CN203965256U - 一种便携式三轴仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种能够在野外现场测定土的应力-应变关系和强度的便携式三轴仪。该三轴仪由框架系统、压力室、施压系统组成；框架系统包括压力室上盖、至少二连接杆、底座、架梁；压力室是由压力室壁、压力室上盖、底座围成的封闭腔；施压系统包括轴压施加装置与围压施加装置。轴压由千斤顶施加，围压施加装置包括调压筒、蓄电池。本实用新型通过千斤顶和调压筒实现土样施压，蓄电池提供了电力来源，便于实验人员携带、搬运三轴仪进行原位实验，并通过孔压传感器实时保证围压稳定，通过载荷传感器、位移传感器、量筒等方便地测量土样信息。

Description

一种便携式三轴仪

技术领域

本实用新型涉及一种测量仪器，特别是涉及一种能够在野外现场测定土的应力-应变关系和强度的试验仪器。属于岩土工程机械领域。 

背景技术

在岩土工程领域，无论是地质灾害的防治研究还是工民建的勘察设计，如果在野外现场能够通过易于操作的实验手段准确快速地获得土的强度参数，对及时准确地判断土的性质、制定合理的处理方案都起到了至关重要的作用。如对地质灾害的防治研究而言，尤其对是近年来频繁发生的极端灾害，准确地判断灾害的启动因素、规模、发展趋势和危害程度，及时地制定灾害的应急处理措施和防治方案等都依赖于灾害关键部位土体参数信息的获得。又如，对工民建勘察设计而言，在现场及时得到土的强度参数，对于合理布置勘察工作量，及时地制定基坑边坡的支挡方案等有着重要的意义。 

目前，在国内外岩土工程领域，获得土的应力-应变关系和强度参数的方法可分为原位实验和室内实验。原位实验包括静力触探、标贯、载荷试验、十字板剪切等，室内实验包括直剪实验和三轴实验等。从实验设备上讲，原位实验虽可以在现场进行试验，结果较为准确，但其设备笨重，多用车载，成本较高，试验过程较为费时而且受到动力条件、场 地条件等诸多因素的限制。现场原位实验已经不能够满足当前灾害治理、工程建设等实际问题中及时准确地获取土的参数信息的要求。直剪仪有其操作简便的优势，并且国内外土工仪器市场中均已有多种类型的便携式直剪仪，它们具有轻便、易携带的特点，可以在现场进行直剪实验。但是直剪实验本身存在的许多缺点，如剪切面固定、不能控制排水、不能测量孔隙水压力等。相比之下三轴实验具有其不可替代的优势，它可以严格控制试样排水、测定孔隙水压力的变化、应力状态明确并且剪切面不固定。 

国内外在对便携式的三轴仪的设备方面的创新性研究成果甚少。实用新型专利201320473607.2“一种具有软岩试件塑形功能的三轴仪”，采用手动泵加压，但必然还需要油箱，并且加热装置需要供电才能使用，所以需要在室内环境下使用；另外该专利针对软岩设计，需要的轴向压力和围压必然较大，因此该专利中采用油压，能够施压足够的压力，但一定会牺牲稳压的精度，对于土样检测则不适用。对三轴仪进行一些创新性的设计，使其能够在现场快速获得土的参数，加快现场处理问题的效率，并且能够及时地应对现场的变化过程，若能广泛使用，必将带来巨大的经济效益。 

实用新型内容

针对三轴仪设备笨重、用电受限等不便原位实验的不足，本实用新型提供轻便、不受场地及用电条件的限制的三轴仪，便于在野外现场进行实验。 

为解决此技术问题，本实用新型提供一种便携式三轴仪，其技术方 案如下： 

一种便携式三轴仪，由框架系统、压力室、施压系统组成，其特征在于： 

所述框架系统包括压力室上盖、至少二连接杆、底座、架梁； 

所述压力室上盖是中部开孔的盘状结构，压力室上盖上开有注水孔，所述注水孔偏孔；所述底座是中部有凸台的盘状结构，所述压力室上盖与底座平行且分别联接在连接杆的上下两端；所述压力室上盖与连接杆、底座与连接杆均是可拆卸的静联接； 

所述架梁包括位于三轴仪上部的横梁，所述横梁通过两端支架与压力室上盖静联接； 

所述压力室是由压力室壁、压力室上盖、底座围成的封闭腔，压力室内包括橡皮膜套筒、上位透水石、下位透水石、土样上帽； 

所述压力室壁是两端开口的筒状结构，位于压力室上盖与底座之间，轴向垂直于压力室上盖和/或底座平面；所述连接杆位于压力室壁外侧； 

所述压力室底面开有围压排水管内侧出口，所述围压排水管内侧出口通过底座内通道与底座外侧的围压排水管外侧出口联通； 

所述底座开有孔压排水孔，所述孔压排水孔内部开口在压力室底面； 

所述下位透水石是盘状结构，位于底座的凸台上，与孔压排水孔在压力室底面的开口紧接； 

所述橡皮膜套筒是两端开口的筒状结构，橡皮膜套筒下开口 端套在底座的凸台外周，且与底座的凸台外侧面紧密不渗漏； 

所述土样上帽是盘状结构的独立件，土样上帽开有反压排水孔，所述反压排水孔是轴向偏孔； 

所述上位透水石是盘状结构的独立件； 

所述施压系统包括轴压施加装置与围压施加装置； 

所述轴压施加装置包括联接固定在横梁下侧面的千斤顶，所述千斤顶下方依次联接载荷传感器、位移传感器、轴向力加压杆；所述轴向力加压杆穿过压力室上盖中部开孔伸入压力室内部空间，轴向力加压杆与压力室上盖间有密封件； 

所述围压施加装置包括调压筒、蓄电池；所述调压筒与蓄电池通过电路联接，所述调压筒通过气路管道与围压排水管外侧出口联接。 

上述便携式三轴仪在使用时，橡皮膜套筒内需填装土样，土样上依次覆盖上位透水石与土样上帽，上位透水石与土样上帽紧接；橡皮膜套筒上开口端套在土样上帽外周，且与土样上帽外侧面紧密不渗漏；轴向力加压杆与土样上帽顶部中心紧接。由此构成完成的力传递系统。 

进一步地，调压筒包括伺服电机、活塞加压装置、孔压传感器；伺服电机分别与蓄电池、活塞加压装置通过电路联接，活塞加压装置与孔压传感器联接，孔压传感器与通过气路管道与围压排水管外侧出口联接。 

进一步地，架梁上固定有竖直量管。 

上述便携式三轴仪，可做如下优化：压力室上盖内侧面上与底座内侧面分别有圆环槽，压力室壁上、下两端面分别位于二圆环槽内。围压排水管内侧出口开口在压力室底面一侧。孔压排水孔内部开口在压力室 底面中部。压力室上盖与连接杆、底座与连接杆螺纹联接。压力室上盖与连接杆、底座与连接杆螺纹联接。 

与现有技术相比，本实用新型有益效果在于：提供了一种方便的便携式三轴仪，通过千斤顶和调压筒实现土样施压，蓄电池提供了电力来源，便于实验人员携带、搬运三轴仪进行原位实验；另外通过载荷传感器、位移传感器测量轴向力、轴向位移，通过量筒测量孔压变化，能够方便地测量土样信息；另外通过调压筒中的孔压传感器测量围压的大小，并反馈给伺服电机，调整活塞加压装置的输出量，保证围压稳定。 

附图说明

图1是本实用新型三轴仪的结构示意图。 

图2是本实用新型三轴仪调压筒14的结构示意图。 

附图中的数字标记分别是： 

1架梁  2千斤顶  3载荷传感器  4位移传感器  5支架6反压排水孔  7连接杆  8试样  9压力室  10围压排水管内侧出口  11围压排水管外侧出口  12量管  13孔压排水孔  14调压筒15蓄电池  16伺服电机  17活塞加压装置  18孔压传感器  19底座  20注水孔  21轴向力加压杆  22土样上帽  23上位透水石24下位透水石  25密封件  26压力室上盖  27压力室壁  28橡皮膜套筒 

具体实施方式

实施例一 

如图1所示，加工一种便携式三轴仪。 

图1是本实用新型的三轴仪结构示意图。 

便携式三轴仪，由框架系统、压力室9、施压系统组成。 

框架系统，包括压力室上盖26、至少二连接杆7、底座19、架梁。 

压力室上盖26是中部开孔的盘状结构，底座19是中部有凸台的盘状结构，压力室上盖26上开有注水孔20，注水孔20偏孔；压力室上盖26与底座19平行且分别联接在连接杆7的上下两端。压力室上盖26与连接杆7、底座19与连接杆7均是可拆卸的静联接。 

架梁包括位于三轴仪上部的横梁1。横梁1通过两端支架5与压力室上盖26静联接。架梁上固定有竖直量管12。 

压力室9，是由压力室壁27、压力室上盖26、底座19围成的封闭腔。压力室9内包括橡皮膜套筒28、上位透水石23、下位透水石24、土样上帽22。 

压力室壁27是两端开口的筒状结构，位于压力室上盖26与底座19之间，轴向垂直于压力室上盖26和/或底座19平面。连接杆7位于压力室壁27外侧。本实施方式中，压力室上盖26内侧面与底座19内侧面分别有圆环槽，压力室壁27上、下两端面分别位于二圆环槽内。共有四连接杆7，分别位于压力室壁27外侧。 

压力室9底面开有围压排水管内侧出口10，围压排水管内侧出口10通过底座19内通道与底座19外侧的围压排水管外侧出口11联通。本实施方式中，围压排水管内侧出口10开口在压力室9底面一侧。 

底座19开有孔压排水孔13，孔压排水孔13内部开口在压力室9底面。下位透水石24是盘状结构，位于底座19的凸台上，与孔压排水孔 13在压力室9底面的开口紧接。本实施方式中，孔压排水孔13内部开口在压力室9底面中部。 

橡皮膜套筒28是两端开口的筒状结构，橡皮膜套筒28下开口端套在底座19的凸台外周，且与底座19的凸台外侧面紧密不渗漏。土样上帽22是盘状结构的独立件，土样上帽22开有反压排水孔6，反压排水孔6是轴向偏孔。上位透水石23是盘状结构的独立件。 

施压系统，包括轴压施加装置与围压施加装置。 

轴压施加装置包括联接固定在横梁1下侧面的千斤顶2，千斤顶2下方依次联接载荷传感器3、位移传感器4、轴向力加压杆21；轴向力加压杆21穿过压力室上盖26中部开孔伸入压力室9内部空间，轴向力加压杆21与压力室上盖26间有密封件25。围压施加装置包括调压筒14、蓄电池15；调压筒14与蓄电池15通过电路联接，调压筒14通过气路管道与围压排水管外侧出口11联接。 

图2是本实用新型三轴仪调压筒14的结构示意图。调压筒14包括伺服电机16、活塞加压装置17、孔压传感器18。伺服电机16分别与蓄电池15、活塞加压装置17通过电路联接，活塞加压装置17与孔压传感器18联接，孔压传感器18与通过气路管道与围压排水管外侧出口11联接。 

本实施方式中，压力室上盖26与连接杆7、底座19与连接杆7螺纹联接。支架5与压力室上盖26螺纹联接。 

实施例二 

本实用新型三轴仪使用测试方法。 

用于测试的土样需首先填装成测试试样8。具体是：橡皮膜套筒28 内填装土样，土样上依次覆盖上位透水石23与土样上帽22；上位透水石23与土样上帽22紧接；橡皮膜套筒28上开口端套在土样上帽22外周，且与土样上帽22外侧面紧密不渗漏。轴向力加压杆21与土样上帽22顶部中心紧接。 

测试过程中，首先将试样8装入压力室9内，然后加反压使试样饱和，反压施加完毕后堵住反压排水孔6。再向压力室9内注水至注满，注满后施加围压。 

反压的施加：用橡皮管将围压排水管内侧出口10与反压排水孔6连接，伺服电机16由蓄电池15供电，通过活塞加压装置17向试样内加水压，使试样饱和。试样饱和后拆掉橡皮管，旋紧反压排水孔6的螺帽，堵住反压排水孔6。 

围压的施加：通过注水孔20向压力室9内注满水。伺服电机16由蓄电池15供电，通过活塞加压装置17向压力室9提供水压，即为土样的周围压力，并保持围压稳定。在测试过程中由于试样8体积变化可能导致孔压变化，孔压传感器18实时测量孔压值，并反馈给伺服电机16使之调节活塞加压装置17调整孔压，使压力室9内围压保持稳定。 

轴压的施加：千斤顶2下部连接荷载传感器3与轴向力加压杆21，轴向力加压杆21与压力室上盖26是分离的，其间有密封件25保证压力室内的水压稳定。轴向力加压杆21下部与土样上帽22接触。手动千斤顶2通过反力装置架梁1将轴力加压杆21压入压力室内，施加轴向力于土样上，通过观察位移传感器4的读数而手动调节千斤顶，应变控制轴向力，轴向应变由位移传感器4测量。 

孔压的测量：量管12与孔压排水管13通过橡皮管相连，测量实验 过程中土样内孔压变化。 

以上结合附图对本实用新型进行了示例性描述，显然本实用新型具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本实用新型的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本实用新型的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本实用新型的保护范围之内。 

Claims (9)

1.一种便携式三轴仪，由框架系统、压力室(9)、施压系统组成，其特征在于：

所述框架系统包括压力室上盖(26)、至少二连接杆(7)、底座(19)、架梁；

所述压力室上盖(26)是中部开孔的盘状结构，压力室上盖(26)上开有注水孔(20)，所述注水孔(20)偏孔；所述底座(19)是中部有凸台的盘状结构，所述压力室上盖(26)与底座(19)平行且分别联接在连接杆(7)的上下两端；所述压力室上盖(26)与连接杆(7)、底座(19)与连接杆(7)均是可拆卸的静联接；

所述架梁包括位于三轴仪上部的横梁(1)，所述横梁(1)通过两端支架(5)与压力室上盖(26)静联接；

所述压力室(9)是由压力室壁(27)、压力室上盖(26)、底座(19)围成的封闭腔，压力室(9)内包括橡皮膜套筒(28)、上位透水石(23)、下位透水石(24)、土样上帽(22)；

所述压力室壁(27)是两端开口的筒状结构，位于压力室上盖(26)与底座(19)之间，轴向垂直于压力室上盖(26)和/或底座(19)平面；所述连接杆(7)位于压力室壁(27)外侧；

所述压力室(9)底面开有围压排水管内侧出口(10)，所述围压排水管内侧出口(10)通过底座(19)内通道与底座(19)外侧的围压排水管外侧出口(11)联通；

所述底座(19)开有孔压排水孔(13)，所述孔压排水孔(13)内部开口在压力室(9)底面；

所述下位透水石(24)是盘状结构，位于底座(19)的凸台上，与孔压排水孔(13)在压力室(9)底面的开口紧接；

所述橡皮膜套筒(28)是两端开口的筒状结构，橡皮膜套筒(28)下开口端套在底座(19)的凸台外周，且与底座(19)的凸台外侧面紧密不渗漏；

所述土样上帽(22)是盘状结构的独立件，土样上帽(22)开有反压排水孔(6)，所述反压排水孔(6)是轴向偏孔；

所述上位透水石(23)是盘状结构的独立件；

所述施压系统包括轴压施加装置与围压施加装置；

所述轴压施加装置包括联接固定在横梁(1)下侧面的千斤顶(2)，所述千斤顶(2)下方依次联接载荷传感器(3)、位移传感器(4)、轴向力加压杆(21)；所述轴向力加压杆(21)穿过压力室上盖(26)中部开孔伸入压力室(9)内部空间，轴向力加压杆(21)与压力室上盖(26)间有密封件(25)；

所述围压施加装置包括调压筒(14)、蓄电池(15)；所述调压筒(14)与蓄电池(15)通过电路联接，所述调压筒(14)通过气路管道与围压排水管外侧出口(11)联接。

2.根据权利要求1所述的便携式三轴仪，其特征在于：所述架梁上固定有竖直量管(12)。

3.根据权利要求1或2所述的便携式三轴仪，其特征在于：所述压力室上盖(26)内侧面与底座(19)内侧面分别有圆环槽，所述压力室壁(27)上、下两端面分别位于二圆环槽内。

4.根据权利要求1或2所述的便携式三轴仪，其特征在于：所述围压排水管内侧出口(10)开口在压力室(9)底面一侧。

5.根据权利要求1或2所述的便携式三轴仪，其特征在于：所述孔压排水孔(13)内部开口在压力室(9)底面中部。

6.根据权利要求1或2所述的便携式三轴仪，其特征在于：所述调压筒(14)包括伺服电机(16)、活塞加压装置(17)、孔压传感器(18)；所述伺服电机(16)分别与蓄电池(15)、活塞加压装置(17)通过电路联接，所述活塞加压装置(17)与孔压传感器(18)联接，所述孔压传感器(18)与通过气路管道与围压排水管外侧出口(11)联接。

7.根据权利要求1或2所述的便携式三轴仪，其特征在于：所述橡皮膜套筒(28)内填装土样，土样上依次覆盖上位透水石(23)与土样上帽(22)，所述上位透水石(23)与土样上帽(22)紧接；橡皮膜套筒(28)上开口端套在土样上帽(22)外周，且与土样上帽(22)外侧面紧密不渗漏；所述轴向力加压杆(21)与土样上帽(22)顶部中心紧接。

8.根据权利要求1或2所述的便携式三轴仪，其特征在于：所述压力室上盖(26)与连接杆(7)、底座(19)与连接杆(7)螺纹联接。

9.根据权利要求1或2所述的便携式三轴仪，其特征在于：所述支架(5)与压力室上盖(26)螺纹联接。