一种静三轴试验土样水平径向变形的识别装置和方法与流程

本发明涉及土工试验非常规测试技术领域，具体为一种静三轴试验土样水平径向变形的识别装置和方法。

背景技术：

三轴试验为土力学的重要试验方法之一，也是一种重要的土工试验。土的三轴试验主要用于测试试样的抗剪强度(c、φ；c：土的凝聚力，kPa；φ：土的内摩擦角，°)、侧压力系数(k₀，无量纲)及三轴压缩。其中抗剪强度或三轴压缩试验方法是在土样一定围压状态下，同时逐渐给土样施加轴向压力，测试土样的垂直变形以计算土体的剪切或压缩参数，对于土体方面的研究与工程，这些指标当然很重要。然而，在给土样逐渐施加轴向压力的同时，除所测试垂直变形以外，土样可能会产生一定的径向水平变形—如鼓胀、扭曲、沿裂隙面破坏等，而这个水平径向变形至破坏过程未见被测试或被申请保护，但这个过程的测试在荷载对土体的影响、开采地下水引起水位降低对地面沉降、地裂缝影响、降雨或荷载对土质边坡、基坑稳定等方面的研究及工程有特别重要意义。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种静三轴试验土样水平径向变形的识别装置和方法，包括处理模块、采控器、试样水平径向变形及破坏过程监测装置、静三轴压力室；所述的处理模块与采控器相关联；所述的采控器输入端与试样水平径向变形及破坏过程监测装置数据连接；所述的试样水平径向变形及破坏过程监测装置设置在静三轴压力室的外侧；所述的静三轴压力室的顶端中央位置安装有压杆；所述的压杆圆弧侧面连接有静三轴压力室顶壳；所述的静三轴压力室顶壳底面靠近边缘的位置连接有筒体；所述的压杆的底面连接有试样帽；所述的试样帽的底面连接有上透水石；所述的上透水石的底面连接有试样；所述的试样的底面设置有下透水石；所述的压杆的顶端连接有连接块；所述的连接块安装在压力架顶板的中央位置；所述的压力架顶板的底面四周靠近边缘的位置与静三轴压力室相连接。

进一步陈述本发明，包括处理模块、采控器、试样水平径向变形及破坏过程监测装置、静三轴压力室；所述的处理模块与采控器相关联；所述的采控器输入端与试样水平径向变形及破坏过程监测装置数据连接；所述的试样水平径向变形及破坏过程监测装置设置在静三轴压力室的外侧；所述的静三轴压力室的顶端中央位置安装有压杆；所述的压杆圆弧侧面连接有静三轴压力室顶壳；所述的静三轴压力室顶壳底面靠近边缘的位置连接有筒体；所述的压杆的底面连接有试样帽；所述的试样帽的底面连接有上透水石；所述的上透水石的底面连接有试样；所述的试样的底面设置有下透水石；所述的压杆的顶端连接有连接块；所述的连接块安装在压力架顶板的中央位置；所述的压力架的底面四周靠近边缘的位置与静三轴压力室相连接。

进一步陈述本发明，所述的下透水石的底面设有静三轴压力室底座；所述的试样一侧与筒体之间的位置设置有围压进出口管。

进一步陈述本发明，所述的静三轴压力室顶壳与压杆的接触位置设置有密封顶盖；所述的筒体的颜色为透明；所述的筒体的形状为中空圆柱体；所述的压杆顶端与连接块接触处中央位置设置有垂直压力传感器；所述的垂直压力传感器的一侧设有变形传感器。

进一步陈述本发明，所述的围压进出口管一端设置在静三轴压力室内侧；所述的围压进出口管的另一端设置在静三轴压力室底座一侧面中央位置；所述的下透水石与静三轴压力室底座的交接处中央位置开有下孔隙出口管；所述的试样帽与上透水石交接处的中央位置设置有上孔隙水出口管；所述的上孔隙水出口管的另一端与下孔隙水出口管侧面相连接。

进一步陈述本发明，所述的处理模块包括计算机、土工数据处理软件；所述的试样水平径向变形及破坏过程监测装置可为三维激光扫描测量装置及其他相关监测装置；所述的试样水平径向变形及破坏过程监测装置测试端可设有激光扫描头；所述的监测单元目标如激光扫描头对准试样中央位置。

进一步陈述本发明，所述的处理模块数据输入端与采控器的数据输出端数据连接；所述的采控器的数据输入端与试样水平径向变形及破坏过程监测装置数据输出端相连接。

进一步陈述本发明，所述的试样水平径向变形及破坏过程监测装置遵循标准时间；所述的处理模块的计算机设置时间与试样水平径向变形及破坏过程监测装置相同。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明采用静三轴压力室，静三轴压力室需特别透明设置，试样水平径向变形及破坏过程监测装置可可为三维激光扫描测量装置或其它相关装置，该装置可以进行运动机构改造，该装置上设有激光扫描测头，对试样目标进行原始状态及试样变化过程进行三维激光扫描或相关监测，并自动记录存储，由此完成土样水平位移测试，全部的测试过程由本装置自动完成，自动化程度高，数据准确，对相关工作有很大的参考价值。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明试样侧向径向变形及破坏过程示意图；

图3为本发明测试方法流程图。

图中：1、处理模块；2、采控器；3、试样水平径向变形及破坏过程监测装置；4、压杆；5、密封顶盖；6、静三轴压力室；7、静三轴压力室顶壳；8、垂直压力传感器；9、连接块；10、筒体；11、上孔隙水出口管；12、下透水石；13、围压进出口管；14、静三轴压力室底座；15、下孔隙水出管；16、上透水石；17、试样；18、试样帽；19、压力架顶板；20、激光扫描头；21。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-3，本发明提供一种技术方案：包括处理模块1、采控器2、试样水平径向变形及破坏过程监测装置3、静三轴压力室6；所述的处理模块1与采控器2相关联；所述的采控器2输入端与试样水平径向变形及破坏过程监测装置3数据连接；所述的试样水平径向变形及破坏过程监测装置3设置在静三轴压力室6的外侧；所述的静三轴压力室6的顶端中央位置安装有压杆4；所述的压杆4圆弧侧面连接有静三轴压力室顶壳7；所述的静三轴压力室顶壳7底面靠近边缘的位置连接有筒体10；所述的压杆4的底面连接有试样帽18；所述的试样帽18的底面连接有上透水石16；所述的上透水石16的底面连接有试样17；所述的试样17的底面设置有下透水石12；所述的压杆4的顶端连接有连接块9；所述的连接块9安装在压力架顶板19的中央位置；所述的压力架顶板19的底面四周靠近边缘的位置与静三轴压力室6相连接；所述的下透水石12的底面设有静三轴压力室底座14；所述的试样17一侧与筒体10之间的位置设置有围压进出口管13；所述的静三轴压力室顶壳7与压杆4的接触位置设置有密封顶盖5；所述的筒体10的颜色为透明；所述的筒体10的形状为中空圆柱体；所述的压杆4顶端与连接块9接触处中央位置设置有垂直压力传感器8；所述的垂直压力传感器8的一侧设有变形传感器21；所述的围压进出口管13一端设置在静三轴压力室6内侧；所述的围压进出口管13的另一端设置在静三轴压力室底座14一侧面靠近中央的位置；所述的下透水石12与静三轴压力室底座14的交接处中央位置开有下孔隙出口管15；所述的试样帽18与上透水石16交接处的中央位置设置有上孔隙水出口管11；所述的上孔隙水出口管11的另一端与下孔隙水出口管15侧面相连接；所述的处理模块1包括计算机、土工数据处理软件；所述的试样水平径向变形及破坏过程监测装置3可为三维激光扫描测量装置；所述的试样水平径向变形及破坏过程监测装置3测试端可设有激光扫描头20；所述的激光扫描头20对准试样17中央位置；所述的处理模块1数据输入端与采控器2的数据输出端数据连接；所述的采控器2的数据输入端与试样水平径向变形及破坏过程监测装置3数据输出端相连接；所述的试样水平径向变形及破坏过程监测装置3遵循标准时间；所述的处理模块1的计算机设置时间与试样水平径向变形及破坏过程监测装置3相同。

本发明在具体实施时，静三轴压力室6为透明设置，试样水平径向变形及破坏过程监测装置3以经过与静三轴压力室6的试样17为扫描记录目标并且可以进行运动机构改造，试样水平径向变形及破坏过程监测装置3上或设有激光扫描测头20，对试样17进行原始状态及试验压缩过程可进行三维激光扫描测量，并记录存储，实现数据的记录，方便数据的对比；进行三轴试验时，施加应力在试样17产生垂直变形的同时，试样水平径向变形及破坏过程监测装置3将测量不同应力下记录下试样17径向变形及破坏过程的轮廓边界，压杆4施加施加不同的压力P₁、P₂、P₃，试样17的水平向变形或破坏程度不同，变化过程为图2，直到试样17产生破坏，与原试样对比得到不同时刻土样的变化程度，由此完成土样径向变形至破坏过程的测试，方便研究与实际工作的进行，对相关工作具有重要的参考价值。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

另外，本发明得到国家自然科学基金项目：地下水临界开采水位的识别方法研究(No：41272301)和中国地质科学院院控项目：多场耦合型高压三轴试验系统研制(No：YYWF201628)支持。