一种应变控制式三轴仪的制作方法

1.本实用新型涉及岩土检测设备技术领域，特别是涉及一种应变控制式三轴仪。


背景技术：

2.工程项目的建设离不开大量岩土试验数据的支撑，在常规的岩土试验方法中，三轴剪切试验是其中最基本且最重要的一种试验方法，通过三轴剪切试验可以获得不同应力路径下的岩土强度参数，这些参数的可靠与否对于工程项目建设过程中的安全可靠性与经济合理性有极其重要的影响。
3.传统的应变三轴仪主要是通过对三轴仪的压力室中的土样施加压力，进而测定土样的变形特点与强度特性，但它在实际使用的过程中仍存在一些弊端：一是自动程度较低，压力稳定精度差，误差范围达
±
10kpa；二是气压三轴仪的出力量程小，轴压的测量采用水作介质换算得出，试验精度与系统的稳定性均较差。自动控制应变三轴仪，可进行轴向压力控制，不仅涵盖了应变式三轴仪的功能，同时具备应变式三轴仪所不具备的特点，国内大多的科研院所都有配备。
4.授权公告号为cn216309629u的专利公开了一种轴向加载方式的应力路径检测三轴仪，包括压力腔，压力腔上端安装第一法兰，下端安装第二法兰，第一法兰通过拉杆和第二法兰固定连接；第二法兰的上表面设置有土样升降座，土样升降座下端通过出力轴和第二法兰下端的轴向加载机构连接；土样升降座内设置有孔压连接管，孔压连接管的第一端位于升降座的上表面，孔压连接管的第二端与压力腔外的第一压力传感器连接；第一法兰下端依次设置有第二压力传感器和水晶压头；还包括位移传感器和数据采集控制器；位移传感器安装在第二法兰上，数据采集控制器与第一压力传感器、第二压力传感器、位移传感器连接和轴向加载机构连接。
5.上述的三轴仪采用轴向压载装置提升了压力的稳定性，在采用三轴仪对土壤进行试验时，对压力腔施加压力时通常采用水作为压力输出的介质，而土壤样品中的水分会在压力作用下由排水管排出。压力腔内的围压以水晶压头处的水下压力传感器处的压力为准进行补偿，在初始试验时围压与水下压力传感器处的压力值相同，随着土壤中的水排出至排水管内，排水管内的水压会影响压力室中孔压增大，孔压增大会导致水下压力传感器位置的压强值增大，而水下压力传感器位置的围压是恒定补偿的，水下压力传感器位置的实际补偿值变小，造成围压实际值偏差，也会造成压力室的孔压值偏差，影响试验结果的。


技术实现要素：

6.本实用新型的目的是：提供一种应变控制式三轴仪，以解决现有技术中的排水管内的水压增大后影响试验的精度和准确性。
7.为了实现上述目的，本实用新型提供了一种应变控制式三轴仪，包括底座、布置在所述底座上的压力室和与所述压力室连接的排水系统，所述压力室上设置有与土壤样品连通的排水接口，所述排水系统包括排水管、升降装置、压力感应器和控制器，所述排水管与
所述排水接口连通，所述排水管远离所述排水接口的一端为封闭端，所述排水管布置在所述升降装置上，所述压力感应器、所述升降装置均与所述控制器信号连接，所述压力感应器用于检测所述排水管内的压力并将压力信号传输给控制器，所述控制器用于接收压力信号并控制所述升降装置动作，以调节所述排水管的高度。
8.优选地，所述排水管包括水平延伸的水平段和与所述水平段垂直连接的竖直段，所述水平段与所述排水接口连接，所述竖直段布置在所述升降装置上，所述压力感应器与所述水平段连接以检测水平段上的水压。
9.优选地，所述水平段为可变形的柔性管，所述竖直段为玻璃管。
10.优选地，所述升降装置包括布置在所述底座上的升降电机、与所述升降电机传动连接的丝杆和螺纹装配在所述丝杆上的升降台，所述排水管固定布置在所述升降台上。
11.优选地，所述升降台上布置有称重传感器，所述排水管固定布置在所述称重传感器上。
12.优选地，所述升降电机为步进伺服电机。
13.本实用新型实施例一种应变控制式三轴仪与现有技术相比，其有益效果在于：土壤测试时排出的水分经过排水接口流入排水管内，当刚开始排水时，排水管内的压力与压力室内的压力相同，压力感应器检测到排水管的初始压力，在排水过程中排水管压力变化时，压力感应器采集到压力信号并传输给控制器，控制器控制升降装置带动排水管上下移动，使排水管内的水头升降，从而使排水管的压力值与开始值保持一致，即水头与压力室保持一致，避免因排水管压力而影响实验结果，提高试验的精度和准确性。
附图说明
14.图1是本实用新型的应变控制式三轴仪的结构示意图；
15.图2是本实用新型的应变控制式三轴仪的围压加载系统的结构示意图；
16.图3是本实用新型的应变控制式三轴仪的排水系统的结构示意图。
17.图中，1、底座；2、压力室；3、轴向加载装置；4、围压加载系统；5、排水管；51、水平段；52、竖直段；6、升降装置；61、升降电机；62、丝杆；63、升降台；7、压力感应器；8、控制器；9、称重传感器。
具体实施方式
18.下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。
19.本实用新型的一种应变控制式三轴仪的优选实施例，如图1至图3所示，该应变控制式三轴仪包括底座1、压力室2、排水系统，压力室2布置在底座1上，排水系统与压力室2连接以排出土壤样品中的水分。
20.底座1为该应变控制式三轴仪的支撑基础，底座1上还布置有轴向加载装置3，轴向加载装置3与压力室2连接，轴向加载装置3用于对压力室2内的土壤样品施加轴向载荷。压力室2上还连接有围压加载系统4，围压加载系统4用于向压力室2提供持续的围压。压力室2、轴向加载装置3、围压压载系统的具体结构与背景技术中的现有结构相同，此处不作详细叙述。
21.压力室2上设置有排水接口，排水接口与土壤样品连通以排出试验时土壤中的水分，排水接口布置在压力室2的底部以与排水系统连接。排水系统包括排水管5、升降装置6、压力感应器7和控制器8，排水管5远离排水接口的一端为封闭端，以防止水分流失，排水管5用于与压力室2上的排水接口连通，以存储排出的水分。
22.排水管5布置在升降装置6上，升降装置6在升降时可带动排水管5上下移动，从而调节排水管5的高度。压力感应器7、升降装置6均与控制器8信号连接，压力感应器7用于排水管5内的压力并将压力信号传输给控制器8，控制器8用于接收压力信号并控制升降装置6动作，以调节排水管5的高度。
23.土壤测试时排出的水分经过排水接口流入排水管5内，当刚开始排水时，排水管5内的压力与压力室2内的压力相同，压力感应器7检测到排水管5的初始压力，在排水过程中排水管5压力变化时，压力感应器7采集到压力信号并传输给控制器8，控制器8控制升降装置6带动排水管5上下移动，使排水管5内的水头升降，从而使排水管5的压力值与开始值保持一致，即水头与压力室2保持一致，避免因排水管5压力而影响实验结果，提高试验的精度和准确性。
24.优选地，排水管5包括水平延伸的水平段51和与水平段51垂直连接的竖直段52，水平段51与排水接口连接，竖直段52布置在升降装置6上，压力感应器7与水平段51连接以检测水平段51上的水压。
25.水分进入排水管5时由水平段51进入竖直段52，水平段51的位置最低，压力感应器7检测水平段51上的水压结果更为准确。竖直段52布置在升降装置6上，升降装置6上下移动，与竖直段52的方向相同，可以保证移动过程中水分不会被排水管5的管壁支撑而影响结果的准确性。
26.优选地，水平段51为可变形的柔性管，竖直段52为玻璃管。
27.柔性管可以补偿排水管5升降时与压力室2之间的距离变化，竖直段52为玻璃管，便于观察内部的水头高度。
28.优选地，升降装置6包括布置在底座1上的升降电机61、与升降电机61传动连接的丝杆62和螺纹装配在丝杆62上的升降台63，排水管5固定布置在升降台63上。
29.升降电机61驱动丝杆62转动，在螺纹结构的作用下升降台63上下移动，从而带动排水管5上下移动，可以使排水管5的压力值与开始值保持一致，从而使排水管5水头位置与压力室2保持一致。采用丝杆62和升降台63驱动排水管5升降，结构简单。
30.优选地，升降台63上布置有称重传感器9，排水管5固定布置在称重传感器9上。
31.由于排水管5远离排水接口的一端是封闭端，排水管5是单向入口，在排水过程中水量是不断增加的，排水管5重量也在增加。称重传感器9与排水管5连接，称重传感器9可以测量出排水管5增加的重量，那就是多排出水的重量，水的重量与体积可以换算，这样就算计出排水容积值。
32.根据称重传感器9的测量精度，排水系统可以精确采集排水量，精度可以提升到0.1ml。
33.优选地，升降电机61为步进伺服电机。
34.步进伺服电机的精度高，通过计算歩进电机的步数可以精确计算排水管5的移动高度，使试验过程中排水管5水头与压力室2保持一致，自动跟踪压力室2中心位置。
35.综上，本实用新型实施例提供一种应变控制式三轴仪，其土壤测试时排出的水分经过排水接口流入排水管内，当刚开始排水时，排水管内的压力与压力室内的压力相同，压力感应器检测到排水管的初始压力，在排水过程中排水管压力变化时，压力感应器采集到压力信号并传输给控制器，控制器控制升降装置带动排水管上下移动，使排水管内的水头升降，从而使排水管的压力值与开始值保持一致，即水头与压力室保持一致，避免因排水管压力而影响实验结果，提高试验的精度和准确性。
36.以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本实用新型的保护范围。