一种土工三轴压缩实验教学系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及到一种H轴压缩试验仪器，特别是涉及到一种±工立轴压缩实验教学 系统。
【背景技术】
[0002] ±工立轴压缩仪是一种用于测定±的抗剪强度指标的±工试验设备。在岩±工程 学术研究领域，±工立轴压缩仪正在向液压伺服、全自动控制、真H轴、非饱和H轴等高精、 自动控制的方向发展。然而，在我国的各类高等学校的±工教学实验室和绝大多数±木类 勘察、设计与施工单位的±工试验室中，目前依然主要使用的是常规的应变控制式H轴仪 或者微机控制的应变控制式H轴压缩仪。
[0003] 应变控制式H轴仪中一块控制板上具有周围压力加载系统、反压加载系统、孔隙 水压力测试系统各种管线，在轴向压力采用液压控制时则还有轴向位移控制及测试系统， 该使得±工立轴压缩仪仪器管线十分复杂，在实验教学中，学生很难在在课堂短时间的教 学和实验过程中掌握H轴压缩实验的原理，也由于H轴压缩仪仪器的复杂性，许多在施工 单位的±工试验室工作的±工试验员也不懂±工立轴压缩仪的操作方法，甚至有些具有较 高要求的实验室，虽配备有H轴压缩仪，却无熟悉开展相关试验的±工试验人员，阻碍了H 轴压缩仪在基层工程单位的应用。为此，市场也出现了仅能做UU试验(不固结不排水试验） 的轻便简化H轴仪，但由于该类仪器均为应变控制式H轴压缩仪，且依然依靠空压机施加 周围压力，同样会造成操作、维修的难度，限制了该类简化仪器的应用。
[0004] 目前，我国设有±木专业的高等学校按教学大纲要求都必须开设配合±力学课程 教学的用于测定±的抗剪强度指标的直接剪切实验项目。H轴压缩实验比直接剪切实验能 更好的控制试样的排水条件及试样受力情况与工程实际更接近，因此，测得的抗剪强度指 标也更接近实际。更为重要的是，通过H轴压缩实验的教学比起直接剪切实验的教学，学生 将大大加深对±力学的认识和理解。但由于现有市场中的H轴仪仪器的管线复杂，且用现 有H轴仪学生很难在两个实验教学课时内完成实验任务，加之H轴仪价格昂贵，学校往往 受教学经费限制，无法配备足够的仪器数量，该使得我国高校开设的±工实验教学项目中， H轴压缩实验在本科阶段只作为观摩演示性的实验，只有岩±类学生在研究生阶段的教学 才能开设H轴压缩实验项目。因此，开发出一种廉价的适于高等学校的±工教学实验室教 学需要的H轴压缩实验教学系统，将为促进高校±工实验教学提供更好的设备基础，也是 我国高校±工实验教学人员急需解决的问题。
【发明内容】
[0005] 本发明所要解决的技术问题是通过对现有±工立轴压缩仪加载系统的改进和简 化，开发出一种原理直观、操作简易、性能稳定、易于维修、造价低廉、易于集约化安装、适于 ±工试验教学的应力控制式±工立轴压缩仪。
[0006] 本发明取消了H轴压缩仪的面板，采用简化H轴压缩仪部分（1)。所述简化H轴 压缩仪部分（2)是由置入H轴仪底座（16)上的周围压力室（17)和安装在固定于底座（16) 上部的H轴仪支架（18 )上的轴向压力室（19 )、活塞（20 )、传力杆（21)及相应的轴向位移测 试百分表（22)、轴向压力测试表（23)、周围压力测试表（24)、轴向压力接口（10)、周围压力 接口（38)、孔隙水量管接口（31)、孔隙水压力传感器（37)等组成的。简化H轴压缩仪不考 虑反压饱和，并取消了H轴压缩仪的面板，采用应力控制式压缩方式，让轴向压力从支架上 方加载（10)，周围压力从围压室下方侧面加载（38)，孔隙水压力测量从支架下部中也引出 (31)，做到H种测试管线互相分开，并且直接分别与独立的轴向压力、周围压力加载系统相 接，该使得H轴压缩仪的原理变得十分直观，仪器构造也更为简单，便于集约化安装，也便 于教师讲解、初学者操作和对实验原理的理解； 本发明采用的轴向压力加载系统中的每个加载系统（2)均分别由单个手动息挂升降装 置和单个水银柱压力系统组成，所述单个手动息挂升降装置均是由定子（15)、转盘（4)、定 滑轮（6)、有机玻璃容器（7)和细钢丝绳（5)等构成的；所述单个水银柱压力系统均是由挂 在挂绳（9)上的装有水银（8 )的有机玻璃容器（7)、充满水银（8 )的塑料水管（12)、活塞 (14)、充满水（11)的塑料水管和轴向压力接口（10)等构成的。该实际是借助连通器的原理 通过水银柱高度的增加产生的压强施加到周围压力加载系统中的水中并最后传递到±样 的四周，该一加载系统简单、原理直观、便于集约化安装、维护和使用，也便于教师讲解、初 学者学习操作及理解； 本发明采用四个单级周围压力加载系统，每级加载系统（3)除水柱高度（41)应根据周 围压力大小来设定外，均是由装有水（39)的水箱（40)、下水管（42)、水平水管及装在其上 的8个周围压力接口（43)组成。由于H轴压缩实验教学系统可安装在实验教学楼的底层， 四个单级周围压力加载系统中的水箱（40)可息挂固定在实验教学楼的4个不同高度，每个 水箱（40)可为底层实验室的8台简化H轴压缩仪（1)提供一级周围压力。四级周围压力加 载系统外置，为在同一实验室内集约安装所述的32台简化H轴压缩仪（1)和所述的32个轴 向压力加载系统（2)提供了空间条件，同时，由水柱底部的压强为H轴压力室内水中的±试 样提供周围压力强度，也具有原理直观、操作简易、性能稳定、易于维修、造价低廉的优势。
[0007] 由本发明提供的一种轴压缩实验教学系统，采用水柱压力作为周围压力的 加载系统，采用息挂装置改变水银柱高度和连通器原理来实现轴向压力的加载，并采用简 化H轴压缩仪（1)，使得所述的一种±工立轴压缩实验教学系统具有原理直观、操作简便、 性能稳定、易于维修、成本低廉、易于集约化安装等优势。特别是本发明提供的一种±工立 轴压缩实验教学系统，由于可将周围压力的加载系统外置，可在同一实验室内集约安装所 述的32台简化H轴压缩仪（1)和所述的32个轴向压力加载系统（2)，该就可实现在同一实 验室内一个班的学生(通常为32人)每人使用一台H轴压缩仪同时进行H轴压缩实验教学， 该将为实验教学和实验室管理带来了极大的便利；此外，通过4人一组做同一±样的四个 试件、每人只用一个试件去做四级周围压力中某一级周围压力下的H轴压缩实验的实验分 组安排，采用本发明提供的一种±工立轴压缩实验教学系统还可实现一个班的学生(通常 为32人)每人使用一台H轴压缩仪并同在一个实验室于两个教学课时内完成H轴压缩实验 教学的目的。因此，本发明提供的一种±工立轴压缩实验教学系统尤其适用于高等学校实 验教学中的±工实验教学，并为促进H轴压缩实验教学项目在±木类本科学生的实验教学 中的实施提供了基础。
【附图说明】
[0008] 图1是一种±工立轴压缩实验教学系统的大样图。
[0009] 下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步说明。
[0010] 参见图1，按如下步骤进行试验。
[0011] 试样制备与饱和 试样的制备与饱和参考中华人民共和国水利部行业标准±工试验规程中的H轴压缩 试验（SL237-017-1999)的4. 1节和4. 2节的规定进行。
[001引试样安装和固结 (1) 对于不固结不排水试验（UU试验） 1) 试样安装与周围压力室注水参见中华人民共和国水利部行业标准±工试验规程中 的H轴压缩试验（SL237-017-1999)的4. 3. 1节的1~4条的规定进行； 2) 周围压力加载 将四级周围压力中的某级周围压力加载系统（3)中的一个周围压力接口（43)与简化H轴仪底座上的接口（38)连接；打开周围压力止水阀（29)，至周围压力测试表（24)显示稳 定的周围压力值； 3 )打开轴向压力止水阀（26 )，将水注入轴向压力室，并通过水压将活塞移动至传力杆 (21)与试样帽（32)接触，将轴向压力室中水（25)的水位调至轴向压力测试表（23)高度， 至观察到轴向压力测试表（23)在