【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种侧限金属筒装置，具体涉及一种增加三轴试验机侧限压缩试验功能的侧限金属筒装置，同时基于该装置涉及一种用侧限金属筒装置制作冻土试样及测量冻土体变试验方法，属于冻土室内试验。
技术介绍
1、土的本构关系或本构模型以土的应力应变规律为研究对象，是岩土工程学科的重要理论基础，要建立本构关系不仅需要剪应力q和有效平均主应力p随轴向应变ε1变化关系，还需要体应变εv相关信息。
2、土力学中最著名的修正剑桥(mcc)模型由roscoe和burland等人提出，其建模思路如下：首先根据等向压缩试验中孔隙比e(或体应变εv，二者等价)随p的关系找到一维应力应变关系；其次，根据常规三轴固结排水剪切(cd)试验加卸载试验总结剪胀方程，剪胀方程控制了体应变εv和剪应变εd分配比例，因此，剪胀方程可以将一维应力应变关系扩展到二维应力(p和q)应变(体应变εv和剪应变εd)关系。最后，通过变换应力或g(θ)方法将二维应力应变关系三维化为三维应力应变关系，进而应用于工程仿真。可见，本构模型建立过程中等向压缩试验中体应变必不可少。
3、侧限压缩试验，通常又称为单向固结试验，试验中土体侧向受限制，只有竖直方向产生压缩变形，由于侧向受限没有应变，所以竖直方向的轴向应变等于体应变。侧限压缩试验通常采用金属筒限制土样侧向变形，通过轴向位移施加应力，且应力可以较大，试验需要的设备简单，成本较低。而等向压缩试验一般通过液压或气压施加应力，当施加应力较大时对仪器要求较高，成本较高，体应变一般通过排水体积计算得到。
4、在m
5、现有技术中，有通过在试样表面添加局部径向位移传感器(霍尔效应型)和局部轴向位移传感器(霍尔效应型)测量试样在等向压缩或cd试验中径向和轴向位移变化，进而计算试样体变，这种方法可测量多种应力路径下冻土体应变，可以用于等向压缩试验中体应变测量。但体应变不是直接测得，需要给出圆柱形试样侧面母线的轮廓函数，不同的轮廓函数计算的结果可能不同，计算的试样体变与实际体变需要融土排水试验验证。另外，由于传感器有一定的体积，对温控筒与试样间距较小的试验仪器不适用。最后，由于冻土模量较大，相比于融土得到一定的体应变需要更大围压，对三轴仪的压力室和液压伺服系统要求较高。
6、还有将冻土试样浸没在压力室硅油中，体变也可以通过压力室油量变化由围压系统直接测到。中国科学院兰州资源环境科学大型仪器区域中心冻土工程国家重点实验室在1997年以187万元的价格购买了美国mts-810(10吨)型振动三轴仪，可以进行不同温度下土的常规单轴、三轴、等向压缩应力路径的蠕变、疲劳、应力松弛和静动荷载试验。三轴仪轴向载荷最大100kn，精度为0.5％(满量程)；轴向位移最大±75mm，精度为1％；围压范围0～25mpa，精度为0.5％(满量程)；频率范围0～20hz，最小可调到0.1hz。马巍等利用mts-810型三轴仪进行了冻结粘性土的三轴试验，得到了冻结粘性土体变随轴向应变变化关系。这种方法可直观的根据压力室油面高度和底面积知道浸没在其中的试样体积变化，适用于多种应力路径，可以用于等向压缩试验中体应变测量。不存在轮廓函数选取问题，但不同压应力下油的表面张力不同，需总结规律并加装能精确测量油面高度的仪器。
7、还有定做专门的侧限压缩仪，试验仪器由温控系统、加载系统和数据采集系统三部分组成，温控系统是指一个低温恒温箱，其采用风冷为试样提供低温环境。恒温箱的温控范围为-30℃～60℃，控温精度为±0.1℃。经控温效果测试，发现试样在控温6小时后达到目标温度，试样温度浮动值小于±0.1℃。
8、加载系统由负荷框架体系和液压加载装置构成，通过加压轴和压头对试样顶部进行轴向加载，可施加最大荷载为100kn，误差为±1％。为了限制土样的侧向变形，仪器配有高15cm、内径6.18cm的刚性试样罐。侧壁采用双层304不锈钢，双层侧壁间设有应变片，通过应变片测定侧壁的微小变形来计算侧向压力。
9、数据采集系统包含温度采集传感器和压力-变形采集传感器。温度传感器为针状pt100型温度探头，通过试样罐底部伸入土样内，探头顶部距罐底约5cm。温度传感器与数据收集仪相连，可实时获得试样温度。试样的压力和变形数据通过德国doli公司edc全数字伺服测控器进行采集。
10、专门定做可控制温度的侧限压缩仪可以进行不同温度的冻土侧限压缩试验，完备了建立或验证本构模型的试验路径，且可以得到较大应力下体应变，适用于建立冻土本构模型。但这需要在融土侧限压缩实验仪上增加温控系统，成本也较高，直接购买整机成本更高。
技术实现思路
1、依托于中国铁道科学研究院的高速铁路轨道系统全国重点实验室配备的gt-061型动三轴试验机，该试验机带有油液温控系统，温度控制精度为±0.1℃，位移传感器精度为0.01mm，荷载控制精度为5n，最大加载力为60kn，可以进行不同温度下土的常规单轴、三轴、等向压缩应力路径的蠕变、疲劳、应力松弛和静动荷载试验；但gt-061型动三轴试验机仅能通过试样排水量计算体应变，而冻土内的水以冰的形式存在，不会排出，因此无法测量试验中冻土体应变；而且由于gt-061型动三轴试验机温控套筒与试样橡皮膜间距较小，加上土样在压缩过程中侧鼓，不适合安装径向和轴向位移传感器，可以通过加装侧限金属筒来增加三轴试验机的侧限压缩功能，而且加装侧限金属筒成本较低，实现以较低成本使gt-061型动三轴试验机具备冻土体应变试验功能。
2、因此，要解决的技术问题是如何给gt-061型动三轴试验机增加侧限金属筒以增加其侧限压缩试验功能，进而进行冻土体应变试验；为此，本专利技术提供了一种增加三轴仪侧限压缩试验功能的侧限金属筒装置，具体技术方案如下：
3、侧限金属筒装置，包括：底座、支座、侧限金属筒、压盖、橡皮膜、透水纸、透水石、螺钉、橡皮筋；底座仅在制样时使用，位于支座下方，支撑并固定支座，底座顶面用于支撑透水石、透水纸和冻土试样；支座坐落于底座上方、侧限金属筒下方，用于支撑和固定侧限金属筒；侧限金属筒位于支座上方、压盖下方，侧限金属筒和支座之间通过螺钉固定连接；侧限金属筒与底座组成侧面和底面的筒状空间用于盛放冻土试样；金属筒和冻土试样之间还设置有橡皮膜5，用于隔绝冻土试样和防冻硅油；压盖位于侧限金属筒顶部，用于试验时向冻土试样传递压力。
4、优选的，所述底座包括底座第一顶面，底座第一侧面，底座第二顶面，底座第二侧面，底座第三顶面，底座第三侧面；底座第四顶面；底本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种侧限金属筒装置，包括：底座、支座、侧限金属筒、压盖、橡皮膜、透水纸、透水石、紧固螺钉、橡皮筋；其特征为：底座位于支座下方，支撑并固定支座，底座顶面用于支撑透水石、透水纸和冻土试样；支座坐落于底座上方、侧限金属筒下方，用于支撑和固定侧限金属筒，所述支座在整体制造完成后被切分为两部分，形成两瓣式支座；侧限金属筒位于支座上方、压盖下方，侧限金属筒和支座之间通过螺钉固定连接；侧限金属筒与底座组成侧面和底面的筒状空间用于盛放冻土试样；金属筒和冻土试样之间还设置有橡皮膜，用于隔绝冻土试样和防冻硅油；压盖位于侧限金属筒顶部，用于试验时向冻土试样传递压力。
2.根据权利要求1所述的一种侧限金属筒装置，其特征在于：所述底座的第一顶面上方设置有透水石，透水石上方垫设有透水纸，透水纸与冻土试样直接接触；底座的第一侧面与橡皮膜配合，且通过橡皮筋勒紧；所述支座的第一圆柱侧面与侧限金属筒外面配合；侧限金属筒底面落于支座的第一底面上，支座的第二圆柱侧面与底座的第一侧面组成橡皮筋空间；支座的底面落于底座的第三顶面上；支座的第四圆柱侧面与底座的第二侧面配合；所述支座在整体制造完成后被切分为两部
3.一种用侧限金属筒装置制作冻土试样的方法，该方法基于权利要求1-2任一所述的侧限金属筒装置，其特征为，包括：
4.一种用侧限金属筒装置测量冻土体变试验方法，该方法基于权利要求1-2任一所述的侧限金属筒装置，其特征为，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种侧限金属筒装置，包括：底座、支座、侧限金属筒、压盖、橡皮膜、透水纸、透水石、紧固螺钉、橡皮筋；其特征为：底座位于支座下方，支撑并固定支座，底座顶面用于支撑透水石、透水纸和冻土试样；支座坐落于底座上方、侧限金属筒下方，用于支撑和固定侧限金属筒，所述支座在整体制造完成后被切分为两部分，形成两瓣式支座；侧限金属筒位于支座上方、压盖下方，侧限金属筒和支座之间通过螺钉固定连接；侧限金属筒与底座组成侧面和底面的筒状空间用于盛放冻土试样；金属筒和冻土试样之间还设置有橡皮膜，用于隔绝冻土试样和防冻硅油；压盖位于侧限金属筒顶部，用于试验时向冻土试样传递压力。
2.根据权利要求1所述的一种侧限金属筒装置，其特征在于：所述底座的第一顶面上方设置有...
【专利技术属性】
技术研发人员：蔡德钩，朱丙龙，闫宏业，张千里，陈锋，毕宗琦，王李阳，尧俊凯，李竹庆，刘晓贺，王瑜鑫，欧阳明哲，梁经纬，苏珂，王瑞鹏，李泰灃，闫鑫，郭刘卉，刘振宇，郭惠芹，曾葫，李世敏，
申请(专利权)人：中国铁道科学研究院集团有限公司铁道建筑研究所，
类型：发明
国别省市：
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