一種新型飽和與非飽和滲透三軸儀制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種新型飽和與非飽和滲透三軸儀。包括壓力室，壓力室的上下兩端分別設置有壓力室頂板和壓力室底板，壓力室內(nèi)設置有頂帽，頂帽上設置有荷載桿，壓力室底板上設置有底座，壓力室上設置有控制裝置，控制裝置包括軸向力傳感器、位移傳感器、差壓傳感器、第一孔隙水壓力傳感器、第二孔隙水壓力傳感器、第一體積/壓力控制器、第二體積/壓力控制器、第三體積/壓力控制器、壓力控制器和數(shù)據(jù)采集器，壓力室分為壓力內(nèi)室和壓力外室。本發(fā)明專利技術(shù)提供的一種新型飽和與非飽和滲透三軸儀，精度高，實現(xiàn)了三軸試驗中飽和?非飽和的連續(xù)性。

A new type of three axis instrument for saturated and unsaturated seepage

The invention discloses a new type of saturated and unsaturated seepage three axis instrument. Including a pressure chamber, a pressure chamber of the upper and lower ends are respectively provided with a pressure chamber and the pressure chamber roof bottom pressure chamber is provided with a top hat, cap is arranged on the loading rod, the pressure chamber is arranged on the base plate, the pressure chamber is provided with a control device, the control device comprises an axial force sensor, displacement sensor, differential pressure sensor, the first pore water pressure sensor, second pore water pressure sensor, the first volume / pressure controller, pressure controller, third second volume / volume / pressure controller, pressure controller and data collector, the pressure chamber into the pressure chamber and the pressure chamber. The invention provides a new type of saturated and unsaturated permeability of three axis instrument, high precision, realizes three axis test in saturated discontinuous saturation.

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
一種新型飽和與非飽和滲透三軸儀
本專利技術(shù)涉及一種新型飽和與非飽和滲透三軸儀，屬于巖土體測量

技術(shù)介紹
三軸儀是測試巖土體力學性質(zhì)的重要技術(shù)手段之一，巖土工程中常用的三軸儀有常規(guī)三軸儀、真三軸儀、應力路徑三軸儀、空心扭轉(zhuǎn)三軸儀、高壓大型三軸儀以及非飽和土三軸儀等。已有三軸儀的改進已有眾多學者進行了探索。根據(jù)不同的工程概況，每種三軸儀都有其自身獨特的使用優(yōu)勢。三軸試驗中飽和、固結(jié)以及剪切是三個非常重要的過程。常規(guī)三軸試驗可以進行巖土體的飽和狀態(tài)下的力學性質(zhì)測試，但自然界中一些巖土體往往經(jīng)歷從飽和狀態(tài)到非飽和狀態(tài)或者從非飽和狀態(tài)到飽和狀態(tài)的反復變化，此時單獨的常規(guī)三軸試驗或者非飽和土三軸試驗均不能夠準確反映巖土體的力學性質(zhì)，進而不能提供可靠的巖土參數(shù)。目前的常規(guī)三軸儀可以進行巖土體的不固結(jié)不排水三軸壓縮試驗、固結(jié)不排水三軸壓縮試驗以及固結(jié)排水三軸壓縮試驗。而非飽和土三軸儀可以進行巖土體在不同基質(zhì)吸力條件下的非飽和剪切試驗以及不同凈應力條件下的非飽和剪切試驗。現(xiàn)有真三軸儀、應力路徑三軸儀、空心扭轉(zhuǎn)三軸儀、高壓大型三軸儀等只是應力狀態(tài)發(fā)生了改變，但也主要進行巖土體飽和后的不同應力條件下的剪切試驗，但是目前的常規(guī)三軸儀無法進行飽和試樣的非飽和三軸試驗；也無法進行巖土體的滲透剪切試驗。目前的非飽和土三軸儀由于底座中鑲嵌陶土板的原因無法快速進行飽和土三軸試驗，主要由于陶土板的極低滲透特性造成，也無法進行試樣的滲透剪切試驗。現(xiàn)有真三軸儀、應力路徑三軸儀、空心扭轉(zhuǎn)三軸儀、高壓大型三軸儀等也無法進行飽和土的滲透剪切試驗，也無法進行巖土體飽和滲流以及反壓飽和結(jié)束后后的非飽和三軸壓縮試驗。本專利技術(shù)在非飽和三軸儀的基礎上，通過改變非飽和三軸儀底座和頂帽以及增加應力/體積控制器的形式使得非飽和三軸儀在已有改進非飽和底座的基礎上既可以進行飽和土三軸試驗，也可以進行非飽和土三軸試驗，最主要的是進行飽和滲透剪切試驗以及飽和滲流后試樣的非飽和三軸壓縮試驗。該設備的顯著優(yōu)越性是試樣在飽和滲流以及反壓飽和等試驗過程結(jié)束后可以直接進行該試樣的滲流后以及反壓飽和后的非飽和三軸壓縮試驗，保證了測試試樣的連續(xù)性，能夠更加真實的反映試樣經(jīng)歷不同的工況之后的非飽和力學特性以及滲流特性。也解決了黃土等結(jié)構(gòu)性較差巖土體飽和后無法直接取出進行非飽和三軸壓縮試驗的不足。
技術(shù)實現(xiàn)思路
有鑒于此，本專利技術(shù)提供了一種新型飽和與非飽和滲透三軸儀，通過改進底座以及增加儀器中應力/體積控制器的技術(shù)方法，使得改進后的儀器能夠進行飽和土三軸壓縮試驗以及非飽和土三軸壓縮試驗，也可以進行飽和滲透剪切試驗，該新型設備可以進行巖土體反壓飽和以及飽和滲流試驗后的非飽和三軸壓縮試驗，做到利用同一塊試樣測試滲透結(jié)束或反壓飽和結(jié)束后的巖土試樣非飽和強度，實現(xiàn)了三軸試驗中飽和-非飽和的連續(xù)性，通過改變底座以及增加儀器中體積/壓力控制器等技術(shù)方法實現(xiàn)了飽和土的滲透剪切試驗巖土體飽和滲流以及反壓飽和結(jié)束后的非飽和三軸壓縮試驗。本專利技術(shù)通過以下技術(shù)手段解決上述技術(shù)問題：本專利技術(shù)的一種新型飽和與非飽和滲透三軸儀，其包括壓力室，所述壓力室的上下兩端分別設置有壓力室頂板和壓力室底板，所述壓力室內(nèi)設置有設置有頂帽，所述頂帽上設置有荷載桿，所述壓力室底板上設置有底座，所述壓力室上設置有控制裝置，所述控制裝置包括軸向力傳感器、位移傳感器、差壓傳感器、第一孔隙水壓力傳感器、第二孔隙水壓力傳感器、第一體積/壓力控制器、第二體積/壓力控制器、第三體積/壓力控制器、壓力控制器和數(shù)據(jù)采集器，所述壓力室分為壓力內(nèi)室和壓力外室，所述軸向力傳感器、位移傳感器、第一孔隙水壓力傳感器、第二孔隙水壓力傳感器、第一體積/壓力控制器和第二體積/壓力控制器均與數(shù)據(jù)采集器連接，數(shù)據(jù)采集器與計算機連接。所述軸向力傳感器和位移傳感器設置在荷載桿上，位移傳感器測量試樣剪切中荷載桿移動帶動位移傳感器滑動產(chǎn)生位移值，軸向力傳感器監(jiān)測試驗中偏應力的變化規(guī)律。所述差壓傳感器通過測試壓力內(nèi)室和壓力外室流量進而測試試樣的體積變化規(guī)律，差壓傳感器的一端連接壓力內(nèi)室，另一端連接壓力外室。所述第一孔隙水壓力傳感器和第二孔隙水壓力傳感器分別與試樣的底部和頂部相連接，用于測試試樣底部和頂部的孔隙水壓力，第一孔隙水壓力傳感器與試樣底部的連接處設置有二通閥門。所述第一體積/壓力控制器和第二體積/壓力控制器的一端分別與試樣的頂部和底部相連接，第一體積/壓力控制器與試樣的頂部的連接處設置有三通閥門，第二體積/壓力控制器與試樣的底部的連接處設置有三通閥門。所述壓力控制器與壓力外室及孔隙氣壓力相連接，進行三軸試驗中圍壓和孔隙氣壓力的控制。所述壓力外室上設置有排氣孔，壓力室頂板和壓力室底板之間通過固定螺栓固定連接。所述第三體積/壓力控制器的一端與試樣底部相連接。所述底座內(nèi)嵌陶土板，分為5bar和15bar兩種類型，陶土板的外圍均勻的分布有八個第一進水孔，第一進水孔的底部設置有連通通道，連通通道匯集八個第一進水孔后最終通過管路與第三體積/壓力控制器相連接,陶土板的外側(cè)設置有陶土板護環(huán)，第一孔隙水壓力傳感器的一端連接在陶土板內(nèi)，第二體積/壓力控制器的一端連接在陶土板內(nèi)，所述頂帽上設置有低滲透性銅板，低滲透性銅板的外圍均勻的分布有八個第二進水孔，第二進水孔的底部設置有第二連通通道，第二連通通道匯集八個第二進水孔后最終通過管路與第二孔隙水壓力傳感器和第一體積/壓力控制器相連接,低滲透性銅板的外側(cè)設置有銅板護環(huán)，壓力控制器的一端連接在低滲透性銅板內(nèi)。所述位移傳感器采用的是LVDT傳感器，第一體積/壓力控制器、第二體積/壓力控制器、第三體積/壓力控制器的精度為1mm3。本專利技術(shù)的有益效果：本專利技術(shù)的一種新型飽和與非飽和滲透三軸儀，針對目前常規(guī)三軸儀中不能進行巖土體的非飽和三軸壓縮試驗和滲透剪切試驗，非飽和三軸儀中不能夠進行巖土體的滲透剪切試驗以及無法高效快速的進行飽和三軸試驗的不足之處，本專利技術(shù)通過改進三軸儀底座以及增加三軸儀中應力/體積控制器等技術(shù)方法，使得改進后的新型三軸儀能夠進行飽和土三軸壓縮試驗以及非飽和土三軸壓縮試驗，也可以進行飽和滲透剪切試驗。同時，該新型設備可以進行巖土體反壓飽和以及飽和滲流試驗后的非飽和三軸壓縮試驗，做到利用同一塊試樣測試滲透結(jié)束或反壓飽和結(jié)束后的巖土試樣非飽和強度，實現(xiàn)了三軸試驗中飽和-非飽和的連續(xù)性。針對現(xiàn)有真三軸儀、應力路徑三軸儀、空心扭轉(zhuǎn)三軸儀、高壓大型三軸儀等也無法進行飽和土的滲透剪切試驗，也無法進行巖土體飽和滲流以及反壓飽和結(jié)束后的非飽和三軸壓縮試驗，通過改變上述三軸儀底座以及增加三軸儀中體積/壓力控制器等技術(shù)方法實現(xiàn)了三軸儀中進行上述試驗的目的。本專利技術(shù)周的改進后三軸儀主要對已有三軸儀的底座和頂帽進行了改進，在此基礎上增加了體積/壓力控制器以及孔隙水壓力傳感器等，實現(xiàn)了改進后三軸儀能夠進行飽和土三軸壓縮試驗以及非飽和土三軸壓縮試驗，也可以進行飽和滲透剪切試驗。同時，該新型設備可以進行巖土體反壓飽和以及飽和滲流試驗后的非飽和三軸壓縮試驗，做到利用同一塊試樣測試滲透結(jié)束或反壓飽和結(jié)束后的巖土試樣非飽和強度，達到了三軸試驗中飽和-非飽和連續(xù)性的目標。本專利技術(shù)中改進后的新型三軸儀，可以進行飽和土三軸試驗，可以進行非飽和土三軸試驗，也可以進行飽和土的滲透剪切本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種新型飽和與非飽和滲透三軸儀，其特征在于：包括壓力室(1)，所述壓力室(1)的上下兩端分別設置有壓力室頂板(2)和壓力室底板(3)，所述壓力室(1)內(nèi)設置有頂帽(4)，所述頂帽(4)上設置有荷載桿(5)，所述壓力室底板(3)上設置有底座(6)，所述壓力室(1)上設置有控制裝置(7)，所述控制裝置(7)包括軸向力傳感器(8)、位移傳感器(9)、差壓傳感器(10)、第一孔隙水壓力傳感器(11)、第二孔隙水壓力傳感器(12)、第一體積/壓力控制器(13)、第二體積/壓力控制器(14)、第三體積/壓力控制器(15)、壓力控制器(16)和數(shù)據(jù)采集器(17)，所述壓力室(1)分為壓力內(nèi)室(18)和壓力外室(19)，所述軸向力傳感器(8)、位移傳感器(9)、第一孔隙水壓力傳感器(11)、第二孔隙水壓力傳感器(12)、第一體積/壓力控制器(13)和第二體積/壓力控制器(14)均與數(shù)據(jù)采集器(17)連接，數(shù)據(jù)采集器(17)與計算機連接。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種新型飽和與非飽和滲透三軸儀，其特征在于：包括壓力室(1)，所述壓力室(1)的上下兩端分別設置有壓力室頂板(2)和壓力室底板(3)，所述壓力室(1)內(nèi)設置有頂帽(4)，所述頂帽(4)上設置有荷載桿(5)，所述壓力室底板(3)上設置有底座(6)，所述壓力室(1)上設置有控制裝置(7)，所述控制裝置(7)包括軸向力傳感器(8)、位移傳感器(9)、差壓傳感器(10)、第一孔隙水壓力傳感器(11)、第二孔隙水壓力傳感器(12)、第一體積/壓力控制器(13)、第二體積/壓力控制器(14)、第三體積/壓力控制器(15)、壓力控制器(16)和數(shù)據(jù)采集器(17)，所述壓力室(1)分為壓力內(nèi)室(18)和壓力外室(19)，所述軸向力傳感器(8)、位移傳感器(9)、第一孔隙水壓力傳感器(11)、第二孔隙水壓力傳感器(12)、第一體積/壓力控制器(13)和第二體積/壓力控制器(14)均與數(shù)據(jù)采集器(17)連接，數(shù)據(jù)采集器(17)與計算機連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型飽和與非飽和滲透三軸儀，其特征在于：所述軸向力傳感器(8)和位移傳感器(9)設置在荷載桿(5)上，位移傳感器(9)測量試樣剪切中荷載桿(5)移動帶動位移傳感器(9)滑動產(chǎn)生位移值，軸向力傳感器(8)監(jiān)測試驗中偏應力的變化規(guī)律。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型飽和與非飽和滲透三軸儀，其特征在于：所述差壓傳感器(10)通過測試壓力內(nèi)室和壓力外室流量進而測試試樣的體積變化規(guī)律，差壓傳感器(10)的一端連接壓力內(nèi)室(18)，另一端連接壓力外室(19)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型飽和與非飽和滲透三軸儀，其特征在于：所述第一孔隙水壓力傳感器(11)和第二孔隙水壓力傳感器(12)分別與試樣的底部和頂部相連接，用于測試試樣底部和頂部的孔隙水壓力，第一孔隙水壓力傳感器(11)與試樣底部的連接處設置有二通閥門。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型飽和與非飽和滲透三軸儀，其特征在于：所述第一體積/壓力控制器(13)和第二體積/壓力控制器(14)的一端分別與試樣的頂部和底部相...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：諶文武，劉偉，孫冠平，楊芳，
申請(專利權(quán))人：蘭州大學，
類型：發(fā)明
國別省市：甘肅,62