一种全自动非饱和土固结仪制造技术

本发明专利技术公开了一种全自动非饱和土固结仪，它包括控制柜(1)、与控制柜(1)相连的固结仪本体(2)，与固结仪本体(2)相连的扩散气泡冲刷装置(3)；固结仪本体(2)包括压力室(12)、压力加载装置、吸力控制装置、信息检测装置和数据采集装置。本发明专利技术结构设计合理，操作简单，自动化程度高，可适用于控制基质吸力或者竖向净应力的非饱和土固结试验研究，并可研究不同应力状态下非饱和土吸湿、脱湿过程的土‑水特征曲线及其滞后现象，可替代传统的土‑水特征曲线压力板仪，可实现对基质吸力的精确、长久、高效控制，能大大提高非饱和土实验的精确度，应用范围广泛。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种全自动非饱和土固结仪，尤其涉及一种研究控制基质吸力或者净竖向应力条件下，考虑不同应力状态的吸湿或者脱湿过程的土-水特征曲线及其滞后现象的全自动试验仪器。
技术介绍
全自动非饱和土固结仪是用来检测非饱和土的土-水特性，即非饱和土的土-水特征曲线，而土-水特征曲线能够反映出非饱和土的强度、持水能力、渗透系数和收缩膜的滞后性等物理特性。对于同一特性的土体，不同应力状态下土体吸湿和脱湿过程表现出不同的土-水特征曲线，通常在相同的应力状态下，吸湿过程的土-水特征曲线位于脱湿过程的土-水特征曲线之下；同时，同一吸湿、脱湿过程，在不同的应力状态下非饱和土的土-水特征曲线也将表现出不同程度的差异，而由此得到的非饱和土体的强度、持水能力和渗透系数等物理特性将存在着较大的差异，这对于研究非饱和土的水力与力学特性有着决定性的作用。故研究具备进行不同工况下非饱和土体特性研究的固结试验系统，对于科学研究以及土木工程设计具有重要意义。目前研究非饱和土的水力与力学特性的实验仪器主要有压力板仪、非饱和土三轴仪以及非饱和土固结仪等，但是这些仪器在模拟工程实际应力状态和吸湿脱湿方面或多或少均存在着一些弊端，如非饱和土三轴仪受限于其加载方式和自动化程度，只能模拟简单的应力状态；而现有的压力板仪和非饱和土固结仪由于仪器设计方面的缺陷，竖直向加载杆易受到所加气压作用，将影响竖向应力加载的精确度，且在试验过程中压力板仪多采用量管测量试样的含水量，而量管内的水会随温度的升高而蒸发，进而导致实测的含水量存在误差，降低了试验的可靠性。同时，大多数仪器未考虑非饱和试验时间的影响，当时间较长时，陶土板下方空腔内可能产生封闭气泡，这些气泡的产生将会影响非饱和土试验中对吸力的控制及其准确性。经过专利文献检索，现有技术在应力状态和试验自动化方面对非饱和土固结仪做了一些有益的探索和改进，例如：一种多功能非饱和土固结仪(中国专利申请号为201420655972.X)，改进了仪器的加载装置，实现了一维(K0状态)固结试验，但是其未考虑施加气压过程中气压对加载杆的影响，这将降低加载杆所施加的竖向应力，且气压加载系统没有形成闭合环路，系统不能实现有效的伺服循环控制，这将影响试验的可靠度。
技术实现思路
专利技术目的：针对现有技术存在的上述问题，本专利技术的目的是提供一种高效、高精度的全自动非饱和土固结仪，本专利技术可用于研究分析非饱和土在控制基质吸力或者净竖向应力条件下，考虑不同应力状态时的吸湿或者脱湿过程土-水特征曲线及其滞后现象，可解决现有技术的不足。技术方案：为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种全自动非饱和土固结仪，它包括控制柜、与控制柜相连的固结仪本体，与固结仪本体相连的扩散气泡冲刷装置；所述的固结仪本体包括压力室、压力加载装置、吸力控制装置、信息检测装置和数据采集装置；所述的控制柜与固结仪本体相连接，对固结仪本体中的压力室进行压力控制；所述的压力室位于压力加载装置之上，由压力加载装置对压力室施加竖向应力；所述的吸力控制装置位于压力室的内部，并与计算机相连，通过计算机控制吸力；所述的信息检测装置通过传感器检测试样的压力、轴向变形和体积变化，并将检测到的信息传输给与信息检测装置相连的数据采集装置；所述的扩散气泡冲刷装置与压力室相连，可消除由于试验时间较长而陶土板(24)下方空腔内产生气泡的影响。作为优选方案，以上所述的全自动非饱和土固结仪，其特征在于，所述的控制柜通过微控制单元MCU系统(嵌入式控制系统)与计算机相连。作为优选方案，以上所述的全自动非饱和土固结仪，所述的压力室包括底座、陶土板、陶瓷压片、环刀、试样、透水石、环刀尾圈、玻璃侧筒、中心杆、中心杆密封座、上盖和顶压盖；所述的陶土板固定于压力室的底座上，陶土板的周边由环形的瓷板压片密封，在陶土板和瓷板压片之间安装有密封垫，环刀嵌于环形瓷板压片的内部；所述的试样放置在环刀内部，试样的上方依次放置有透水石和顶压盖，并采用环刀尾环将透水石和环刀固定；玻璃侧筒固定在底座上，上盖固定于玻璃侧筒上，中心杆穿过上盖，并通过中心杆密封座与上盖相连，在中心杆密封座的顶部与中心杆相接触的部位设置有O型密封圈；所述的顶压盖通过顶压盖上部的凹槽与中心杆轻微相接触。作为优选方案，以上所述的全自动非饱和土固结仪，所述的中心杆的中上部设置有凸起，在凸起与中心杆密封座相接处的部位安装有O型密封圈，在中心杆的上部与中心杆密封座之间形成密闭区域A；密闭区域A和压力室之间通过通气管线相连通，使得区域A中的气压与压力室中的气压保持平衡，区域A中的气压对中心杆的作用力抵消压力室中气压对中心杆的作用力，实现固结仪的竖向净应力控制。作为优选方案，以上所述的全自动非饱和土固结仪，所述的压力加载装置包括依次相连的步进电机、减速器和法兰盘，通过步进电机和减速器推动法兰盘上下移动，控制试样的轴向位移和轴向加载。作为优选方案，以上所述的全自动非饱和土固结仪，所述的步进电机和减速器安装在钢架上，钢架固定在箱体的底板上。作为优选方案，以上所述的全自动非饱和土固结仪，所述的吸力控制装置包括陶土板，压力室上部与控制柜气压输出端相连，压力室下部与控制柜水压输出端相连，通过计算机控制压力室内的气压ua和水压uw，吸力为s＝ua-uw，实现对试样吸力的控制。作为优选方案，以上所述的全自动非饱和土固结仪，所述的信息检测装置包括荷重传感器和高精度数显位移传感器，荷重传感器上部连接有传感器连接头，传感器连接头与连接板相连，连接板与安装在支杆上的上底板相连，高精度数显位移传感器通过位移测量板和仪表夹固定在压力室的上盖上；所述的荷重传感器下端连接有传感器加载头，传感器加载头与压力室的中心杆相接触。作为优选方案，以上所述的全自动非饱和土固结仪，所述的支杆固定在钢架上，上底板通过调节帽固定在支杆的顶部。作为优选方案，以上所述的全自动非饱和土固结仪，所述的扩散气泡冲刷装置包括底座，安装在底座上的气泡收集器和常闭电子阀，气泡收集器内开设有漏斗空腔和与漏斗空腔底部相连的漏斗细管；所述的气泡收集器底部设有气泡收集器进排水口和传感器接口，传感器接口连接有精密水压传感器；所述的气泡收集器进排水口与常闭电子阀一端相连，常闭电子阀另一端与压力室中底座的进排水口相连；所述的传感器接口与排气泡阀门连接。本专利技术所述的全自动非饱和土固结仪，所述的扩散气泡冲刷装置通过打开常闭电子阀，足量的水进入陶土板下方空腔内，从而可排除气泡，并进行气泡体积的测量，修正试样体变值。与现有技术对比，本专利技术的有益效果是：1、本专利技术采用闭环控制的水/气压力体积控制系统，轴压和围压自身实现伺服/步进控制加载，而且整个系统又可实现闭环伺服/步进控制。2、本专利技术采用计算机控制基质吸力或者净竖向应力，可实现非饱和土不同应力状态下的吸湿/脱湿过程的土水特征曲线及其滞后现象的研究。3、本专利技术可进行非饱和土一维(K0状态)固结试验。4、本专利技术采用高进气值陶土板和轴平移技术，可实现对基质吸力的精确、长久、高效控制。5、本专利技术采用扩散气泡冲刷装置，可消除试验时间较长情况下气泡对吸力控制的影响，提高试验的精确度。6、本专利技术结构设计合理，操作方便，自动化程度高，能大大提高非饱和土实验的精确度，取得了很好的技术效果。附图说明图1是本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种全自动非饱和土固结仪，其特征在于，它包括控制柜(1)、与控制柜(1)相连的固结仪本体(2)，与固结仪本体(2)相连的扩散气泡冲刷装置(3)；所述的固结仪本体(2)包括压力室(12)、压力加载装置、吸力控制装置、信息检测装置和数据采集装置；所述的控制柜(1)与固结仪本体(2)相连接，对固结仪本体(2)中的压力室(12)进行压力控制；所述的压力室(12)位于压力加载装置之上，由压力加载装置对压力室(12)施加竖向应力；所述的吸力控制装置位于压力室(12)的内部，并与计算机(47)相连，通过计算机(47)控制吸力；所述的信息检测装置通过传感器检测试样的压力、轴向变形和体积变化，并将检测到的信息传输给与信息检测装置相连的数据采集装置；所述的扩散气泡冲刷装置(3)与压力室(12)相连，可消除在陶土板(24)下方空腔内产生气泡的影响。

【技术特征摘要】
1.一种全自动非饱和土固结仪，其特征在于，它包括控制柜(1)、与控制柜(1)相连的固结仪本体(2)，与固结仪本体(2)相连的扩散气泡冲刷装置(3)；所述的固结仪本体(2)包括压力室(12)、压力加载装置、吸力控制装置、信息检测装置和数据采集装置；所述的控制柜(1)与固结仪本体(2)相连接，对固结仪本体(2)中的压力室(12)进行压力控制；所述的压力室(12)位于压力加载装置之上，由压力加载装置对压力室(12)施加竖向应力；所述的吸力控制装置位于压力室(12)的内部，并与计算机(47)相连，通过计算机(47)控制吸力；所述的信息检测装置通过传感器检测试样的压力、轴向变形和体积变化，并将检测到的信息传输给与信息检测装置相连的数据采集装置；所述的扩散气泡冲刷装置(3)与压力室(12)相连，可消除在陶土板(24)下方空腔内产生气泡的影响。2.根据权利要求1所述的全自动非饱和土固结仪，其特征在于，所述的控制柜(1)通过MCU系统与计算机(47)相连。3.根据权利要求1所述的全自动非饱和土固结仪，其特征在于，所述的压力室(12)包括底座(22)、陶土板(24)、陶瓷压片(25)、环刀(26)、试样(27)、透水石(28)、环刀尾圈(29)、玻璃侧筒(30)、中心杆(31)、中心杆密封座(32)、上盖(34)和顶压盖(35)；所述的陶土板(24)固定于压力室(12)的底座(22)上，陶土板(24)的周边由环形的瓷板压片(25)密封，在陶土板(24)和瓷板压片(25)之间安装有密封垫(36)，环刀(26)嵌于环形瓷板压片(25)的内部；所述的试样(27)放置在环刀(26)内部，试样(27)的上方依次放置有透水石(28)和顶压盖(35)，并采用环刀尾环(29)将透水石(28)和环刀(26)固定；玻璃侧筒(30)固定在底座(22)上，上盖(34)固定于玻璃侧筒(30)上，中心杆(31)穿过上盖(34)，并通过中心杆密封座(32)与上盖(34)相连，在中心杆密封座(32)的顶部与中心杆(31)相接触的部位设置有O型密封圈(33)；所述的顶压盖(35)通过顶压盖(35)上部的凹槽与中心杆(31)相接触。4.根据权利要求3所述的全自动非饱和土固结仪，其特征在于，所述的中心杆(31)的中上部设置有凸起，在凸起与中心杆密封座(32)相接处的部位安装有O型密封圈(33)，在中心杆(31)的上部与中心杆密封座(32)之间形成密闭区域A；密闭区域A和压力室(12)之间通过通气管线(...

【专利技术属性】
技术研发人员：季李通，
申请(专利权)人：南京泰克奥科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32