專利名稱：一種臥式三軸拉壓試驗(yàn)儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種拉壓試驗(yàn)儀，特別涉及一種臥式三軸拉壓試驗(yàn)儀。
背景技術(shù)：
壓實(shí)粘土的抗拉強(qiáng)度和極限拉伸應(yīng)變是進(jìn)行土工建筑物裂縫評價(jià)非常 重要的拉伸特性參數(shù)。認(rèn)識(shí)壓實(shí)粘土的拉伸特性和破壞機(jī)理對于土石壩工 程的安全評價(jià)具有重要意義。例如，張拉裂縫是土石壩工程中常見的隱患 和主要破壞類型。由不均勻沉降導(dǎo)致的壩表橫向張拉裂縫和由楔劈水壓力 導(dǎo)致的心墻水力劈裂裂縫是土石壩張拉裂縫的主要類型。這些裂縫會(huì)導(dǎo)致 土石壩防滲體破壞。因此，壓實(shí)粘土三軸拉伸條件下的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系特性、 強(qiáng)度特性和破壞機(jī)理的研究具有重要的工程應(yīng)用價(jià)值，關(guān)系到能否合理正 確地評價(jià)土工建筑開裂準(zhǔn)則。
進(jìn)行壓實(shí)粘土的三軸拉伸試驗(yàn)是研究和解決上述問題的一個(gè)基本手 段。由于試驗(yàn)方法的限制，早期對壓實(shí)粘土拉伸特性的研究手段以單軸拉 伸試驗(yàn)為主。在三軸拉伸試驗(yàn)儀器方面， 一般是在現(xiàn)有常規(guī)三軸壓縮儀上 進(jìn)行改裝得到，軸向連接剛度較小，難以測定土體拉伸應(yīng)力應(yīng)變的全過程 曲線。此外，由于試樣豎放，在小圍壓時(shí)，無法消除土體自重的影響。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種臥式三軸拉 壓試驗(yàn)儀，使其能用于測定三軸條件下壓實(shí)粘土拉伸應(yīng)力應(yīng)變?nèi)^程曲線， 具有整體性好、加載穩(wěn)定性好、軸向剛度大的特點(diǎn)。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是
一種臥式三軸拉壓試驗(yàn)儀，包括有試驗(yàn)平臺(tái)16，試驗(yàn)平臺(tái)16上設(shè)有作
為加載設(shè)備的交流電機(jī)1，交流電機(jī)1的動(dòng)力輸出端與剛性加載桿5相連，20 在剛性加載桿5上設(shè)有力傳感器2，剛性加載桿5與前活塞桿6的一端相連， 前活塞桿6還設(shè)有位移傳感器3，力傳感器2、位移傳感器3均與數(shù)據(jù)采集 板20和計(jì)算機(jī)21連接，前活塞桿6的另一端穿過臥式壓力室4的前擋板 22與試樣帽15相連接，試樣帽15與前擋板22上的排氣孔17相連通，與 試樣帽15相對應(yīng)的位置還設(shè)有試樣帽19，試樣帽19通過塑料軟管與后擋 板18上的排氣孔23相連接，試樣帽19與后活塞桿10的一端相連，后活 塞桿10的另一端穿過臥式壓力室4的后擋板18與固定擋板11相連。
所述的交流電機(jī)1提供的最大軸向力為拉壓各300kg，最大加載位移量 程為士20mm。
所述的交流電機(jī)1的加載變形速率為0.00155mm/min 0.375mm/min。
所述的壓力室4的后擋板18可拆卸。 所述的壓力室4固定在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)16上。
所述的壓力室4的前擋板22上設(shè)有通氣孔12、試樣帽15的排氣孔17。 所述的壓力室4的后擋板18上設(shè)有與壓力室4相連通的進(jìn)水孔13、排 水孔14，壓力室4上還設(shè)有試樣帽19的排氣孔23。 所述的前活塞桿6、后活塞桿10兩端均有螺扣。 所述的前活塞桿6、后活塞桿10水平對中并可水平移動(dòng)。 所述的后活塞桿10通過固定擋板11固定在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)16上。 所述的數(shù)據(jù)采集板20最大采集頻率可達(dá)100次/秒。 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)及突出性技術(shù)效果1)儀器的 整體性好。所有部件均組裝在同一實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上，有效地保證了儀器的整體 性；2)加載的穩(wěn)定性好。采用閉環(huán)交流電機(jī)進(jìn)行位移控制式加載，可實(shí)現(xiàn) 拉伸或壓縮雙向勻速穩(wěn)定地加載，加載速率也可方便地進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制；3) 軸向剛度大。在儀器的加載軸向，各部件間均采用固定連接，連接剛度大， 使得可以測定土樣達(dá)到峰值抗拉強(qiáng)度后土體發(fā)生拉伸破壞的過程和相應(yīng)的 應(yīng)變軟化段；4)試樣水平放置，可消除小圍壓時(shí)土體自重對試驗(yàn)結(jié)果的影響，試樣的應(yīng)力條件簡單清晰。


圖1為本發(fā)明提供的臥式三軸拉壓試驗(yàn)儀的結(jié)構(gòu)俯視圖。
圖2為本發(fā)明提供的臥式三軸拉壓試驗(yàn)儀的結(jié)構(gòu)主視圖。 圖3為本發(fā)明的傳感器與數(shù)據(jù)采集板、計(jì)算機(jī)的連接框圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理和工作原理作進(jìn)一步詳細(xì)說明。 參見圖1、 2， 一種臥式三軸拉壓試驗(yàn)儀，包括有試驗(yàn)平臺(tái)16，試驗(yàn)平 臺(tái)16上設(shè)有作為加載設(shè)備的交流電機(jī)1，交流電機(jī)1提供的最大軸向力可 達(dá)拉壓各300kg，最大加載位移量程為士20mm，加載變形速率為 0.00155mm/min 0.375mm/min，可滿足一般條件下對土體進(jìn)行三軸拉伸、 壓縮和壓縮-拉伸組合試驗(yàn)的要求，交流電機(jī)1的動(dòng)力輸出端與剛性加載桿 5相連，可以實(shí)現(xiàn)前后雙向的勻速平穩(wěn)加載，在剛性加載桿5上設(shè)有力傳感 器2，剛性加載桿5與前活塞桿6的一端相連，前活塞桿6還設(shè)有位移傳感 器3，力傳感器2、位移傳感器3均與數(shù)據(jù)采集板20和計(jì)算機(jī)21連接，數(shù) 據(jù)采集板20最大采集頻率可達(dá)100次/秒，能夠較好地記錄壓實(shí)粘土的拉伸 變形全過程。前活塞桿6的另一端穿過臥式壓力室4的前擋板22與試樣帽 15相連接，前擋板22上設(shè)有通氣孔12、試樣帽15的排氣孔17，壓力室4 固定在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)16上，試樣帽15通過塑料軟管與前擋板22上的排氣孔17 相連接，試樣7與水平支架8間設(shè)置滾動(dòng)軸承9，能有效地減少試樣7和水 平支架8之間的摩擦。水平支架8的作用是為了消除試樣自重彎矩的影響， 在滾動(dòng)軸承9的另一端上與試樣帽15相對應(yīng)的位置還設(shè)有試樣帽19，試樣 帽15、試樣帽19與試樣7間通過環(huán)氧結(jié)構(gòu)膠進(jìn)行粘結(jié)，試樣帽19與后活 塞桿10的一端相連，前活塞桿6、后活塞桿10兩端均有螺扣。活塞桿10 通過固定擋板11固定在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)16上，后活塞桿10的另一端穿過臥式壓 力室4的后擋板18與固定擋板11相連，后擋板18上設(shè)有與臥式壓力室4相連通的進(jìn)水孔13、排水孔14和試樣帽19的排氣孔23，后擋板18可拆 卸，后擋板18可拆卸是為了方便裝樣?；钊麠U6、活塞桿10水平對中并可 水平光滑移動(dòng)。
本發(fā)明的工作原理是
試驗(yàn)時(shí)，首先按試驗(yàn)方案的要求先將試樣7與前端試樣帽15連接，套 上乳膠膜，之后連接另一端試樣帽19，最后將乳膠膜與試樣帽15、試樣帽 19兩端綁扎好。將裝好的試樣7水平放在壓力室4內(nèi)的布設(shè)了滾動(dòng)軸承9 的水平支架8上，連接前活塞桿6和后活塞桿10，同時(shí)微調(diào)水平支架8高 度使試樣可以順暢地水平移動(dòng)，然后將壓力室4后蓋蓋好。
打開通氣孔12，從進(jìn)水孔13向壓力室4內(nèi)注水，待壓力室充滿水后， 關(guān)閉通氣孔12。根據(jù)試驗(yàn)方案施加一定的圍壓，并固結(jié)10 12小時(shí)。待試 樣7變形穩(wěn)定后，連接加載桿5與力傳感器2，架設(shè)位移傳感器3。打開計(jì) 算機(jī)21數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，調(diào)整位移傳感器3和力傳感器2的初始值。
打開交流電機(jī)l，設(shè)定合適的加載速度，進(jìn)行勻速穩(wěn)定加載。加載過程 中，采集程序?qū)崟r(shí)采集并保存力傳感器2和位移傳感器3的輸出值。
試驗(yàn)結(jié)束后，撤去圍壓，同時(shí)打開排水孔14，待壓力室內(nèi)水排空后， 依次拆除試樣，注意保護(hù)試樣的完整性，并測量試樣張拉破壞區(qū)寬度。
圖中l(wèi)一閉環(huán)交流電機(jī)；2—力傳感器；3—位移傳感器；4一臥式壓 力室；5—?jiǎng)傂约虞d桿；6—前活塞桿；7—試樣；8—水平支架；9一滾動(dòng)軸 承；IO—后活塞桿；ll一固定擋板；12—通氣孔；13—進(jìn)水孔；14—排水 L; 15—試樣帽；16—實(shí)驗(yàn)平臺(tái)；17—排氣孔；18—后擋板；19一試樣帽； 20~數(shù)據(jù)采集板；21—計(jì)算機(jī)；22—前擋板；23—排氣孔。
權(quán)利要求
1、一種臥式三軸拉壓試驗(yàn)儀，包括有試驗(yàn)平臺(tái)(16)，其特征在于，試驗(yàn)平臺(tái)(16)上設(shè)有作為加載設(shè)備的交流電機(jī)(1)，交流電機(jī)(1)的動(dòng)力輸出端與剛性加載桿(5)相連，在剛性加載桿(5)上設(shè)有力傳感器(2)，剛性加載桿(5)與前活塞桿(6)的一端相連，前活塞桿(6)還設(shè)有位移傳感器(3)，力傳感器(2)、位移傳感器(3)均與數(shù)據(jù)采集板(20)和計(jì)算機(jī)連接(21)，前活塞桿(6)的另一端穿過臥式壓力室(4)的前擋板(22)與試樣帽(15)相連接，試樣帽(15)與前擋板(22)上的排氣孔(17)相連通，在滾動(dòng)軸承(9)的另一端上與試樣帽(15)相對應(yīng)的位置還設(shè)有試樣帽(19)，試樣帽(19)與后活塞桿(10)的一端相連，后活塞桿(10)的另一端穿過臥式壓力室(4)的后擋板(18)與固定擋板(11)相連。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種臥式三軸拉壓試驗(yàn)儀，其特征在于，所 述的交流電機(jī)(1)提供的最大軸向力可達(dá)拉壓各300kg，最大加載位移量 程為士20mm，交流電機(jī)(1)的加載變形速率為0.00155mm/min 0.375mm/min。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種臥式三軸拉壓試驗(yàn)儀，其特征在于，所 述的壓力室(4)的后擋板(18)可拆卸。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的一種臥式三軸拉壓試驗(yàn)儀，其特征在于， 所述的壓力室(4)固定在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)(16)上。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的一種臥式三軸拉壓試驗(yàn)儀，其特征在于， 所述的壓力室(4)的前擋板(22)上設(shè)有通氣孔(12)、試樣帽(15)的 排氣孔(17)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的一種臥式三軸拉壓試驗(yàn)儀，其特征在于， 所述的壓力室(4)的后擋板(18)上設(shè)有與壓力室(4)相連通的進(jìn)水孔(13)、排水孔(14)，壓力室(4)上還設(shè)有試樣帽(19)的排氣孔(23)。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種臥式三軸拉壓試驗(yàn)儀，其特征在于，所 述的活塞桿(6)、活塞桿(10)兩端均有螺扣。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種臥式三軸拉壓試驗(yàn)儀，其特征在于，所 述的前活塞桿(6)、后活塞桿(10)水平對中并可水平移動(dòng)。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種臥式三軸拉壓試驗(yàn)儀，其特征在于，所 述的后活塞桿(10)通過固定擋板(11)固定在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)(16)上。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種臥式三軸拉壓試驗(yàn)儀，其特征在于， 所述的數(shù)據(jù)采集板(20)最大采集頻率可達(dá)100次/秒。
全文摘要
一種臥式三軸拉壓試驗(yàn)儀，包括有設(shè)在試驗(yàn)平臺(tái)上的交流電機(jī)，交流電機(jī)的動(dòng)力輸出端與剛性加載桿相連，剛性加載桿上設(shè)有力傳感器，剛性加載桿與前活塞桿相連，前活塞桿還設(shè)有位移傳感器，力傳感器、位移傳感器與數(shù)據(jù)采集板和計(jì)算機(jī)連接，前活塞桿的另一端穿過前擋板與試樣帽相連接，試樣帽通過塑料軟管與前擋板上的排氣孔相連接，水平支架上滾動(dòng)軸承另一端還設(shè)有試樣帽，試樣帽與后活塞桿相連，后活塞桿穿過后擋板與固定擋板相連，打開交流電機(jī)，采集程序?qū)崟r(shí)采集并保存力傳感器和位移傳感器的輸出值，打開排水孔，待水排空后，拆除試樣，測量試樣張拉破壞區(qū)寬度，具有整體性好、加載的穩(wěn)定性好、軸向剛度大的特點(diǎn)。
文檔編號G01N3/10GK101614638SQ20091002326
公開日2009年12月30日 申請日期2009年7月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月10日
發(fā)明者遜 孫, 琰 張, 張丙印 申請人:清華大學(xué)