三轴状态下单元土样的真空固结试验装置的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种三轴真空固结试验装置，其外筒内设置有内筒，所述外筒和内筒之间的腔体中设置有围压压力传感器，活塞板上连接有升降轴，升降轴向上穿过所述顶盖，升降轴上端设置有压板，主轴上端设置有沉降仪，压板向下紧顶在沉降仪的顶针上，顶盖或外筒上开设有增压孔，排水管上端通过抽真空管道与气压调节装置连接，底座上开设有与排水板导通的进水管道，进水管道与处于外部的进水口连接，进水管道处设置有进水压力传感器；土样中设置有柔性圆形排水管，柔性圆形排水管侧面开设有通孔，柔性圆形排水管内插入并支撑有弹簧。该三轴真空固结试验装置中的柔性圆形排水管能够随土样的变形而弯曲，也能够在土样恢复原状后在弹簧的作用下恢复原状，使排水板对土样的扰动减少，能够更加准确地模拟土样在各种状态下的压力状况。
【专利说明】
三轴状态下单元土样的真空固结试验装置
技术领域
[0001]本发明涉及一种三轴状态下单元土样的真空固结试验装置，特别涉及固定真空度下使用圆形排水板时的土样空隙水压力的试验研究。。
【背景技术】
[0002]在本发明之前，针对三轴状态下单元土样的真空固结试验装置很不成熟，试验装置仅包含真空压力系统、围压孔压监测系统和沉降监测三部分。大部分室内土体单元模型试验主要在动三轴仪、空心圆柱扭转仪等设备上进行。这些试验的研究对象都是土样，通过分析土样单元体在试验环境下的特性，间接研究真空预压作用下的力学特性及变形规律。这种试验手段较为间接，试验条件较为理想。与土样实际情况也有所不同，这造成了试验研究结果与实测结果有较大差别。同时，很多参数也无法监测和观察。
[0003]总之，对于三轴状态下单元土样的真空固结试验研究很少，尤其是缺乏土样在真空预压下颗粒移动和空隙压力变化的研究，然而这恰恰是研究土样沉降规律，为土体固结提供科学依据的关键所在。
【发明内容】
[0004]鉴于【背景技术】存在的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种三轴真空固结试验装置，该试验装置能够更加准确地测试土样在各种模拟的自然环境中、固定真空度下的土样空隙水压力。
[0005]本发明是采取如下技术方案来完成的:三轴真空固结试验装置，包括底座、主轴和顶盖，底座和顶盖之间设置有外筒，所述底座和顶盖与外筒的配合处液密封，所述外筒内设置有内筒，所述外筒和内筒之间的腔体中设置有围压压力传感器，内筒中设置有土样，土样中设置有孔隙水压力传感器，所述内筒下端设置有外筒基座，所述内筒的上端设置有活塞板，活塞板上连接有升降轴，升降轴向上穿过所述顶盖，升降轴上端设置有压板，所述主轴上端设置有沉降仪，所述压板向下紧顶在沉降仪的顶针上，所述顶盖或外筒上开设有增压孔，增压孔处连接有增压装置，所述土样中设置有柔性圆形排水管，柔性圆形排水管上端通过抽真空管道与气压调节装置连接，柔性圆形排水管侧面开设有通孔，柔性圆形排水管内插入并支撑有弹簧;所述底座上开设有与柔性圆形排水板导通的进水管道，进水管道与处于外部的进水口连接，所述进水管道处设置有进水压力传感器;所述孔隙水压力传感器、进水压力传感器、围压压力传感器、增压装置和气压调节装置均与PLC连接并由PLC进行显示和控制。
[0006]上述技术方案中，该三轴真空固结试验装置中的柔性圆形排水管能够随土样的变形而弯曲，也能够在土样恢复原状后在弹簧的作用下恢复原状，使排水板对土样的扰动减少，能够更加准确地模拟土样在各种状态下的压力状况。使操作者可以更加准确地通过增压装置模拟真实环境中的土体围压，通过进水管道注水以模拟真实环境下土体中的水分，通过PLC接收孔隙水压力传感器、进水压力传感器、围压压力传感器、增压装置和气压调节装置的数据，通过观察沉降仪的沉降高度数据，然后进行综合计算，可得到更加真实的土样在各种模拟的自然环境中、固定真空度下的土样孔隙水压力。该装置自动化程度较高，操作更加方便，有利于各种教学和试验操作。
【附图说明】
[0007]本发明有如下附图:
图1为发明第一种实施例提供的三轴真空固结试验装置的结构示意图。
[0008]图2为图1中的内筒中的土样和排水管的横截面示意图。
[0009]图3为发明第二种实施例提供的三轴真空固结试验装置的结构示意图。
【具体实施方式】
[0010]附图表示了本发明的技术方案及其实施例，下面再结合附图进一步描述其实施例的各有关细节及其工作原理。
[0011]参照图1、图2所示，本发明第一种实施例提供的三轴真空固结试验装置，包括底座
1、主轴2和顶盖3，底座I和顶盖3之间设置有外筒4，外筒4 一般采用透明材料制成，所述底座I上设置有水准泡5，所述底座I的四角设置有水平位置螺旋调节器6，所述底座I和顶盖3与夕卜筒4的配合处液密封，所述外筒4内设置有内筒7，内筒7可以采用塑料膜或者橡胶模，一般提供正压时采用塑料膜，负压时采用橡胶模，所述外筒4和内筒7之间的腔体中设置有围压压力传感器8，内筒7中设置有土样9，土样9中设置有孔隙水压力传感器10，所述内筒7下端设置有外筒基座U，所述内筒7的上端设置有活塞板12，活塞板12上连接有升降轴13，升降轴13向上穿过所述顶盖3，升降轴13上端设置有压板14，所述主轴2上端设置有沉降仪15，所述压板14向下紧顶在沉降仪15的顶针上，所述顶盖3或外筒4上开设有增压孔16，增压孔16处连接有增压装置，所述土样中设置有柔性圆形排水管25，柔性圆形排水管25上端通过抽真空管道26与气压调节装置20连接，柔性圆形排水管25侧面开设有通孔，柔性圆形排水管25内插入并支撑有弹簧27;所述底座I上开设有与柔性圆形排水板导通的进水管道17，进水管道17与处于外部的进水口 18连接，所述进水管道17处设置有进水压力传感器19;所述孔隙水压力传感器10、进水压力传感器19、围压压力传感器8、增压装置和气压调节装置20均与PLC连接并由PLC进行显示和控制。本实施例中，所述土样9装入于橡胶膜，所述孔隙水压力传感器10设置于所述土样9的侧壁、底壁和内部。
[0012]参照图1所示，在上述实施例中，操作者可以通过增压装置模拟真实环境中的土体围压，通过进水管道17注水以模拟真实环境下土体中的水分，通过PLC22接收孔隙水压力传感器10、进水压力传感器19、围压压力传感器8、增压装置和气压调节装置20的数据，通过观察沉降仪15的沉降高度数据，然后进行综合计算，可得到更加真实的土样在各种模拟的自然环境中、固定真空度下的土样空隙水压力数据。
[0013]参照图3所示，本发明第二种实施例提供的三轴真空固结试验装置与第一种实施例基本相同，区别仅在于:内筒7采用橡胶膜包围土样，所述内筒7外围包裹环形套管21，环形套管21沿高度方向分层设置有环形腔室22，环形腔室22向内开口，开口处封闭有弹性膜23，所述环形腔室22带有充压嘴24，充压嘴24配置有止回阀。模拟不同深度土层围压时，增压孔16和增压装置不再使用，只需将预先将环形套管21套在橡胶模内筒7外围，然后通过充气嘴24向环形腔室22充入一定压力值的气体，使弹性膜23压紧橡胶模内筒7，从而模拟各土体层面的压力。本实施例的这种结构能够把土样所处的不同深度土层的周围压力状况更加真实地模拟出来，使试验数据更加接近真实。
【主权项】
1.一种三轴真空固结试验装置，包括底座、主轴和顶盖，底座和顶盖之间设置有外筒，所述底座和顶盖与外筒的配合处液密封，所述外筒内设置有内筒，所述外筒和内筒之间的腔体中设置有围压压力传感器，内筒中设置有土样，土样中设置有孔隙水压力传感器，所述内筒下端设置有外筒基座，所述内筒的上端设置有活塞板，活塞板上连接有升降轴，升降轴向上穿过所述顶盖，升降轴上端设置有压板，所述主轴上端设置有沉降仪，所述压板向下紧顶在沉降仪的顶针上，所述顶盖或外筒上开设有增压孔，增压孔处连接有增压装置，其特征是:所述土样中设置有柔性圆形排水管，柔性圆形排水管上端通过抽真空管道与气压调节装置连接，柔性圆形排水管侧面开设有通孔，柔性圆形排水管内插入并支撑有弹簧;所述底座上开设有与柔性圆形排水板导通的进水管道，进水管道与处于外部的进水口连接，所述进水管道处设置有进水压力传感器;所述孔隙水压力传感器、进水压力传感器、围压压力传感器、增压装置和气压调节装置均与PLC连接并由PLC进行显示和控制。2.根据权利要求1所述三轴真空固结试验装置，其特征是:所述内筒采用橡胶膜包围土样，所述内筒外围包裹环形套管，环形套管沿高度方向分层设置有环形腔室，环形腔室向内开口，开口处封闭有弹性膜，所述环形腔室带有充压嘴，充压嘴配置有止回阀。3.根据权利要求1或2所述的三轴状态下单元土样的真空固结试验装置，其特征是:所述底座上设置有水准泡，所述底座的四角设置有水平位置螺旋调节器。4.根据权利要求1或2所述的三轴状态下单元土样的真空固结试验装置，其特征是:所述土样装入于橡胶膜，所述孔隙水压力传感器设置于所述土样的侧壁、底壁和内部。5.根据权利要求3所述的三轴状态下单元土样的真空固结试验装置，其特征是:所述土样装入于橡胶膜，所述孔隙水压力传感器设置于所述土样的侧壁、底壁和内部。
【文档编号】G01N3/12GK105954109SQ201610277615
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年4月29日
【发明人】马建军, 史文杰, 王军
【申请人】温州大学