一种三轴仪及三轴试验方法技术

本发明专利技术涉及一种三轴仪及三轴试验方法，三轴仪包括可开闭的压力室，压力室内具有可竖向移动的Z轴传力杆；Z轴传力杆的下方设有安装座，安装座与Z轴传力杆之间设有饱和装样机构，饱和装样机构包括试样底座并通过试样底座可拆卸连接于安装座上，试样底座上设有竖直向上延伸的试样护筒；试样护筒包括沿竖向对半分开的两个半弧护筒板，两个半弧护筒板的下端分别与试样底座可转动连接以通过转动实现两个半弧护筒板的相向扣合和背向分离；还包括扣接机构以在扣接时保持两半弧护筒板的扣合状态并可脱扣；还包括驱动机构以提供两半弧护筒板背向分离的动力。本三轴仪的装样饱和过程可在压力室外进行；可减少三轴仪的占用、提高三轴剪切试验整体效率。

A Tri-Axis Instrument and Tri-Axis Test Method

【技术实现步骤摘要】
一种三轴仪及三轴试验方法
本专利技术属于物理测试的
，具体涉及一种三轴仪及三轴试验方法。
技术介绍
在岩土工程领域，通过测定土的强度来测试分析土样是最重要、最核心的研究内容之一。现有的研究土强度最常用的方法是三轴剪切试验，在饱和土三轴试验中，在剪切试验之前需要对试样进行饱和；而在饱和土样（试样）的三轴剪切试验研究中，如何保证试样在饱和的过程中以及饱和之后不受扰动，再进一步实施剪切试验是试验成功的关键性问题（试样在饱和过程中以及饱和后受到扰动将影响剪切试验的测定准确性）。现有技术如CN108007787A、CN206618661U、CN103344747A也涉及对三轴剪切试验的研究。但目前的饱和土三轴剪切试验中，为了确保饱和试样在剪切前不受扰动，都采用直接在三轴仪的压力室内饱和的方法进行试验的装样和饱和，即将强度较高的非饱和试样直接装样在三轴仪压力室内的底座上，试样外部（周向）套上橡皮膜以保持形态，试样上端盖上顶盖（也称试样顶帽），橡皮膜的上下端对应与顶盖和底座密封连接；组合好之后，在压力室内注满水，再进行水头饱和和反压饱和，试样饱和后在压力室内直接进行剪切，即压力室内带压力传感器的Z轴传力杆下压实施剪切试验并采集数据。由于松散的土样并不是刚性的，或固态的，前述在压力室内进行装样饱和的方式，不需要在装样饱和过程以及饱和之后进行设模、搬移、运输、脱模待剪等操作，也就避免了对饱和试样的扰动；这种方式减少了在压力室外装样饱和所必须的步骤，有其防扰动的优势，但是，由于饱和过程耗时太长，在三轴仪压力室内直接装样饱和试样的方法也存在以下不足：①装样饱和操作受限于三轴仪的台（套）数，造成批量饱和试样难以实现；②试样饱和过程耗时长，长时间占用三轴仪，增加了饱和土三轴试验的周期，严重制约饱和土三轴试验的效率，也造成了三轴仪的利用不充分，实施成本高；③在压力室内进行装样饱和操作较复杂，不利于试验人员的操作。因此，如何让试样可在压力室外饱和，并可以在压力室外饱和后装样到三轴仪压力室内待剪的过程中有效防止饱和试样的扰动，成为饱和土三轴剪切试验研究的一个方向。
技术实现思路
针对现有技术的上述不足，本专利技术要解决的技术问题是提供一种三轴仪及三轴试验方法，避免目前为了防止饱和试样扰动而只能直接在三轴仪的压力室内进行装样饱和试样的问题，取得提高三轴仪使用率、提高饱和土三轴试验整体效率的效果。为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：一种三轴仪，包括可开闭的压力室，压力室内具有可竖向移动的Z轴传力杆；压力室内，Z轴传力杆的下方设有安装座，安装座与Z轴传力杆之间设有饱和装样机构，所述饱和装样机构包括试样底座并通过所述试样底座可拆卸连接于安装座上以便拆卸后在压力室外进行试样的水头饱和，所述试样底座上设有竖直向上延伸的试样护筒以在试样护筒内形成装样空间，所述试样底座具有两个与所述装样空间连通的通水孔；所述试样护筒包括沿竖向对半分开的两个半弧护筒板，两个半弧护筒板的下端分别与试样底座可转动连接以通过转动实现两个半弧护筒板的相向扣合和背向分离；还包括扣接机构以在扣接时保持两半弧护筒板的扣合状态，在脱扣时让两半弧护筒板可背向分离；还包括驱动机构以提供两半弧护筒板背向分离的动力。本专利技术的三轴仪，通过独立设计的可拆卸饱和装样机构，可以在压力室外进行装样和饱和，然后整体装样到压力室中的安装座上，过程中试样护筒可在饱和过程中以及饱和之后装样到压力室中的过程中防止饱和试样的扰动，保证后续剪切试验的准确性。使用时，打开压力室，从安装座上取下并取出饱和装样机构进行压力室外的装样饱和，先打开试样护筒，即两个半弧护筒板沿与试样底座的可转动连接位置转动并背向分离，试样底座上从下至上依次为透水石、滤水纸、土样、滤水纸、透水石和试样顶帽，其中透水石、滤水纸、土样均套在橡皮膜内，橡皮膜的上下端对应与试样顶帽和试样底座密封连接，然后将两个半弧护筒板扣合以将试样和试样顶帽包护在装样空间内；试样顶帽上具有贯穿的排水孔并通过该排水孔连通装样空间和外界；通过通水孔持续向装样空间通入水，水进入装样空间后从试样顶帽上的排水孔排出，以此实现试样的水头饱和；待试样饱和好后，将饱和好的试样与饱和装样机构一起整体搬移至三轴仪的压力室中并连接到安装座上，再次打开试样护筒，以便于后续的剪切试验。可见，试样护筒在整个操作过程中起到了模具的作用，在压力室外装样饱和的过程中，以及饱和之后整体搬移装样到三轴仪压力室内的过程中都有效地起到了防止扰动的作用，然后在压力室中两个半弧护筒背向分离而使饱和试样脱模，可进行后续剪切试验。扣接机构和驱动机构的选择形式很多，以简单可靠为选择基础，实施时，可以选择电磁铁原理方式，根据通电的情况不同分别在对应的步骤中实现两个半弧护筒板相互吸引而保持扣合状态以及相互排斥而背向分离，同时实现了扣接机构和驱动机构的功能；扣接机构也可以选择套圈，通过外力将两个半弧护筒板相向扣合并在外侧套上套圈以保持扣合状态，取下套圈并通过驱动机构提供的力（外力）将两个半弧护筒板打开。其中，背向分离打开后两个半弧护筒板的打开角度不限，根据实际中对应的压力室的大小并可进行后续剪切试验即可。特别地，本专利技术的三轴仪，可以在现有的GDS三轴试验仪上改制，现有操作就是直接装样在三轴仪压力室内的轴压腔室上，直接将试样底座连接在轴压腔室上或者通过轴压腔室顶座连接在轴压腔室上，实施时，将现有的GDS三轴试验仪中轴压腔室上的试样底座或轴压腔室顶座拆下，更换为本设计中与饱和装样机构所配套的安装座连接固定即可，连接形式不变，对应的安装座外形也为相应便于连接的形貌，通过安装座对应连接本设计的饱和装样机构使用。进一步完善上述技术方案，所述试样底座包括竖向的大圆柱段，所述大圆柱段上凸起设有同轴的小圆柱段，试样护筒连接在所述大圆柱段上且套住所述小圆柱段以便将小圆柱段的上表面作为试样放置面；所述大圆柱段的侧面下部设有至少两个凸块，所有凸块在周向上等分均布，所述安装座的上表面设有与所述大圆柱段对应的凹腔，所述凹腔的内壁开设有与所述凸块对应的L形槽，所述L形槽包括竖向段和水平段，所述大圆柱段的下部插入所述凹腔且所述凸块在通过对应的L形槽的竖向段后随大圆柱段的转动而扣接到水平段内以实现可拆卸连接。这样，小圆柱段延伸入试样护筒的下部，两个半弧护筒板扣合时套住小圆柱段可以作为限位，更稳定地保持扣合状态；使用时，橡皮膜也可以更方便地实施密封连接，其上下端分别延伸出一段套住小圆柱段和试样顶帽，然后束紧即可。安装座与试样底座采用插扣式连接，通过L形槽实现扣接，优点是插入方便，插入、转动的过程稳定性好，都是为饱和装样机构在压力室外装样饱和后整体装样到安装座上的过程能尽量防止对饱和试样的扰动而设计。进一步地，所述竖向段的周向宽度大于凸块的周向宽度，所述水平段的上壁为朝远离竖向段方向逐渐降低的倾斜面，所述凸块随大圆柱段的转动而楔紧在水平段内。这样，通过转动扣接顺带保证连接紧密性。进一步地，所述半弧护筒板的半弧形下表面的中部向下凸起设有连接支耳，所述连接支耳伸入大圆柱段的上表面对应开设的连接缺口内，穿过所述连接缺口和连接支耳设有水平转轴以实现半弧护筒板与试样底座的可转动连接。这样，提供一种可转动连接的具体方式，连接简单可靠；前述的两个半弧护筒板本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三轴仪，包括可开闭的压力室，压力室内具有可竖向移动的Z轴传力杆；其特征在于：压力室内，Z轴传力杆的下方设有安装座，安装座与Z轴传力杆之间设有饱和装样机构，所述饱和装样机构包括试样底座并通过所述试样底座可拆卸连接于安装座上以便拆卸后在压力室外进行试样的饱和，所述试样底座上设有竖直向上延伸的试样护筒以在试样护筒内形成装样空间，所述试样底座具有两个与所述装样空间连通的通水孔；所述试样护筒包括沿竖向对半分开的两个半弧护筒板，两个半弧护筒板的下端分别与试样底座可转动连接以通过转动实现两个半弧护筒板的相向扣合和背向分离；还包括扣接机构以在扣接时保持两半弧护筒板的扣合状态，在脱扣时让两半弧护筒板可背向分离；还包括驱动机构以提供两半弧护筒板背向分离的动力。

【技术特征摘要】
1.一种三轴仪，包括可开闭的压力室，压力室内具有可竖向移动的Z轴传力杆；其特征在于：压力室内，Z轴传力杆的下方设有安装座，安装座与Z轴传力杆之间设有饱和装样机构，所述饱和装样机构包括试样底座并通过所述试样底座可拆卸连接于安装座上以便拆卸后在压力室外进行试样的饱和，所述试样底座上设有竖直向上延伸的试样护筒以在试样护筒内形成装样空间，所述试样底座具有两个与所述装样空间连通的通水孔；所述试样护筒包括沿竖向对半分开的两个半弧护筒板，两个半弧护筒板的下端分别与试样底座可转动连接以通过转动实现两个半弧护筒板的相向扣合和背向分离；还包括扣接机构以在扣接时保持两半弧护筒板的扣合状态，在脱扣时让两半弧护筒板可背向分离；还包括驱动机构以提供两半弧护筒板背向分离的动力。2.根据权利要求1所述一种三轴仪，其特征在于：所述试样底座包括竖向的大圆柱段，所述大圆柱段上凸起设有同轴的小圆柱段，试样护筒连接在所述大圆柱段上且套住所述小圆柱段以便将小圆柱段的上表面作为试样放置面；所述大圆柱段的侧面下部设有至少两个凸块，所有凸块在周向上等分均布，所述安装座的上表面设有与所述大圆柱段对应的凹腔，所述凹腔的内壁开设有与所述凸块对应的L形槽，所述L形槽包括竖向段和水平段，所述大圆柱段的下部插入所述凹腔且所述凸块在通过对应的L形槽的竖向段后随大圆柱段的转动而扣接到水平段内以实现可拆卸连接。3.根据权利要求2所述一种三轴仪，其特征在于：所述竖向段的周向宽度大于凸块的周向宽度，所述水平段的上壁为朝远离竖向段方向逐渐降低的倾斜面，所述凸块随大圆柱段的转动而楔紧在水平段内。4.根据权利要求2所述一种三轴仪，其特征在于：所述半弧护筒板的半弧形下表面的中部向下凸起设有连接支耳，所述连接支耳伸入大圆柱段的上表面对应开设的连接缺口内，穿过所述连接缺口和连接支耳设有水平转轴以实现半弧护筒板与试样底座的可转动连接。5.根据权利要求2所述一种三轴仪，其特征在于：所述大圆柱段和小圆柱段为一体结构，所述通水孔的一端孔口开设于小圆柱段的上表面，另一端孔口开设于大...

【专利技术属性】
技术研发人员：文桃，周自强，白晓华，董和平，汤小林，贾雪梅，陈豫津，张连科，
申请(专利权)人：甘肃省科学院地质自然灾害防治研究所，
类型：发明
国别省市：甘肃,62