一种可消除膜顺变效应影响的动静态三轴试验方法技术

一种可消除膜顺变效应影响的动静态三轴试验方法，基于激光式位移控制全表面变形测量装置和补偿装置实现。首先，安装压力室测量装置，制备砂砾料三轴试样，进行试样安装。其次，对饱和砂砾料三轴试样进行固结试验、逐级加载，对膜嵌入量随有效围压的变化进行准确测量。再次，继续进行三轴试样动力不排水加载试验。最后，根据膜嵌入量随有效围压变化的关系曲线计算补偿装置所应推入或吸出三轴试样内部的液体体积。本发明专利技术可以在准确测量膜嵌入量的前提下进行后续动静三轴试验，并针对膜嵌入量随有效围压的变化进行实时补偿；能够实现膜嵌入量随有效围压变化的精准测量，同时消除试验加卸载过程中膜嵌入效应对于三轴试样体积变形或孔隙水压力变化的影响。变形或孔隙水压力变化的影响。变形或孔隙水压力变化的影响。

【技术实现步骤摘要】
一种可消除膜顺变效应影响的动静态三轴试验方法


[0001]本专利技术属于土工试验
，涉及一种可消除膜顺变效应影响的动静态三轴试验方法。
技术背景
[0002]橡皮膜作为三轴试验中的关键影响因素，其相关研究不甚充分，目前，人们仍无法充分考虑并消除橡皮膜对于实验的影响，导致结果可靠性不足，严重制约粗粒土动力研究的深入。因此，消除橡皮膜影响是粗粒土力学特性研究中的关键课题。
[0003]在三轴不排水试验中，橡皮膜主要存在顺变效应，即不排水试验中，有效应力的变化导致橡皮膜嵌入体积顺势改变而影响孔隙水压力真实表现的现象。其中，橡皮膜顺变性消除方法主要有物理缓解、仪器补偿和计算修正3类。物理缓解主要为处理试样外表面凹陷，如外表面涂抹硅橡胶或黏土、细砂充填孔隙或冷冻试样表面光滑切割等。但这类方法对试样带来的附加影响难以估计，且如涂胶法无法完全抵消橡皮膜顺变。仪器补偿需根据提前确定的橡皮膜嵌入体积，向试样内或特制的双层膜间进行及时补水，补偿因橡皮膜顺变导致试样局部排水影响，被认为可完全消除橡皮膜影响。计算修正基于三轴试验，从孔压发展角度对结果修正，得到相对真实的孔压发展规律，方法需根据大量复杂的工作建立合理孔压模型并获取可靠修正系数，在土动力学早期难以广泛开展，至今仍鲜有应用。综上，因应用效果、适用范围或理论发展等因素，橡皮膜顺变性消除方法在过去近20年应用甚少，未能取得更深入发展，阻碍着液化理论深化，导致当前的土壤液化研究，尤其是大颗粒粗粒土的液化研究，对其常避而不谈或选择性忽略。
[0004]由此可见，目前急需一种可以更好的消除橡皮膜顺变效应的措施以减少其对试验结果的影响，从而提高试验结果的精确度和准确性。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提出一种能较大程度消除橡皮膜顺变效应的装置的使用方法，在进行常规三轴不排水试验时，使用该方法对砂砾料三轴试验表面膜嵌入量进行精准的测量，且在试验过程中对于膜顺变效应进行实时补偿修正，以解决膜顺变效应对于试验结果影响的问题。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用的试验装置为：
[0007]一种可消除膜顺变效应影响的动静态三轴试验方法，用于对砂砾料进行力学特性等试验研究，基于压力室测量装置和补偿装置实现，其中压力室测量装置和补偿装置通过软管300连接，软管300上设有阀门。
[0008]所述的压力室测量装置安置在主体支座结构的下台上部中心位置处，为砂砾料三轴试样提供安装空间，同时为后续试验提供所需的应力环境，测量橡皮膜的嵌入量。所述的压力室测量装置包括：笔式位移传感器101、上排水口直通阀102、下排水口直通阀103、上孔隙水压力传感器104、下孔隙水压力传感器105、滑台106、RSF光栅尺107、圆环驱动器108、L
型连接板109、无刷伺服电机110、钢制台座111、三轴试样底部排水管112、外置式轮辐式压力传感器113、钢垫板114、实心加载轴115、高精度围压传感器116、三轴压力室上盘117、内置式微型压力传感器118、三轴试样顶部排水管119、三轴试样帽120、钢制圆环内环121A、钢制圆环外环121B、有机玻璃三轴压力室外壳122、激光位移传感器测量装置123、三轴试样124、三轴试样底座125、台柱126、三轴压力室下盘127。所述的外置式轮辐式压力传感器113上表面连接口与加载装置的油缸活塞轴下端相连，其下表面连接口与实心加载轴115上端相连，用于测量三轴试样实际受力；所述的外置式轮辐式压力传感器113下表面与实心加载轴115连接；所述的实心加载轴115下端与内置式微型压力传感器117上端法兰构件相连，内置式微型压力传感器118端法兰构件与三轴试样帽120相连；所述的钢垫板114一端设有通孔与实心加载轴115连接，钢垫板114平面与其下方的三轴压力室上盘117平行；所述的笔式位移传感器101垂直立于钢垫板114之上，用于测量三轴试样124的轴向变形；所述的三轴压力室上盘117非中心处开有通孔，用于装配下孔隙水压力传感器105、上孔隙水压力传感器104以及高精度围压传感器116，上孔隙水压力传感器104上侧设置上排水口直通阀102，下孔隙水压力传感器105上侧设置下排水口直通阀103；所述的三轴试样底座125固定于三轴压力室下盘127的中心位置，用于放置三轴试样124，在三轴压力室下盘127边缘处按圆周方向等距垂直设置三根台柱126，用于支撑整体结构；所述的有机玻璃三轴压力室外壳122装配在三轴压力室上盘117和三轴压力室下盘127之间，并通过螺栓固定；所述三轴试样帽120中心位置开孔，孔洞上端通过三轴试样顶部排水管119与上排水口直通阀102输入端相连；三轴试样底座125中心位置开孔，孔洞下端通过三轴试样底部排水管112与下排水口直通阀102输入端相连。所述的钢制台座111使用螺栓固定在三轴压力室下盘127外边缘处；所述的RSF光栅尺107一侧紧贴L型连接板109垂直一侧并固定在钢制台座111上，滑台106与无刷伺服电机110相邻布置，使其底部嵌入钢制台座111，并用螺栓进行调平固定；所述的滑台106上滑块外侧与十字型钢片一侧相连，并位于钢片正中心，在十字型钢片外边缘设置两个锚固孔，用于锁紧RSF光栅尺107上滑块；所述的钢制圆环外环121B外边缘设有通孔，固定于L型连接板109水平一侧，钢制圆环内环121A与钢制圆环外环121B之间安装有支撑架与钢珠，使得二者可以相互转动；所述的圆环驱动器108固定在L型连接板垂直一侧，用于驱动钢制圆环内环121A旋转；所述的激光位移传感器测量装置123包含有四个激光位移传感器，在竖直方向上垂直排列于钢架上，相邻激光位移传感器的间距为三轴试样124高度的1/4；所述的激光位移传感器测量装置123的钢架末端通过螺栓固定在钢制圆环内环121A内边缘处。
[0009]所述的补偿装置用于向试样内注水以消除橡皮膜的顺变性，包括：三通接头201、高精度反压传感器202、无刷伺服电机203、活塞杆液压缸204、连接杆205、活塞轴206、补偿装置控制柜207、直线电动推杆208、法兰支座209、钢制底座210。所述的法兰支座209为∏形板结构，由一个横板和两个竖板固定连接组成，法兰支座209的两个竖板安装在钢制底座210上部；所述的直线电动推杆208安装在法兰支座209横板的上表面；所述的无刷伺服电机203安装在法兰支座209板的下表面，无刷伺服电机203的输出端穿过法兰支座209与直线电动推杆208连接，无刷伺服电机203用于驱动直线电动推杆208。所述的直线电动推杆208上端通过连接杆205与活塞杆液压缸204的法兰固定连接，活塞杆液压缸204的活塞与直线电动推杆208内部的活塞轴206连接。所述的三通接头201具有三个接口，三个接口分别连接高精度反压传感器202、下排水口直通阀的输出端和活塞杆液压缸204的液压出口。所述的补
偿装置柜207安装在钢制底座210上，用于对补偿装置供电。所述的高精度反压传感器202和无刷伺服电机203与补偿装置控制柜207电连接，补偿装置控制柜207与工控机通本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可消除膜顺变效应影响的动静态三轴试验方法，其特征在于，所述的动静态三轴试验方法基于压力室测量装置和补偿装置实现，其中压力室测量装置和补偿装置通过软管(300)连接，软管(300)上设有阀门；具体包括以下步骤：第一步，组建压力室测量装置和补偿装置将压力室测量装置安装在主体支座结构的下台上部中心位置处，其中压力室测量装置包括笔式位移传感器(101)、上排水口直通阀(102)、下排水口直通阀(103)、上孔隙水压力传感器(104)、下孔隙水压力传感器(105)、滑台(106)、RSF光栅尺(107)、圆环驱动器(108)、L型连接板(109)、无刷伺服电机(110)、钢制台座(111)、三轴试样底部排水管(112)、外置式轮辐式压力传感器(113)、钢垫板(114)、实心加载轴(115)、高精度围压传感器(116)、三轴压力室上盘(117)、内置式微型压力传感器(118)、三轴试样顶部排水管(119)、三轴试样帽(120)、钢制圆环内环(121A)、钢制圆环外环(121B)、有机玻璃三轴压力室外壳(122)、激光位移传感器测量装置(123)、三轴试样(124)、三轴试样底座(125)、台柱(126)、三轴压力室下盘(127)；所述的外置式轮辐式压力传感器(113)上表面与加载装置下端相连，其下表面与实心加载轴(115)上端相连，用于测量三轴试样实际受力；所述的外置式轮辐式压力传感器(113)下表面与实心加载轴(115)连接；所述的实心加载轴(115)下端与内置式微型压力传感器(117)上端相连，内置式微型压力传感器(118)端法兰构件与三轴试样帽(120)相连；所述的钢垫板(114)一端设有通孔与实心加载轴(115)连接，钢垫板(114)平面与其下方的三轴压力室上盘(117)平行；所述的笔式位移传感器(101)垂直立于钢垫板(114)之上，用于测量三轴试样(124)的轴向变形；所述的三轴压力室上盘(117)非中心处开有多个通孔，用于装配下孔隙水压力传感器(105、上孔隙水压力传感器(104)以及高精度围压传感器(116)；所述的三轴试样底座(125)用于放置三轴试样(124)，在三轴压力室下盘(127)边缘处设置台柱(126)；所述的有机玻璃三轴压力室外壳(122)装配在三轴压力室上盘(117)和三轴压力室下盘(127)之间；所述三轴试样帽(120)中心位置开孔，孔洞上端通过三轴试样顶部排水管(119)与上排水口直通阀(102)输入端相连；三轴试样底座(125)中心位置开孔，孔洞下端通过三轴试样底部排水管(112)与下排水口直通阀(102)输入端相连；所述的钢制台座(111)固定在三轴压力室下盘(127)外边缘处；所述的RSF光栅尺(107)一侧紧贴L型连接板(109)垂直一侧并固定在钢制台座(111)上，滑台(106)与无刷伺服电机(110)相邻布置，使其底部嵌入钢制台座(111)；所述的滑台(106)上滑块外侧与十字型钢片一侧相连，并位于钢片正中心，在十字型钢片外边缘设置锚固孔，用于锁紧RSF光栅尺(107)上滑块；所述的钢制圆环外环(121B)外边缘设有通孔，固定于L型连接板(109)水平一侧，钢制圆环内环(121A)与钢制圆环外环(121B)之间安装有支撑架与钢珠，使得二者可以相互转动；所述的圆环驱动器(108)固定在L型连接板垂直一侧，用于驱动钢制圆环内环(121A)旋转；所述的激光位移传感器测量装置(123)包含有四个激光位移传感器，在竖直方向上垂直排列于钢架上；所述的激光位移传感器测量装置(123)的钢架末端通过螺栓固定在钢制圆环内环(121A)内边缘处；所述的补偿装置用于向试样内注水以消除橡皮膜的顺变性，包括三通接头(201)、高精度反压传感器(202)、无刷伺服电机(203)、活塞杆液压缸(204)、连接杆(205)、活塞轴(206)、直线电动推杆(208)、法兰支座(209)、钢制底座(210)；所述的法兰支座(209)为∏形板结构，由一个横板和两个竖板固定连接组成，法兰支座(209)的两个竖板安装在钢制底座
(210)上部；所述的直线电动推杆(208)安装在法兰支座(209)横板的上表面；所述的无刷伺服电机(203)安装在法兰支座(209)板的下表面，无刷伺服电机(203)的输出端穿过法兰支座(209)与直线电动推杆(208)连接，无刷伺服电机(203)用于驱动直线电动推杆(208)；所述的直线电动推杆(208)上端通过连接杆(205与活塞杆液压缸(204)的法兰固定连接，活塞杆液压缸(204的活塞与直线电动推杆(208内部的活塞轴(206)连接；所述的三通接头(201)分别连接高精度反压传感器(202)、下排水口直通阀的输出端和活塞杆液压缸(204)的液压出口；在钢制底座(210)上安装与工控机通信连接的补偿装置柜(207)，用于对补偿装置供电，高精度反压传感器(202)和无刷伺服电机(203)与补偿装置控制柜(207)电连接；第二步，安装压力室测量装置，制备砂砾料三轴试样，并进行试样安装，调整激光位移传感器测量装置(123)的位置，使四个激光位移传感器激光水平，同时使激光位移传感器测量装置(123)最下端的激光位移传感器的激光与三轴试样底部平齐，此时最顶端的激光位移传感器应对准三轴试样(124)的3/4高度的水平面；之后，对砂砾料三轴试样进行通气、饱和；同时，将...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹德高，肖海斌，付永奎，迟福东，张佳晨，曹学兴，季晓檬，庞博慧，沈立峰，
申请(专利权)人：华能澜沧江水电股份有限公司华能集团技术创新中心有限公司，
类型：发明
国别省市：