5套在第一卡套帽2的外圈，且垫片5位于第二卡套帽3和密封圈6中间，第二卡套帽3挤压垫片5以使垫片5受力挤压密封圈6。第二卡套帽3、垫片5、密封圈6的安套顺序分别是，密封圈6先套于第一卡套帽2上并紧贴对开模的外壁，随后将垫片5套于第一卡套帽2上并紧贴密封圈6，再将第二卡套帽3装套在第一卡套帽2上。

密封组件包括塑性密封层4，塑性密封层4包裹于第二卡套帽3和承膜筒7外侧壁的接触位置处。塑性密封层4优选为塑性橡皮泥，密封组件组装好后，将塑形橡皮泥包裹在密封组件与承膜筒7监测通孔8的接触位置处，以提高闭气密封效果。

开孔式承膜筒7由多个对开模拼接组成，对开模的拼接缝隙连接有密封条。优选的承膜筒7可以采用两个对开圆模来组成，密封条可以为密封胶条，将有机玻璃对开模对接处的缝隙用密封胶条进行密封，避免抽气过程中沿着对开部位的缝隙处漏气。

开孔式承膜筒7由有机玻璃对开模组成，可适用于带导管式橡皮膜10的装套，带导管式橡皮膜10将装套在三轴土样9上用于三轴土样9的饱和，监测导管1可与传感器相连，用于监测土工试验过程中土样内部的水力数据。

对开模壁厚为5 mm，材质优选为透明有机玻璃，对开模直径大于三轴土样9直径，带导管式橡皮膜10厚度为3~5 mm，粗O型圈和垫片5的内径略小于大圆孔的直径，监测通孔8直径略大于附带传感器的外径，粗O型圈厚度为5~8 mm，监测导管1为PU导管，外径为4~10mm，第二卡套帽3直径略大于第一卡套帽2，并与第一卡套帽2的外螺纹匹配相连。

承膜筒7上监测通孔8的开孔数量可根据三轴土样9的尺寸和试验需求确定，可设为多个，且开孔位置可根据实际需求灵活确定，一般为1~5个，每个开孔对应均配设有密封组件。例如图2中开孔数量为3个，布设位置为中对中等距分布。橡皮膜10上附带的监测导管1尺寸或直径应尽可能的小，以减小开孔式承膜筒7上监测通孔8的直径，提高密封效果。

如图1所示，适用于带导管式橡皮膜10的承膜筒7装置还包括多孔板14、试验基座15、顶帽16，三轴土样9装入承膜筒7并装套橡皮膜10后，三轴土样9的上下两端均连接有多孔板14，顶帽16与三轴土样9上端的多孔板14连接，试验基座15与三轴土样9下端的多孔板14对接。

在三轴土样9的渗透变形试验或者剪切试验中，三轴土样9上下两端对接的多孔板14起到透水作用，施加固结应力后，三轴土样9内部的孔隙水可以沿土样两端固结排水，其中多孔板14上在贴靠三轴土样9的一侧粘贴有滤网，滤网的作用是防止三轴土样9内部的细颗粒堵塞入水口和出水口。

试验基座15和顶帽16分别对接于三轴土样9上下两端的多孔板14。对于三轴土样9，装套好带导管式橡皮膜10后，需要将橡皮膜10两端用配套的O型密封圈，分别束缚密封于三轴土样9的两端的试验基座15和顶帽16上的凹槽上，以完成装套橡皮膜10后的三轴土样9整体密封，以便完成三轴土样9在压力水环境中的饱和-固结及后续试验操作。

基于上述适用于带导管式橡皮膜10的承膜筒7装置，本发明还提供一种适用于带导管式橡皮膜10的承膜筒7应用方法，包括密封组装流程，密封组装流程具体包括以下步骤：

a1.将多个对开模拼接组成承膜筒7，并在对开模对接处的缝隙用密封条进行密封，避免抽气过程中沿着对开模拼接部位的缝隙处漏气。本发明中优选采用两个对开圆模拼接组成承膜筒7。

a2.将橡胶膜上连接的卡头11、监测导管1穿出承膜筒7侧壁的监测通孔8，将第一卡套帽2的内圈旋拧在卡头11上，至第一卡套帽2贴合在承膜筒7的外侧壁。

a3.将密封圈6套于第一卡套帽2的外圈并紧贴承膜筒7的外侧壁，再将垫片5套于第一卡套帽2的外圈并紧贴密封圈6，将第二卡套帽3旋拧在第一卡套帽2的外圈至拧紧并挤压垫片5，垫片5受力挤压密封圈6，至密封圈6弹性变形挤密于橡皮膜10和承膜筒7外壁接触位置处的缝隙；进而实现开孔式承膜筒7与带导管式橡皮膜10之间的闭气密封。

a4.将塑性密封层4包裹于第二卡套帽3和承膜筒7外侧壁的接触位置处。塑形橡皮泥包裹于第二卡套帽3和对开模侧壁的接触位置处，进一步提高闭气密封效果。

进行密封组装流程后，还包括有密封验证流程，密封验证流程包括：

装置的气密性通过真空泵抽气进行验证，通过抽气导管13对承膜筒7内部进行抽气，在-90 kPa气压状态下保持长时间（8小时以上），若带导管式橡皮膜10始终贴合在承膜筒7内壁，则达到闭气密封要求，说明本发明提供的适用于带导管式橡皮膜10的承膜筒7装置及组装方法具有良好的闭气密封效果。

进行密封组装流程后，还包括有土样封装试验流程，土样封装试验流程包括：

b1.通过抽气导管13对承膜筒7内部进行抽气，以便带导管式橡皮膜10在负气压状态下紧贴开孔式承膜筒7的内壁，在保持负气压状态下，将装套有带导管式橡皮膜10的承膜筒7套于待试验的三轴土样9上，并用O型圈密封住带导管式橡皮膜10的上下两端，再将密封组件拆除以完成带导管式橡皮膜10对三轴土样9的装套操作。

b2.将装套有带导管式橡皮膜10的三轴土样9上下两端对接多孔板14，并分别束缚密封于试验基座15和顶帽16上。

b3.将试验用传感器连接在监测导管1上以监测试验过程中三轴土样9内部的水力特征数据，进而提高试验数据的获取量。

本发明的一种适用于带导管式橡皮膜10的承膜筒7装置及应用方法，适用于带导管式的橡皮膜10装套在开孔式承膜筒7上，在完成三轴土样9的橡皮膜10装套过程中能够很好地达到闭气密封的效果，在闭气环境下，将带导管式的橡皮膜10紧贴于开孔式承膜筒7内壁上，简单易行地完成三轴土样9的橡皮膜10装套，操作简易，易于推广使用。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种适用于带导管式橡皮膜的承膜筒装置，其特征在于，包括用于承接土样的开孔式承膜筒、附带卡头的橡皮膜、用于外接传感器的监测导管、抽气导管、密封组件，所述橡皮膜装套在承膜筒内部，所述承膜筒上设有监测通孔和抽气通孔，所述抽气导管与抽气通孔相连，通过所述抽气导管进行抽气以使橡皮膜紧贴承膜筒的内壁，所述卡头通过监测通孔穿出承膜筒的筒壁，所述监测导管连接在卡头上，所述密封组件与卡头匹配连接，并密封住监测导管与承膜筒之间的缝隙；

所述密封组件包括第一卡套帽、第二卡套帽、密封圈，所述第一卡套帽的内圈与卡头匹配连接，所述密封圈套在第一卡套帽的外圈，所述第二卡套帽匹配连接在第一卡套帽的外圈，并且所述第二卡套帽挤压密封圈以使密封圈挤密监测导管与承膜筒之间的缝隙；

所述密封组件包括塑性密封层，所述塑性密封层包裹于第二卡套帽和承膜筒外侧壁的接触位置处；

所述密封组件还包括垫片，所述垫片套在第一卡套帽的外圈，且所述垫片位于第二卡套帽和密封圈中间，所述第二卡套帽挤压垫片以使所述垫片受力挤压密封圈。

2.根据权利要求1所述适用于带导管式橡皮膜的承膜筒装置，其特征在于，所述第一卡套帽和卡头的连接方式、第二卡套帽和第一卡套帽的连接方式均为螺纹连接。

3.根据权利要求1所述适用于带导管式橡皮膜的承膜筒装置，其特征在于，所述开孔式承膜筒由多个对开模拼接组成，所述对开模的拼接缝隙连接有密封条。

4.根据权利要求1所述适用于带导管式橡皮膜的承膜筒装置，其特征在于，还包括多孔板、试验基座、顶帽，三轴土样装入所述承膜筒并装套所述橡皮膜后，三轴土样的上下两端均连接有多孔板，所述顶帽与三轴土样上端的多孔板连接，所述试验基座与三轴土样下端的多孔板对接。

5.一种适用于带导管式橡皮膜的承膜筒应用方法，其特征在于，包括密封组装流程，密封组装流程具体包括以下步骤：

a1.将多个对开模拼接组成承膜筒，并在对开模对接处的缝隙用密封条进行密封；

a2.将橡胶膜上连接的卡头、监测导管穿出承膜筒侧壁的监测通孔，将第一卡套帽的内圈旋拧在卡头上，至第一卡套帽贴合在承膜筒的外侧壁；

a3.将密封圈套于第一卡套帽的外圈并紧贴承膜筒的外侧壁，再将垫片套于第一卡套帽的外圈并紧贴密封圈，将第二卡套帽旋拧在第一卡套帽的外圈至拧紧并挤压垫片，垫片受力挤压密封圈，至密封圈弹性变形挤密于橡皮膜和承膜筒外壁接触位置处的缝隙；

a4.将塑性密封层包裹于第二卡套帽和承膜筒外侧壁的接触位置处。

6.根据权利要求5所述适用于带导管式橡皮膜的承膜筒应用方法，其特征在于，进行密封组装流程后，还包括有密封验证流程，所述密封验证流程包括：

通过抽气导管对承膜筒内部进行抽气，在负气压状态下保持长时间，若橡皮膜始终贴合在承膜筒内壁，则达到闭气密封要求。

7.根据权利要求5所述适用于带导管式橡皮膜的承膜筒应用方法，其特征在于，进行密封组装流程后，还包括有土样封装试验流程，所述土样封装试验流程包括：

b1.通过抽气导管对承膜筒内部进行抽气，在保持负气压状态下，将装套有橡皮膜的承膜筒套于待试验的三轴土样上，并密封住橡皮膜的上下两端，再将密封组件拆除以完成橡皮膜对三轴土样的装套操作；

b2.将装套有橡皮膜的三轴土样上下两端对接多孔板，并分别束缚密封于试验基座和顶帽上；

b3.将试验用传感器连接在监测导管上以监测试验过程中三轴土样内部的水力特征数据。