一种带有三维激光扫描装置的土木三轴仪的制作方法

本实用新型涉及一种土木三轴仪，特别涉及一种带有三维激光扫描装置的土木三轴仪，属于实验仪器技术领域。

背景技术：

土工三轴试验中，试样的径向变形和体积变化对于认识试样的破坏过程以及岩土体的本构计算至关重要。精确测试三轴试验中的试样体积变化是三轴试验中的重要步骤之一。

目前三轴试验中测试土体体变的技术方法主要有排水法和环形链式传感器。排水法测试三轴试验中土样的体积变化主要是基于剪切过程试样的体积变化会引起试样周围去气水体积的变化来反映，该方法中衡量试样周围去气水体积变化的传感器要求较高。若试样周围的去气水排出则表明试样发生了剪胀破坏；若试样周围的去气水进入压力室则表明试样发生了剪缩破坏。该方法测试到的体变数据可以直接反映试样的体积变化，不需要进一步换算分析。

环形链式传感器主要是测试试样在剪切过程中径向位移变化，通过径向位移变化数据结合轴向位移变化计算试样在剪切过程中的体积变化。该方法将体变测试分为两部分进行测试，即轴向变形和径向变形两部分。由于径向位移传感器的量程有限，且三轴试验中试样的径向变形在试样的不同部位呈现出明显的差异性，所以该方法在三轴试验中的使用范围相对有限。目前在三轴试验中测试试样体变使用较多的方法依然是排水法测试试样的体积变化。

也有学者通过数字图像测量技术实现三轴试验中试样体变的精确测试^[1-3]，该技术主要通过CCD相机连续对试样进行拍照实现试样的变形监测。

近年来，激光检测技术应用十分广泛，如激光干涉测长、激光测距、激光测振、激光测速、激光散斑测量、激光准直、激光全息、激光扫描、激光跟踪、激光光谱分析等都显示了激光测量的巨大优越性。激光外差干涉是纳米测量的重要技术。激光测量是一种非接触式测量，不影响被测物体的运动，精度高、测量范围大、检测时间短，具有很高的空间分辨率。随着三维激光扫描技术在岩土工程领域的不断推广，其在岩土工程室内试验测试中的应用也具有非常广阔的前景。

技术实现要素：

本实用新型目的在于提供一种带有三维激光扫描装置的土木三轴仪，利用三维激光扫描技术监测三轴试验中土样的变形，极大的提高了测试精度，以解决现有技术中导致的上述缺陷。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了如下的技术方案：

一种带有三维激光扫描装置的土木三轴仪，包括压力室、顶板、底板、底座、顶帽、三维激光扫描探头、支架、轨道、自动滑轨器、二通阀门、孔隙水压力传感器、压力控制器a、排气孔、堵头、压力控制器b及数据采集器；所述压力室的外围为环形的罩盖，罩盖的上口安装有顶板，罩盖的下口安装有底板；所述排气孔设于顶板上，排气孔的内壁上设有螺纹，堵头固定在排气孔处，且堵头与排气孔之间安装有密封垫；所述底座固定在底板上表面的中心处，顶帽固定在底座的上端；所述轨道为圆形结构，且轨道固定在底座四周的底板上表面；所述自动滑轨器安装在轨道上，且自动滑轨器可沿着轨道旋转一周；所述支架固定在自动滑轨器的上端，三维激光扫描探头固定在支架的顶部，且三维激光扫描探头通过导线与数据采集器连接；所述压力控制器a的一端通过管道与顶帽连接，另一端通过导线与数据采集器连接；所述孔隙水压力传感器的一端通过管道与底座连接，另一端通过导线与数据采集器连接，且孔隙水压力传感器与底座之间的管道上安装有二通阀门，压力控制器b通过管道与压力室连接。

作为本实用新型的一种优选技术方案，所述数据采集器为数据采集板、台式电脑、笔记本电脑或平板电脑其中的一种。

作为本实用新型的一种优选技术方案，所述罩盖采用无色透明材质。

作为本实用新型的一种优选技术方案，所述堵头为内六角沉头螺钉。

有益效果：与传统技术相比，本实用新型的一种带有三维激光扫描装置的土木三轴仪结构新颖，设计科学合理；利用三维激光扫描技术监测三轴试验中土样的变形，具有测试精度高的典型优点，且在测试过程中，已将试样上所有点实现了数字化，可以据此分析试样的局部变形以及剪切带的形成过程，也可以基于此数据进行数值模拟分析试样的破坏演化过程；三维激光扫描技术可以同时反映三轴试验中土样的整体体积变化和局部变形情况。

附图说明

图1为本实用新型的一种带有三维激光扫描装置的土木三轴仪的总体结构图；

图2为本实用新型的一种带有三维激光扫描装置的土木三轴仪的轨道安装示意图；

其中：1-压力室、2-顶板、3-底板、4-底座、5-顶帽、6-三维激光扫描探头、7-支架、8-轨道、9-自动滑轨器、10-二通阀门、11-孔隙水压力传感器、12-压力控制器a、13-排气孔、14-堵头、15-压力控制器b、16-数据采集器、17-罩盖、18-试样。

具体实施方式

为使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本实用新型。

如图1-图2所示，一种带有三维激光扫描装置的土木三轴仪，包括压力室1、顶板2、底板3、底座4、顶帽5、三维激光扫描探头6、支架7、轨道8、自动滑轨器9、二通阀门10、孔隙水压力传感器11、压力控制器a12、排气孔13、堵头14、压力控制器b15及数据采集器16；所述压力室1的外围为环形的罩盖17，罩盖17的上口安装有顶板2，罩盖17的下口安装有底板3；所述排气孔13设于顶板2上，排气孔13的内壁上设有螺纹，堵头14固定在排气孔13处，且堵头14与排气孔13之间安装有密封垫；所述底座4固定在底板3上表面的中心处，顶帽5固定在底座4的上端；所述轨道8为圆形结构，且轨道8固定在底座4四周的底板3上表面；所述自动滑轨器9安装在轨道8上，且自动滑轨器9可沿着轨道8旋转一周；所述支架7固定在自动滑轨器9的上端，三维激光扫描探头6固定在支架7的顶部，且三维激光扫描探头6通过导线与数据采集器16连接；所述压力控制器a12的一端通过管道与顶帽5连接，另一端通过导线与数据采集器16连接；所述孔隙水压力传感器11的一端通过管道与底座4连接，另一端通过导线与数据采集器16连接，且孔隙水压力传感器11与底座4之间的管道上安装有二通阀门10，压力控制器b15通过管道与压力室1连接。

其中，所述数据采集器16为数据采集板、台式电脑、笔记本电脑或平板电脑其中的一种。

其中，所述罩盖17采用无色透明材质。

其中，所述堵头14为内六角沉头螺钉。

实验前，首先需要检查各个传感器的工作状态是否合理，基于此，严格按照土工试验规范先后完成仪器得排气和清零工作，安装试样18之后准备开始试验；安装试样18结束之后务必在试样18周围设置标准点，标准点设置过程中务必保证点位的合理性以及牢固性，并打开三维激光扫描探头6，检查探头是否正常工作，检查结束之后通过计算机调正三维激光扫描探头6，和试样18上面的标准点完成校准工作。

实验时，保持三维激光扫描探头6处于监测状态，前期监测可以设置较低的监测频率，监测试样18在饱和与固结过程中的体积变化以及局部变形，剪切过程中，可以通过计算机设置增加对试样18的监测频率，此时轨道8上面的三维激光扫描探头6处于与高速运动监测中，以此保证对土样实现全方位扫描；三维激光扫描探头6通过数据线与计算机连接，计算机基于分析软件实现试样18变形实时监测分析；三维激光扫描技术可以将试样18变形的点全部数字化，可以基于该三维点进行试样18变形的数值模拟分析。

此外压力室1中三维激光扫描探头6与试样18之间的安全距离是本发明的重要组成部分；轨道8在压力室1中滑动需要保证其具有足够好的润滑性，由于该技术中不使用排水法测试试样18体积变化，所以压力室1中不存在去气水，水不会对三维激光扫描探头6的正常工作造成影响。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。