一种适用于粗颗粒土动三轴试验围压室快速加水装置的制作方法

本实用新型属于岩土工程中土工试验仪器技术领域，具体是一种适用于粗颗粒土动三轴试验围压室快速加水装置。

背景技术：

动三轴试验作为岩土工程中的一项重要的研究手段，为研究不同岩土工程问题中土体的变形及强度特性提供了较为科学的试验依据。三轴试验过程中，由于所研究应力路径的不同，故需要对试样外部的围压室进行加水或油（以下叙述仅以水为例）来提供围压。

其中细颗粒土的三轴试验中，由于试样较小（一般为直径31.9 mm，高80 mm），所需的围压室也较小，为其提供围压的水也相对较少，当对围压室进行填充围压水时相对容易实现，普通的自来水管便可满足。但粗颗粒土的三轴试验与细颗粒土有较大差别，试样较大，本试验装置涉及的试样尺寸为直径300 mm，高600 mm的大三轴标准试样，对围压室进行填充水时，当水没有填充到围压室顶部时，普通的自来水管提供的水压力小于围压室目前的水压力，将无法继续进行填充围压水。

基于上述问题，目前在粗颗粒土的三轴试验时，通常需单独设置快速加水装置。具体试验时，在实验室边墙上方设置一水箱，水头高于三轴试验围压室顶部位置。但同时这样也存在一些问题，首先，由于粗颗粒土的三轴试验所需的围压水较多，边墙上设置水箱较大，加固装置造价相对较高，且长时间放置过程中可能由于稳定性降低造成失稳。其次，由于目前实验室的层高有限，而粗粒土动三轴试验仪器较高，边墙上水箱设置困难，不能满足其水头高于围压室顶部。因此需要设计一种新型的试验装置，以解决粗颗粒土三轴试验的围压室快速加水装置的可行性问题。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是提供一种适用于粗颗粒土动三轴试验围压室快速加水装置，该装置利用空气密闭物理学，巧妙地实现了粗颗粒土大型动三轴试验中围压室的快速加水过程，且造价低、操作简单、快速合理。

为解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案是：一种适用于粗颗粒土动三轴试验围压室快速加水装置，包括三轴围压室，其特征在于：还包括储水容器和压力控制器，其中压力控制器通过压力管与储水容器上端连通，储水容器通过水管与所述三轴围压室下端进水口连通，水管中段设有流量表；所述储水容器为直立放置的圆筒形密封透明容器，储水容器的上端盖设有进出水连接阀门、进出气连接阀门和压力表，其中出水连接阀门的一端与水管密封连接，出水连接阀门的另一端与储水容器内部的硬质管连接，进出气连接阀门与压力管密封连接，压力表监测储水容器内部压力值。

为了方便储水容器的拆装并保证内部密封性，对上述方案作进一步优选，所述储水容器包括圆柱形的有机玻璃护桶、上部铝板和下部铝板，所述有机玻璃护桶上下两端分别插入上部铝板和下部铝板的凹槽内，在凹槽底部设置密封橡胶圈，上部铝板和下部铝板之间通过均布的加固棍连接。

对上述方案作进一步优选，所述加固棍设有六条，加固棍两端为螺纹，加固棍两端通过紧固螺母与上部铝板和下部铝板紧固连接。

对上述方案作进一步优选，所述有机玻璃护桶外部环绕有一个以上的喉箍，所述喉箍为不锈钢高强喉箍。由于试验中需要液体较多，储水容器体积需要足够大和足够高，为了避免内部水压过大对储水容器侧壁产生压裂等问题，采用喉箍对储水容器侧壁加固，保护有机玻璃护桶因压力而产生损坏。

对上述方案作进一步优选，所述有机玻璃护桶内壁设置隔板，隔板把出水连接阀门和进出气连接阀门分开，隔板下端侵入液体内部，并保持液体连通。隔板的设置，一方面对有机玻璃护桶内壁进行加固，另一方面可以成倍减小外部施加的压力，即可满足供水要求。

对上述方案作进一步优选，所述硬质管伸至有机玻璃护桶底部。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本实用新型主要针对土工试验规程采用在边墙上设置水箱所存在的稳定性不足及实验室层高不满足加水箱水头高度的问题，基于空气密封的物理学，采用密封的外置储水容器，通过外部对储水容器内空气进行加压，在储水容器内形成高压，促使内部液体自动流入三轴围压室，巧妙地实现了粗颗粒土大型动三轴试验中围压室的快速加水过程，且造价低、操作简单、快速合理。该装置同样适用于细粒土三轴试验中的围压室加水过程。

附图说明

图1是本实用新型的整体结构示意图；

图2 是图1中储水容器的外观示意图；

图3是图1中储水容器的一种内部结构示意图；

图4是图1中储水容器的另一种内部结构示意图；

图5是图3中I处局部放大图；

其中：1、三轴围压室，2、水管，3、储水容器，3-1、有机玻璃护桶，3-2、下部铝板，3-3、上部铝板,3-4、密封橡胶圈,3-5、喉箍，3-6、加固棍，3-7、进出水连接阀门，3-8、硬质管，3-9、进出气连接阀门，3-10、压力表，3-11、隔板，4、压力管，5、压力控制器，6、流量表。

具体实施方式

为使本实用新型的目的和优点更加清楚的呈现，以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细地说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本实用新型，而非限制本实用新型。

由附图1可知，本实用新型具体为一种适用于粗颗粒土动三轴试验围压室快速加水装置，该装置具体包括三轴围压室1以及与三轴围压室1连接的储水容器3、与储水容器3连接的压力控制器5三大部分，其中三轴围压室1是现有土工试验中采用的现有设备，该设备需要在底部充入液体，通常为水，为试样提供围压。储水容器3为三轴围压室1提供足够水量，压力控制器5通过空气压力驱动储水容器3内部的水进入三轴围压室1内，配合完成粗颗粒土动三轴试验。

附图2为储水容器3的外部结构示意图，其中储水容器3主要由圆柱形的有机玻璃护桶3-1、上部铝板3-3和下部铝板3-2三部分组成，其中有机玻璃护桶3-1外直径为500 mm、壁厚8 mm、高度为1500 mm的圆柱筒，上部铝板3-3和下部铝板3-2均为为圆盘形结构，外直径为580 mm，厚度为30 mm。为了保证三部分拆装方便，在上部铝板3-3和下部铝板3-2上开设有外直径500 mm，宽度8 mm，深度为6 mm的环形凹槽，机玻璃护桶3-1两端插入环形凹槽内，且在该环形凹槽内再开一外直径496mm，宽度为4mm，深度为3.8mm的环形凹槽，该环形凹槽内设置有外直径248mm，粗粒直径4mm的密封橡胶圈3-4，如附图5所示，密封橡胶圈3-4安装在上、下铝板的环形凹槽内，并均匀涂抹凡士林，使机玻璃护桶3-1与上、下部铝板接触部位保持密封。同时在上部铝板3-3和下部铝板3-2之间通过均布的加固棍3-6连接，上部铝板3-3和下部铝板3-2四周等间距布置直径12 mm的螺栓孔，每2个螺栓孔与圆心组成的间的圆心角为60度，加固棍3-6设有六条，加固棍3-6两端为螺纹，加固棍3-6两端通过紧固螺母与上部铝板3-3和下部铝板3-2紧固连接，所有螺纹连接处均使用防水软胶带进场密封。

附图3和4为储水容器3的内部结构示意图，其中储水容器3的上部铝板3-3设有进出水连接阀门3-7、进出气连接阀门3-9和压力表3-10，其中出水连接阀门3-7的一端与水管2密封连接，出水连接阀门3-7的另一端与储水容器3内部的硬质管3-8连接，储水容器3通过水管2与所述三轴围压室1下端进水口连通，水管2中段设有流量表6，来监控流动水量，避免储水容器3的水量过少。进出气连接阀门3-9与压力管4密封连接，压力表3-10监测储水容器3内部压力值，压力控制器5通过压力管4与储水容器3上端连通。进出气连接阀门3-9和出水连接阀门3-7均为手动控制开关的阀门，当两个阀门同时打开时，保持设备工作状态，启动压力控制器5来进入试验。

附图3中，压力控制器5启动，驱动空气进入储水容器3上方，使储水容器3内压力增大，内部的水沿着硬质管3-8进入水管2内。由于储水容器3内部压力不能太大（压力太大，容易产生泄露甚至损坏储水容器），因此需要通过压力表2-10监控内部压力值。为了降低压力，并且能够满足三轴围压室1内的压力达到需求，设计了附图4中的结构，在有机玻璃护桶3-1内壁设置隔板3-11，隔板3-11把出水连接阀门3-7和进出气连接阀门3-9分开，隔板3-11下端侵入液体内部，并保持液体连通，硬质管3-8伸至有机玻璃护桶3-1底部。通过隔板3-1实现对两个阀门连接处的分离，并减小增压水面的面积，可以实现较小压力下，促进水进入三轴围压室1内。

另外，为了保护有机玻璃护桶3-1，在有机玻璃护桶3-1外部环绕有一个以上的喉箍3-5，所述喉箍3-5为不锈钢高强喉箍。

本装置在使用时，需要同时打开进出气连接阀门3-9和出水连接阀门3-7，并观察机玻璃护桶3-1内部的压力为零，然后启动压力控制器5，对储水容器3内部进行增压，驱动水由硬质管3-8快速、持续流入三轴围压室1，并保持三轴围压室1内的压力至设定值，在增压过程中，始终检测玻璃护桶3-1内部压力，避免其大于设定临界值。

该装置采用密封的外置储水容器，通过外部对储水容器内空气进行加压，在储水容器内形成高压，促使内部液体自动流入三轴围压室，巧妙地实现了粗颗粒土大型动三轴试验中围压室的快速加水过程，且造价低、操作简单、快速合理。该装置同样适用于细粒土三轴试验中的围压室加水过程，解决了室内试验中，土工试验规程采用的在边墙上设置水箱所存在的稳定性不足及实验室层高不满足加水箱水头高度的问题。