一種靜三軸試驗土樣水平徑向變形的識別裝置和方法與流程
2024-02-28 16:27:16 1
本發明涉及土工試驗非常規測試技術領域，具體為一種靜三軸試驗土樣水平徑向變形的識別裝置和方法。
背景技術：
三軸試驗為土力學的重要試驗方法之一，也是一種重要的土工試驗。土的三軸試驗主要用於測試試樣的抗剪強度(c、φ；c：土的凝聚力，kPa；φ：土的內摩擦角，°)、側壓力係數(k0，無量綱)及三軸壓縮。其中抗剪強度或三軸壓縮試驗方法是在土樣一定圍壓狀態下，同時逐漸給土樣施加軸向壓力，測試土樣的垂直變形以計算土體的剪切或壓縮參數，對於土體方面的研究與工程，這些指標當然很重要。然而，在給土樣逐漸施加軸向壓力的同時，除所測試垂直變形以外，土樣可能會產生一定的徑向水平變形—如鼓脹、扭曲、沿裂隙面破壞等，而這個水平徑向變形至破壞過程未見被測試或被申請保護，但這個過程的測試在荷載對土體的影響、開採地下水引起水位降低對地面沉降、地裂縫影響、降雨或荷載對土質邊坡、基坑穩定等方面的研究及工程有特別重要意義。
技術實現要素：
本發明的目的在於提供，以解決上述背景技術中提出的問題。
為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：一種靜三軸試驗土樣水平徑向變形的識別裝置和方法，包括處理模塊、採控器、試樣水平徑向變形及破壞過程監測裝置、靜三軸壓力室；所述的處理模塊與採控器相關聯；所述的採控器輸入端與試樣水平徑向變形及破壞過程監測裝置數據連接；所述的試樣水平徑向變形及破壞過程監測裝置設置在靜三軸壓力室的外側；所述的靜三軸壓力室的頂端中央位置安裝有壓杆；所述的壓杆圓弧側面連接有靜三軸壓力室頂殼；所述的靜三軸壓力室頂殼底面靠近邊緣的位置連接有筒體；所述的壓杆的底面連接有試樣帽；所述的試樣帽的底面連接有上透水石；所述的上透水石的底面連接有試樣；所述的試樣的底面設置有下透水石；所述的壓杆的頂端連接有連接塊；所述的連接塊安裝在壓力架頂板的中央位置；所述的壓力架頂板的底面四周靠近邊緣的位置與靜三軸壓力室相連接。
進一步陳述本發明，包括處理模塊、採控器、試樣水平徑向變形及破壞過程監測裝置、靜三軸壓力室；所述的處理模塊與採控器相關聯；所述的採控器輸入端與試樣水平徑向變形及破壞過程監測裝置數據連接；所述的試樣水平徑向變形及破壞過程監測裝置設置在靜三軸壓力室的外側；所述的靜三軸壓力室的頂端中央位置安裝有壓杆；所述的壓杆圓弧側面連接有靜三軸壓力室頂殼；所述的靜三軸壓力室頂殼底面靠近邊緣的位置連接有筒體；所述的壓杆的底面連接有試樣帽；所述的試樣帽的底面連接有上透水石；所述的上透水石的底面連接有試樣；所述的試樣的底面設置有下透水石；所述的壓杆的頂端連接有連接塊；所述的連接塊安裝在壓力架頂板的中央位置；所述的壓力架的底面四周靠近邊緣的位置與靜三軸壓力室相連接。
進一步陳述本發明，所述的下透水石的底面設有靜三軸壓力室底座；所述的試樣一側與筒體之間的位置設置有圍壓進出口管。
進一步陳述本發明，所述的靜三軸壓力室頂殼與壓杆的接觸位置設置有密封頂蓋；所述的筒體的顏色為透明；所述的筒體的形狀為中空圓柱體；所述的壓杆頂端與連接塊接觸處中央位置設置有垂直壓力傳感器；所述的垂直壓力傳感器的一側設有變形傳感器。
進一步陳述本發明，所述的圍壓進出口管一端設置在靜三軸壓力室內側；所述的圍壓進出口管的另一端設置在靜三軸壓力室底座一側面中央位置；所述的下透水石與靜三軸壓力室底座的交接處中央位置開有下孔隙出口管；所述的試樣帽與上透水石交接處的中央位置設置有上孔隙水出口管；所述的上孔隙水出口管的另一端與下孔隙水出口管側面相連接。
進一步陳述本發明，所述的處理模塊包括計算機、土工數據處理軟體；所述的試樣水平徑向變形及破壞過程監測裝置可為三維雷射掃描測量裝置及其他相關監測裝置；所述的試樣水平徑向變形及破壞過程監測裝置測試端可設有雷射掃描頭；所述的監測單元目標如雷射掃描頭對準試樣中央位置。
進一步陳述本發明，所述的處理模塊數據輸入端與採控器的數據輸出端數據連接；所述的採控器的數據輸入端與試樣水平徑向變形及破壞過程監測裝置數據輸出端相連接。
進一步陳述本發明，所述的試樣水平徑向變形及破壞過程監測裝置遵循標準時間；所述的處理模塊的計算機設置時間與試樣水平徑向變形及破壞過程監測裝置相同。
與現有技術相比，本發明的有益效果是：本發明採用靜三軸壓力室，靜三軸壓力室需特別透明設置，試樣水平徑向變形及破壞過程監測裝置可可為三維雷射掃描測量裝置或其它相關裝置，該裝置可以進行運動機構改造，該裝置上設有雷射掃描測頭，對試樣目標進行原始狀態及試樣變化過程進行三維雷射掃描或相關監測，並自動記錄存儲，由此完成土樣水平位移測試，全部的測試過程由本裝置自動完成，自動化程度高，數據準確，對相關工作有很大的參考價值。
附圖說明
圖1為本發明結構示意圖；
圖2為本發明試樣側向徑向變形及破壞過程示意圖；
圖3為本發明測試方法流程圖。
圖中：1、處理模塊；2、採控器；3、試樣水平徑向變形及破壞過程監測裝置；4、壓杆；5、密封頂蓋；6、靜三軸壓力室；7、靜三軸壓力室頂殼；8、垂直壓力傳感器；9、連接塊；10、筒體；11、上孔隙水出口管；12、下透水石；13、圍壓進出口管；14、靜三軸壓力室底座；15、下孔隙水出管；16、上透水石；17、試樣；18、試樣帽；19、壓力架頂板；20、雷射掃描頭；21。
具體實施方式
下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
請參閱圖1-3，本發明提供一種技術方案：包括處理模塊1、採控器2、試樣水平徑向變形及破壞過程監測裝置3、靜三軸壓力室6；所述的處理模塊1與採控器2相關聯；所述的採控器2輸入端與試樣水平徑向變形及破壞過程監測裝置3數據連接；所述的試樣水平徑向變形及破壞過程監測裝置3設置在靜三軸壓力室6的外側；所述的靜三軸壓力室6的頂端中央位置安裝有壓杆4；所述的壓杆4圓弧側面連接有靜三軸壓力室頂殼7；所述的靜三軸壓力室頂殼7底面靠近邊緣的位置連接有筒體10；所述的壓杆4的底面連接有試樣帽18；所述的試樣帽18的底面連接有上透水石16；所述的上透水石16的底面連接有試樣17；所述的試樣17的底面設置有下透水石12；所述的壓杆4的頂端連接有連接塊9；所述的連接塊9安裝在壓力架頂板19的中央位置；所述的壓力架頂板19的底面四周靠近邊緣的位置與靜三軸壓力室6相連接；所述的下透水石12的底面設有靜三軸壓力室底座14；所述的試樣17一側與筒體10之間的位置設置有圍壓進出口管13；所述的靜三軸壓力室頂殼7與壓杆4的接觸位置設置有密封頂蓋5；所述的筒體10的顏色為透明；所述的筒體10的形狀為中空圓柱體；所述的壓杆4頂端與連接塊9接觸處中央位置設置有垂直壓力傳感器8；所述的垂直壓力傳感器8的一側設有變形傳感器21；所述的圍壓進出口管13一端設置在靜三軸壓力室6內側；所述的圍壓進出口管13的另一端設置在靜三軸壓力室底座14一側面靠近中央的位置；所述的下透水石12與靜三軸壓力室底座14的交接處中央位置開有下孔隙出口管15；所述的試樣帽18與上透水石16交接處的中央位置設置有上孔隙水出口管11；所述的上孔隙水出口管11的另一端與下孔隙水出口管15側面相連接；所述的處理模塊1包括計算機、土工數據處理軟體；所述的試樣水平徑向變形及破壞過程監測裝置3可為三維雷射掃描測量裝置；所述的試樣水平徑向變形及破壞過程監測裝置3測試端可設有雷射掃描頭20；所述的雷射掃描頭20對準試樣17中央位置；所述的處理模塊1數據輸入端與採控器2的數據輸出端數據連接；所述的採控器2的數據輸入端與試樣水平徑向變形及破壞過程監測裝置3數據輸出端相連接；所述的試樣水平徑向變形及破壞過程監測裝置3遵循標準時間；所述的處理模塊1的計算機設置時間與試樣水平徑向變形及破壞過程監測裝置3相同。
本發明在具體實施時，靜三軸壓力室6為透明設置，試樣水平徑向變形及破壞過程監測裝置3以經過與靜三軸壓力室6的試樣17為掃描記錄目標並且可以進行運動機構改造，試樣水平徑向變形及破壞過程監測裝置3上或設有雷射掃描測頭20，對試樣17進行原始狀態及試驗壓縮過程可進行三維雷射掃描測量，並記錄存儲，實現數據的記錄，方便數據的對比；進行三軸試驗時，施加應力在試樣17產生垂直變形的同時，試樣水平徑向變形及破壞過程監測裝置3將測量不同應力下記錄下試樣17徑向變形及破壞過程的輪廓邊界，壓杆4施加施加不同的壓力P1、P2、P3，試樣17的水平向變形或破壞程度不同，變化過程為圖2，直到試樣17產生破壞，與原試樣對比得到不同時刻土樣的變化程度，由此完成土樣徑向變形至破壞過程的測試，方便研究與實際工作的進行，對相關工作具有重要的參考價值。
儘管已經示出和描述了本發明的實施例，對於本領域的普通技術人員而言，可以理解在不脫離本發明的原理和精神的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本發明的範圍由所附權利要求及其等同物限定。
另外，本發明得到國家自然科學基金項目：地下水臨界開採水位的識別方法研究(No：41272301)和中國地質科學院院控項目：多場耦合型高壓三軸試驗系統研製(No：YYWF201628)支持。