一种土工三轴试验试样径向变形测试装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种测试装置及方法，尤其是一种适用于变形测试的土工三轴试验试样
[0002]径向变形测试装置及方法。
【背景技术】
[0003]三轴试验是属于土力学的一种重要试验，是把一个圆柱形土样放到密闭的压力室内，通过施加各向均等的周围压力和轴向偏差应力来模拟实际土层的受力情况，以此为根据研究土的强度和应力应变本构关系。主要步骤为，将乳胶膜套在用土制成圆柱体上或直接在乳胶膜内装土成样，放在密封的压力室内。乳胶膜下端绑扎在底座上，上端绑扎在试样帽上，使试样内的孔隙水与压力室内的水完全隔开。孔隙水通过试样下端或上端的透水石与排水管连通。向压力室内施加压力，使试件各向受到周围压力，并使围压在整个试验过程中保持不变。通过传力杆对试件施加竖向压力，并逐渐增大，直至试件受剪破坏。
[0004]常规的三轴试验根据土样的排水量测量体积变化进而推算径向变形。这种方法要求土样必须完全饱和，不仅费时费力，通常也难以做到。后来有学者使用局部位移传感器，测量局部应变。但这种方法难以适应大变形，测量到的点有限，且在密封室的水中测量难以操作。近年来出现的数字照像测量技术为土工三轴试验提供了更加合理和准确的变形测量手段，这种方法精度高，不再受到土样饱和条件的限制，可以直接测量非饱和土样的变形。但这种方法必须要求压力密封室是透明的，用于常规土工三轴试验是可以的，但用于高压三轴试验就会有一定的限制。
【发明内容】
[0005]技术问题:本发明的目的是针对现有技术中存在的问题，提供一种可实现高压三轴试验中试样径向变形测试。
[0006]技术方案:本发明的土工三轴试验试样径向变形测试装置，包括筒形乳胶膜，在所述乳胶膜上印制有敏感材料阵列、与敏感材料阵列相连的导电电极阵列，导电电极阵列的端头上连接有的端子。
[0007]所述敏感材料阵列为橡胶基敏感复合材料印制而成；导电电极阵列为橡胶基导电复合材料印制而成。
[0008]上述装置的土工三轴试验试样径向变形测试方法:首先将乳胶膜套在岩土试样上，保证敏感材料阵列的位置在测试区域上，再将端子与测试仪器相连接，测试敏感材料阵列每行的电阻值，根据测试到的电阻值得到乳胶膜沿周长方向上的变形值，通过上位机计算得到岩土试样的径向变形值，再根据敏感材料阵列每行敏感材料的位置，便可得知岩土试样沿高度方向各位置的径向变形值。
[0009]有益效果:本发明通过在常规三轴试验中使用的乳胶膜上分别印制敏感材料阵列及导电电极阵列，并在导电电极阵列端部连接上端子。根据土工三轴试验方法，试验时圆柱形土样是套在乳胶膜中的，土样与乳胶膜在试验时会产生同步变形，试样的径向变形实际上就是乳胶膜沿直径D方向上的变形，而乳胶膜沿试样圆周方向上的周长C= 31 *D，由此可知只要得知C的变形值便可计算得到径向D的变形值。乳胶膜上印制的敏感材料阵列是沿圆周方向印制的，当乳胶膜发生变形，敏感材料阵列随之发生变形，进而电阻值发生变化，根据电阻值变化便可得知试样在周长方向上的变形值，进而计算出径向变形。沿乳胶膜圆周方向印制的敏感材料阵列是多行平行的线条状结构敏感材料，每行敏感材料结构可测得一组试样周长方向上的变形值。多行敏感材料线条结构组成的敏感材料阵列可同时测量多组变形值，阵列越密，测的值越多。导电电极阵列与敏感材料阵列相连，并与端部的端子连接，目的是起到导电连线的作用。
[0010]测试时，首先将待测试的试样套入测试装置乳胶膜中，然后按照常规试验方法将套有测试装置的圆柱形试样安装到试验装置中。利用导线连接端子将测试装置与外部测试仪器相连。打开测试仪器开始测试，实时采集敏感材料阵列各行的电阻值。先加载围压，待数据稳定后，开始加载竖向压力，直至试样剪切破坏，试验结束。由于敏感材料阵列具有变形敏感性，变形越大电阻越大。故将采集到的某时刻的电阻值与数据稳定时的电阻值进行计算分析，便可得到某时刻试样沿周长的变形值，进而计算出径向变形值。敏感材料阵列每行的电阻值反映的是敏感材料阵列各行的变形值，故可得到试样沿高度方向上各行位置处的径向变形值。
[0011]制作的测试装置，可实现三轴试验试样径向变形的监测，主要优点有:
[0012]1、结构简单，制作简单，采用印刷工艺，可批量生产，成本低。
[0013]2、对三轴试验中已有乳胶膜进行设计制作形成测试装置，不会影响到试验效果，没有其他附加条件，可实现高压下的三轴试验试样径向变形测试。
[0014]3、敏感材料阵列结构可实现对试样径向变形的分布测试。
【附图说明】
[0015]图1为本发明的结构示意图。
[0016]图中:1 一乳胶膜；2 —敏感材料陈列；3 —导电电极阵列；4 一端子。
【具体实施方式】
[0017]下面结合附图对本发明的实施例作进一步的描述:
[0018]本发明的土工三轴试验试样径向变形测试装置，包括筒形乳胶膜1，在所述的乳胶膜1上印制有敏感材料阵列2、与敏感材料阵列2相连的导电电极阵列3，导电电极阵列3的端头上连接有的端子4。所述敏感材料阵列2为橡胶基敏感复合材料印制而成；导电电极阵列3为橡胶基导电复合材料印制而成。
[0019]本发明的土工三轴试验试样径向变形测试方法，首先将乳胶膜1套在岩土试样上，保证敏感材料阵列2的位置在测试区域上，再将端子4与测试仪器相连接，测试敏感材料阵列2每行的电阻值，根据测试到的电阻值得到乳胶膜1沿周长方向上的变形值，通过上位机计算得到岩土试样的径向变形值，再根据敏感材料阵列2每行敏感材料的位置，便可得知岩土试样沿高度方向各位置的径向变形值。由于敏感材料阵列2由敏感材料印制而成，它的电阻值随着变形的增大而增大，故根据测试到的电阻值就可以得到乳胶膜1沿周长方向上的变形值，进而计算得到径向变形值，再根据敏感材料阵列2每行敏感材料的位置，便可得知试样沿高度方向各位置的径向变形值。乳胶膜1上印制的敏感材料阵列2为橡胶基敏感复合材料，这种敏感材料具有变形敏感性，变形越大电阻值越大，且可以与乳胶膜粘贴牢固，能够与乳胶膜同步变形，并具有大变形测试的能力；乳胶膜1上印制的导电电极阵列3目的是连接敏感材料阵列2，起到连接导线的作用，为保证粘结效果及大变形，也需使用橡胶基的导电复合材料来印制；与导电电极阵列连接的端子4，是为了便于该测试装置与外界测试仪器连接。
[0020]实施例1、
[0021]假设待进行试验的三轴试验试样尺寸为Φ 39.lmmX80mm的标准圆柱形试样，制做与该圆柱形试样配套的乳胶膜1，并在乳胶膜1上分别印制敏感材料阵列2和导电电极阵列3，设定印制的敏感材料阵列2为20行，与其连接的导电电极阵列3相行数同，并在所有导电电极阵列3端部连接上端子4。试验测试开始，首先将待测试的试样套入测试装置乳胶膜1中，安装时要保证敏感材料阵列2的中心位置与试样高度方向上中心位置重合，将套有测试装置的圆柱形试样安装到试验装置中，利用导线连接端子4将测试装置与信号采集测试仪器相连，根据土工三轴试验方法对试样进行施压，并通过测试仪器进行测试，实时采集敏感材料阵列2各行的电阻值，先加载围压，待数据稳定，此时的20组的电阻值为初始值&，再加载竖向压力，直至试样剪切破坏，试验结束；在竖向压力加载的过程中，测试到的电阻值为R为20组。
[0022]假设敏感材料阵列各行电阻值R与周长变形C直接的关系式为AC = f(AR)，则根据测试到的电阻值可知AR = R-R。，进而求得AC，再根据C= 31 D，可求得AD，即得到径向变形值。最终共计得到20组径向变形值，根据具体位置可得出20个测点的径向变形。
[0023]实施例2、
[0024]假设待进行试验的三轴试验试样尺寸为Φ 50mmX 100mm的标准圆柱形试样，在其配套的乳胶膜1上分别印制敏感材料阵列2及导电电极阵列3，敏感材料阵列2为30行，与敏感材料阵列2相连的导电电极阵列3也为30行，并在30行导电电极阵列3端部连接上端子4。试验测试开始，首先将待测试的试样套入测试装置乳胶膜1中，安装时要保证敏感材料阵列2的中心位置与试样高度方向上中心位置重合，然后按照常规试验方法将套有测试装置的圆柱形试样安装到试验装置中。利用导线连接端子4将测试装置与外部测试仪器相连。打开测试仪器开始测试，实时采集敏感材料阵列2各行的电阻值。先加载围压，待数据稳定，此时30组的电阻值为初始值R。，再加载竖向压力，直至试样剪切破坏，试验结束；在竖向压力加载的过程中，测试到的电阻值为R合计30组。
[0025]假设敏感材料阵列各行电阻值R与周长变形C直接的关系式为AC = f(AR)，则根据测试到的电阻值可知AR = R-R。，进而求得AC，再根据C= 31 D，可求得AD，即得到径向变形值。最终共计得到30组径向变形值，根据具体位置可得出30个测点的径向变形。
【主权项】
1.一种土工三轴试验试样径向变形测试装置，包括筒形乳胶膜(1)，其特征在于:在所述的乳胶膜(I)上印制有敏感材料阵列(2)、与敏感材料阵列(2)相连的导电电极阵列(3)，导电电极阵列(3)的端头上连接有的端子(4)。2.根据权利要求1所述的一种土工三轴试验试样径向变形测试装置，其特征在于:所述敏感材料阵列(2)为橡胶基敏感复合材料印制而成；导电电极阵列(3)为橡胶基导电复合材料印制而成。3.根据权利要求1所述装置的土工三轴试验试样径向变形测试方法，其特征在于:首先将乳胶膜(I)套在岩土试样上，保证敏感材料阵列(2)的位置在测试区域上，再将端子(4)与测试仪器相连接，打开测试仪器，实时采集敏感材料阵列各行的电阻值，测试敏感材料阵列(2)每行的电阻值，根据测试到的电阻值得到乳胶膜(I)沿周长方向上的变形值，通过上位机计算得到岩土试样的径向变形值，再根据敏感材料阵列(2 )每行敏感材料的位置，便可得知岩土试样沿高度方向各位置的径向变形值。
【专利摘要】一种土工三轴试验试样径向变形测试装置与方法，其装置由乳胶膜、乳胶膜上印制的敏感材料阵列、乳胶膜上印制的导电电极阵列及与导电电极阵列连接的端子组成。乳胶膜为三轴试验中常用的乳胶膜，测试时包裹试样；在乳胶膜上印制的敏感材料阵列必须为橡胶基敏感复合材料，一是保证大变形，二是保证其与乳胶膜粘结牢固；乳胶膜上印制的导电电极阵列也需是橡胶基导电复合材料，保证其具有大变形特性及与乳胶膜连接牢固；与导电电极阵列连接的端子，是为了便于装置与测试仪器连接。测试时，只需测试到敏感材料阵列的各个电阻值，便可计算得出试样沿高度方向径向变形分布。该方法可满足高压及常规三轴试验需要，具有实用价值。
【IPC分类】G01N3/08, G01N1/28, G01N3/06
【公开号】CN105277439
【申请号】CN201510801887
【发明人】周国庆, 廖波, 季雨坤, 周檀君, 赵光思, 梁恒昌, 赵晓东, 况联飞, 王建州
【申请人】中国矿业大学
【公开日】2016年1月27日
【申请日】2015年11月19日