CN207123454U - 一种土体三轴实验仪中试样垂度矫正装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种土体三轴实验仪中试样垂度矫正装置，其包括固定套环、水平调节器和水平限位器。固定套环加装于三轴实验仪围压室内的立柱上以限定该装置的相对位置，水平调节器由固定螺杆、活动套管、套管端头和套管端孔组成用以水平行程调节，水平限位器由限位轴、限位板、伸缩弹簧和承托圆弧板组成用以限定试样位置。使用时首先将三套该装置分别安装在三轴仪的三根立柱上，使承托圆弧板位于距试样顶端1/3处，依次利用水平调节器调整试样位置使其垂直，然后可进行相关实验。本实用新型结构简单、操作简便、实用性强，可保证三轴实验过程中试样始终保持垂直，避免偏载。

Description

一种土体三轴实验仪中试样垂度矫正装置

技术领域

本实用新型涉及一种土体三轴实验仪中试样垂度矫正装置，属室内土工实验技术领域。

背景技术

三轴压缩试验是测定土体抗剪强度的一种较为完善的方法。由于其自身优势在工程实践和科学研究中被越来越多的工程技术人员以及科研学者所接受。但是，三轴压缩实验过程中也逐渐暴露出一些问题。例如，在对级配不良土质土体（如级配单一的砂土或富水砾石土等）进行三轴压缩试验中，由于土体级配的不良性导致所制备的试样端面不平或存在端面倾斜趋势，因此在实验制样及后续装样、脱模、注液加压过程中的外界扰动往往都会导致试样产生位置变化，这些外界扰动使试样产生位置变化或使试样端面倾斜，严重情况下甚至会产生试样整体溃散。由于试样端面倾斜或位置变化，三轴压缩过程中会对试样产生偏载压缩，偏载压缩导致试验所测数据出现较大偏差，甚至在冻结状态下的三轴压缩由于试样强度较常温状态骤增，偏载压缩往往导致升降传力轴的弯曲破坏这在以往试验过程中也是时有发生的。

为避免上述问题的产生，部分试验研究人员采用在三轴围压舱立柱与试样之间增加垫块（木质、泡沫、保温块等）用以矫正试样的位置与垂度，但是使用情况表明以上矫正措施效果都不是很理想，添加的垫块有时会阻碍试样的剪切变形或由于三轴围压舱需水或冷浴液的注入以进行围压模拟，在液体注入过程中由于波动作用会导致垫块滑落或者随液体上浮，这不仅没有起到矫正目的反而影响了围压的施加。

因此，迫切需要开发一种便捷的对试样位置、垂度不准确的矫正装置以保证实验的顺利进行，进而准确测得实验数据以及达到保护实验装置的目的。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种结构简单、操作简便、实用性强且可增加试样稳定性的三轴实验仪中试样垂度矫正装置。

为解决上述技术问题，本实用新型装置所采取的技术方案是：一种土体三轴实验仪中试样垂度矫正装置，其关键技术在于：包括固定套环、水平调节器以及水平限位器；

所述固定套环环套在三轴实验仪围压室立柱上；

所述水平调节器为固定螺杆、活动套管、套管端头以及套管端孔四部分；所述固定螺杆为一焊接在固定套环上的不锈钢螺纹杆，所述活动套管为一与固定螺杆配套的不锈钢圆管，所述套管端头设于活动套管的一端，所述套管端头上设有套管端孔；

所述水平限位器包括限位轴、限位板、伸缩弹簧以及承托圆弧板四部分，所述伸缩弹簧一端与限位轴固定连接、另一端连接承托圆弧板，所述限位轴设在水平调节器的套管端孔内且其两侧限位板直径大于套管端孔孔径。

优选的，所述的固定套环为一可缩放轻质不锈钢材质薄圆环。

优选的，所述的固定螺杆是一直径为固定套环直径1/3、螺距为0.5mm的不锈钢螺纹杆，所述活动套管为具有内旋进螺纹且与固定螺杆螺纹匹配的不锈钢材质薄圆钢管，两者组合的旋进行程为5mm。

优选的，所述的套管端头为不锈钢板，所述套管端孔位于套管端头几何中心处，套管端孔直径为套管端头直径的1/4～1/3，所述限位轴主体直径略小于套管端孔孔径，所述限位轴主体两端限位板直径略大于套管端孔孔径。

优选的，所述的伸缩弹簧为耐低温性能良好的钢材质弹簧；所述承托圆弧板为一轻质不锈薄钢片，其包含三块等大标准轻质圆弧薄钢片,每块圆弧板中轴线互成120°。

优选的，所述的固定套、水平调节器以及水平限位器的几何水平轴线共线。

本实用新型提供的三轴实验仪中试样垂度矫正装置的使用方法为：

首先，按照操作规程安装试样；

其次，依据试样尺寸选择合适大小的承托圆弧板，组合拼装试样垂度矫正装置并完成安装：第一、通过三轴实验仪控制终端将已放置在升降轴顶座上的试样升降至适当位置；第二、将三组矫正装置的固定套环依次环套在围压舱每根立柱上；第三、手动摆正承托圆弧板使承托圆弧板内掌面与试样侧面吻合接触，同时保证内掌面几何中心距试样顶端1/3高度处以方便调整操作；第四、转动水平调节器的活动套管进行伸缩弹簧的长度调整，进而调节稳固试样保证试样的几何位置与垂度要求；第五、按照操作规程开始试验并进行后续的试样拆除及矫正装置的卸载，清洗矫正装置放干燥处以备下次实验使用。

所述试样一般为级配不良土质制备完成的端面不平或者潜在不平试样及位置易变试样，该试样迫切需要外部辅助手段进行实验前的位置与垂度调整以避免试验偏载；同时该三轴实验仪中试样垂度矫正装置也可用于级配良好土质制备的试样，对于避免非试验扰动也是有益的。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：

1、本实用新型中固定套环加装于三轴实验仪围压室内的立柱上以限定该装置的相对位置，水平调节器由固定螺杆、活动套管、套管端头和套管端孔组成用以水平行程调节，水平限位器由限位轴、限位板、伸缩弹簧和承托圆弧板组成用以限定试样位置，结构简单。采用级配不良土质（如级配单一的砂土或富水砾石土等）制成的试样在自然状态下存在端面倾斜趋势，稍有干扰便容易引起试样几何位置的改变这不利于实验的开展，采用本试样矫正装置后可有效减小试样几何位置改变，以更加接近实验规程要求，操作简便、实用性。

2、在围压舱封闭冷浴液或水等液体注入过程中，由于液体在气压下的波动作用会对已脱模试样稳定产生较大影响，采用试样矫正装置后可有效增加试样位置的准确度及端面平整性，从而更加接近实验规程要求。

3、试样的几何位置或端面平整度改变会直接导致升降传力轴的受压状态由正心受压变为偏心受压，由于冻结状态下试样强度较高往往会引起升降轴的弯曲变形从而破坏实验仪器，且由于此因导致的实验装置破坏在实际案例中已有发生，采用试样矫正装置后可有效避免试样以及升降轴的偏心受压状况，从而达到保护实验装置的目的。

附图说明

图1是本实用新型的俯视示意图；

图2是图1中虚线框中套管端头部分的放大示意图；

其中，1、固定套环； 2-1、固定螺杆，2-2、活动套管，2-3、套管端头，2-4、套管端孔；3-1、限位轴，3-2、限位板，3-3、伸缩弹簧，3-4、承托圆弧板。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

参见附图1和附图2，本实施例包括固定套环1、水平调节器以及水平限位器。

所述固定套环1环套在三轴仪围压室立柱上，上下调节固定套环1以使承托圆弧板3-4作用中心距试样顶端1/3处为套环固定位置；固定套环1另一端连接水平调节器。所述固定套环1紧扣三轴仪围压舱立柱用以固定矫正装置的几何位置。

所述水平调节器2为固定螺杆2-1、活动套管2-2、套管端头2-3以及套管端孔2-4四部分组成组成的旋进系统，水平调节器与固定套环一端焊接，另一端通过限位轴与水平限位器连接。所述固定螺杆2-1为一螺距0.5mm且焊接在固定套环1上的不锈钢螺纹杆，活动套管2-2为一与固定螺杆2-1配套的不锈钢圆管，两者旋进的最大行程可达5mm，套管端头2-3为具有一定厚度的不锈钢板，套管端孔2-4为套管端头2-3几何中心圆孔，该端孔承接限位轴3-1；所述固定螺杆和活动套管为具有吻合旋进螺纹的不锈钢材质。

所述水平限位器包括限位轴3-1、限位板3-2、伸缩弹簧3-3以及承托圆弧板3-4四部分组成组成的限位系统，承托圆弧板包含三块等大标准轻质圆弧薄钢片（为不锈薄钢片）, 其内掌面密贴试样周壁，每块圆弧板中轴线互成120°即与围压舱内三根立柱空间位置对应，承托圆弧板大小依据实际试样尺寸进行合理选择。伸缩弹簧3-3为一刚度适当的耐低温柔性弹簧，伸缩弹簧3-3一端与限位轴3-1固定连接，另一端连接承托圆弧板3-4，限位轴3-1在水平调节器的套管端孔2-4内且其两侧限位板3-2直径略大于套管端孔2-4孔径以保证限位轴3-1不脱离套管端孔2-4。同时，限位轴3-1与套管端孔2-4之间存在一定游隙以保证其相对转动不受约束。所述承托圆弧板3-4设于伸缩弹簧3-3的右端侧，所述限位轴3-1设于伸缩弹簧3-3的左端侧，所述活动套管2-2紧扣固定螺杆2-1，所述套管端孔2-4位于套管端头2-3几何中心，所述水平调节器介于固定套环1与水平限位器之间。所述的固定套环1、水平调节器以及水平限位器等各部分几何水平轴线共线。所述限位轴为不锈钢光滑轴，限位板为不锈钢挡板。

所述的固定套环1为一可缩放轻质不锈钢材质薄圆环。

所述的固定螺杆2-1是一直径为固定套环直径1/3、螺距为0.5mm的不锈钢螺纹杆，活动套管2-2为具有内旋进螺纹且与固定螺杆2-1螺纹匹配的不锈钢材质薄圆钢管，两者组合的旋进行程可达5mm。

所述的套管端头2-3为具有一定厚度不锈钢板，套管端孔2-4位于套管端头2-3几何中心处，套管端孔2-4直径为套管端头2-3直径的1/4～1/3，限位轴3-1主体直径略小于套管端孔2-4孔径且以不阻碍两者相对转动为要求，限位轴3-1主体两端限位板3-2直径略大于套管端孔2-4孔径且以保证限位轴3-1不脱离套管端孔为要求。

所述的伸缩弹簧3-3应为耐低温性能良好的钢材质弹簧。所述承托圆弧板3-4尺寸具有非单一性，其尺寸可依据实际具体试样尺寸且在不影响试样实验过程变形的情况下进行合理更换选择。

下面通过具体实施例来说明本实用新型的实验过程。

首先，按照操作规程安装试样，根据实验要求制备所需标准试样，制备完毕后进行脱模操作并进行橡皮膜包裹。将包裹好的试样连同试样护筒放置围压舱升降轴顶座上并进行护筒卸载与试样封闭处理。然后，依据试样尺寸选择合适大小的承托圆弧板3-4，组合拼装试样垂度矫正装置并完成安装：第一、通过三轴实验仪控制终端将已放置在升降轴顶座上的试样升降至适当位置；第二、将三组矫正装置的固定套环1依次环套在围压舱每根立柱上；第三、手动摆正承托圆弧板3-4使圆弧板内掌面与试样侧面吻合接触，同时保证内掌面几何中心距试样顶端1/3高度处以方便调整操作；第四、转动活动套管2-2进行伸缩弹簧3-3的长度调整，进而调节稳固试样保证试样的几何位置与垂度要求；第五、按照操作规程开始实验并进行后续的试样拆除及矫正装置的卸载，清洗矫正装置放干燥处以备下次使用。

所述试样一般为级配不良土质制备完成的端面不平或者潜在不平试样及位置易变试样，该试样迫切需要外部辅助手段进行实验前的位置与垂度调整以避免试验偏载；同时该三轴实验仪中试样垂度矫正装置也可用于级配良好土质制备的试样，防止围压舱液体注入过程中对于试样的不良扰动，对其也是有益的。

上述方法中，在调节每个独立的试样垂度矫正装置时需小心微调，单个矫正器调节完毕后逐次微调其他矫正器，在保证不干扰试样的条件下进行循环调节，待试样垂度、位置准确后调节完毕。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型创造。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型创造的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型创造将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种土体三轴实验仪中试样垂度矫正装置，其特征在于：包括固定套环（1）、水平调节器以及水平限位器；

所述固定套环（1）环套在三轴实验仪围压室立柱上；

所述水平调节器包括固定螺杆（2-1）、活动套管（2-2）、套管端头（2-3）以及套管端孔（2-4）四部分，所述固定螺杆（2-1）为一焊接在固定套环（1）上的不锈钢螺纹杆，所述活动套管（2-2）为一与固定螺杆（2-1）配套的不锈钢圆管，所述套管端头（2-3）设于活动套管（2-2）的一端，所述套管端头（2-3）上设有套管端孔（2-4）；

所述水平限位器包括限位轴（3-1）、限位板（3-2）、伸缩弹簧（3-3）以及承托圆弧板（3-4）四部分，所述伸缩弹簧（3-3）一端与限位轴（3-1）固定连接、另一端连接承托圆弧板（3-4），所述限位轴（3-1）设在水平调节器（2）的套管端孔（2-4）内且其两侧限位板（3-2）直径大于套管端孔（2-4）孔径。

2.根据权利要求1所述的三轴实验仪中试样垂度矫正装置，其特征在于：所述的固定套环（1）为一可缩放轻质不锈钢材质薄圆环。

3.根据权利要求1所述的三轴实验仪中试样垂度矫正装置，其特征在于：所述的固定螺杆（2-1）是一直径为固定套环（1）直径1/3、螺距为0.5mm的不锈钢螺纹杆，所述活动套管（2-2）为具有内旋进螺纹且与固定螺杆（2-1）螺纹匹配的不锈钢材质薄圆钢管，两者组合的旋进行程为5mm。

4.根据权利要求1所述的三轴实验仪中试样垂度矫正装置，其特征在于：所述的套管端头（2-3）为不锈钢板，所述套管端孔（2-4）位于套管端头（2-3）几何中心处，套管端孔（2-4）直径为套管端头（2-3）直径的1/4～1/3，所述限位轴（3-1）主体直径略小于套管端孔（2-4）孔径，所述限位轴（3-1）主体两端限位板（3-2）直径略大于套管端孔（2-4）孔径。

5.根据权利要求1所述的三轴实验仪中试样垂度矫正装置，其特征在于：所述的伸缩弹簧（3-3）为耐低温性能良好的钢材质弹簧；所述承托圆弧板（3-4）为一轻质不锈薄钢片，其包含三块等大标准轻质圆弧薄钢片,每块圆弧板中轴线互成120°。

6.根据权利要求1所述的三轴实验仪中试样垂度矫正装置，其特征在于：所述的固定套环（1）、水平调节器以及水平限位器的几何水平轴线共线。