一種土工三軸壓縮實驗教學系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及到一種H軸壓縮試驗儀器，特別是涉及到一種±工立軸壓縮實驗教學 系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002] ±工立軸壓縮儀是一種用于測定±的抗剪強度指標的±工試驗設備。在巖±工程 學術研究領域，±工立軸壓縮儀正在向液壓伺服、全自動控制、真H軸、非飽和H軸等高精、 自動控制的方向發(fā)展。然而，在我國的各類高等學校的±工教學實驗室和絕大多數(shù)±木類 勘察、設計與施工單位的±工試驗室中，目前依然主要使用的是常規(guī)的應變控制式H軸儀 或者微機控制的應變控制式H軸壓縮儀。
[0003] 應變控制式H軸儀中一塊控制板上具有周圍壓力加載系統(tǒng)、反壓加載系統(tǒng)、孔隙 水壓力測試系統(tǒng)各種管線，在軸向壓力采用液壓控制時則還有軸向位移控制及測試系統(tǒng)， 該使得±工立軸壓縮儀儀器管線十分復雜，在實驗教學中，學生很難在在課堂短時間的教 學和實驗過程中掌握H軸壓縮實驗的原理，也由于H軸壓縮儀儀器的復雜性，許多在施工 單位的±工試驗室工作的±工試驗員也不懂±工立軸壓縮儀的操作方法，甚至有些具有較 高要求的實驗室，雖配備有H軸壓縮儀，卻無熟悉開展相關試驗的±工試驗人員，阻礙了H 軸壓縮儀在基層工程單位的應用。為此，市場也出現(xiàn)了僅能做UU試驗(不固結不排水試驗） 的輕便簡化H軸儀，但由于該類儀器均為應變控制式H軸壓縮儀，且依然依靠空壓機施加 周圍壓力，同樣會造成操作、維修的難度，限制了該類簡化儀器的應用。
[0004] 目前，我國設有±木專業(yè)的高等學校按教學大綱要求都必須開設配合±力學課程 教學的用于測定±的抗剪強度指標的直接剪切實驗項目。H軸壓縮實驗比直接剪切實驗能 更好的控制試樣的排水條件及試樣受力情況與工程實際更接近，因此，測得的抗剪強度指 標也更接近實際。更為重要的是，通過H軸壓縮實驗的教學比起直接剪切實驗的教學，學生 將大大加深對±力學的認識和理解。但由于現(xiàn)有市場中的H軸儀儀器的管線復雜，且用現(xiàn) 有H軸儀學生很難在兩個實驗教學課時內(nèi)完成實驗任務，加之H軸儀價格昂貴，學校往往 受教學經(jīng)費限制，無法配備足夠的儀器數(shù)量，該使得我國高校開設的±工實驗教學項目中， H軸壓縮實驗在本科階段只作為觀摩演示性的實驗，只有巖±類學生在研究生階段的教學 才能開設H軸壓縮實驗項目。因此，開發(fā)出一種廉價的適于高等學校的±工教學實驗室教 學需要的H軸壓縮實驗教學系統(tǒng)，將為促進高校±工實驗教學提供更好的設備基礎，也是 我國高?！拦嶒灲虒W人員急需解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明所要解決的技術問題是通過對現(xiàn)有±工立軸壓縮儀加載系統(tǒng)的改進和簡 化，開發(fā)出一種原理直觀、操作簡易、性能穩(wěn)定、易于維修、造價低廉、易于集約化安裝、適于 ±工試驗教學的應力控制式±工立軸壓縮儀。
[0006] 本發(fā)明取消了H軸壓縮儀的面板，采用簡化H軸壓縮儀部分（1)。所述簡化H軸 壓縮儀部分（2)是由置入H軸儀底座（16)上的周圍壓力室（17)和安裝在固定于底座（16) 上部的H軸儀支架（18 )上的軸向壓力室（19 )、活塞（20 )、傳力桿（21)及相應的軸向位移測 試百分表（22)、軸向壓力測試表（23)、周圍壓力測試表（24)、軸向壓力接口（10)、周圍壓力 接口（38)、孔隙水量管接口（31)、孔隙水壓力傳感器（37)等組成的。簡化H軸壓縮儀不考 慮反壓飽和，并取消了H軸壓縮儀的面板，采用應力控制式壓縮方式，讓軸向壓力從支架上 方加載（10)，周圍壓力從圍壓室下方側面加載（38)，孔隙水壓力測量從支架下部中也引出 (31)，做到H種測試管線互相分開，并且直接分別與獨立的軸向壓力、周圍壓力加載系統(tǒng)相 接，該使得H軸壓縮儀的原理變得十分直觀，儀器構造也更為簡單，便于集約化安裝，也便 于教師講解、初學者操作和對實驗原理的理解； 本發(fā)明采用的軸向壓力加載系統(tǒng)中的每個加載系統(tǒng)（2)均分別由單個手動息掛升降裝 置和單個水銀柱壓力系統(tǒng)組成，所述單個手動息掛升降裝置均是由定子（15)、轉盤（4)、定 滑輪（6)、有機玻璃容器（7)和細鋼絲繩（5)等構成的；所述單個水銀柱壓力系統(tǒng)均是由掛 在掛繩（9)上的裝有水銀（8 )的有機玻璃容器（7)、充滿水銀（8 )的塑料水管（12)、活塞 (14)、充滿水（11)的塑料水管和軸向壓力接口（10)等構成的。該實際是借助連通器的原理 通過水銀柱高度的增加產(chǎn)生的壓強施加到周圍壓力加載系統(tǒng)中的水中并最后傳遞到±樣 的四周，該一加載系統(tǒng)簡單、原理直觀、便于集約化安裝、維護和使用，也便于教師講解、初 學者學習操作及理解； 本發(fā)明采用四個單級周圍壓力加載系統(tǒng)，每級加載系統(tǒng)（3)除水柱高度（41)應根據(jù)周 圍壓力大小來設定外，均是由裝有水（39)的水箱（40)、下水管（42)、水平水管及裝在其上 的8個周圍壓力接口（43)組成。由于H軸壓縮實驗教學系統(tǒng)可安裝在實驗教學樓的底層， 四個單級周圍壓力加載系統(tǒng)中的水箱（40)可息掛固定在實驗教學樓的4個不同高度，每個 水箱（40)可為底層實驗室的8臺簡化H軸壓縮儀（1)提供一級周圍壓力。四級周圍壓力加 載系統(tǒng)外置，為在同一實驗室內(nèi)集約安裝所述的32臺簡化H軸壓縮儀（1)和所述的32個軸 向壓力加載系統(tǒng)（2)提供了空間條件，同時，由水柱底部的壓強為H軸壓力室內(nèi)水中的±試 樣提供周圍壓力強度，也具有原理直觀、操作簡易、性能穩(wěn)定、易于維修、造價低廉的優(yōu)勢。
[0007] 由本發(fā)明提供的一種軸壓縮實驗教學系統(tǒng)，采用水柱壓力作為周圍壓力的 加載系統(tǒng)，采用息掛裝置改變水銀柱高度和連通器原理來實現(xiàn)軸向壓力的加載，并采用簡 化H軸壓縮儀（1)，使得所述的一種±工立軸壓縮實驗教學系統(tǒng)具有原理直觀、操作簡便、 性能穩(wěn)定、易于維修、成本低廉、易于集約化安裝等優(yōu)勢。特別是本發(fā)明提供的一種±工立 軸壓縮實驗教學系統(tǒng)，由于可將周圍壓力的加載系統(tǒng)外置，可在同一實驗室內(nèi)集約安裝所 述的32臺簡化H軸壓縮儀（1)和所述的32個軸向壓力加載系統(tǒng)（2)，該就可實現(xiàn)在同一實 驗室內(nèi)一個班的學生(通常為32人)每人使用一臺H軸壓縮儀同時進行H軸壓縮實驗教學， 該將為實驗教學和實驗室管理帶來了極大的便利；此外，通過4人一組做同一±樣的四個 試件、每人只用一個試件去做四級周圍壓力中某一級周圍壓力下的H軸壓縮實驗的實驗分 組安排，采用本發(fā)明提供的一種±工立軸壓縮實驗教學系統(tǒng)還可實現(xiàn)一個班的學生(通常 為32人)每人使用一臺H軸壓縮儀并同在一個實驗室于兩個教學課時內(nèi)完成H軸壓縮實驗 教學的目的。因此，本發(fā)明提供的一種±工立軸壓縮實驗教學系統(tǒng)尤其適用于高等學校實 驗教學中的±工實驗教學，并為促進H軸壓縮實驗教學項目在±木類本科學生的實驗教學 中的實施提供了基礎。
【附圖說明】
[0008] 圖1是一種±工立軸壓縮實驗教學系統(tǒng)的大樣圖。
[0009] 下面結合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步說明。
[0010] 參見圖1，按如下步驟進行試驗。
[0011] 試樣制備與飽和 試樣的制備與飽和參考中華人民共和國水利部行業(yè)標準±工試驗規(guī)程中的H軸壓縮 試驗（SL237-017-1999)的4. 1節(jié)和4. 2節(jié)的規(guī)定進行。
[001引試樣安裝和固結 (1) 對于不固結不排水試驗（UU試驗） 1) 試樣安裝與周圍壓力室注水參見中華人民共和國水利部行業(yè)標準±工試驗規(guī)程中 的H軸壓縮試驗（SL237-017-1999)的4. 3. 1節(jié)的1~4條的規(guī)定進行； 2) 周圍壓力加載 將四級周圍壓力中的某級周圍壓力加載系統(tǒng)（3)中的一個周圍壓力接口（43)與簡化H軸儀底座上的接口（38)連接；打開周圍壓力止水閥（29)，至周圍壓力測試表（24)顯示穩(wěn) 定的周圍壓力值； 3 )打開軸向壓力止水閥（26 )，將水注入軸向壓力室，并通過水壓將活塞移動至傳力桿 (21)與試樣帽（32)接觸，將軸向壓力室中水（25)的水位調(diào)至軸向壓力測試表（23)高度， 至觀察到軸向壓力測試表（23)在