CN202133591U - 一种应变控制式三轴剪切仪 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种应变控制式三轴剪切仪，包括主要由外壳、设置在外壳外的传力杆、顶端延伸至外壳外的拉杆、设置在外壳内的透水石、用于包裹试样的橡皮膜、含有透水石的承台构成的压力室，其中，传力杆下端与自外壳顶端伸出的拉杆的顶端连接，透水石设置在拉杆的底端，含有透水石的承台设置在外壳底部传力杆与拉杆连接处设置有拉挂装置，拉杆与透水石之间设置有拉伸装置。本实用新型所提供的应变控制式三轴剪切仪，通过拉挂装置和拉伸装置，实现轴向拉伸减载和试样轴向减载的应力状态，使得试验操作时既不影响试样形状也不影响试样的受拉状态，且造价低，操作简易，易于推广。
Description
技术领域
本实用新型属于复杂应力路径试验中减载的三轴伸长试验的研究领域，具体是一种应变控制式三轴剪切仪。
背景技术
土工试验是土力学研究的基本内容之一，对于土力学的理论和工程应用研究中具有无法代替的作用。一般的常规三轴试验是在各向等压固结后进行剪切的，而天然土层的初始应力一般处于各向不等的应力状态。一方面，土的应力应变特性具有非线性的特点；另一方面，土的应力应变和强度特性受应力水平、应力路径和应力历史的影响较大。初始应力的各向异性，导致破坏时所需的剪切力增量也不同。工程实践中存在着各种应力路径，而固结不排水剪切试验中的总应力强度指标均与应力路径有关，因此，为了正确测定土的实际强度指标，工程中应当考虑受荷后附加应力变化的特点，合理选取应力路径进行试验，以获取合理的强度参数。
目前虽然有一些全自动静一动三轴剪切仪，既能完成普通的静三轴剪切试验，还能可实现多种复杂应力路径静态剪切试验，但截止目前该类仪器成本仍较高，实际操作复杂，难以在土工试验中推广。因此，为了研究一些复杂应力路径条件下土体的实际强度与变形特性，寻找一种简易的、可行的、造价低廉的应力路径试验方法就有着重要的实际意义。
本技术探讨基于常规三轴试验仪提出了新的改进思路，以实现一种简易的、可行的、造价低廉的三轴拉伸应力路径试验途径。
实用新型内容
本实用新型目的是提供一种简易的、可行的、造价低廉的一种应变控制式三轴剪切仪，达到降低成本和提供一种操作简易的三轴试验仪的目的。
为此，本实用新型所提供的一种应变控制式三轴剪切仪，包括主要由外壳、设置在外壳外的传力杆、顶端延伸至外壳外的拉杆、设置在外壳内的透水石、用于包裹试样的橡皮膜、含有透水石的承台构成的压力室，其中，传力杆下端与自外壳顶端伸出的拉杆的顶端连接，透水石设置在拉杆的底端，含有透水石的承台设置在外壳底部，其特殊之处在于，所述传力杆与拉杆连接处设置有拉挂装置，所述拉杆与透水石之间设置有拉伸装置。
上述拉挂装置，由中心处及四角开孔的上连接板、下连接板、固定上连接板和下连接板的四个螺杆构成，所述上连接板和下连接板的中心处的开孔的直径大于所述传力杆及拉杆的直径，所述四个螺杆分别与所述上连接板和下连接板的四角的开孔配合将所述上连接板和下连接板固定，所述上连接板和下连接板分别通过其中心处的开孔套设在所述传力杆和拉杆上。
上所述拉伸装置是由有机玻璃制成的，其横截面呈凸台形，半径小的一端与所述透水石连接，半径大的一端内部为空心，并通过内螺纹与所述拉杆底端连接；且半径较大的一端连接有排水管，该排水管自所述外壳底部伸出，其末端设置有阀门。
上述上连接板和下连接板均是由铁制成。
本实用新型的优点：本实用新型所提供的应变控制式三轴剪切仪，通过拉挂装置和拉伸装置，实现轴向拉伸减载和试样轴向减载的应力状态，使得试验操作时既不影响试样形状也不影响试样的受拉状态，且造价低，操作简易，易于推广。
附图说明
下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明：
图1是常规应变控制式三轴剪切仪的结构示意图；
图2是本实用新型对常规三轴压缩仪器中压力室改进的结构示意图；
图3是拉挂装置的结构示意图；
图4是上、下连接板的结构示意图；
图5是拉伸装置的结构示意图。
附图标记说明：1-控制电机；2-压力室；3-轴向加压设备；4-控制柜；5-阀门；6-排水管；7-拉挂装置；8-上连接板，81-下连接板；9-传力杆；10-螺杆；11-拉杆；12-拉伸装置；13-透水石；14-橡皮膜；15-压力室外壳；16-承台及透水石；17-试样；18-圆孔；19、190、191、192-孔。
具体实施方式
如图1所示，常规三轴仪由控制电机1、压力室2、轴向加压设备3和控制柜4构成。
如图2所示，其中压力室2由传力杆9、拉杆11、压力室外壳15以及压力室外壳15内的透水石13、橡皮膜14、试样17、承台及透水石16构成；并在传力杆9与拉杆11连接处增加了拉挂装置7，在拉杆11与透水石13之间增加了拉伸装置12。
压力室外壳15顶端的拉杆11通过拉挂装置7与传力杆9连接，压力室外壳15内部的拉杆11末端通过拉伸装置12与透水石13连接，透水石13与试样17、承台及透水石16依次连接，试样17外层有橡皮膜14。
如图3所示，拉挂装置7由两个带孔铁片构成的上连接板8、下连接板81和四个螺杆10构成，上连接板8、下连接板81的尺寸、开孔位置均相同。
如图4所示，上连接板8、下连接板81的中心处开有圆孔18，孔径大于传力杆9的直径，上连接板8、下连接板81的四角开孔19、190、191和192，孔径根据螺杆10确定；通过四个螺杆10将上连接板8、下连接板81固定。
如图5所示，拉伸装置12由有机玻璃制成，形状为“凸形”，半径小的一端与透水石13连接，半径大的一端内部为空心，并通过内螺纹与拉杆11连接；且半径较大的一端连接有排水管6，排水管6的末端设置有阀门5。
通过拉挂装置7和拉伸装置12，实现轴向拉伸减载和试样轴向减载的应力状态，使得试验操作时既不影响试样形状也不影响试样的受拉状态。
使用时，通过如下步骤实现操作：
(1)制备土样。
将原状土制备成略大于试样17直径和高度的毛坯，置于切土器内用钢丝锯或切土刀边削边旋转，直至满足试样17的直径为止，然后按要求的高度切除两端多余的土样。
(2)试样安装。
将橡皮膜14装在承膜筒内，用吸气球从气嘴吸气，使橡皮膜14贴紧筒壁，套在制备好的试样17外面；将压力室2底座的承台及透水石16与管路系统以及孔隙水测定装置充水，并放上一张滤纸；再将套上橡皮膜14的试样17放在压力室2的底座上，翻开橡皮膜14的下端与底座用橡皮筋扎紧，然后翻开橡皮膜14的上端与拉伸装置12用橡皮筋扎紧，然后装上压力室外壳15，并将压力室注满水，随即对中拉杆11并旋拧拉杆11上的螺纹使之与拉伸装置12的螺纹相扣且旋紧，最后，装上拉挂装置7，使传力杆9通过拉杆11与拉伸装置12相接触，同时并拧紧螺杆10。
(3)施加周围压力σ3。
周围压力的大小应根据土样埋深或应力历史来决定，若土样为正常压密状态，则3～4个土样的周围压力，应在自重应力附近选择，不宜过大以免扰动土的结构。
(4)在不排水条件下测定试样17的孔隙水压力u。
(5)调整量测轴向变形的位移计和轴向压力测力计的初始“零点”读数。
(6)轴向压力的实施。
启动控制电机1，首先保证试样17在周围压力下等向压缩固结，然后保持周围压力不变，减小轴向压力，同时剪切应变速率取每分钟0.5%～1.0%。当17试样每产生轴向应变伸长为0.3%～0.4%时，记一次测力计、孔隙水压力和轴向变形的读数，直至轴向应变伸长为20%时为止。
(7)试验结束即停机，卸除周围压力，先拆除拉挂装置7，卸下压力室后再拆除拉伸装置12，然后拆除试样17，描述试样17破坏时的形状。
Claims (4)
1.一种应变控制式三轴剪切仪，包括主要由外壳、设置在外壳外的传力杆、顶端延伸至外壳外的拉杆、设置在外壳内的透水石、用于包裹试样的橡皮膜、含有透水石的承台构成的压力室，其中，传力杆下端与自外壳顶端伸出的拉杆的顶端连接，透水石设置在拉杆的底端，含有透水石的承台设置在外壳底部，其特征是：所述传力杆与拉杆连接处设置有拉挂装置，所述拉杆与透水石之间设置有拉伸装置。
2.如权利要求1所述的一种应变控制式三轴剪切仪，其特征在于：所述拉挂装置，由中心处及四角开孔的上连接板、下连接板、固定上连接板和下连接板的四个螺杆构成，所述上连接板和下连接板的中心处的开孔的直径大于所述传力杆及拉杆的直径，所述四个螺杆分别与所述上连接板和下连接板的四角的开孔配合将所述上连接板和下连接板固定，所述上连接板和下连接板分别通过其中心处的开孔套设在所述传力杆和拉杆上。
3.如权利要求1所述的一种应变控制式三轴剪切仪，其特征在于：所述拉伸装置是由有机玻璃制成的，其横截面呈凸台形，半径小的一端与所述透水石连接，半径大的一端内部为空心，并通过内螺纹与所述拉杆底端连接；且半径较大的一端连接有排水管，该排水管自所述外壳底部伸出，其末端设置有阀门。
4.如权利要求2所述的一种应变控制式三轴剪切仪，其特征在于：所述上连接板和下连接板均是由铁制成。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN103698228A (zh) * | 2013-12-04 | 2014-04-02 | 同济大学 | 一种大型真三轴剪切试验装置及其应用 |
| CN108519294A (zh) * | 2018-04-08 | 2018-09-11 | 中交第航务工程勘察设计院有限公司 | 三轴拉伸试验装置 |
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