一种土工试验用的压力室的制作方法

本发明涉及一种土工试验用的压力室，尤其涉及一种能够在土工试验中有效地对竖向净正应力和基质吸力进行控制的土工试验用的压力室结构，主要使用于非饱和土系列的固结仪和压力板仪等试验仪器，也可作为常规固结试验容器进行使用。

背景技术：

在岩土工程中，由于气候等因素的影响，非饱和土遍布于世界各地，且在大部分地区处于主要地位，因此，涉及非饱和土的工程问题，范围广阔。如1972年由于暴雨影响香港东九龙秀茂坪逐层碾压风化花岗岩填土边坡发生的山体滑坡问题，又如在膨胀土上修建轻型房屋应当如何设计和施工等问题，以及地下核废料埋藏设计中的隔离材料及工程设计问题，这些都设计到非饱和土，均需要对非饱和土的物理力学特性进行深入研究。

对非饱和土的研究主要集中在两个方面，即理论研究和试验研究，现有试验研究多采用非饱和土三轴仪、非饱和土直剪仪、非饱和土固结仪和非饱和土压力板仪等非饱和土系列试验仪器。针对非饱和土固结仪和压力板仪等试验仪器，试验过程中对试样的操作主要体现在竖向净正应力控制和吸力控制两个方面，这两个方面控制的好坏在一定程度上则反映在硬件压力室的设计上。

而目前非饱和土固结仪和压力板仪等试验仪器在硬件设计方面或多或少存在一定的弊端，通常这些试验仪器多采用外置荷重传感器进行竖向荷重的采集，这种采集方式不可避免的将受到孔隙气压力对中心杆作用，进而影响试验中数据采集的精度；且仪器中陶土板的固定多采用环氧树脂胶封或者烧结的方式，前者易在固化的环氧树脂胶结处产生气泡，影响陶土板的密封性，且两个均不能有效、方便地更换陶土板。

技术实现要素：

针对现有技术存在的上述问题，本发明的目的是提供一种土工试验用的压力室结构，该压力室结构无需采用内置荷重传感器，能够向土样施加竖向净正应力，并采用陶瓷压片固定陶土板，密封性能更好，可方便更换陶土板，弥补了现有技术的不足。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种土工试验用的压力室，它包括压力室底座和安装在压力室底座上的压力室上部结构；

所述的压力室底座包括底座、陶土板、陶瓷压片、环刀、试样、透水石、环刀尾圈、顶压盖、密封圈，所述的陶土板固定于底座上，陶土板的周边由环形的瓷板压片密封，在陶土板和瓷板压片之间安装有密封圈，环刀嵌于环形瓷板压片的内部；

所述的试样放置在环刀内部，试样的上方依次放置有透水石和顶压盖，并采用环刀尾环将透水和环刀固定。

作为优选方案，以上所述的土工试验用的压力室，所述的压力室上部结构包括拉杆、玻璃侧筒、孔隙气进气口、中心杆密封座、中心杆、上部气管快插接口、下部气管快插接口、连接气管和压力室上盖；

所述的拉杆和玻璃侧筒安装在底座上，压力室上盖密封固定于玻璃侧筒上顶部，中心杆穿过压力室上盖，并通过中心杆密封座与压力室上盖相连，

压力室上盖的顶部设置有孔隙气进气口和下部气管快插接口，中心杆密封座上设有上部气管快插接口，上部气管快插接口和下部气管快插接口之间安装有连接气管。

作为优选方案，以上所述的土工试验用的压力室，所述的压力室底座和压力室上部结构之间通过T型螺杆进行固定连接，且中间采用O型橡胶圈密封；所述的中心杆底端与顶压盖上部的凹槽相接触。

作为优选方案，以上所述的土工试验用的压力室，所述的中心杆上设置有凸起部位，凸起部位与中心杆密封座形成密封空腔，通过连接气管将密封空腔和压力室的内部相连通，实现密封空腔气压和压力室内部气压相等，可抵消压力室内部气压对中心杆的作用力，实现试验过程中对试样的竖向净正应力控制。

作为优选方案，以上所述的土工试验用的压力室，所述的底座侧面设置有孔隙水压力进水口和孔隙水压力出水口，压力室底座设有凹槽和涡旋槽结构，孔隙水压力出水口与涡旋槽结构的中心通过第二容水空腔相连接，孔隙水压力进水口与涡旋槽结构的边界入口通过第一容水空腔相连接，且第一容水空腔的高度比第二容水空腔高度低，便于对陶土板下方的空腔进行水流冲刷、排出气体。

作为优选方案，以上所述的土工试验用的压力室，所述的底座上的陶土板采用环形陶瓷压片进行固定，陶土板和陶瓷压片之间安装有密封圈。可以根据试样的性质和试验要求更换不同规格的陶土板。

作为优选方案，以上所述的土工试验用的压力室，所述的压力室上部结构采用高强度玻璃侧壁，能够在试验过程中有效地实现可视化操作，提高操作的准确性。

与现有技术对比，本发明的有益效果是：

1、本发明采用带有凸起结构的中心杆，能够有效地避免压力室内气体压力对中心杆的作用，提高试验的精确度；

2、本发明的压力室底座采用涡旋槽结构，并合理设置孔隙水压力进水口和出水口所对应的容水空腔位置，便于排除涡旋槽结构内的气体；

3、本发明采用高强度玻璃作为压力室侧壁材料，为高强度、耐腐蚀材料，能够承受较高的孔隙气压力，并可模拟化学气体对非饱和土体的影响；

4、本发明选用陶瓷压片和密封圈对高进气值陶土板进行固定，密封性能高，能够方便地更换陶土板；

5、本发明所述的新型压力室即可用作非饱和土系列试验仪器的压力室，也可兼作常规固结仪压力室。

附图说明

图1是本发明所述的土工试验用的压力室的结构示意图。

图2是本发明所述的土工试验用的压力室的剖面图。

图3是本发明所述的土工试验用的压力室的顶盖剖面图。

图4是本发明所述的土工试验用的压力室的底座俯视图。

图5是图4中沿A-A方向的剖面图。

图6是图4中沿B-B方向的剖面图。

具体实施方式

下面结合实施例及其附图进一步说明本发明。

如图1至图6所示，一种土工试验用的压力室，它包括压力室底座和安装在压力室底座上的压力室上部结构；

所述的压力室底座包括底座1、陶土板14、陶瓷压片15、环刀16、试样17、透水石18、环刀尾圈19、顶压盖21、密封圈22，所述的陶土板14固定于底座1上，陶土板14的周边由环形的瓷板压片15密封，在陶土板14和瓷板压片15之间安装有密封圈22，环刀16嵌于环形瓷板压片15的内部；

所述的试样17放置在环刀16内部，试样17的上方依次放置有透水石18和顶压盖21，并采用环刀尾环19将透水石18和环刀16固定。

以上所述的土工试验用的压力室，所述的压力室上部结构包括拉杆3、玻璃侧筒4、孔隙气进气口5、中心杆密封座6、中心杆7、上部气管快插接口8、下部气管快插接口9、连接气管20和压力室上盖10；

所述的拉杆3和玻璃侧筒4安装在底座1上，压力室上盖10密封固定于玻璃侧筒4上顶部，中心杆7穿过压力室上盖10，并通过中心杆密封座6与压力室上盖10相连，

压力室上盖10的顶部设置有孔隙气进气口5和下部气管快插接口9，中心杆密封座6上设有上部气管快插接口8，上部气管快插接口8和下部气管快插接口9之间安装有连接气管20。

以上所述的土工试验用的压力室，所述的压力室底座和压力室上部结构之间通过T型螺杆12进行固定连接，且中间采用O型橡胶圈13密封；所述的中心杆7底端与顶压盖21上部的凹槽相接触。

以上所述的土工试验用的压力室，所述的中心杆7上设置有凸起部位，凸起部位与中心杆密封座6形成密封空腔23，通过连接气管20将密封空腔23和压力室的内部相连通，实现密封空腔23气压和压力室内部气压相等，可抵消压力室内部气压对中心杆7的作用力，实现试验过程中对试样的竖向净正应力控制。

以上所述的土工试验用的压力室，所述的底座1侧面设置有孔隙水压力进水口2和孔隙水压力出水口11，压力室底座1设有凹槽1-1和涡旋槽结构1-4，将孔隙水压力出水口11与涡旋槽结构1-4的中心通过第二容水空腔1-2相连接，孔隙水压力进水口2与涡旋槽结构1-4的边界入口通过第一容水空腔1-3相连接，且第一容水空腔1-3的高度比第二容水空腔1-2高度低，便于对陶土板14下方的空腔进行水流冲刷、排出气体。

以上所述的土工试验用的压力室，所述的底座1上的陶土板14采用环形陶瓷压片15进行固定，陶土板14和陶瓷压片15之间安装有密封圈22。可以根据试样17的性质和试验要求更换不同规格的陶土板14。

以上所述的土工试验用的压力室，其特征在于，所述的压力室上部结构采用高强度玻璃侧壁4，能够有效地承担高强度的压力值，并可在试验过程中实现可视化操作。

本发明的工作原理：

先对压力室底座1上的陶土板14进行饱和处理，使陶土板14内部表面形成收缩膜，阻挡空气通过陶土板14；然后根据以上所述安装试样，完成后，关闭压力室底座1上的出水口11，通过压力室底座1上的孔隙水压力进水口2，向陶土板14下方的涡旋槽结构1-4内注水，施加孔隙水压力，同时通过孔隙气进气口5向压力室内部输入气体，对压力室内部施加孔隙气压力，待孔隙气压力和孔隙水压力稳定后分别为u_a和u_w，根据轴平移技术，此时吸力为s＝u_a-u_w；通过轴向加载系统对压力室中心杆7进行加压，即可实现对试样的竖向净正应力控制。

针对非饱和土系列试验仪器，具体实施方案如下：

步骤1：陶土板饱和，对压力室的底座1上的陶土板14进行抽真空饱和处理，将压力室的底座1上的孔隙水压力进水口2和孔隙水压力出水口11打开，使陶土板14下方的空腔保持畅通状态，将压力室的底座1整体放入抽真空设备进行饱和，直至高进气值的陶土板14达到饱和状态；

步骤2：排气，打开压力室的底座1上的孔隙水压力出水口11，从压力室的底座1上的孔隙水压力进水口2向高进气值的陶土板14下方的涡旋槽结构1-4内注水，排除涡旋槽结构1-4内的气体，直至孔隙水压力出水口11没有气泡溢出为止；

步骤3：安装试样，根据相应的规范要求制作环刀试样17，并将试样17安放在压力室底座1的陶土板14上，试样17的上方依次放置透水石18和顶压盖21，采用环刀尾环19将透水石18和环刀16固定；

步骤4：吸力控制，关闭孔隙水压力出水口11，通过孔隙水压力进水口2，向高进气值的陶土板14下方的涡旋槽结构1-4内注水，施加一定的孔隙水压力，同时通过孔隙气进气口5向压力室内部输入气体，对压力室内部施加一定的孔隙气压力，待孔隙气压力和孔隙水压力稳定后，即得到所需要的基质吸力；

步骤5：竖向净正应力控制，利用轴向加载系统对中心杆7施加一定的压力，稳定后，即得到所需要的竖向净正应力值。

对于常规固结仪，具体试试方案如下：

步骤1：试验前准备，将高进气值陶土板14更换为相应尺寸的透水石，其它配件保持原来结构，并根据图2所示及前文所述，完成试样的安装；

步骤2：施加竖向荷载，利用轴向加载系统对中心杆7施加一定的压力，稳定后，即得到所需要的竖向荷载值，并可通过多次施加，实现竖向荷载的分级施加。

以上仅为本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。