粗粒土静态三轴试验机上的整体式防渗漏大接头的制作方法
【专利摘要】粗粒土静态三轴试验机上的整体式防渗漏大接头，该大接头连接在粗粒土静态三轴试验机下透水石与钢丝橡胶管之间，其特征在于，所述的大接头采用整体式防渗漏大接头，该整体式防渗漏大接头中的“异型螺栓”与“插头”为一个整体结构。优化方案用Ｏ型圈替代现有技术的扁平垫圈。本实用新型把粗粒土静态三轴试验机大接头处可能产生泄漏的结构减少了50%，也就是把该连接处漏水的机率降低了50%。能确保试样实验过程围压缸中的高压力水（最大水压力为4MPa，相当于400米深处水压力）不会从大接头、小接头的接头处渗入到试样中，同时确保被挤出的水经过接头和橡胶管组成的管路，最终毫无渗漏的排到体变管中，从而精确的量测体积的压缩量。
【专利说明】粗粒土静态三轴试验机上的整体式防渗漏大接头
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及粗粒土静态三轴试验机(全称为:微机控制电液伺服1500KN静态三轴试验机)上的一种整体式防渗漏大接头。
【背景技术】
[0002]粗粒土大三轴仪具有垂直激振负荷，能对由土，砂，砾石按规定组成的圆柱试样，通过三轴压力室进行静态试验，研宄其静力和动力力学性质。
[0003]例如，申请号为201410283572.5的中国发明专利申请，公开了一种粗粒土真三轴试验机，包括，侧向加载装置、侧向力感应装置、控制器，侧向加载装置的加载端为柔性加载端，控制器的输入端与所述侧向力感应装置连接，输出端与侧向加载装置连接，根据初始测力值及二次测力值获取待测量粗粒土样本的侧向力。申请号为201410187337.6的中国发明专利申请公开了一种高压伺服动真三轴试验机，主机由互相独立的三套加卸载系统组成，其中包括两套垂直加卸载系统和一套水平加卸载系统，均为高刚度加卸载框架。
[0004]图1是现有技术中大三轴仪结构的立面示意图。体变是粗粒土大三轴试验过程中量测的两个最重要指标之一(另一个指标是轴力)，指物体受力后体积发生的改变量除于试样原体积，反映了试验过程中试样体积与原体积相比，变化了百分之多少。固结排水试验中试样包在乳胶膜内，上、下两端用橡皮筋或钢箍扎紧在上钢盖帽和下钢盖帽的凹槽内。试验前试样孔隙充满水，试验中试样孔隙被压缩了多少毫升，就有多少毫升的水被挤出。如图1所示，挤出的水沿上钢盖帽顶的圆孔14、大接头18，进入一根橡胶管17，小接头16，下底座上圆孔13，再通过底座13上的阀门上的另一根橡胶管，经上孔压阀21，分配阀22，进入带有浮球式传感器的钢制反压罐中。反压罐内浮球式传感器的位置值，被转换为电子信号，由电脑的试验控制软件自动计算并显示在屏幕上，记录在硬盘文件中。上盖帽上圆孔与底座上圆孔之间通过了 4处螺栓相连接，加上橡胶管，组成围压缸内的管路系统。
[0005]上述技术方案中，涉及到大、小两个接头。其中，图2为现有技术粗粒土大三轴仪中与圆柱型钢底座13相连的大接头，由扁平垫圈1、连接圆柱型钢底座13内的排水孔的螺栓2、带活动螺帽的插头3，与空心钢套管组成。图3为现有技术粗粒土大三轴仪中与上钢盖帽14相连的小接头:由扁平垫圈5、异型螺栓6、带活动螺帽的插头7，与空心钢套管组成。
[0006]现有技术中，与底座的连接采用了简单的扁平垫片1+螺栓2的方式，这种方式在高水压力下容易漏水；螺栓2和插头3的连接采用了简单的嗽叭形螺丝孔拧紧连接的方式，这种连接方式适用挖机那样在浸油环境中工作的管路，但对于无孔不入的高压力下的水，这种螺丝扣拧过几次后，接触面会出现硬划痕，三轴试验中高水压力下会从划痕中漏水。同样，小接头也采用了类似的接头方式。
[0007]由于现有技术中的大三轴围压缸的大、小两个接头，均采用了简单的扁平垫圈+螺母的止水防渗连接方式，并且有4处螺栓、靠螺孔拧紧连接，容易漏水。2007仪器购买使用几个月后，便出现了轻微的渗漏。中间虽然我们更换了新螺母，但是仍不能保证管线不漏水。特别是高围压下试验，无论试验中如何小心的选择和安放垫圈、如何认真地拧这些螺丝，做15个样，在6个多小时的试验时间内有6个样漏水，渗漏量通常为40-120毫升，严重时渗漏量则更多。严重影响了体变曲线的变化趋势，根据《高等土力学》书中对临界状态的定义，试样到了临界状态，试验体积不再变化，体变曲线应为水平(图6中最上面两条)，而漏水却使体变曲线向下弯曲(图6中最下面一条)。现有技术的接头容易漏水问题被多年来的试验所证实。
【发明内容】
[0008]本实用新型的目的是提供一种整体式防渗漏大接头，特别是粗粒土静态三轴试验机(全称为:微机控制电液伺服1500KN静态三轴试验机)上的一种整体式防渗漏大接头。安装了这种新结构的整体式防渗漏大接头的粗粒土静态三轴试验机，能够克服试验过程中传统技术容易漏水的不足，解决粗粒土大三轴试验过程中围压缸内、试样外的高压力水下(最大围压4MPa，相当于400米水深的压力)先由排水管接头漏入到试样当中，最后进入体变管，影响实验中体变值的量测准确性的问题。
[0009]完成上述发明任务的技术方案是:一种粗粒土静态三轴试验机上的整体式防渗漏大接头，该大接头连接在粗粒土静态三轴试验机下透水石与钢丝橡胶管之间；其特征在于，所述的大接头采用整体式防渗漏大接头，该整体式防渗漏大接头中的异型螺栓与插头为一个整体结构。
[0010]以上方案中所述的异型螺栓与插头为一个整体结构，可以是铸造出的整体结构，也可以是用整块材料机械加工出的整体结构。
[0011]本实用新型的优化方案中:
[0012]所述整体式防渗漏大接头的下端面设有容纳大O型圈的圆环型凹槽，该与下透水石之间，设有大O型圈(替代现有技术中的扁平垫圈)。
[0013]结合本 申请人:同时递交的另一个“小接头”的实用新型，两个方案一起用带O型圈凹槽的整体式接头方式，将现有技术采用的4处螺栓、螺孔拧紧连接，减少为两道螺栓、螺孔拧紧连接；对于剩下的2处螺栓、螺孔拧紧连接，通过在接头上加工圆环型凹槽，加带O型圈的防渗漏方式，替代了现有技术采用的扁平软垫片的简单接头防式。
[0014]另外，插头3和橡胶管连接时，插入橡胶管中，橡胶管外套上带8条棱的空心薄套管，连接时可用挖机橡胶管专用的压制机器压在一起，也可以在工厂用类似机器将空心插头、套桶与橡胶管压制在一起。此处的连接方式，简单实用，本实用新型中照用，未改动。即，本实用新型中的空心插头8与现有技术中的空心钢套管结构相同，为同一部件；本实用新型中的空心插头4与现有技术中的空心钢套管结构相同，为同一部件。
[0015]本实用新型取消了现有技术厂家设计方案中的螺栓2和插头3的螺丝孔连接，而用同一块钢材加工成整体式的，因此不存在厂家方案中的螺栓、螺孔的拧紧问题，也就不可能从这里渗漏。另外；在与底座圆孔13连接处配了 O型圈，在大接头底部开了一圈圆环型凹槽，取消了出厂时的软垫片简单连接方式。实验表明，高压力下O型圈防渗漏效果明显好于软垫片，多次试验不换O型圈而不漏水。插头3和橡胶管连接时，采用了厂家的连接方式，只是重新加工的插头不是分离式的，而是整体式的。也就是说，厂家原方案中(图2)的螺栓2和插头3，现在是一块钢材加工出来的整体式的。
[0016]本实用新型能够确保试验过程中围压缸中的高压力水(最大围压4MPa，相当于400米深度处的水压力)不会通过接头渗入到试样当中而最终进入到体变管中，从而保证固结排水试验当中测得的试样体积变化值的精度，是一种解决大三轴试验中高压力下围压缸内排水管漏水难题的有效装置。
[0017]连接上盖帽14的小接头16包括:小O型圈11，整体式小接头12，空心插头8。本实用新型取消了厂家设计方案中的螺栓6和插头7的螺丝孔连接，而用同一块钢材加工成整体式的，因此不存在厂家方案中的螺栓、螺孔的拧紧问题，也就不可能从这里渗漏。另外；在与上盖帽圆孔连接处配了 O型圈，在小接头底部开了一圈圆环型凹槽，取消了出厂时的软垫片简单连接方式。实验表明，高压力下O型圈防渗漏效果明显好于软垫片。空心插头8和橡胶管连接时，采用了厂家的连接方式，只是重新加工的插头不是分离式的，而是整体式的。也就是说，厂家原方案中(图3)的螺栓6和插头7，现在是一块钢材加工出来的整体式的。
[0018]将上述大接头18、小接头16的与橡胶管在压制机器上压紧装好，并分别将六边形螺母旋紧固定在大底盘和上盖帽上。大三轴实验结果表明带O型圈的整体式防渗漏接头的防渗漏效果，远胜过厂家提供的带扁平垫圈、中间还多一道接口的接头方式。
[0019]本实用新型的装置可作为岩土工程试验的专用装置，可用于行业标准SL237-058-1999粗颗粒固结试验和SL237-060-1999粗颗粒土三轴压缩试验，确保试样实验过程围压缸中的高压力水不会从大接头、小接头的接头处渗入到试样中，同时确保被挤出的水经过接头和橡胶管组成的管路，最终毫无渗漏的排到体变管中，从而精确的量测体积的压缩量。
[0020]本实用新型把粗粒土静态三轴试验机大接头处可能产生渗漏的结构从2处减少为I处，也就是把该连接处的漏水的机率降低了 50%，另外又采用O型圈替代了现有技术方案中的扁垫圈，防漏水性能更好。实验结果表明本高水压力下的围压缸内的排水管体系的实用新型的防渗漏效果好，适用于30厘米试样直径的大三轴仪，也适用于最近几年来出现的更大直径三轴仪，例如50、100厘米试样直径的大三轴仪，当然也适用于试样直径小于30厘米的20厘米、15厘米、10厘米、5厘米等不同直径的小三轴仪。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明:
[0022]图1为现有技术中粗粒土大三轴的平面示意图。
[0023]图2为现有技术中大接头的整体结构三维爆炸示意图。
[0024]图3-1与图3-2为现有技术中小接头的整体结构三维爆炸示意图。
[0025]图4-1与图4-2为本实用新型的大接头的整体结构三维爆炸示意图。
[0026]图5为本实用新型的小接头的整体结构三维爆炸示意图。
[0027]图6为三轴试验得到的体变-轴应变关系曲线。
【具体实施方式】
[0028]实施例1，设有整体式防渗漏接头的粗粒土静态三轴试验机，如图1中，在装好包在乳胶膜中的试样后，将乳胶膜的上、下两端分别扎紧在上盖帽和下透水石上后，将大接头螺栓拧紧在上钢盖帽圆孔内，将小接头螺栓拧紧在下底座圆孔内，之后按大三轴操作手册上的说明操作即可，该大三轴排水管的防渗漏接头管路系统，能够确保试验过程中围压缸中的高压力水不会通过接头渗入到试样当中。图1中:圆柱型钢底座13，上钢盖帽14，活塞15，小接头16 (包括本实用新型中的11，12，8)，钢丝橡胶管17，大接头18 (包括本实用新型中的9，10，4)，下透水石19，试验料20，上孔压阀21，分配阀22，体变管23 (厂家说明书上称为反压罐)，体变传感器24，通大气管25。图2为现有技术中与圆柱型钢底座13相连的大接头，其中:扁平垫圈1，连接底座的排水孔的螺栓2，带活动螺帽的插头3、空心钢套管
4。图3-1与图3-2中为现有技术中的与上钢盖帽相连的小接头，其中:扁平垫圈5，异型螺栓6，带活动螺帽的插头7、空心钢套管8。图4-1与图4-2为本实用新型的大接头，其中:大O型圈9，整体式大接头10，空心插头4。图5中:为本实用新型的小接头，其中:小O型圈11，整体式小接头12，空心插头8。图6中最上两条线为未漏水的体变一轴应变曲线；最下一条为漏水时测得的体变一轴应变曲线。固结排水试验中的体变等于试样体积压缩(或增加)值除以试样固结完成后的体积。轴变等于轴向试样的压缩量除以试样高度。
【权利要求】
1.一种粗粒土静态三轴试验机上的整体式防渗漏大接头，该大接头连接在粗粒土静态三轴试验机下透水石与钢丝橡胶管之间，其特征在于，所述的大接头采用整体式防渗漏大接头，该整体式防渗漏大接头中的异型螺栓与插头为一个整体结构； 所述的异型螺栓与插头为一个整体结构，是指用整块材料机械加工出的整体结构；或者， 所述的异型螺栓与插头为一个整体结构，是指铸造出的整体结构。
2.根据权利要求1所述的粗粒土静态三轴试验机上的整体式防渗漏大接头，其特征在于，所述整体式防渗漏大接头的下端面设有容纳大O型圈的圆环型凹槽，所述整体式防渗漏大接头的下端面与下透水石之间，设有大O型圈。
【文档编号】G01N3/02GK204176206SQ201420595886
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2014年10月15日 优先权日:2014年10月15日
【发明者】孙大伟, 徐志华, 张国栋, 程润喜, 姚惠芹 申请人:三峡大学