CN102288480B

CN102288480B - 一种土体三轴试验试样密封装置及使用方法

Info

Publication number: CN102288480B
Application number: CN 201110175182
Authority: CN
Inventors: 刘彦辰; 刘汉龙; 杨贵; 丁选明; 曹兆虎
Original assignee: Hohai University HHU
Current assignee: Hohai University HHU
Priority date: 2011-06-27
Filing date: 2011-06-27
Publication date: 2013-01-02
Anticipated expiration: 2031-06-27
Also published as: CN102288480A

Abstract

本发明公开了一种土体三轴试验试样密封装置及使用方法。密封器由对开的两个半环形复合材料组成；密封器的一端设有榫舌，一端设有榫眼；在底座和加载装置上预留沟槽，用于放置O形密封圈。使用时，将O形密封圈置于底座的预留沟槽中；平整覆盖至底座的橡皮膜后，将下部密封器在橡皮膜上榫合，并通过固定螺丝将之固定在底座上；将试样移到试验平台，把上部密封器和加载装置固定在一起。在试验过程中，通过密封器与底座或加载装置之间的挤压及***内部压力，形成密封。本发明结构简单，易于实现，操作简便，成本低廉，能有效防止试验中漏气现象，是一种三轴试验中防止试样漏气的高效实用的方法。

Description

一种土体三轴试验试样密封装置及使用方法

技术领域

本发明属于岩土工程试验技术领域，特别涉及一种土体三轴试验试样密封装置及使用方法。

背景技术

早在1933年，德国人沙菲尔特(Seffert)曾在普鲁士水道试验站用三轴仪研究土的固结，其目的是为了减少试样的侧壁摩擦。而我国于20世纪50年代开始研究三轴仪。1953年原南京水工仪表厂，即现在的南京电力自动化设备厂首先制造了用磅称施加轴向力的三轴仪。我国三轴仪的发展经历了从仿制到自行设计和制造的过程，目前已可批量生产大、中、小型三轴仪系列产品，并采用先进的计算机技术，自动采集数据和处理数据。三轴试验已列入我国行业的土工试验规程及国家标准《土工试验方法标准》。近二十年来，无论是在仪器设备方面，还是在试验技术与试验方法方面，三轴试验都是土工试验中技术发展最快的一种试验。三轴试验除了用于测定强度参数c和φ外，还用于土体空隙压力消散试验、渗透试验和静止侧压系数试验等。相比较其余的土体强度试验方法(单剪、直剪等)，三轴试验的结果更贴近于工程。

在关于岩石的实验中，经常采用将试样装在较厚的橡皮膜里，然后用金属条将橡皮膜的上部和下部分别固定在加载装置和底座上，取得比较好的效果。但在一般的关于土体的三轴试验中，由于土的松散性，为防止土体的初始变形，要求采用较薄的橡皮膜，必然就不可采用金属条来固定，因为金属很容易将薄的橡皮膜戳破。在目前试验中，一般采取用橡皮条将橡皮膜紧紧地固定在底座和加载装置上的方法来防止漏气。但是由于橡皮膜是柔性的，在扎橡皮筋时经常会发生褶皱，导致试验过程中漏气，特别是在较大的围压情况下，漏气现象比较明显，严重影响试验结果。同时扎橡皮筋对试验人员的要求比较高，而且不易一个人完成，极大的浪费人力和精力，更重要的是试验结果没有足够保证。故在试验过程中保持良好的密封性和便捷的操作性对于三轴试验是至关重要的，但关于该问题目前尚未有学者提出较好的解决办法。

发明内容

本发明的目的在于克服上述缺陷，提出一种土体三轴试验试样密封装置及使用方法。

本发明采用的技术方案是：

一种土体三轴试验试样密封装置，其特征是：在底座的上表面和加载装置的下表面分别设置一周预留沟槽；O形密封圈放置在预留沟槽内；在底座的橡皮膜表面设置下部密封器，在加载装置的橡皮膜表面设置上部密封器；上部密封器、下密封器构造相同，均由对开的两个半环形材料组成，一端设榫舌，一端设榫眼；在上部密封器和下部密封器上都设置四个螺道，其中有两个在榫合处；上密封器通过固定螺丝和加载装置连接，下密封装置通过固定螺丝和底座连接；密封器和固定装置之间的挤压使O形密封圈产生初始压缩，赋予其初始密封能力；试验过程中，由***压力而产生的密封力与初始密封力合成总的密封力，它随***压力的提高而提高。

所述的密封装置的材料优选金属和石棉的复合材料，也可以用金属。

所述的密封装置要求在沟槽上设置弹性模量大，强度高的材料，优选橡塑复合材料(RP) 的O形密封圈,也可以选用相同功能的其他材料。

所述的密封装置直径比橡皮膜直径大2mm~3mm。

所述的O形密封圈在进行围压小于20MPa的静力试验时不加挡圈，当压力大于20MPa时，施加挡圈；

所述的密封装置的使用方法，包括以下技术步骤：

（1）将橡皮膜用橡皮筋固定在底座上面，把对开膜置于橡皮膜的外表面，并用上下部夹具将其与底座牢牢固定在一起，然后缓慢地将橡皮膜从对开模中翻出；

（2）试样分层击实后，依次将上部夹具、对开膜和下部夹具卸下；

（3）将O形密封圈放到底座的预留沟槽中；

（4）预先将另一个较厚的橡皮膜套在承膜筒上，然后将其慢慢的罩在较薄的橡皮膜的上面，特别地，橡皮膜在底座的长度要超过预留沟槽；

（5）平整在底座上的橡皮膜，并将下部密封器在橡皮膜上榫合；

（6）在下部密封器上均匀设置四个固定螺丝，特别地，有两个螺丝设置在榫舌和榫眼处，将其紧紧地固定在底座上；

（7）将试样平移到试验平台后，平整加载装置表部的橡皮膜，将上部密封器在橡皮膜上榫合，并均匀设置四个固定螺丝，将上部密封器和加载装置固定在一起。

（8）进行土体三轴试验。由于试验过程中的围压的作用，会更加紧密的将橡皮膜和O形密封圈连接在一起，围压会对密封性产生正面作用。

本发明的优点和效果在于：

对不同种类固定密封的应用场合，O型密封圈一直为一种既有效又经济的密封元件。O型圈是一种双向作用密封元件。安装时径向或轴向方面的初始压缩，赋予O型圈自身的初始密封能力。由***压力而产生的密封力与初始密封力合成总的密封力，它随***压力的提高而提高。O型圈在静密封场合，显示了突出的作用。同时，由于 O 形圈本身及安装部位结构都极其简单，且已形成标准化，因此安装更换都非常容易，与其他型式密封圈比较，具有以下优点：（1）结构小巧，装拆方便；（2）摩擦阻力比较小；（3）使用单件O形密封圈，可对两个方向起密封作用；（4）价格低廉。

本发明的密封装置能有效地解决试样漏气的问题，且在普通三轴制样器上简单改造就可实现，零件可实现标准化，避免了不合理的浪费，有效地节省了资源；本发明密封装置的适用性很广，既可以用于砂土，也可以用于粉土、粘土等各种类型土；本发明的密封装置不仅在使用上容易上手，简捷，操作方便，节省了试验时间，更重要的是能够有效地提高试验的成功率，得到理想的结果。

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细描述。本发明的保护范围并不以具体实施方式为限，而是由权利要求加以限定。

附图说明

附图1——本发明结构装置三维示意图。

附图2——本发明结构装置立面剖视图。

附图3——本发明附图2的A-A处剖面图。

附图4——本发明密封器的外形图。

附图5——一般三轴制样器的外形图。

附图6——承膜筒示意图。

1底座、2对开模、3下部夹具、4上部夹具、5护筒、6传力板、7击实锤、8导杆、9限位器、10下部密封器、11上部密封器、12橡皮膜、13加载装置、14承膜筒、15试样、16上部夹具固定螺丝、17下部夹具固定螺丝、18下部密封器固定螺丝、19上部密封器固定螺丝、20O形密封圈、21透水石、22给排水通道。

具体实施方式

如附图1~附图6所示，有密封器的土体三轴试验的制样器包括击样筒、击样器和密封器三部分。击样筒包括底座（1）、对开模（2）、下部夹具（3）、上部夹具（4）以及护筒（5），击样筒底座（1）上设有对开模（2），对开模（2）外侧有下部夹具（3）和上部夹具（4）分别将其夹紧,其中下部夹具（3）为对开型，由两片接头处带孔且用螺丝连接，上部夹具（4）为圆环形，置于对开模（2）上且用螺丝（16）与底座（1）连接；击样器包括传力板（6）、击实锤（7）、导杆（8）、限位器（9）；密封器包括下部密封器（10）和上部密封器（11），为了保持良好的密封性，在底座（1）上设置O形密封圈（20），下部密封器（10）将橡皮膜（12）与底座（1）固定，上部密封器（11）将橡皮膜（12）与加载装置（13）固定。下部密封器（10）由两个半圆组成，一端有榫舌，另一端有榫眼，其上有四个均匀的螺纹型圆孔；上部密封器（11）结构同下部密封器（10）。

所述的O形密封圈（20）的内径和线径根据试样尺寸而定，以直径10cm的试样为例，O形密封圈（20）可选择：115×5.3D GB 3452.1，即选择内径为115mm，线径为5.3mm的O形密封圈。O形密封圈（20）的选取应符合GB 3452.1要求。

在底座（1）的上表面和加载装置（13）的下表面分别设置一周沟槽，所述的沟槽的截面形状应以矩形为宜，特别情况可选择三角形或者梯形。所述的沟槽的尺寸视O形密封圈大小而定，以115×5.3D GB 3452.1的O形密封圈为例，沟槽的深度可选4.7mm，宽度可选6.2mm，特别地，如果需要有较大的膨胀，沟槽宽度可增大20%。沟槽尺寸的选取应符合GB 3452.3要求。

上述密封装置适用于所有类型土，其使用方法，包括以下技术步骤：

1．将橡皮膜（12）罩在底座（1）的上部，并在接触部位用橡皮筋紧紧固定住，且不允许有褶皱；

2．扶起橡皮膜（12），并把对开膜（2）置于橡皮膜（12）的外表面，上部夹具（4）和下部夹具（3）分别通过上部夹具固定螺丝（16）和下部夹具固定螺丝（17）将对开膜（2）固定在加载装置（13）和底座（1）上，并将对开膜（2）固定成一个整体；

3．缓慢地将橡皮膜（12）从对开膜（2）中翻出，并使橡皮膜（12）紧贴对开膜（2）的圆弧片上，防止试样表面褶皱；

4．为了使所制试样相对密实度均匀，先依据相对密实度和体积计算出试样的总重量，然后试样平均分成若干份；

5．将第一份试样放入试样筒中，把传力板（6）放到制样上，利用击实锤（7）沿着导杆（8）击实，在击实达到预定的高度后，依次拿掉导杆（8）、击实锤（7）、和传力板（6），并为了获得良好的整体性，将表面打毛。依次加入第二份、第三份……，直至最后；

6．按顺序将上部夹具（4）、对开膜（2）和下部夹具（3）分别卸下；

7．将O形密封圈（20）放到底座（1）的预留沟槽中；

8．将另一个较厚的橡皮膜套在承膜筒（14）上，并用吸球将橡皮膜和承膜筒（14）之间的空气吸附，使橡皮膜紧紧地贴在承膜筒（14）内壁；

9．将此厚橡皮膜慢慢的罩在较薄的橡皮膜（12）的表面，特别地，橡皮膜（12）在底座的长度要超过预留沟槽的位置，同时以不超过下部密封器固定螺丝（18）的位置为宜，摘掉承膜筒（14）；

10．平整在底座上的橡皮膜，并使O形密封圈（20）和橡皮膜贴附在一起，然后将下部密封器（10）在橡皮膜上榫合；

11．在下部密封器（10）上均匀设置四个固定螺丝，特别地，有两个螺丝设置在榫舌和榫眼处，使其能紧紧地固定在底座上。此时产生的初始压缩，赋予O形密封圈（20）自身的初始密封能力；

12．将试样平移到试验平台后，同第6步，将上部密封器和加载装置固定在一起；

13．可以按计划进行施加围压、抽气饱和等一系列试验操作。由腔体围压而产生的密封力与初始密封力合成总的密封力，它随腔体围压的提高而提高。

Claims

1.一种土体三轴试验试样密封装置，其特征在于：在底座的上表面和加载装置的下表面分别设置一周预留沟槽；O形密封圈放置在预留沟槽内；在底座的橡皮膜表面设置下部密封器，在加载装置的橡皮膜表面设置上部密封器；上部密封器、下部密封器构造相同，均由对开的两个半环形结构组成；这种半环形结构在一端设有榫舌，另一端设有榫眼；在上部密封器和下部密封器上都设置四个螺道，其中有两个在榫合处；上部密封器通过固定螺丝和加载装置连接，下部密封器通过固定螺丝和底座连接；上部密封器和下部密封器的材料为金属和石棉的复合材料；在底座和加载装置上设置弹性模量大，强度高的橡塑复合材料(RP) 的所述O形密封圈；上部、下部密封器的直径均比橡皮膜大2mm~3mm。