CN212110976U - 一种可测多截面孔压的平面应变仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种可测多截面孔压的平面应变仪，包括孔压传感器、体积/压力控制器、轴向力加载控制器、数据采集智能控制器、数据采集器、平面应变仪底座、电源、轴向力传感器、试样顶帽、试样底座、压力室顶板、压力室底板、计算机和激光探头。本发明提供的装置能够测试试样剪切过程中各个截面位置处的孔隙水压力，其结果对于认识试样内部有效应力变化以及试样的失稳过程具有重要意义，本发明中的孔隙水压力测试传感器同时具备测试试样中pH值以及易溶盐含量的功能，能够实时反映试样不同位置处不同时间下的化学成分变化，试样的体变结果对于试样力学性质变化的解释可以提供更加丰富的数据支撑。

Description

一种可测多截面孔压的平面应变仪

技术领域

本实用新型属于土力学试验技术领域，尤其是涉及一种可测多截面孔压的平面应变仪。

背景技术

土力学试验中，三轴试验和平面应变试验都可以测试饱和土力学性质，同时可以获得饱和岩土体在剪切过程中的孔隙水压力。三轴试验和目前平面应变仪测试土样的孔隙水压力都是通过在试样底部放置孔隙水压力传感器进行实时监测，但对于试样中间不同部位的孔隙水压力数值无法获得测试结果，但岩土试样的破坏往往发生在局部，局部破坏后引起试样整体破坏，孔隙水压力的升高也是一个传递的过程。平面应变仪作为测试土体力学性质的重要技术方法之一，其主要测定土试样在平面应变受力条件下强度和变形特性的仪器。在长方体试样的两个方向施加主应力，第三个方向用固定的刚性板限制该方向变形。为了模拟原位应力状态，试样先K0固结，再按常规三轴压缩试验步骤进行试验，试验中需测定中主应力。用该仪器可以进行两个压缩应力路径和两个伸长应力路径的试验。

目前的三轴仪中试样均位于橡皮膜内部，无法直接测试试样中间的孔隙水压力，因为中间无法安装孔隙水压力传感器，但可以通过管路测试试样顶部和底部的孔隙水压力值。目前的真三轴仪也是在每一个面上安装孔隙水压力传感器进行监测，获得的数据有限。平面应变仪由于第三个方向为固定的刚性板，故可以在固定的刚性板不同位置处设置孔压传感器监测点，对试样沿长度方向的不同部位处的孔隙水压力进行实时监测，进而可以获得整个试样不同截面位置处的孔隙水压力变化数值，该结果能够反映试样在破坏前期的孔隙水压力变化规律，进而得出有效应力的变化规律，能够间接获得试样局部失稳位置以及整个试样失稳模式，对于滑坡形成机制、路基失稳机制以及隧道施工中水位上升引起的失稳问题可以提供技术指导。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种通过在平面应变仪固定刚性板上设置孔隙水压力监测孔的方法对试样在饱和试验中不同截面上的孔隙水压力进行实时监测，获得整个试样不同位置处的孔隙水压力变化数值，通过在平面应变试验试样柔性壁面设置体积变化监测传感器进行试样体变测试，能够实时获得试样在剪切过程中的体积变化规律的可测多截面孔压的平面应变仪。

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：一种可测多截面孔压的平面应变仪，包括孔压传感器、体积/压力控制器、轴向力加载控制器、数据采集智能控制器、数据采集器、平面应变仪底座、电源、轴向力传感器、试样顶帽、试样底座、压力室顶板、压力室底板、计算机和激光探头，所述压力室顶板与压力室底板通过螺栓固定连接，所述压力室底板固定安装在平面应变仪底座上，所述轴向力加载控制器安装在压力室底板，所述试样底座安装轴向力加载控制器的执行端上，所述轴向力加载控制器通过电路连接至数据采集智能控制器，所述轴向力传感器安装在压力室顶板下部，所述试样顶帽安装在轴向力传感器上，所述试样顶帽上开设有试样顶部进水/排水孔，所述试样底座上开设有试样底部进水/排水孔，所述试样顶部进水/排水孔和试样底部进水/排水孔分别通过管路连接至体积/压力控制器，所述试样顶帽与试样底座之间形成试样压力室，所述试样压力室的左右立壁设置为刚性壁，所述试样压力室的前后立壁设置为柔性壁，所述刚性壁内侧、试样顶帽下部和试样底座上部分别设置孔压传感器，所述柔性壁的两侧设置激光探头，所述孔压传感器、体积/压力控制器、数据采集智能控制器、轴向力传感器和激光探头分别通过电路连接至数据采集器的数据输入接口，所述数据采集器与电源通过电路连接，所述计算机通过数据线与数据采集器的数据输出接口相连接。

作为优选，所述孔压传感器包括测试容量杯、易溶盐测试探针、pH探针、化学成分智能分析系统、孔隙水压力传感器、孔压数据采集器和数据传输线，所述易溶盐测试探针、pH探针分别设置在测试容量杯内部，所述易溶盐测试探针、pH探针还分别通过电线连接至化学成分智能分析系统，所述测试容器杯的开口朝向试样，所述化学成分智能分析系统和孔隙水压力传感器分别通过电路连接至孔压数据采集器，所述孔压数据采集器通过数据传输线连接至数据采集器。

作为优选，所述体积/压力控制器包括进水/排水管路、水箱、增压机构、数据采集控制器、数显窗、数据采集线和操作面板，所述进水/排水管路连通至水箱，所述水箱通过管路连接至增压机构，所述数据采集控制器的数据采集单元设置在水箱内，所述数据采集控制器还通过电路分别连接至数显窗、操作面板和数据采集线，所述数据采集线通过电路连接至数据采集器，所述进水/排水管路连通至试样顶部进水/排水孔、试样底部进水/排水孔。

与现有技术相比，本实用新型的有益之处是：

1、本发明提供的装置能够测试试样剪切过程中各个截面位置处的孔隙水压力，其结果对于认识试样内部有效应力变化以及试样的失稳过程具有重要意义，同时本发明中的孔隙水压力测试传感器同时具备测试试样中pH值以及易溶盐含量的功能，能够实时反映试样不同位置处不同时间下的化学成分变化。

2、本发明中提供的体变测试方法能够对试样在剪切过程中的体积变化进行测试，试样的体变结果对于试样力学性质变化的解释可以提供更加丰富的数据支撑。

附图说明：

下面结合附图对本实用新型进一步说明。

图1是本实用新型结构示意图的主视图。

图2是本实用新型结构示意图的俯视图。

图3是孔压传感器的示意图。

图4是体积/压力控制器的示意图。

具体实施方式：

下面结合具体实施方式对本实用新型进行详细描述：

如图1和图2所示的一种可测多截面孔压的平面应变仪，包括孔压传感器1、体积/压力控制器5、轴向力加载控制器6、数据采集智能控制器7、数据采集器8、平面应变仪底座9、电源10、轴向力传感器11、试样顶帽12、试样底座13、压力室顶板15、压力室底板16、计算机17和激光探头18，所述压力室顶板15与压力室底板16通过螺栓14固定连接，螺栓14的主要作用固定压力室顶板15和压力室底板16，将整个系统固定到一起，起到骨架作用，压力室顶板15和压力室底板16的主要作用是为整个系统提供传感器等其他部件固定底板，同时将试样底座13与轴向力加载控制器6连接到一起，所述压力室底板16固定安装在平面应变仪底座9上，所述轴向力加载控制器6安装在压力室底板16，轴向力加载控制器6主要为试样剪切提供轴向力，可以通过伺服控制提供各种速率的轴向荷载，大大拓展了该设备的适用范围，所述试样底座13安装轴向力加载控制器6的执行端上，所述轴向力加载控制器6通过电路连接至数据采集智能控制器7，数据采集智能控制器7主要根据轴向力传感器的反馈进行轴向力加载速率以及大小的调整，及时将加载指令发送至轴向力加载系统，实现了智能化控制，所述轴向力传感器11安装在压力室顶板15下部，所述试样顶帽12安装在轴向力传感器11上，轴向力传感器11主要功能是采集轴向力的大小，并将数据及时反馈至数据采集板和加载系统中数据采集智能控制器，和轴向力加载控制器耦合共同控制轴向荷载的施加，与轴向力加载控制器组成一个智能系统，所述试样顶帽12上开设有试样顶部进水/排水孔3，所述试样底座13上开设有试样底部进水/排水孔4，试样顶帽12的主要功能是固定进水孔以及顶部孔隙水压力传感器，并起到传递轴向力的作用，试样底座13为试样提供支撑作用，所述试样顶部进水/排水孔3和试样底部进水/排水孔4分别通过管路连接至体积/压力控制器5，试样顶部进水/排水孔3的主要功能是在试样水头饱和过程中提供出水口，在反压饱和过程中提供反压力，试样底部进水/排水孔4的主要功能是在水头饱和中提供进水口，在反压饱和中提供反压力，顶部和底部的进水/排水口还可以在试样固结过程中使用，试样从顶部和底部同时排水，缩短了固结路径，进而可以缩短固结时间，同时上述两个口也为试样进行渗透试验提供了便利，所述试样顶帽12与试样底座13之间形成试样压力室101，试样2放置于试样压力室101内，所述试样压力室101的左右立壁设置为刚性壁102，所述试样压力室101的前后立壁设置为柔性壁103，所述刚性壁102内侧、试样顶帽12下部和试样底座13上部分别设置孔压传感器1，所述柔性壁103的两侧设置激光探头18，所述激光探头18通过支架固定安装在压力室底板16上，所述孔压传感器1、体积/压力控制器5、数据采集智能控制器7、轴向力传感器11和激光探头18分别通过电路连接至数据采集器8的数据输入接口，所述数据采集器8与电源10通过电路连接，所述计算机17通过数据线与数据采集器8的数据输出接口相连接，数据采集器8的主要功能是采集整个设备中各个传感器的示数，并将数据及时传送至计算机。平面应变仪底座的主要功能是为整个设备提供支撑作用，电源10为整个系统提供供电保障，计算机17主要作用是采集和存储数据。激光探头是激光扫描装置中的一个部件，本发明中通过微型激光扫描仪对试样的体积变化进行实时扫描监测，获得整个试样的体积变化数据。

如图3所示，孔压传感器1的主要功能是监测试样不同位置处的孔隙水压力以及化学成分，所述孔压传感器1包括测试容量杯31、易溶盐测试探针32、pH探针33、化学成分智能分析系统34、孔隙水压力传感器35、孔压数据采集器36和数据传输线37，所述易溶盐测试探针32、pH探针33分别设置在测试容量杯31内部，所述易溶盐测试探针32、pH探针33还分别通过电线连接至化学成分智能分析系统34，所述测试容器杯31的开口朝向试样2，所述化学成分智能分析系统34和孔隙水压力传感器35分别通过电路连接至孔压数据采集器36，所述孔压数据采集器36通过数据传输线37连接至数据采集器8，测试容器杯31是在测试中允许少量液体进入其中，为化学成分测试提供样品。化学成分智能分析系统34的主要功能是将测试结果与数据库中的结果进行快速比对，迅速识别易溶盐离子成分并记录对应的pH值，孔压数据采集器36采集化学成分数据和孔隙水压力数据。

如图4所示，体积/压力控制5的主要功能是储水，为试样饱和提供压力以及在固结中提供储水容器，该控制器在控制体积的过程中可以显示压力的数值，在测试压力的过程中显示体积数值，所述体积/压力控制器5包括进水/排水管路51、水箱52、增压机构53、数据采集控制器54、数显窗55、数据采集线56和操作面板57，所述进水/排水管路51连通至水箱52，所述水箱52通过管路连接至增压机构53，所述数据采集控制器54的数据采集单元设置在水箱内52，所述数据采集控制器54还通过电路分别连接至数显窗55、操作面板57和数据采集线56，所述数据采集线56通过电路连接至数据采集器8，所述进水/排水管路51连通至试样顶部进水/排水孔3、试样底部进水/排水孔4，水箱52的主要功能是储水，增压机构53向水箱中的水施加压力，在反压饱和中将有压力的水通过管路传送至试样内部，数据采集控制器54的主要功能是记录水箱内水的体积和压力变化，数显窗口55实时显示设定的数值以及当前数值，操作面板57用于对数据采集控制器54进行控制调节。

其工作方式为：

1、装样：将准备好的原状试样安装至平面应变仪上，连接好管路，准备开始试验。

2、试验：对试样进行饱和、固结以及剪切，通过激光探头18测试试样2的体积变化，通过刚性壁102设置的孔隙水压力传感器实时监测试样不同截面处的孔隙水压力数值。

3、整理数据、卸样。试验结束后首先进行数据的保存，后进行拆除土样，清理设备。

需要强调的是：对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。

Claims (3)

1.一种可测多截面孔压的平面应变仪，其特征在于：包括孔压传感器（1）、体积/压力控制器（5）、轴向力加载控制器（6）、数据采集智能控制器（7）、数据采集器（8）、平面应变仪底座（9）、电源（10）、轴向力传感器（11）、试样顶帽（12）、试样底座（13）、压力室顶板（15）、压力室底板（16）、计算机（17）和激光探头（18），所述压力室顶板（15）与压力室底板（16）通过螺栓（14）固定连接，所述压力室底板（16）固定安装在平面应变仪底座（9）上，所述轴向力加载控制器（6）安装在压力室底板（16），所述试样底座（13）安装轴向力加载控制器（6）的执行端上，所述轴向力加载控制器（6）通过电路连接至数据采集智能控制器（7），所述轴向力传感器（11）安装在压力室顶板（15）下部，所述试样顶帽（12）安装在轴向力传感器（11）上，所述试样顶帽（12）上开设有试样顶部进水/排水孔（3），所述试样底座（13）上开设有试样底部进水/排水孔（4），所述试样顶部进水/排水孔（3）和试样底部进水/排水孔（4）分别通过管路连接至体积/压力控制器（5），所述试样顶帽（12）与试样底座（13）之间形成试样压力室（101），所述试样压力室（101）的左右立壁设置为刚性壁（102），所述试样压力室（101）的前后立壁设置为柔性壁（103），所述刚性壁（102）内侧、试样顶帽（12）下部和试样底座（13）上部分别设置孔压传感器（1），所述柔性壁（103）的两侧设置激光探头（18），所述孔压传感器（1）、体积/压力控制器（5）、数据采集智能控制器（7）、轴向力传感器（11）和激光探头（18）分别通过电路连接至数据采集器（8）的数据输入接口，所述数据采集器（8）与电源（10）通过电路连接，所述计算机（17）通过数据线与数据采集器（8）的数据输出接口相连接。

2.根据权利要求1所述的可测多截面孔压的平面应变仪，其特征在于：所述孔压传感器（1）包括测试容量杯（31）、易溶盐测试探针（32）、pH探针（33）、化学成分智能分析系统（34）、孔隙水压力传感器（35）、孔压数据采集器（36）和数据传输线（37），所述易溶盐测试探针（32）、pH探针（33）分别设置在测试容量杯（31）内部，所述易溶盐测试探针（32）、pH探针（33）还分别通过电线连接至化学成分智能分析系统（34），所述测试容量杯（31）的开口朝向试样（2），所述化学成分智能分析系统（34）和孔隙水压力传感器（35）分别通过电路连接至孔压数据采集器（36），所述孔压数据采集器（36）通过数据传输线（37）连接至数据采集器（8）。

3.根据权利要求1所述的可测多截面孔压的平面应变仪，其特征在于：所述体积/压力控制器（5）包括进水/排水管路（51）、水箱（52）、增压机构（53）、数据采集控制器（54）、数显窗（55）、数据采集线（56）和操作面板（57），所述进水/排水管路（51）连通至水箱（52），所述水箱（52）通过管路连接至增压机构（53），所述数据采集控制器（54）的数据采集单元设置在水箱内（52），所述数据采集控制器（54）还通过电路分别连接至数显窗（55）、操作面板（57）和数据采集线（56），所述数据采集线（56）通过电路连接至数据采集器（8），所述进水/排水管路（51）连通至试样顶部进水/排水孔（3）、试样底部进水/排水孔（4）。

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