CN216051154U - 一种三轴仪 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种三轴仪，其包括框架机构、压力室、试样结构、轴压装置和围压装置，所述框架机构包括加压组件和连接组件，所述连接组件包括横架、底座、螺纹支杆和固定管，所述螺纹支杆固定连接于横架两端，固定管固定连接于底座的两端，螺纹支杆连接于固定管内，所述压力室连接于底座，试样结构放置于压力室内，轴压装置连接于横架，所述加压组件对轴压装置提供轴向动力，轴压装置可对试样结构施加轴向压力，所述围压装置与底座可拆卸连接，围压装置用于对试样结构施加的围压。本申请具有简化三轴仪的体积，以便于携带至工作现场进行工程勘察的效果。

Description

一种三轴仪

技术领域

本申请涉及工程勘察仪器领域，尤其是涉及一种三轴仪。

背景技术

土是一种分布广泛、成本低廉的建筑材料，广泛应用于土木工程中，土的缝隙中含有空气和水，不同的土中的含空气量和含水量都不同，而土的含空气量和含水量的不同对土的力学性能的影响也不同，为满足工程建设的规划、设计、施工、运营及综合治理等的需要，对地形、地质等状况进行勘探测试，并提供相应成果和资料需要进行工程勘察，岩土工程中的勘测也属工程勘察范畴，而前期勘察，可以对场地的建设做出详细论证，保证工程的合理进行，促使工程取得最佳的经济、社会与环境效益，所以进行对施工用土的工程勘察十分重要。

三轴仪是一种真实模拟主应力状态的工程勘察仪器，三轴仪能够测量不同含空气量和不同含水量土的力学性能，但是现有的三轴仪由于操作复杂，导致三轴仪的设备较多且体积较大，一般均放置于实验室内，要对土进行测验，需要将试样土带回实验室内，但是试样土在运输过程中试样土内的空气含量和水含量都会有所变化，对试样土的试验结果会有所影响。

针对上述中的相关技术，发明人认为现有的三轴仪体积太大不便于携带。

实用新型内容

为了使三轴仪便于携带，本申请提供一种三轴仪。

本申请提供的一种三轴仪采用如下的技术方案：

一种三轴仪，包括框架机构、压力室、试样结构、轴压装置和围压装置，所述框架机构包括加压组件和连接组件，所述连接组件包括横架、底座、螺纹支杆和固定管，所述螺纹支杆固定连接于横架两端，固定管固定连接于底座的两端，螺纹支杆连接于固定管内，所述压力室连接于底座，试样结构放置于压力室内，轴压装置连接于横架，所述加压组件通过螺纹支杆使横架沿螺纹支杆轴向方向移动，横架通过轴压装置对试样结构施加轴向压力，所述围压装置与底座可拆卸连接，围压装置用于对试样结构施加的围压。

通过采用上述技术方案，用于测试的试样结构、用于密封试样的压力室和用于施加轴向压力的轴压装置均设置于框架机构内，外带三轴仪仅需把框架机构和围压装置带出即可，三轴仪所需要的设备被统一规划使三轴仪便于携带。

可选的，所述加压组件包括螺纹空心管和电动轴，所述螺纹空心管设置于固定管内且转动连接于底座，螺纹支杆与螺纹空心管螺纹连接，螺纹空心管伸入底座中的一端固定连接有小齿轮，所述电动轴转动连接于底座底部，电动轴固定连接有与小齿轮啮合的大齿轮。

通过采用上述技术方案，螺纹支杆可通过电动轴转动大齿轮而带动小齿轮旋转，螺纹支杆可沿固定管高度方向伸缩。

可选的，所述压力室包括压力室顶盖、压力室底盘和压力室玻璃壁，所述压力室顶盖开设有注水孔，所述压力室顶盖和压力室底盘之间相互平行且分别固定连接于压力室玻璃壁上下端部，所述底座固定有位于压力室底盘下方的底盘，所述底盘转动连接有连接螺杆，所述压力室底盘开设有连接槽，所述连接螺杆可卡于连接槽内，连接螺杆螺纹连接有抵紧于压力室底盘上端面的连接螺母。

通过采用上述技术方案，压力室玻璃壁可观察压力室内情况，注水孔可向压力室内注水，连接螺杆能将压力室底盘和底盘固定连接。

可选的，所述试样结构包括柱体试样土、透水石、橡胶套和试样帽，所述透水石包括上透水石和下透水石，上透水石放置于柱体试样土的上端部，下透水石放置于柱体试样土的下端部，所述试样帽放置于上透水石顶部，试样帽开设有与围压装置相连通的反压孔，所述底盘中心位置固定有置物块，下透水石放置于置物块顶部，橡胶套包裹于试样帽、上透水石、柱体试样土、下透水石和置物块的外表面，橡胶套底部绑有橡胶皮筋。

通过采用上述技术方案，柱体试样土、试样帽、置物块、上透水石和下透水石均被橡胶套包裹固定使试样结构在受到轴压时不会散开，橡胶皮筋将橡胶套底部密封。

可选的，所述轴压装置包括轴压杆和测力环，所述测力环的顶部螺纹连接于横架，测力环的底部抵于轴压杆的顶部，轴压杆的底部贯穿连接于压力室顶盖且伸入压力室内抵于试样帽顶部，所述压力室顶盖连接有挡板，测力环的环内连接有载荷百分表，测力环的底部连接有位移百分表，所述位移百分表的探针抵于抵板。

通过采用上述技术方案，通过测力环和轴压杆可对试样结构施加轴压，载荷百分表可用于测量载荷的大小，位移百分表可测量试样的形变位移量。

可选的，所述固定管固定连接有量管，置物块开设有连通压力室和外界的孔压排水孔，所述量管和孔压排水孔连接有孔压排水管。

通过采用上述技术方案，通过量管可观察压力室内的孔压变化。

可选的，所述围压装置包括压力箱和活塞加压机，所述活塞加压机设置于压力箱内，所述底盘开设有连通压力室和外界的反压排水孔，反压孔与反压排水孔之间连接有反压管，活塞加压机和反压排水孔之间连接有反压排水管，所述底盘开设有连通压力室和外界的围压排水孔，活塞加压机和围压排水孔连接有围压排水管。

通过采用上述技术方案，活塞加压机通过反压排水管可使试样土饱和，活塞加压机通过围压排水管可对试样土施加围压。

可选的，所述围压装置还包括蓄电池，所述压力箱表面设置有控制电动轴启闭的轴压开关和控制活塞加压机启闭的围压开关，蓄电池分别向活塞加压机和电动轴输出电流。

通过采用上述技术方案，蓄电池可向活塞加压机和电动轴提供电力，轴压开关可控制电动轴启闭，围压开关可控制伺服电机的启闭。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

三轴仪整体设备简化、体积缩小，可方便外出携带；

轴压杆由电力驱动，相比于人力驱动更方便；

压力箱内带有蓄电池，可使三轴仪正常使用。

附图说明

图1是本实施例一种三轴仪的正视图。

图2是本实施例一种三轴仪的框架机构的结构图。

图3是本实施例一种三轴仪的压力室的结构图。

图4是本实施例一种三轴仪的试样结构的结构图。

图5是本实施例一种三轴仪的轴压装置的结构图。

图6是本实施例一种三轴仪的围压装置对样品工作的结构图。

图7是本实施例一种三轴仪的围压装置施加围压的结构图。

附图标记说明：

1、框架机构；11、横架；12、底座；121、底盘；122、连接螺杆；123、连接螺母；124、置物块；125、反压排水孔；126、围压排水孔；13、螺纹支杆；14、固定管；15、螺纹空心管；151、小齿轮；16、齿轮槽；17、大齿轮；171、电动轴；2、压力室；21、压力室顶盖；211、注水孔；22、压力室底盘；221、连接槽；23、压力室玻璃壁；24、连接杆；25、抵板；26、连接柱；261、密封环；3、试样结构；31、柱体试样土；32、透水石；321、上透水石；322、下透水石；33、橡胶套；331、橡胶皮筋；34、试样帽；341、反压孔；342、反压管；4、轴压装置；41、测力环；42、轴压杆；43、载荷百分表；44、位移百分表；5、围压装置；51、压力箱；511、气管；52、活塞加压机；521、反压排水管；522、围压排水管；53、伺服电机；54、孔隙水压传感器；55、蓄电池；551、轴压开关；552、围压开关；6、量管；61、孔压排水孔；62、孔压排水管。

具体实施方式

以下结合附图1-7对本申请作进一步详细说明。

本申请实施例公开一种三轴仪。参照图1，一种三轴仪包括框架机构1、压力室2、试样结构3、轴压装置4和围压装置5，压力室2连接于框架机构1，试样结构3密闭放置于压力室2内，轴压装置4用于对试样结构3施加轴向应力，围压装置5用于对试样结构3施加围压。

参照图2，框架机构1包括横架11、底座12、两根螺纹支杆13和两根固定管14，两根螺纹支杆13分别固定于横架11的两端，两根固定管14分别固定于底座12的两端，底座12内开设有齿轮槽16，固定管14内均设置有螺纹空心管15，螺纹空心管15可转动于固定管14内且伸入齿轮槽16内，螺纹支杆13外壁与螺纹空心管15内壁螺纹连接，螺纹空心管15伸入齿轮槽16内的一端固定连接有小齿轮151且小齿轮151转动连接于齿轮槽16的底部，齿轮槽16内设置有同时与两个小齿轮151啮合的大齿轮17，大齿轮17同轴固定连接有电动轴171，电动轴171转动连接于齿轮槽16底部。

参照图3，压力室2包括压力室顶盖21、压力室底盘22和压力室玻璃壁23，压力室玻璃壁23呈空心圆柱状，压力室玻璃壁23两端分别固定于压力室顶盖21和压力室底盘22，压力室顶盖21呈圆盘状，压力室底盘22呈圆环状，压力室顶盖21和压力室底盘22之间连接有若干个连接杆24，连接杆24沿压力室底盘22周向方向上等距排列。压力室顶盖21连接有抵板25，压力室顶盖21表面的中心位置固定有连接柱26，连接柱26呈空心圆柱状，连接柱26的开口贯穿连接柱26和压力室顶盖21，连接柱26内嵌有密封环261，压力室顶盖21开设有连通压力室2内部与外界的注水孔211。压力室底盘22沿周向方向开设有三个连接槽221，底座12中心位置固定有底盘121，底盘121呈圆形且面积和压力室底盘22相同，底盘121沿其周向方向转动连接有三个连接螺杆122，连接螺杆122可转入连接槽221内，连接螺杆122的一端螺纹连接有连接螺母123，连接螺母123可抵紧于底盘121的上端面。

参照图4，试样结构3包括柱体试样土31、透水石32、橡胶套33和试样帽34，透水石32包括上透水石321和下透水石322，底盘121中心位置固定有置物块124，下透水石322放置于置物块124表面，柱体试样土31放置于下透水石表面322，上透水石321放置于柱体试样土31的顶部，试样帽34放置于上透水石321表面，橡胶套33呈空心圆柱状，橡胶套33通过成膜筒将试样帽34、上透水石321、柱体试样土31、下透水石322和置物块124均包裹住，橡胶套33底部和置物块124之间绑有橡胶皮筋331，橡胶皮筋331使橡胶套33和置物块124之间密封。

参照图5，轴压装置4包括测力环41和轴压杆42，测力环41顶部螺纹连接于横架11，测力环41底部有一凸起，轴压杆42顶部有一凹槽，测力环41的凸起刚好抵于轴压杆42的凹槽内，轴压杆42穿过连接柱26的开口伸入压力室2内，轴压杆42伸入压力室2的一端有一凸起，试样帽34有一凹槽，轴压杆42的凸起刚好抵于试样帽34的凹槽内，测力环41内部连接有载荷百分表43，测力环41外部连接有位移百分表44，位移百分表44的探针抵于抵板25。

参照图6，置物块124底部开设有连通压力室2和外界的孔压排水孔61，固定管14固定有量管6，量管6和孔压排水孔61连接有孔压排水管62，通过量管6可观察压力室2内孔压。

参照图6，围压装置5包括压力箱51、活塞加压机52、伺服电机53、孔隙水压传感器54和蓄电池55，活塞加压机52、伺服电机53、孔隙水压传感器54和蓄电池55均设置于压力箱51内。压力箱51靠近框架机构1的一侧连接有贯穿压力箱51侧壁的气管511，气管511与活塞加压机52连通，孔隙水压传感器54设置于活塞加压机52和气管511之间且能对气管511内的气压进行检测，活塞加压机52设置于伺服电机53和孔隙水压传感器54之间，伺服电机53给活塞加压机52提供动力，压力箱51表面设置有轴压开关551和围压开关552，蓄电池55的正极分别向伺服电机53和电动轴171输出电流，流向伺服电机53的电流经过活塞加压机52、孔隙传感器54和围压开关552流回蓄电池55负极形程电流回路，流向电动轴171的电流经过轴压开关551流回蓄电池负55极形程电流回路。

参照图6，试样帽34开设有贯穿其厚度方向的反压孔341，底盘121开设有连通压力室2和外界的反压排水孔125，反压孔341与反压排水孔125之间连接有反压管342，活塞加压机52和反压排水孔125之间连接有反压排水管521，反压排水管521通过气管511与活塞加压机52连通，活塞加压机52通过反压排水管521能对柱体试样土31进行抽气从而使柱体试样土31饱和。

参照图7，底盘121开设有连通压力室2和外界的围压排水孔126，活塞加压机52和围压排水孔126连接有围压排水管522，围压排水管522通过气管511与活塞加压机52连通。孔隙水压传感器54通过围压排水管522能测量压力室2内的围压的大小，孔隙水压传感器54测得围压的大小后会发送信号给伺服电机53的控制器，伺服电机53根据信号通过控制器对活塞加压机52的输出功率做出调整来稳定压力室2内的围压。

本申请实施例一种三轴仪的实施原理为：将连接螺母123拧开，将连接螺杆122从连接槽中221转出，然后将压力室2取出，利用成膜筒使橡胶套33将上透水石321、柱体试样土31和下透水石322包裹，再将成膜筒放置于置物块124上，将试样帽34放置于上透水石321上，用橡胶套33再将试样帽34和置物块124包裹住，用橡胶皮筋331将橡胶套33和置物块124之间紧绑密封，将装有轴压杆42的压力室2放回底盘121上，使压力室2将试样结构3罩住，将连接好载荷百分表43和位移百分表44的测力环41螺纹连接于横架11，将载荷百分表43和位移百分表44的表盘均转为零，测力环41底部的凸起和轴压杆42顶部的凹槽对准，轴压杆42底部的凸起和试样帽34顶部的凹槽对准，将连接螺杆122转进连接槽221内，将连接螺母123拧紧。先用反压排水管521将反压排水孔125和活塞加压机52连通，启动围压开关552使活塞加压机52对试样抽气至试样饱和后关闭围压开关552，将反压排水管521拔出，将反压排水孔125用盖子盖紧。将量管6和孔压排水孔61用孔压排水管62连通，然后向注水孔211内加水至压力室2内水满，将注水孔211用盖子盖紧，然后用围压排水管522将活塞加压机52和围压排水孔126连通，启动围压开关552活塞加压机52向压力室2内施加围压，同时启动轴压开关551，电动轴171转动使螺纹支杆13向压力室2移动，轴压杆42会向试样结构3施加轴向压力。柱体试样土31内的水会从下透水石322流向反压排水孔61，然后通过反压排水管62进入量管6内，此时观察量管6可判断压力室2内孔压，孔隙水压传感器54通过围压排水管522能测量压力室2内的围压的大小，孔隙水压传感器54测得围压的大小后会发送信号给伺服电机53的控制器，伺服电机53根据信号通过控制器对活塞加压机52的输出功率做出调整来稳定压力室2内的围压，载荷百分表43上显示对试样结构3施加的轴向载荷，位移百分表44显示轴压杆42的竖直位移量，也是柱体试样土31竖直方向的形变量。试验结束后，关闭轴压开关551和围压开关552，将围压排水管522和孔压排水管62拔出后压力室2内的水会流出，水全部流出后，拧开连接螺母123，将连接螺杆122从连接槽221中转出，然后将压力室2取出，最后将形变过后的柱体试样土31取出，结合以上的数据即可对柱体试样土31进行分析。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种三轴仪，包括框架机构（1）、压力室（2）、试样结构（3）、轴压装置（4）和围压装置（5），其特征在于：所述框架机构（1）包括加压组件和连接组件，所述连接组件包括横架（11）、底座（12）、螺纹支杆（13）和固定管（14），所述螺纹支杆（13）固定连接于横架（11）两端，固定管（14）固定连接于底座（12）的两端，螺纹支杆（13）连接于固定管（14）内，所述压力室（2）连接于底座（12），试样结构（3）放置于压力室（2）内，轴压装置（4）连接于横架（11），所述加压组件通过螺纹支杆（13）使横架（11）沿螺纹支杆（13）轴向方向移动，横架（11）通过轴压装置（4）对试样结构（3）施加轴向压力，所述围压装置（5）与底座（12）可拆卸连接，围压装置（5）用于对试样结构（3）施加围压。

2.根据权利要求1所述的一种三轴仪，其特征在于：所述加压组件包括螺纹空心管（15）和电动轴（171），所述螺纹空心管（15）设置于固定管（14）内且转动连接于底座（12），螺纹支杆（13）与螺纹空心管（15）螺纹连接，螺纹空心管（15）伸入底座（12）中的一端固定连接有小齿轮（151），所述电动轴（171）转动连接于底座（12）底部，电动轴（171）固定连接有与小齿轮（151）啮合的大齿轮（17）。

3.根据权利要求2所述的一种三轴仪，其特征在于：所述压力室（2）包括压力室顶盖（21）、压力室底盘（22）和压力室玻璃壁（23），所述压力室顶盖（21）开设有注水孔（211），所述压力室顶盖（21）和压力室底盘（22）之间相互平行且分别固定连接于压力室玻璃壁（23）上下端部，所述底座（12）固定有位于压力室底盘（22）下方的底盘（121），所述底盘（121）转动连接有连接螺杆（122），所述压力室底盘（22）开设有连接槽（221），所述连接螺杆（122）可卡于连接槽（221）内，连接螺杆（122）螺纹连接有抵紧与压力室底盘（22）上端面的连接螺母（123）。

4.根据权利要求3所述的一种三轴仪，其特征在于：所述试样结构（3）包括柱体试样土（31）、透水石（32）、橡胶套（33）和试样帽（34），所述透水石（32）包括上透水石（321）和下透水石（322），上透水石（321）放置于柱体试样土（31）的上端部，下透水石（322）放置于柱体试样土（31）的下端部，所述试样帽（34）放置于上透水石（321）顶部，试样帽（34）开设有与围压装置（5）相连通的反压孔（341），所述底盘（121）中心位置固定有置物块（124），下透水石（322）放置于置物块（124）顶部，橡胶套（33）包裹于试样帽（34）、上透水石（321）、柱体试样土（31）、下透水石（322）和置物块（124）的外表面，橡胶套（33）底部绑有橡胶皮筋（331）。

5.根据权利要求4所述的一种三轴仪，其特征在于：所述轴压装置（4）包括轴压杆（42）和测力环（41），所述测力环（41）的顶部螺纹连接于横架（11），测力环（41）的底部抵于轴压杆（42）的顶部，轴压杆（42）的底部贯穿连接于压力室顶盖（21）且伸入压力室（2）内抵于试样帽（34）顶部，所述压力室顶盖（21）连接有抵板（25），测力环（41）的环内连接有载荷百分表（43），测力环（41）的底部连接有位移百分表（44），所述位移百分表（44）的探针抵于抵板（25）。

6.根据权利要求2所述的一种三轴仪，其特征在于：所述固定管（14）固定连接有量管（6），置物块（124）开设有连通压力室（2）和外界的孔压排水孔（61），所述量管（6）和孔压排水孔（61）连接有孔压排水管（62）。

7.根据权利要求5所述的一种三轴仪，其特征在于：所述围压装置（5）包括压力箱（51）和活塞加压机（52），所述活塞加压机（52）设置于压力箱（51）内，所述底盘（121）开设有连通压力室（2）和外界的反压排水孔（125），反压孔（341）与反压排水孔（125）之间连接有反压管（342），活塞加压机（52）和反压排水孔（125）之间连接有反压排水管（521），所述底盘（121）开设有连通压力室（2）和外界的围压排水孔（126），活塞加压机（52）和围压排水孔（126）连接有围压排水管（522）。

8.根据权利要求7所述的一种三轴仪，其特征在于：所述围压装置（5）还包括蓄电池（55），所述压力箱（51）表面设置有控制电动轴（171）启闭的轴压开关（551）和控制活塞加压机（52）启闭的围压开关（552），蓄电池（55）分别向活塞加压机（52）和电动轴（171）输出电流。

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