专利名称：一种卧式三轴拉压试验仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种拉压试验仪，特别涉及一种卧式三轴拉压试验仪。
背景技术：
压实粘土的抗拉强度和极限拉伸应变是进行土工建筑物裂缝评价非常 重要的拉伸特性参数。认识压实粘土的拉伸特性和破坏机理对于土石坝工 程的安全评价具有重要意义。例如，张拉裂缝是土石坝工程中常见的隐患 和主要破坏类型。由不均匀沉降导致的坝表横向张拉裂缝和由楔劈水压力 导致的心墙水力劈裂裂缝是土石坝张拉裂缝的主要类型。这些裂缝会导致 土石坝防渗体破坏。因此，压实粘土三轴拉伸条件下的应力应变关系特性、 强度特性和破坏机理的研究具有重要的工程应用价值，关系到能否合理正 确地评价土工建筑开裂准则。
进行压实粘土的三轴拉伸试验是研究和解决上述问题的一个基本手 段。由于试验方法的限制，早期对压实粘土拉伸特性的研究手段以单轴拉 伸试验为主。在三轴拉伸试验仪器方面， 一般是在现有常规三轴压縮仪上 进行改装得到，轴向连接刚度较小，难以测定土体拉伸应力应变的全过程 曲线。此外，由于试样竖放，在小围压时，无法消除土体自重的影响。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种卧式三轴拉 压试验仪，使其能用于测定三轴条件下压实粘土拉伸应力应变全过程曲线， 具有整体性好、加载稳定性好、轴向刚度大的特点。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是
一种卧式三轴拉压试验仪，包括有试验平台16，试验平台16上设有作
为加载设备的交流电机1，交流电机1的动力输出端与刚性加载杆5相连，20 在刚性加载杆5上设有力传感器2，刚性加载杆5与前活塞杆6的一端相连， 前活塞杆6还设有位移传感器3，力传感器2、位移传感器3均与数据采集 板20和计算机21连接，前活塞杆6的另一端穿过卧式压力室4的前挡板 22与试样帽15相连接，试样帽15与前挡板22上的排气孔17相连通，与 试样帽15相对应的位置还设有试样帽19，试样帽19通过塑料软管与后挡 板18上的排气孔23相连接，试样帽19与后活塞杆10的一端相连，后活 塞杆10的另一端穿过卧式压力室4的后挡板18与固定挡板11相连。
所述的交流电机1提供的最大轴向力为拉压各300kg，最大加载位移量 程为士20mm。
所述的交流电机1的加载变形速率为0.00155mm/min 0.375mm/min。
所述的压力室4的后挡板18可拆卸。 所述的压力室4固定在实验平台16上。
所述的压力室4的前挡板22上设有通气孔12、试样帽15的排气孔17。 所述的压力室4的后挡板18上设有与压力室4相连通的进水孔13、排 水孔14，压力室4上还设有试样帽19的排气孔23。 所述的前活塞杆6、后活塞杆10两端均有螺扣。 所述的前活塞杆6、后活塞杆10水平对中并可水平移动。 所述的后活塞杆10通过固定挡板11固定在实验平台16上。 所述的数据采集板20最大采集频率可达100次/秒。 本发明与现有技术相比，具有以下优点及突出性技术效果1)仪器的 整体性好。所有部件均组装在同一实验平台上，有效地保证了仪器的整体 性；2)加载的稳定性好。采用闭环交流电机进行位移控制式加载，可实现 拉伸或压縮双向匀速稳定地加载，加载速率也可方便地进行调节和控制；3) 轴向刚度大。在仪器的加载轴向，各部件间均采用固定连接，连接刚度大， 使得可以测定土样达到峰值抗拉强度后土体发生拉伸破坏的过程和相应的 应变软化段；4)试样水平放置，可消除小围压时土体自重对试验结果的影响，试样的应力条件简单清晰。
图1为本发明提供的卧式三轴拉压试验仪的结构俯视图。
图2为本发明提供的卧式三轴拉压试验仪的结构主视图。 图3为本发明的传感器与数据采集板、计算机的连接框图。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作进一步详细说明。 参见图1、 2， 一种卧式三轴拉压试验仪，包括有试验平台16，试验平 台16上设有作为加载设备的交流电机1，交流电机1提供的最大轴向力可 达拉压各300kg，最大加载位移量程为士20mm，加载变形速率为 0.00155mm/min 0.375mm/min，可满足一般条件下对土体进行三轴拉伸、 压縮和压縮-拉伸组合试验的要求，交流电机1的动力输出端与刚性加载杆 5相连，可以实现前后双向的匀速平稳加载，在刚性加载杆5上设有力传感 器2，刚性加载杆5与前活塞杆6的一端相连，前活塞杆6还设有位移传感 器3，力传感器2、位移传感器3均与数据采集板20和计算机21连接，数 据采集板20最大采集频率可达100次/秒，能够较好地记录压实粘土的拉伸 变形全过程。前活塞杆6的另一端穿过卧式压力室4的前挡板22与试样帽 15相连接，前挡板22上设有通气孔12、试样帽15的排气孔17，压力室4 固定在实验平台16上，试样帽15通过塑料软管与前挡板22上的排气孔17 相连接，试样7与水平支架8间设置滚动轴承9，能有效地减少试样7和水 平支架8之间的摩擦。水平支架8的作用是为了消除试样自重弯矩的影响， 在滚动轴承9的另一端上与试样帽15相对应的位置还设有试样帽19，试样 帽15、试样帽19与试样7间通过环氧结构胶进行粘结，试样帽19与后活 塞杆10的一端相连，前活塞杆6、后活塞杆10两端均有螺扣。活塞杆10 通过固定挡板11固定在实验平台16上，后活塞杆10的另一端穿过卧式压 力室4的后挡板18与固定挡板11相连，后挡板18上设有与卧式压力室4相连通的进水孔13、排水孔14和试样帽19的排气孔23，后挡板18可拆 卸，后挡板18可拆卸是为了方便装样。活塞杆6、活塞杆10水平对中并可 水平光滑移动。
本发明的工作原理是
试验时，首先按试验方案的要求先将试样7与前端试样帽15连接，套 上乳胶膜，之后连接另一端试样帽19，最后将乳胶膜与试样帽15、试样帽 19两端绑扎好。将装好的试样7水平放在压力室4内的布设了滚动轴承9 的水平支架8上，连接前活塞杆6和后活塞杆10，同时微调水平支架8高 度使试样可以顺畅地水平移动，然后将压力室4后盖盖好。
打开通气孔12，从进水孔13向压力室4内注水，待压力室充满水后， 关闭通气孔12。根据试验方案施加一定的围压，并固结10 12小时。待试 样7变形稳定后，连接加载杆5与力传感器2，架设位移传感器3。打开计 算机21数据采集系统，调整位移传感器3和力传感器2的初始值。
打开交流电机l，设定合适的加载速度，进行匀速稳定加载。加载过程 中，采集程序实时采集并保存力传感器2和位移传感器3的输出值。
试验结束后，撤去围压，同时打开排水孔14，待压力室内水排空后， 依次拆除试样，注意保护试样的完整性，并测量试样张拉破坏区宽度。
图中l一闭环交流电机；2—力传感器；3—位移传感器；4一卧式压 力室；5—刚性加载杆；6—前活塞杆；7—试样；8—水平支架；9一滚动轴 承；IO—后活塞杆；ll一固定挡板；12—通气孔；13—进水孔；14—排水 L; 15—试样帽；16—实验平台；17—排气孔；18—后挡板；19一试样帽； 20~数据采集板；21—计算机；22—前挡板；23—排气孔。
权利要求
1、一种卧式三轴拉压试验仪，包括有试验平台(16)，其特征在于，试验平台(16)上设有作为加载设备的交流电机(1)，交流电机(1)的动力输出端与刚性加载杆(5)相连，在刚性加载杆(5)上设有力传感器(2)，刚性加载杆(5)与前活塞杆(6)的一端相连，前活塞杆(6)还设有位移传感器(3)，力传感器(2)、位移传感器(3)均与数据采集板(20)和计算机连接(21)，前活塞杆(6)的另一端穿过卧式压力室(4)的前挡板(22)与试样帽(15)相连接，试样帽(15)与前挡板(22)上的排气孔(17)相连通，在滚动轴承(9)的另一端上与试样帽(15)相对应的位置还设有试样帽(19)，试样帽(19)与后活塞杆(10)的一端相连，后活塞杆(10)的另一端穿过卧式压力室(4)的后挡板(18)与固定挡板(11)相连。
2、 根据权利要求1所述的一种卧式三轴拉压试验仪，其特征在于，所 述的交流电机(1)提供的最大轴向力可达拉压各300kg，最大加载位移量 程为士20mm，交流电机(1)的加载变形速率为0.00155mm/min 0.375mm/min。
3、 根据权利要求1所述的一种卧式三轴拉压试验仪，其特征在于，所 述的压力室(4)的后挡板(18)可拆卸。
4、 根据权利要求1或3所述的一种卧式三轴拉压试验仪，其特征在于， 所述的压力室(4)固定在实验平台(16)上。
5、 根据权利要求1或4所述的一种卧式三轴拉压试验仪，其特征在于， 所述的压力室(4)的前挡板(22)上设有通气孔(12)、试样帽(15)的 排气孔(17)。
6、 根据权利要求1或5所述的一种卧式三轴拉压试验仪，其特征在于， 所述的压力室(4)的后挡板(18)上设有与压力室(4)相连通的进水孔(13)、排水孔(14)，压力室(4)上还设有试样帽(19)的排气孔(23)。
7、 根据权利要求1所述的一种卧式三轴拉压试验仪，其特征在于，所 述的活塞杆(6)、活塞杆(10)两端均有螺扣。
8、 根据权利要求1所述的一种卧式三轴拉压试验仪，其特征在于，所 述的前活塞杆(6)、后活塞杆(10)水平对中并可水平移动。
9、 根据权利要求1所述的一种卧式三轴拉压试验仪，其特征在于，所 述的后活塞杆(10)通过固定挡板(11)固定在实验平台(16)上。
10、 根据权利要求1所述的一种卧式三轴拉压试验仪，其特征在于， 所述的数据采集板(20)最大采集频率可达100次/秒。
全文摘要
一种卧式三轴拉压试验仪，包括有设在试验平台上的交流电机，交流电机的动力输出端与刚性加载杆相连，刚性加载杆上设有力传感器，刚性加载杆与前活塞杆相连，前活塞杆还设有位移传感器，力传感器、位移传感器与数据采集板和计算机连接，前活塞杆的另一端穿过前挡板与试样帽相连接，试样帽通过塑料软管与前挡板上的排气孔相连接，水平支架上滚动轴承另一端还设有试样帽，试样帽与后活塞杆相连，后活塞杆穿过后挡板与固定挡板相连，打开交流电机，采集程序实时采集并保存力传感器和位移传感器的输出值，打开排水孔，待水排空后，拆除试样，测量试样张拉破坏区宽度，具有整体性好、加载的稳定性好、轴向刚度大的特点。
文档编号G01N3/10GK101614638SQ20091002326
公开日2009年12月30日 申请日期2009年7月10日 优先权日2009年7月10日
发明者逊 孙, 琰 张, 张丙印 申请人:清华大学