一種三軸壓縮實驗裝置的製作方法

2024-02-18 19:22:15

本實用新型涉及土體變形、強度特性測試儀器領域，特別涉及一種三軸壓縮實驗裝置。

背景技術：

三軸實驗儀是用於測試土體變形、強度特性的土工試驗儀器，三軸壓縮試驗是測定土抗剪強度的一種方法。三軸壓縮儀由壓力室、軸向加荷系統、施加周圍壓力系統、孔隙水壓力量測系統等組成。其基本工作原理為：壓力室內通過試樣帽固定有試樣，通過向壓力室內加入液體(主要為水)圍壓來模擬土體受到的圍壓荷載，試樣帽上端固定連接有加載活塞杆，加載活塞杆穿出壓力室頂板並與壓力室頂板滑動配合相連接，加載活塞杆的頂部設有拉壓傳感器，通過軸向加荷系統模擬豎向荷載向拉壓傳感器施加沿加載活塞杆方向的壓力進行土體的抗剪強度測試。試驗中通過傳感器和壓力表記錄各向壓力大小，通過不斷加壓，最終將土體壓壞，通過計算最終測得土體的抗剪強度。

實驗中，由於試樣帽與加載活塞杆是固定的剛性連接方式(一般採用螺紋連接)，因此當向試樣傳遞加載力的時候比較直接，容易造成試樣在瞬間受到較大壓力，這與自然界中土體受力一般比較持續、緩慢的情況不太相符；此外也容易因軸向加荷系統及加載活塞杆的擾動造成試樣內部出現實驗中不應出現的非縱向震動受力；另外，由於加載活塞杆具有一定的橫截面積，因此要確定出實驗初始狀態時試樣帽加載在試樣上端面上的壓強是否與試樣的圍壓一致，也需要通過必要的計算來確定，對實驗人員造成了不便。

上述缺點必然會造成土體試樣受力情況與土體實際受力情況之間的偏差，如何儘量縮小二者之間的偏差，是工程技術人員需要研究的一個問題；另外傳統的三軸實驗儀也難以精確的測量出土體試樣被壓縮的精確尺寸，即便可以精確測量也需要相對複雜的結構來實現。

技術實現要素：

本實用新型的目的是克服上述現有技術中存在的問題，提供一種三軸壓縮實驗裝置，達到儘量減小土體試樣在實驗中的受力情況與實際受力情況之間的偏差，以及通過相對簡單的結構實現測量土體試樣被壓縮的精確尺寸。

本實用新型的技術方案是：一種三軸壓縮實驗裝置，包括壓力室，所述壓力室包括筒狀的側壁，側壁的上端以及下端分別連接有壓力室頂板以及壓力室底板，所述側壁、壓力室頂板以及壓力室底板圍成封閉的壓力室內部空間；所述壓力室內位於壓力室底板上端面固定有用於連接試樣下端的下試樣帽，壓力室頂板的下方還設有用於連接試樣上端的上試樣帽，所述上試樣帽與向試樣縱向施加壓力的施力機構相連接，所述施力機構包括下端固定於上試樣帽上端面的豎直設置的筒狀的液壓缸，所述液壓缸穿出壓力室頂板中部開設的通孔，且液壓缸的外側面與通孔內壁之間滑動密封連接；所述液壓缸內設有活塞，液壓缸內位於活塞與上試樣帽之間填充有液壓油；所述活塞的上端面連接有位於豎直方向的加載活塞杆，加載活塞杆上端與向加載活塞杆縱向施加壓力的推進機構相連接；所述液壓缸內位於上試樣帽的上端面處設有用於測量該處液壓油壓強的第一壓力傳感器。

較佳地，所述推進機構包括豎直設置的推桿，所述推桿的下端與加載活塞杆的上端固定，其中推桿的軸線與加載活塞杆的軸線相重合；所述推桿的上半部分設有外螺紋，下半部分上沿其縱向設有第一長度刻度；所述推桿上套設有轉筒，其中轉筒內表面設有與推桿上的外螺紋相匹配的內螺紋，推桿與轉筒之間螺紋連接；所述轉筒的上端頭與固定架的上端相鉸接，轉筒通過鉸接點可繞其軸線轉動；所述轉筒的下埠上沿其周向設有第二長度刻度；所述推桿的下端與橫向杆的左端固定，橫向杆的右端頭與固定架的縱向所開設的滑槽滑動連接；所述轉筒上還設有用於轉動轉筒的手握把柄。

較佳地，所述固定架的下端固定於壓力室頂板上。

較佳地，所述推桿的下端與加載活塞杆的上端之間通過拉壓傳感器固定連接。

較佳地，所述加載活塞杆上套設有導向筒，所述導向筒固定於支架上，所述支架固定於壓力室頂板上。

較佳地，所述壓力室內部空間設有第二壓力傳感器。

本實用新型的有益效果：本實用新型實施例中，提供一種三軸壓縮實驗裝置，該裝置的上試樣帽上設有液壓缸及液壓活塞，通過推動活塞杆向活塞施加壓力，從而間接的使液壓缸內的液壓油向上試樣帽施加沿試樣縱向的力，由於通過液體傳送壓力，因此所施加的力溫和而較為恆定，且不會產生橫向的擾動力，從而避免了現有技術直接使用剛性連接的加載活塞杆向上試樣帽及試樣施加力的缺陷；通過液壓缸內的第一壓力傳感器可以隨時測得施力機構施加於上試樣帽上的壓強，而只要將施力機構施加於上試樣帽上的壓力調整到第一壓力傳感器所測得的壓強與壓力室內液體的壓強相等，即可知道試樣在實驗初始狀態時上試樣帽加載在試樣上端面上的壓強與試樣的圍壓一致(忽略上試樣帽的重量)。而本實用新型的推桿上所設計的利用螺旋測微器測長原理測量推進距離的結構，能夠精確的測量出試樣在其縱向所壓縮的長度。因此，本實用新型能夠達到儘量減小土體試樣在實驗中的受力情況與實際受力情況之間的偏差，以及通過相對簡單的結構實現測量土體試樣的縱向被壓縮的精確尺寸的效果，為三軸壓縮實驗結果的準確性提供了保證。

附圖說明

圖1為本實用新型的結構示意圖。

附圖標記說明：

1、壓力室頂板；2、側壁；3、壓力室底板；4、下試樣帽；5、試樣；6、上試樣帽；7、液壓缸；8、活塞；9、加載活塞杆；10、導向筒；11、支架；12、信號線；13、第一壓力傳感器；14、第二壓力傳感器；15、固定架；16、手握把柄；17、第二長度刻度；18、推桿；19、轉筒；20、第一長度刻度；21、滑槽；22、橫向杆。

具體實施方式

下面結合附圖，對本實用新型的一個具體實施方式進行詳細描述，但應當理解本實用新型的保護範圍並不受具體實施方式的限制。

如圖1所示，本實用新型實施例提供了一種三軸壓縮實驗裝置，包括壓力室，所述壓力室包括筒狀的側壁2，側壁2的上端以及下端分別連接有壓力室頂板1以及壓力室底板3，所述側壁2、壓力室頂板1以及壓力室底板3圍成封閉的壓力室內部空間；所述壓力室內位於壓力室底板3上端面固定有用於連接試樣5下端的下試樣帽4，壓力室頂板1的下方還設有用於連接試樣5上端的上試樣帽6，所述上試樣帽6與向試樣5縱向施加壓力的施力機構相連接，所述施力機構包括下端固定於上試樣帽6上端面的豎直設置的筒狀的液壓缸7，所述液壓缸7穿出壓力室頂板1中部開設的通孔，且液壓缸7的外側面與通孔內壁之間滑動密封連接；所述液壓缸7內設有活塞8，液壓缸7內位於活塞8與上試樣帽6之間填充有液壓油；所述活塞8的上端面連接有位於豎直方向的加載活塞杆9，加載活塞杆9上端與向加載活塞杆9縱向施加壓力的推進機構相連接；所述液壓缸7內位於上試樣帽6的上端面處設有用於測量該處液壓油壓強的第一壓力傳感器13；通過第一壓力傳感器13所測得的壓強值、壓力室內部的圍壓值以及活塞面積等數據即可得知推進機構加載於上試樣帽6上的壓力值，具體計算結果通過現有技術很容易得出，此處不再贅述。

本實施例的上試樣帽上設有液壓缸及液壓活塞，通過推動活塞杆向活塞施加壓力，從而間接的使液壓缸內的液壓油向上試樣帽施加沿試樣縱向的力，由於通過液體傳送壓力，因此所施加的力溫和而較為恆定，且不會產生橫向的擾動力，從而避免了現有技術直接使用剛性連接的加載活塞杆向上試樣帽及試樣施加力的缺陷；通過液壓缸內的第一壓力傳感器可以隨時測得施力機構施加於上試樣帽上的壓強，而只要將施力機構施加於上試樣帽上的壓力調整到第一壓力傳感器所測得的壓強與壓力室內液體的壓強相等，即可知道試樣在實驗初始狀態時上試樣帽加載在試樣上端面上的壓強與試樣的圍壓一致(忽略上試樣帽及活塞缸的重量，由於這兩個部件在現有技術下可以做的比較輕和薄，因此可以忽略其重量對試樣上端面所產生的壓力)。

進一步地，所述推進機構包括豎直設置的推桿18，所述推桿18的下端與加載活塞杆9的上端固定，其中推桿18的軸線與加載活塞杆9的軸線相重合；所述推桿18的上半部分設有外螺紋，下半部分上沿其縱向設有第一長度刻度20；所述推桿18上套設有轉筒19，其中轉筒19內表面設有與推桿18上的外螺紋相匹配的內螺紋，推桿18與轉筒19之間螺紋連接；所述轉筒19的上端頭與固定架15的上端相鉸接，轉筒19通過鉸接點可繞其軸線轉動；所述轉筒19的下埠上沿其周向設有第二長度刻度17；所述推桿18的下端與橫向杆22的左端固定，橫向杆22的右端頭與固定架15的縱向所開設的滑槽21滑動連接；所述轉筒19上還設有用於轉動轉筒19的手握把柄16。通過轉動手握把柄可以使轉筒轉動，從而在螺紋作用下帶動推桿向下運動，從而給加載活塞杆施以向下的力。推桿及轉筒之間測量推進距離的結構設計利用了螺旋測微器測長的原理，因此能夠精確測量推桿所推進的距離，故而能夠精確的得出試樣在其縱向所壓縮的長度。

進一步地，所述固定架15的下端固定於壓力室頂板1上。

進一步地，所述加載活塞杆9上套設有導向筒10，所述導向筒10固定於支架11上，所述支架11固定於壓力室頂板1上。

進一步地，所述壓力室內部空間設有第二壓力傳感器14。第一壓力傳感器13和第二壓力傳感器14均通過信號線12與外部信號接收及處理儀器電連接。

進一步地，所述推桿18的下端與加載活塞杆9的上端之間通過拉壓傳感器固定連接。第一壓力傳感器本身可以測量加載在上試樣帽6的壓力，此處再增加一拉壓傳感器則多一個了測壓途徑，可以測試出推桿頂端的的受力。

綜上所述，本實用新型實施例提供的一種三軸壓縮實驗裝置，該裝置的上試樣帽上設有液壓缸及液壓活塞，通過推動活塞杆向活塞施加壓力，從而間接的使液壓缸內的液壓油向上試樣帽施加沿試樣縱向的力，由於通過液體傳送壓力，因此所施加的力溫和而較為恆定，且不會產生橫向的擾動力，從而避免了現有技術直接使用剛性連接的加載活塞杆向上試樣帽及試樣施加力的缺陷；通過液壓缸內的第一壓力傳感器可以隨時測得施力機構施加於上試樣帽上的壓強，而只要將施力機構施加於上試樣帽上的壓力調整到第一壓力傳感器所測得的壓強與壓力室內液體的壓強相等，即可知道試樣在實驗初始狀態時上試樣帽加載在試樣上端面上的壓強與試樣的圍壓一致(忽略上試樣帽的重量)。而本實用新型的推桿上所設計的利用螺旋測微器測長原理測量推進距離的結構，能夠精確的測量出試樣在其縱向所壓縮的長度。因此，本實用新型能夠達到儘量減小土體試樣在實驗中的受力情況與實際受力情況之間的偏差，以及通過相對簡單的結構實現測量土體試樣的縱向被壓縮的精確尺寸的效果，為三軸壓縮實驗結果的準確性提供了保證。

以上公開的僅為本實用新型的幾個具體實施例，但是，本實用新型實施例並非局限於此，任何本領域的技術人員能思之的變化都應落入本實用新型的保護範圍。