本发明专利技术涉及土木工程技术领域，提供一种加载装置、三轴仪压力室及冻土三轴仪，其中，加载装置用于对试样进行加载，包括压头，内部设置有超声波发射器；底座，内部设置有超声波接收器；且压头和底座分别设置于试样的顶部和底部；通过超声波发射器和超声波接收器实时获取超声波P波、S波在试样内的传播速度，能够根据传播速度获得试样的弹性模量和剪切模量。本发明专利技术提供的加载装置、三轴仪压力室及冻土三轴仪，通过在压头和底座的内部分别设置超声波发射器和超声波接收器，超声波发射器实时发射超声波信号，超声波接收器对穿过试样的超声波信号进行实时接收，根据超声波P波、S波在试样内的传播速度，实时计算获得试样的弹性模量和剪切模量。切模量。切模量。
【技术实现步骤摘要】
加载装置、三轴仪压力室及冻土三轴仪
[0001]本专利技术涉及土木工程
，尤其涉及一种加载装置、三轴仪压力室及冻土三轴仪。
技术介绍
[0002]在广大寒区开展土木工程建设以及在城市地下空间开发中应用人工冻结法施工均涉及冻土，研究和揭示冻土力学特性演化规律是保障寒区土木工程和冻结法施工安全稳定、可靠运行的重要基础。
[0003]冻土三轴仪能够在不同温度下对冻土开展三轴剪切试验，获得冻土在不同温度下的应力应变关系，从而得到冻土强度、刚度、变形等力学参数随温度、荷载的变化规律，加之冻土三轴仪所施加的应力路径明确、试验结果可靠，冻土三轴仪已成为研究冻土力学特性的重要仪器设备。
[0004]弹性模量是单向应力状态下应力与应变的比值，剪切模量是剪切应力与应变的比值。弹性模量和剪切模量是描述冻土变形特性、计算工程中冻土体变形量以及基于损伤力学描述冻土结构损伤程度的重要参数。现有冻土三轴仪无法直接实时测量试样弹性模量和剪切模量，而是近似采用应力应变曲线割线模量代替弹性模量和剪切模量，所获得的弹性模量和剪切模量不准确。
技术实现思路
[0005]本专利技术提供一种加载装置、三轴仪压力室及冻土三轴仪，用以解决现有技术中冻土三轴仪无法实时准确测量弹性模量和剪切模量的缺陷，实现通过实时获取超声波P波、S波在试样内的传播速度，计算获得弹性模量和剪切模量。
[0006]本专利技术提供一种加载装置，用于对试样进行加载，包括：压头，内部设置有超声波发射器；底座，内部设置有超声波接收器；且所述压头和所述底座分别设置于试样的顶部和底部；通过所述超声波发射器和所述超声波接收器实时获取超声波P波、S波在试样内的传播速度，能够根据所述传播速度获得试样的弹性模量和剪切模量。
[0007]根据本专利技术提供的一种加载装置，所述压头和所述底座与试样的接触面端面为矩形；还包括一对约束侧壁，所述约束侧壁对应设置于试样短边方向的两侧面，用于约束试样沿长边方向的变形，形成平面应变条件；且所述约束侧壁同时与所述底座和所述压头连接；形成平面应变加载模块。
[0008]根据本专利技术提供的一种加载装置，还包括框架、上环箍和下环箍，所述框架设置于所述约束侧壁的外周，所述上环箍和所述下环箍分别设置于所述框架的顶部的外周和底部的外周。
[0009]根据本专利技术提供的一种加载装置，所述底座和所述压头的端面均为圆形；加载时，
所述压头和所述底座相互靠近提供轴向力；形成轴对称应力加载模块。
[0010]本专利技术还提供一种三轴仪压力室，包括：罩体，内侧面设置有冷液盘管；多个温度传感器，用于测量试样侧面上、中、下至少三个不同位置的表面温度；如上所述的加载装置；所述加载装置设置于所述罩体的内部；轴向加载杆，贯穿所述罩体，且所述轴向加载杆与所述加载装置的压头接触；所述加载装置的压头和底座内分别设置有第一冷液管和第二冷液管；所述冷液盘管、第一冷液管和第二冷液管分别用于与温控系统连通。
[0011]根据本专利技术提供的一种三轴仪压力室，所述罩体的外侧包裹有保温棉。
[0012]本专利技术还提供一种冻土三轴仪，包括：如上所述的三轴仪压力室；加载动力系统，用于向所述三轴仪压力室施加载荷；温控系统，与所述三轴仪压力室的冷液盘管、第一冷液管、第二冷液管连通和所述加载动力系统连通；采控系统，用于获取试样的数据指标，并根据所述数据指标反馈控制所述加载动力系统和所述温控系统。
[0013]根据本专利技术提供的一种冻土三轴仪，所述加载动力系统包括：围压作动器，用于向所述三轴仪压力室内的试样施加围压；伺服液压机，用于抬升试样以对试样施加竖向载荷；加载门架，用于为所述三轴仪压力室提供支撑；油泵，用于向所述围压作动器和所述伺服液压机提供动力源；油泵冷却机，用于对所述油泵冷却。
[0014]根据本专利技术提供的一种冻土三轴仪，所述温控系统包括第一冷浴设备、第二冷浴设备、第三冷浴设备和第四冷浴设备，所述第一冷浴设备、第二冷浴设备、第三冷浴设备和第四冷浴设备分别与所述冷液盘管、第一冷液管、第二冷液管和所述围压作动器内的活塞冷却管连通。
[0015]根据本专利技术提供的一种冻土三轴仪，还包括底盘架和导轨，所述底盘架上设置有所述三轴仪压力室，所述底盘架与所述导轨滑动连接。
[0016]本专利技术提供的加载装置，通过在压头和底座的内部分别设置超声波发射器和超声波接收器，超声波发射器实时发射超声波信号，超声波接收器对穿过试样的超声波信号进行实时接收，根据超声波P波（又称纵波）、S波（又称横波）在试样内的传播速度，实时计算获得试样的弹性模量和剪切模量。
[0017]本专利技术提供的三轴仪压力室，由于包括如上所述的加载装置，因此具备如上所述的各种优势，另外，冷液盘管、第一冷液管、第二冷液管分别对试样侧面、顶部和底部进行控温，三轴仪压力室内设置有多个温度传感器，能够实时测量试样表面温度，并更加准确地测量试样表面各处的温度，使用温控系统对冷液盘管、第一冷液管、第二冷液管进行冷液循环，实现对试样的三端控温，提高控温精度。
[0018]本专利技术提供的冻土三轴仪，由于包括如上所述的三轴仪压力室，因此具备如上所述的各种优势；另外，采用可相互替换的轴对称应力加载模块和平面应变加载模块，既可以在轴对称应力状态下开展三轴剪切试验，也可在平面应变状态下开展平面应变剪切试验。
附图说明
[0019]为了更清楚地说明本专利技术或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0020]图1是本专利技术提供的轴对称应力加载模块的结构示意图；图2是本专利技术提供的图1中A
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A截面的剖视图；图3是本专利技术提供的图1中B
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B截面的剖视图；图4是本专利技术提供的平面应变加载模块的结构示意图；图5是本专利技术提供的图4中C
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C截面的剖视图；图6是本专利技术提供的三轴仪压力室的罩体构成图；图7是本专利技术提供的三轴仪压力室的内部结构示意图；图8是本专利技术提供的冻土三轴仪的结构示意图；图9是本专利技术提供的围压作动器的结构示意图；附图标记：10、试样；20、加载装置；21、压头；22、超声波发射器；23、底座；24、超声波接收器；25、约束侧壁；26、框架；27、上环箍；28、下环箍；29、位移测量模块；30、压力室；31、罩体；32、冷液盘管；33、温度传感器；34、轴向加载杆；35、第一冷液管；36、第二冷液管；37、保温棉；38、底盘；39、真空机接口；310、上围压液入口；311、螺纹结构；312、手柄；313、下围压液入口；40、加载动力系统；41、围压作动器；411、活塞冷却管；412、围压液；413、活塞底座；414、作动活塞；42、伺服液压机；43、加载门架；44、油泵；45、油泵冷却机；50、温控系统；51、第一冷浴设备；52、第二冷浴设备；53、第三冷浴设备；54、第四冷浴本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种加载装置，用于对试样（10）进行加载，其特征在于，包括：压头（21），内部设置有超声波发射器（22）；底座（23），内部设置有超声波接收器（24）；且所述压头（21）和所述底座（23）分别设置于试样（10）的顶部和底部；通过所述超声波发射器（22）和所述超声波接收器（24）实时获取超声波P波、S波在试样内的传播速度，能够根据所述传播速度获得试样的弹性模量和剪切模量。2.根据权利要求1所述的加载装置，其特征在于，所述压头（21）和所述底座（23）与试样的接触面端面为矩形；还包括一对约束侧壁（25），所述约束侧壁（25）对应设置于试样短边方向的两侧面，用于约束试样沿长边方向的变形，形成平面应变条件；且所述约束侧壁（25）同时与所述底座（23）和所述压头（21）连接；形成平面应变加载模块。3.根据权利要求2所述的加载装置，其特征在于，还包括框架（26）、上环箍（27）和下环箍（28），所述框架（26）设置于所述约束侧壁（25）的外周，所述上环箍（27）和所述下环箍（28）分别设置于所述框架（26）的顶部的外周和底部的外周。4.根据权利要求1所述的加载装置，其特征在于，所述底座（23）和所述压头（21）的端面均为圆形；加载时，所述压头（21）和所述底座（23）相互靠近提供轴向力；形成轴对称应力加载模块。5.一种三轴仪压力室，其特征在于，包括：罩体（31），内侧面设置有冷液盘管（32）；多个温度传感器（33），用于测量试样侧面上、中、下至少三个不同位置的表面温度；权利要求1
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4任一项所述的加载装置（20）；所述加载装置（20）设置于所述罩体（31）的内部；轴向加载杆（34），贯穿所述罩体（31），且所述轴向加载杆（34）与所述加载装置（20）的压头（21）接触；所述加载装置（20）的压头（21）和底座（23）内分别设置有第一冷液管（35）...
【专利技术属性】
技术研发人员：齐吉琳，孔令明，彭丽云，王冬勇，
申请(专利权)人：北京建筑大学，
类型：发明
国别省市：
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