CN110608953A - 三轴试验土单元中心位置孔隙水压力测试*** - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种三轴试验土单元中心位置孔隙水压力测试***，包括压力室和其顶部的加载气缸；压力室上、下两端分别设置有压力室进/出气管和压力室进/出水通道；压力室内部放置土单元，土单元通过土单元加压上帽和土单元底座上下夹紧；加载气缸顶部设置有位移传感器，底部设置有气缸压头，气缸压头***压力室内并压覆在土单元加压上帽上；土单元底座下方设置力传感器；土单元中心位置设置有微型孔隙水压力传感器。本发明结构简单、紧凑、成本低、组装方便、易于操作，可以通过试验控制计算机进行直接、客观测量、监控和显示土单元的孔隙水压力变化过程并绘制孔隙水压力—振次曲线，测量结果具有全面、准确的优点。
Description
技术领域
本发明涉及岩土工程领域，具体涉及一种三轴试验土单元中心位置孔隙水压力测试***。
背景技术
土力学中，土体受力后的变形和强度取决于土体中各碎散颗粒材料受到的有效应力，也即取决于土体受到的总应力和孔隙水压力的压差。利用三轴试验对土的工程性质，诸如强度、变形特性进行研究时，需要客观准确地捕捉并记录试验过程土单元中孔隙水压力的变化。
现有三轴试验装置测量土单元中的孔隙水压力时，往往把孔压传感器置于试验土单元的底部、顶部或者试样侧面。由于顶帽和底座对于土单元的约束作用，使得试样顶部和底部的应力分布并不均匀，相应的孔隙水压力也不均匀，因而将孔压测量传感器置于土单元底部、顶部测得的孔隙水压力值无法客观地反映土单元中孔隙水压力的变化过程，进而使得试验数据无法客观真实地反映土单元所代表土层的工程性质。对于将传感器置于试样侧面的做法，虽然可以规避土单元端部应力不均匀导致孔压不均匀的弊端，但是这种做法需将刚性的孔压传感器固定于柔性的橡皮膜上，固定过程非常复杂、繁琐，并且影响后续土单元的安装；另外，由于孔隙水压力传感器置于土单元侧面，当土单元的渗透系数较小时，传感器测得的结果也无法真实反映土单元内部的孔隙水压力分布。
发明内容
本发明的目的是提供一种三轴试验土单元中心位置孔隙水压力测试***，直接测量土单元中部孔隙水压力，可以完成应力控制或应变控制模式下静力三轴试验或循环三轴试验，克服现有三轴试验测试***无法真实客观测量三轴试验过程中土单元中孔隙水压力的弊端。
本发明所采用的技术方案为：
三轴试验土单元中心位置孔隙水压力测试***，其特征在于：
所述***包括压力室和其顶部的加载气缸；
压力室上、下两端分别设置有压力室进/出气管和压力室进/出水通道；压力室内部放置土单元，土单元通过土单元加压上帽和土单元底座上下夹紧；
加载气缸顶部设置有位移传感器，底部设置有气缸压头，气缸压头***压力室内并压覆在土单元加压上帽上；土单元底座下方设置力传感器；土单元中心位置设置有微型孔隙水压力传感器。
压力室包括压力室顶盖和压力室底座，压力室顶盖底面和压力室底座顶面对应设置有环槽，环槽内设置圆筒形的压力室外壁；
压力室外壁的顶端和底端内壁设有错台，对应的环槽也设置有错台。
压力室外壁***设置有多个竖向的压力室中柱，压力室中柱底端***压力室底座顶面的插孔，顶端穿过压力室顶盖并通过手拧内螺纹螺母固定。
气缸压头外接压头腔排气管，气缸压头下端设有橡胶密封环，利用压差连接土单元加压上帽。
土单元加压上帽外接土单元加压顶帽排气管和土单元加压顶帽排水管。
土单元环周包覆橡皮膜，上下两端设置滤纸和透水板。
土单元底座外接土单元底座排水管。
压力室底座上设置有微型孔隙水压力传感器接线孔和力传感器接线孔，微型孔隙水压力传感器连接孔隙水压力传感器配线从微型孔隙水压力传感器接线孔引出，力传感器的配线从力传感器接线孔引出。
土单元底座通过连接件连接力传感器，连接件为不锈钢底座。
位移传感器、力传感器、微型孔隙水压力传感器均接入试验控制计算机；
加载气缸通过加载***控制，加载***通过信号线接入试验控制计算机。
本发明具有以下优点：
1、利用三轴试验土单元中心位置孔隙水压力测试***测量土样的孔隙水压力，可以更为直接、客观、真实、简单地获取土单元中心位置处的孔隙水压力代表值，所测得孔隙水压力更能客观真实地反映土单元所代表土层的工程性质。
2、利用三轴试验土单元中心位置孔隙水压力测试***测量土样的孔隙水压力，克服了当前孔压测试方法存在的诸多弊端。包括待测土体渗透性较差时，侧面孔压测试方法测得的孔压结果无法真实反映土单元内部孔隙水压力变化的问题和端部孔压测试方法中应力集中引致的孔压分布不均匀的问题。
3、本发明具有结构简单、紧凑、操作方便、成本低的优点。
附图说明
图1为本发明结构图。
图中：1、位移传感器；2、加载气缸；3、手拧内螺纹螺母；4、压力室顶盖；5、压头腔排气管；6、压力室中柱；7、压力室外壁；8、土单元加压顶帽排气管；9、橡皮膜；10、透水板；11、土单元底座排水管；12、土单元底座；13、压力室底座；14、微型孔隙水压力传感器接线孔；15、力传感器接线孔；16、压力室进水通道；17、力传感器；18、连接件；19、土单元加压顶帽排水管；20、土单元；21、微型孔隙水压力传感器；22、孔隙水压力传感器配线；23、土单元加压上帽；24、气缸压头；25、压力室进/出气管；26、加载***；27、试验控制计算机；28、信号线。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细的说明。
本发明涉及一种三轴试验土单元中心位置孔隙水压力测试***，所述***包括压力室和其顶部的加载气缸2；压力室上、下两端分别设置有压力室进/出气管25和压力室进/出水通道16；压力室内部放置土单元20，土单元20通过土单元加压上帽23和土单元底座12上下夹紧，土单元加压上帽23与土单元底座12均由有机玻璃柱制成；加载气缸2顶部设置有位移传感器1，底部设置有气缸压头24，气缸压头24***压力室内并压覆在土单元加压上帽23上；土单元底座12下方设置力传感器17；土单元20中心位置设置有微型孔隙水压力传感器21。
压力室总体为圆柱形中空结构，包括压力室顶盖4和压力室底座13，压力室顶盖4底面和压力室底座13顶面对应设置有环槽，环槽内设置圆筒形的压力室外壁7。压力室外壁7的顶端和底端内壁设有错台，对应的环槽也设置有错台。压力室外壁7***设置有四个竖向的压力室中柱6，压力室中柱6底端***压力室底座13顶面的插孔，顶端穿过压力室顶盖4并通过手拧内螺纹螺母3固定。
气缸压头24外接压头腔排气管5，气缸压头24下端设有橡胶密封环，利用压差连接土单元加压上帽23。土单元加压上帽23外接土单元加压顶帽排气管8和土单元加压顶帽排水管19。土单元20环周包覆橡皮膜9，上下两端设置滤纸和透水板10。土单元底座12外接土单元底座排水管11。土单元底座12通过连接件18连接力传感器17。连接件18为不锈钢底座，作用是将土单元底座12下方设置力传感器17连接起来，以传递压力，可通过螺栓方式互相连接。
压力室底座13上设置有微型孔隙水压力传感器接线孔14和力传感器接线孔15，微型孔隙水压力传感器21连接孔隙水压力传感器配线22从微型孔隙水压力传感器接线孔14引出，力传感器17的配线从力传感器接线孔15引出。位移传感器1、力传感器17、微型孔隙水压力传感器21均接入试验控制计算机27；加载气缸2通过加载***26控制，加载***26通过信号线28接入试验控制计算机27。试验控制计算机27内部装有控制***与数据采集***软件，与加载***26通过信号线28连接，实现向所述加载***26下达动作指令；所述试验控制计算机27分别与位移传感器1、力传感器接线孔15、微型孔隙水压力传感器接线孔14通过信号线28连接，实现对土单元所受轴力、位移、孔隙水压力数据的测量、记录、处理、实时显示孔隙水压力变化过程；所述加载***26由气缸和伺服控制***构成，与所述加载气缸2通过信号线28连接，伺服控制器属于现有技术，其结构及工作原理在再次不做赘述。
本发明的试验过程为：
利用成膜筒将土单元20套上橡皮膜9，利用微型手钻将土单元20顶部截面圆心位置打孔至土单元20中心位置处，在土单元两端依次放置滤纸、透水石；利用橡皮膜9将土单元20固定在土单元底座12上；安装土单元加压上帽23，使微型孔隙水压力传感器21与孔隙水压力传感器配线22恰好依次穿过带孔的透水石与滤纸，伸入土单元20中心位置，并使土单元20固定在所述底座12与加压上帽23之间；依次安放压力室外壁7、压力室顶盖4，并用四颗手拧内螺纹螺母3锁紧；打开压力室进水通道16与压力室进/出气管25，向压力室内注水、加气压，以向土单元20施加围压，模拟天然土体真实的受力状态；待固结完成后，启动试验控制计算机27打开数据采集***与控制***软件，向加载***26下达试验指令，使控制加载气缸2的气缸压头24向下运动，此时土单元20被压缩；气缸压头24向下运动的同时，土单元加压上帽23也会产生位移，位移传感器1和力传感器15配合，在相应控制电路的作用下，即可测量土单元20的轴向变形和所受压力；同时通过微型孔隙水压力传感器21测量土单元20孔隙水压力数值，利用微型孔隙水压力传感器接线孔14传输到试验控制计算机26，实现对土单元孔隙水压力的数据测量、记录、处理、实时显示孔隙水压力变化过程；试验结束后，打开压力室进水通道16使压力室内水排出；调节加载***26，使加载气缸2带动气缸压头24向上移动；拧开手拧内螺纹螺母3，依次卸下压力室顶盖4、土单元加压上帽23；将做完试验的土单元20取出。
本发明可以实现应力控制或应变控制模式下静力三轴试验或循环三轴试验测量土单元孔隙水压力，同时可以通过控制排水条件来测量不固结不排水（UU剪）、固结不排水剪（CU剪）、固结排水剪（CD剪）的孔隙水压力。
本发明的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。
Claims (10)
1.三轴试验土单元中心位置孔隙水压力测试***，其特征在于：
所述***包括压力室和其顶部的加载气缸（2）；
压力室上、下两端分别设置有压力室进/出气管（25）和压力室进/出水通道（16）；压力室内部放置土单元（20），土单元（20）通过土单元加压上帽（23）和土单元底座（12）上下夹紧；
加载气缸（2）顶部设置有位移传感器（1），底部设置有气缸压头（24），气缸压头（24）***压力室内并压覆在土单元加压上帽（23）上；土单元底座（12）下方设置力传感器（17）；土单元（20）中心位置设置有微型孔隙水压力传感器（21）。
2.根据权利要求1所述的三轴试验土单元中心位置孔隙水压力测试***，其特征在于：
压力室包括压力室顶盖（4）和压力室底座（13），压力室顶盖（4）底面和压力室底座（13）顶面对应设置有环槽，环槽内设置圆筒形的压力室外壁（7）；
压力室外壁（7）的顶端和底端内壁设有错台，对应的环槽也设置有错台。
3.根据权利要求2所述的三轴试验土单元中心位置孔隙水压力测试***，其特征在于：
压力室外壁（7）***设置有多个竖向的压力室中柱（6），压力室中柱（6）底端***压力室底座（13）顶面的插孔，顶端穿过压力室顶盖（4）并通过手拧内螺纹螺母（3）固定。
4.根据权利要求3所述的三轴试验土单元中心位置孔隙水压力测试***，其特征在于：
气缸压头（24）外接压头腔排气管（5），气缸压头（24）下端设有橡胶密封环，利用压差连接土单元加压上帽（23）。
5.根据权利要求4所述的三轴试验土单元中心位置孔隙水压力测试***，其特征在于：
土单元加压上帽（23）外接土单元加压顶帽排气管（8）和土单元加压顶帽排水管（19）。
6.根据权利要求5所述的三轴试验土单元中心位置孔隙水压力测试***，其特征在于：
土单元（20）环周包覆橡皮膜（9），上下两端设置滤纸和透水板（10）。
7.根据权利要求6所述的三轴试验土单元中心位置孔隙水压力测试***，其特征在于：
土单元底座（12）外接土单元底座排水管（11）。
8.根据权利要求7所述的三轴试验土单元中心位置孔隙水压力测试***，其特征在于：
压力室底座（13）上设置有微型孔隙水压力传感器接线孔（14）和力传感器接线孔（15），微型孔隙水压力传感器（21）连接孔隙水压力传感器配线（22）从微型孔隙水压力传感器接线孔（14）引出，力传感器（17）的配线从力传感器接线孔（15）引出。
9.根据权利要求8所述的三轴试验土单元中心位置孔隙水压力测试***，其特征在于：
土单元底座（12）通过连接件（18）连接力传感器（17），连接件（18）为不锈钢底座。
10.根据权利要求9所述的三轴试验土单元中心位置孔隙水压力测试***，其特征在于：
位移传感器（1）、力传感器（17）、微型孔隙水压力传感器（21）均接入试验控制计算机（27）；
加载气缸（2）通过加载***（26）控制，加载***（26）通过信号线（28）接入试验控制计算机（27）。
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