專利名稱：非飽和土三軸蠕變?cè)囼?yàn)儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及土工試驗(yàn)儀器，特別是一種非飽和土三軸蠕變?cè)囼?yàn)儀。
技術(shù)背景目前，飽和三軸蠕變儀主要由臺(tái)架子部件、杠桿加荷部件、砝碼部件、試樣壓力室部 件、孔壓測(cè)量?jī)x、圍壓和吸力控制器等組成。它主要用于對(duì)土體試樣進(jìn)行飽和三軸蠕變?cè)?驗(yàn)。由于飽和三軸蠕變?cè)囼?yàn)不需要考慮基質(zhì)吸力的影響，因此，飽和三軸蠕變儀不存在控 制基質(zhì)吸力的儀器部件，故其不能對(duì)土體的非飽和狀態(tài)流變行為進(jìn)行模擬，也不能更進(jìn)一 步建立非飽和土流變的數(shù)學(xué)模型等。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種非飽和土三軸蠕變?cè)囼?yàn)儀，可以控制基質(zhì)的吸 力，既可開(kāi)展飽和土流變?cè)囼?yàn)又可開(kāi)展非飽和土流變?cè)囼?yàn)。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是 一種非飽和土三軸蠕變?cè)囼?yàn)儀， 包括壓力室，壓力室上設(shè)有載荷框，載荷框上設(shè)有位移傳感器，外壓力室圍壓控制器與壓 力室外腔連接，內(nèi)壓力室圍壓控制器與壓力室內(nèi)腔連接，壓力室上設(shè)有注水孔，載荷框通 過(guò)傳力桿與試樣帽接觸，試樣帽上設(shè)有吸力管，試樣帽下設(shè)有透水板，壓力室下設(shè)有壓力 室排水管和沖水管，壓力室排水管和沖水管上設(shè)有陶土板。所述的透水板上層為帶孔銅板，下層為透水石。所述的壓力室排水管上設(shè)有排水閥。所述的沖水管通過(guò)三通閥與儲(chǔ)水缸和排水管連接。所述的吸力管通過(guò)水洗器與吸力控制器連接。所述的水洗器中儲(chǔ)存有凈水，其進(jìn)口與吸力管連接，進(jìn)水端在液面以下，其出口與吸 力控制器連接，出口端在液面以上。 所述的水洗器材質(zhì)為有機(jī)玻璃。 所述的陶土板下設(shè)有螺旋槽。所述的陶土板的通氣壓力值為3 15Bar。本發(fā)明提供的一種非飽和土三軸蠕變?cè)囼?yàn)儀，通過(guò)在壓力室的底座鑲嵌有一塊具有高進(jìn)氣值陶土板，陶土板屬于一種功能材料，它有很細(xì)的微孔，在實(shí)驗(yàn)前把陶土板用水進(jìn)行 飽和，當(dāng)施加氣壓力時(shí)，由于水氣在微孔處可以形成一個(gè)彎液面，水分子對(duì)氣體分子的拖 拽作用，因此，氣體與水分子相比很難通過(guò)微孔，從而達(dá)到隔氣不隔水的作用。讓土試樣 中的水可以通過(guò)而施加的氣體不能通過(guò)，從而達(dá)到既可控制基質(zhì)吸力而又可排水的目的。 當(dāng)施加的氣壓力小于通氣壓力值3 15Bar時(shí)，陶土板正常工作，氣體分子不通過(guò)陶土板， 超過(guò)臨界值就失去效用，陶土板可以過(guò)氣。
陶土板上部為套橡皮膜的試樣，試樣上部為透水板和試樣帽，透水板包含兩個(gè)部分 多孔銅板和透水石，其中透水石與土樣直接接觸，因其空隙密土顆粒不會(huì)壓入到孔隙內(nèi)， 但透水石屬于脆性材料，加壓力不均容易破碎，因此加多孔銅板可以使其受力均勻，且能 過(guò)水。
試樣帽與一套能夠控制氣壓的管路相連，從而向試樣施加和控制孔隙氣壓力，陶土板 底部分別與沖水管和排水管相連，分別起沖刷陶土板底部的氣泡和排水之用；試樣帽凹槽 與傳力桿接觸，傳力桿與荷載架上的壓力螺釘接觸，通過(guò)放置砝碼來(lái)給試樣施加軸壓，傳 力桿與壓力室之間用"O"型圈密封；位移傳感器固定在荷載架上且與壓力室頂部接觸， 從而測(cè)量試樣在蠕變階段每時(shí)刻的變形。試樣壓力室采用雙層壓力室，為雙層有機(jī)玻璃圓 筒。內(nèi)壓力室充滿無(wú)氣水從而給試樣施加圍壓，外壓力室施加等圍壓值的氣壓可以消除內(nèi) 壓力室的變形對(duì)體變值產(chǎn)生的影響。
與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是l.能夠通過(guò)施加氣壓力來(lái)控制基質(zhì)吸力， 從而可以開(kāi)展非飽和土的蠕變?cè)囼?yàn)；2.施加氣壓的管路中間安裝一個(gè)水洗器，可以有效避 免因操作不當(dāng)引起帶有泥土的水分倒流破壞吸力控制器；3.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于操作。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。 圖1是本發(fā)明中壓力室結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)示意具體實(shí)施例方式
一種非飽和土三軸蠕變?cè)囼?yàn)儀，包括壓力室9，壓力室9上設(shè)有載荷框4，載荷框4 上設(shè)有位移傳感器，外壓力室圍壓控制器13與壓力室9外腔連接，內(nèi)壓力室圍壓控制器 14與壓力室9內(nèi)腔連接，壓力室9上設(shè)有注水孔1，載荷框4通過(guò)傳力桿5與試樣帽6接 觸，試樣帽6上設(shè)有吸力管8，試樣帽6下設(shè)有透水板7，壓力室9下設(shè)有壓力室排水管3和沖水管12，壓力室排水管3和沖水管12上設(shè)有陶土板11。 所述的透水板7上層為帶孔銅板，下層為透水石。 所述的壓力室排水管3上設(shè)有排水閥20。
所述的沖水管12通過(guò)三通閥19與儲(chǔ)水缸15和排水管17連接。 所述的吸力管8通過(guò)水洗器16與吸力控制器18連接。
所述的水洗器16中儲(chǔ)存有凈水，其進(jìn)口與吸力管8連接，進(jìn)水端在液面以下，其出 口與吸力控制器18連接，出口端在液面以上。 所述的水洗器16材質(zhì)為有機(jī)玻璃。 所述的陶土板11下設(shè)有螺旋槽。 所述的陶土板11的通氣壓力值為3 15Bar。 試驗(yàn)步驟如下-
1、 制備試樣按照土工實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)制備試樣10。
2、 飽和陶土板ll:
1) 不裝試樣，陶土板ll用濕布覆蓋；
2) 沖洗陶土板11下積聚的氣泡，打開(kāi)排水閥20，將三通閥19箭頭指向"沖水"一 端，讓無(wú)氣水流過(guò)陶土板ll下的螺旋槽，沖洗30 s;
3) 關(guān)閉排水閥20，利用儲(chǔ)水缸15的水頭壓力差飽和陶土板11，直到陶土板ll冒出 連續(xù)水珠為止。
3、 裝試樣-
1) 準(zhǔn)備好試樣10;
2) 排完壓力室9中的水；
3) 取下壓力室上罩；
4) 用濕毛巾擦除陶土板11頂面余水；
5) 放好土試樣10并在試樣頂上放置透水板7;
6) 套兩層橡皮膜2，用橡皮筋扎好下端；
7) 安放試樣帽6，并使試樣帽6的孔與透水板7上層銅板上的孔對(duì)齊；
8) 用橡皮筋扎好上端；
9) 安裝壓力室上罩。
4、 利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)
51) 關(guān)閉排水閥20，打開(kāi)三通閥19，三通閥19箭頭指向"排水"，通過(guò)外壓力室圍 壓控制器13和內(nèi)壓力室圍壓控制器14對(duì)壓力室9施加5 kPa的室壓力(o"3)，待試樣變形 和排水穩(wěn)定后記錄相應(yīng)的數(shù)值，并以它們?yōu)樽冃魏团潘牧泓c(diǎn)；
2) 同時(shí)分步施加等量室壓和孔隙氣壓到頂點(diǎn)的吸力值，使二者差值始終保持5 kPa， 直到變形和排水量穩(wěn)定，穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)是體變連續(xù)2h不超過(guò)0. 01 cm3，排水連續(xù)2 h不超 過(guò)O. 01 ci^且歷時(shí)不少于48 h;
3) 施加第一級(jí)凈圍壓力，使^-C/。-預(yù)定值，直到變形和排水量穩(wěn)定，穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)同
上；
4) 施加下級(jí)凈圍壓力，使^-￡/。=預(yù)定值，直到變形和排水量穩(wěn)定，穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)同上；
5) 在試驗(yàn)過(guò)程中每隔6 8h，對(duì)陶土板ll底面沖洗一次，沖洗方法如下首先打開(kāi) 排水閥20;然后，將三通閥19箭頭指向"沖水"一端，讓無(wú)氣水流過(guò)陶土板ll下的螺旋 槽，沖洗30 s，直到排水閥門2有連續(xù)不斷的水流出確定無(wú)氣泡時(shí)為止，先關(guān)閉排水閥 20，再關(guān)閉三通閥19;
6) 剪切階段時(shí)，先將載荷框4上的杠桿調(diào)校平衡，將杠桿頭部抬至最上端后，將壓 力螺釘對(duì)準(zhǔn)傳力桿5中心，擰定螺釘，直至確定試樣帽6與傳力桿5接觸；
7) 剪切時(shí)，先選好第一級(jí)應(yīng)加砝碼的個(gè)數(shù)，加上砝碼至載荷框4后直至排水和體變 穩(wěn)定，穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)是體變連續(xù)2 h不超過(guò)O.Ol cm3，排水連續(xù)2 h不超過(guò)O.Ol 0113且歷時(shí) 不少于48 h。再加第二級(jí)砝碼至穩(wěn)定，如此類推，至(^-A)口^曲線出現(xiàn)峰值，或軸向 應(yīng)變^達(dá)到15%為止，剪切過(guò)程中每隔8h沖洗陶土板ll底部空氣一次，沖洗方法同上；
8) 結(jié)束試驗(yàn)后，存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，拆除試樣，測(cè)量上中下三部分含水量，用無(wú)氣水清洗陶 土板11表面，再次飽和陶土板ll，供下次試驗(yàn)使用。
權(quán)利要求
1、一種非飽和土三軸蠕變?cè)囼?yàn)儀，包括壓力室(9)，壓力室(9)上設(shè)有載荷框(4)，載荷框(4)上設(shè)有位移傳感器，外壓力室圍壓控制器(13)與壓力室(9)外腔連接，內(nèi)壓力室圍壓控制器(14)與壓力室(9)內(nèi)腔連接，壓力室(9)上設(shè)有注水孔(1)，載荷框(4)通過(guò)傳力桿(5)與試樣帽(6)接觸，其特征在于試樣帽(6)上設(shè)有吸力管(8)，試樣帽(6)下設(shè)有透水板(7)，壓力室(9)下設(shè)有壓力室排水管(3)和沖水管(12)，壓力室排水管(3)和沖水管(12)上設(shè)有陶土板(11)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種非飽和土三軸蠕變?cè)囼?yàn)儀，其特征在于所述的透 水板(7)上層為帶孔銅板，下層為透水石。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種非飽和土三軸蠕變?cè)囼?yàn)儀，其特征在于所述的壓 力室排水管(3)上設(shè)有排水閥(20)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種非飽和土三軸蠕變?cè)囼?yàn)儀，其特征在于所述的沖 水管(12)通過(guò)三通閥(19)與儲(chǔ)水缸(15)和排水管(17)連接。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種非飽和土三軸蠕變?cè)囼?yàn)儀，其特征在于所述的吸 力管(8)通過(guò)水洗器(16)與吸力控制器(18)連接。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種非飽和土三軸蠕變?cè)囼?yàn)儀，其特征在于所述的水 洗器(16)中儲(chǔ)存有凈水，其進(jìn)口與吸力管(8)連接，進(jìn)水端在液面以下，其出口與 吸力控制器(18)連接，出口端在液面以上。
7、 根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的一種非飽和土三軸蠕變?cè)囼?yàn)儀，其特征在于所述 的水洗器(16)材質(zhì)為有機(jī)玻璃。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種非飽和土三軸蠕變?cè)囼?yàn)儀，其特征在于所述的陶 土板(11)下設(shè)有螺旋槽。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1或8所述的一種非飽和土三軸蠕變?cè)囼?yàn)儀，其特征在于所述的陶土板(11)的通氣壓力值為3 15Bar。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種非飽和土三軸蠕變?cè)囼?yàn)儀，涉及土工試驗(yàn)儀器，通過(guò)在壓力室的底座鑲嵌有一塊具有高進(jìn)氣值陶土板，讓土試樣中的水可以通過(guò)而施加的氣體不能通過(guò)，從而達(dá)到既可控制基質(zhì)吸力而又可排水的目的。陶土板上部為套橡皮膜的試樣，試樣上部為透水板和試樣帽，試樣帽與一套能夠控制氣壓的管路相連，從而向試樣施加和控制孔隙氣壓力，陶土板底部分別與沖水管和排水管相連，分別起沖刷陶土板底部的氣泡和排水之用。試樣壓力室采用雙層壓力室，為雙層有機(jī)玻璃圓筒。內(nèi)壓力室充滿無(wú)氣水從而給試樣施加圍壓，外壓力室施加等圍壓值的氣壓可以消除內(nèi)壓力室的變形對(duì)體變值產(chǎn)生的影響。
文檔編號(hào)G01N3/12GK101592574SQ20091006290
公開(kāi)日2009年12月2日 申請(qǐng)日期2009年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月30日
發(fā)明者張業(yè)明, 王世梅, 談云志, 勇 陳 申請(qǐng)人:三峽大學(xué);王世梅