三軸試驗測試土體抗剪強度指標(biāo)的試驗儀器的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種三軸試驗測試土體抗剪強度指標(biāo)的試驗儀器，包括為待測土體提供圍壓的供水裝置，所述供水裝置與為待測土體試樣施加軸壓的加壓裝置連接，所述加壓裝置包括壓力室，壓力室內(nèi)盛放待測土體試樣，所述壓力室與溫度控制裝置連接，溫度控制裝置調(diào)節(jié)待測土體試樣的環(huán)境溫度以在不同溫度下對待測土體試樣進行試驗。通過排水管的閥門控制排水和固結(jié)條件，溫度控制裝置可以調(diào)節(jié)土體溫度環(huán)境。試驗可以模擬在不同溫度下的多級荷載的不排水不固結(jié)、不排水固結(jié)、排水固結(jié)條件下的土體的抗剪強度。
【專利說明】
三軸試驗測試土體抗剪強度指標(biāo)的試驗儀器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實用新型屬于巖土工程土的力學(xué)特性測試技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及測定土體在不同 排水條件固結(jié)條件下、不同溫度條件下的三軸試驗測試土體抗剪強度指標(biāo)的試驗儀器。
【背景技術(shù)】
[0002] 土的力學(xué)性質(zhì)在建筑工程、道路橋梁工程、地下空間工程、水利工程等領(lǐng)域都具有 非常重要的意義，是許多工程中必須掌握的基礎(chǔ)特征。土體的抗剪強度是其力學(xué)性質(zhì)中非 常重要的一項指標(biāo)，土的抗剪強度包括粘聚力c和內(nèi)摩擦角Φ，抗剪強度在計算地基承載 力、邊坡穩(wěn)定性等方面都是非常重要的。
[0003] 土的抗剪強度指標(biāo)是評價土的工程性質(zhì)必不可少的，因此確定土的抗剪強度指標(biāo) 極為重要，抗剪強度指標(biāo)的值可以通過室內(nèi)試驗或現(xiàn)場測試獲得，常用的方法有直接剪切 試驗、三軸剪切試驗、單軸壓縮試驗、十字板剪切試驗等。其中三軸剪切試驗具有試樣應(yīng)力 條件明確、排水條件可以控制的優(yōu)點，得到的土體抗剪強度指標(biāo)較為準(zhǔn)確。
[0004] 傳統(tǒng)三軸剪切試驗的過程為:將被測土體試樣放入壓力室內(nèi)，先對試樣施加圍壓， 再對試樣施加垂直壓力，使垂直壓力不斷增大，使土樣剪壞。根據(jù)試樣的固結(jié)和排水情況， 三軸試驗可以分為不固結(jié)不排水剪切試驗，固結(jié)不排水剪切試驗，固結(jié)排水剪切試驗。
[0005] 隨季節(jié)變化，溫度改變很大，土體的抗剪強度隨溫度變化也會有一定變化，而現(xiàn)在 的三軸試驗的環(huán)境溫度一般都是室溫，測得的土體的抗剪強度指標(biāo)也只是在室溫條件下的 指標(biāo)，不考慮在不同溫度下土體抗剪強度的差異，不能體現(xiàn)土體抗剪強度隨溫度的變化引 起的變化以及土體在某溫度下的抗剪強度最小值。同時，大多現(xiàn)有的三軸試驗儀器采用氣 栗或者水栗供圍壓，這種方式雖然簡便易操作，但栗送的壓力非常不穩(wěn)定，本實用新型中所 述裝置為了改善這一不足，供水系統(tǒng)通過緩慢穩(wěn)定地向?qū)芄┧?，多余的水流到溢流?中，水頭穩(wěn)定準(zhǔn)確，因此能夠提供穩(wěn)定準(zhǔn)確的圍壓，相對于用氣栗、水栗等供壓裝置能夠較 好的控制變量。 【實用新型內(nèi)容】
[0006] 本實用新型的目的在于針對傳統(tǒng)三軸剪切試驗只考慮室溫環(huán)境下的土體抗剪強 度而不能在多種環(huán)境溫度下進行試驗的不足，提供一種簡單易行、價格低廉、便于推廣的可 以模擬在多種環(huán)境溫度下進行不顧街不排水剪切試驗、固結(jié)不排水剪切試驗、固結(jié)排水剪 切試驗的三軸試驗測試土體抗剪強度指標(biāo)的試驗儀器。
[0007] 為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用下述技術(shù)方案：
[0008]三軸試驗測試土體抗剪強度指標(biāo)的試驗儀器，包括為待測土體提供圍壓的供水裝 置，所述供水裝置與為待測土體試樣施加軸壓的加壓裝置連接，所述加壓裝置包括壓力室， 壓力室內(nèi)盛放待測土體試樣，所述壓力室與溫度控制裝置連接，溫度控制裝置調(diào)節(jié)待測土 體試樣的環(huán)境溫度以在不同溫度下對待測土體試樣進行試驗。
[0009]所述供水裝置包括圍壓供水容器，所述圍壓供水容器通過導(dǎo)水管與壓力室連通； 通過圍壓供水容器給壓力室提供持續(xù)供水，為待測土體提供圍壓。
[0010] 所述圍壓供水容器內(nèi)壁設(shè)有豎向?qū)к?，所述豎向?qū)к壣蠋в锌潭?豎向?qū)к壣显O(shè) 置刻度，可以精確設(shè)置導(dǎo)水管的高度，以給壓力室提供穩(wěn)定的設(shè)定圍壓。
[0011] 所述豎向?qū)к壟c導(dǎo)水管連接，導(dǎo)水管上方對應(yīng)設(shè)置有水箱;水箱為導(dǎo)水管提供水 源，由豎向?qū)к墡訉?dǎo)水管上下移動，無需其他動力即可為導(dǎo)水管供水，同時能夠持續(xù)穩(wěn)定 為導(dǎo)水管供水，為壓力室提供穩(wěn)定的圍壓。
[0012] 所述豎向?qū)к墝鷫汗┧萜鞣譃樯舷聝刹糠?，圍壓供水容器下部分為溢流箱?導(dǎo)水管頂部開口為溢流口；圍壓供水容器經(jīng)導(dǎo)水管給壓力室提供持續(xù)供水，導(dǎo)水管中多余 的水經(jīng)由溢流口流入溢流箱內(nèi)存儲，保證給壓力室提供穩(wěn)定的圍壓。
[0013] 所述加壓裝置還包括在壓力室外部設(shè)置的反力架，所述反力架連接液壓裝置，液 壓裝置對待測土體試樣施加軸壓。
[0014] 優(yōu)選的，所述液壓裝置與壓力室配合處設(shè)有阻水塞;對液壓裝置和壓力室的配合 處形成密封，防止水由壓力室內(nèi)流出。
[0015] 所述待測土體試樣上部設(shè)有上透水石，待測土體下部設(shè)有下透水石，待測土體試 樣外側(cè)包覆有乳膠膜，所述上透水石與排水管連接，所述排水管上設(shè)有閥門；設(shè)置閥門，可 以方便控制試驗過程中排水和固結(jié)條件。
[0016] 所述反力架與液壓裝置之間設(shè)有壓力傳感器，壓力傳感器與數(shù)據(jù)處理裝置連接； 壓力傳感器檢測液壓裝置的力數(shù)據(jù)，并將力數(shù)據(jù)傳輸給數(shù)據(jù)處理裝置進行存儲處理。
[0017] 所述下透水石處設(shè)有光纖光柵，光纖光柵與數(shù)據(jù)處理裝置連接;光纖光柵可以感 知傳遞壓力室內(nèi)的溫度和壓力的數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)傳輸給數(shù)據(jù)處理裝置進行存儲處理。
[0018] 所述溫度控制裝置包括設(shè)置于壓力室內(nèi)的冷浴液循環(huán)管，所述冷浴液循環(huán)管與低 溫恒溫冷浴連通;通過設(shè)置冷浴液循環(huán)管和低溫恒溫冷浴，為壓力室提供冷源，給壓力室降 溫。
[0019] 所述溫度控制裝置還包括設(shè)置于壓力室內(nèi)的電阻絲和溫度傳感器，所述電阻絲、 低溫恒溫冷浴和溫度傳感器均與溫度控制器連接，溫度控制器控制壓力室內(nèi)的溫度保持在 設(shè)定溫度;通過在壓力室內(nèi)設(shè)置電阻絲，可以在壓力室內(nèi)水溫低于設(shè)定溫度時，對壓力室內(nèi) 的水進行加熱，同時通過溫度控制裝置控制壓力室內(nèi)水溫保持在設(shè)定溫度。
[0020] 優(yōu)選的，所述冷浴液循環(huán)管沿壓力室內(nèi)壁設(shè)置，所述電阻絲設(shè)置于壓力室內(nèi)壁上； 使冷浴液循環(huán)管和電阻絲穩(wěn)固設(shè)置在壓力室內(nèi)，冷浴液循環(huán)管和電阻絲布設(shè)在壓力室的整 個范圍內(nèi)，可以使壓力室內(nèi)的水溫均勻調(diào)整，不會因水流在壓力室內(nèi)的流動而對冷浴液循 環(huán)管和電阻絲造成影響，妨礙對壓力室水溫的調(diào)整控制。
[0021] 所述溫度控制器還與數(shù)據(jù)處理裝置連接;溫度控制器將檢測的溫度信號傳輸給數(shù) 據(jù)處理裝置。
[0022] 三軸試驗測試土體抗剪強度指標(biāo)的試驗方法，包括以下步驟：
[0023]步驟1:將包覆乳膠膜的待測土體試樣放置于壓力室中；
[0024]步驟2:移動導(dǎo)水管至設(shè)定高度，由供水裝置為壓力室提供穩(wěn)定的圍壓；
[0025] 步驟3:溫度控制裝置調(diào)節(jié)控制壓力室內(nèi)的水溫達到設(shè)定溫度并恒定在該溫度；
[0026] 步驟4:分別對待測土體試樣進行不固結(jié)不排水試驗、固結(jié)不排水試驗、固結(jié)排水 試驗；
[0027]步驟5 :數(shù)據(jù)處理裝置收集試驗過程中的數(shù)據(jù)，并進行分析處理，得出土體的抗剪 強度指標(biāo)。
[0028]所述步驟2的具體步驟為：
[0029] 將導(dǎo)水管移動至設(shè)定高度處，向供水裝置的導(dǎo)水管中注水，水通過導(dǎo)水管進入壓 力室，逐漸充滿壓力室和導(dǎo)管，然后向?qū)Ч芴峁┚徛?、穩(wěn)定的持續(xù)供水，使導(dǎo)水管中的水位 始終保持在設(shè)定高度處以為壓力室提供穩(wěn)定圍壓，導(dǎo)水管中多余的水會溢出流入供水裝置 中。
[0030] 所述步驟3的具體步驟為：
[0031] 溫度控制裝置監(jiān)測壓力室中水的溫度，當(dāng)溫度低于設(shè)定溫度時，溫度控制器使電 阻絲工作給壓力室中水加熱，達到設(shè)定溫度后壓力室外罩對其保溫使水溫恒定；當(dāng)壓力室 中水的溫度高于設(shè)定溫度時，溫度控制器使低溫恒溫冷浴工作，給壓力室中水降溫，達到設(shè) 定溫度后壓力室外罩對其保溫并使水溫恒定。
[0032] 所述步驟4中進行不固結(jié)不排水試驗時，在供水裝置提供圍壓過程中，使壓力室排 水管的閥門始終處于關(guān)閉狀態(tài)，整個試驗過程中待測土體試樣含水率不變，使土體試樣不 排水不固結(jié)，然后通過加壓裝置對待測土體試樣施加軸向壓力，并逐漸增大軸向壓力，至待 測土體試樣破壞。
[0033] 所述步驟4中進行固結(jié)不排水試驗時，在供水裝置提供圍壓過程中，使壓力室排水 管的閥門始終處于關(guān)閉狀態(tài)，整個試驗過程中待測土體試樣含水率不變，使待測土體試樣 在此壓力下充分固結(jié)，使土體試樣不排水固結(jié)，然后通過加壓裝置對待測土體試樣施加軸 向壓力，并逐漸增大軸向壓力，至待測土體試樣破壞。
[0034] 所述步驟4中進行排水固結(jié)試驗時，在供水裝置提供圍壓過程中，使壓力室排水管 的閥門打開，待測土體試樣排水，使待測土體試樣在此壓力下充分固結(jié)，然后關(guān)閉閥門，使 土體試樣固結(jié)不排水，然后通過加壓裝置對待測土體試樣施加軸向壓力，施加軸向壓力的 過程中待測土體試樣不再排水，并逐漸增大軸向壓力，至待測土體試樣破壞。
[0035]本實用新型的有益效果為：
[0036] 1.本實用新型中試驗裝置的供水系統(tǒng)通過緩慢穩(wěn)定地向?qū)芄┧?，多余的水?到溢流瓶中，水頭穩(wěn)定準(zhǔn)確，因此能夠提供穩(wěn)定準(zhǔn)確的圍壓，相對于用氣栗、水栗等供壓裝 置能夠較好的控制變量。
[0037] 2.本實用新型中試驗裝置的溫度控制系統(tǒng)能較為準(zhǔn)確的控制試驗溫度，能提供低 溫、常溫、高溫的溫度環(huán)境，試驗可得出土體在不同溫度環(huán)境下的抗剪強度，彌補現(xiàn)行三軸 試驗儀器不能控制溫度變量的缺陷。
[0038] 3.本實用新型通過排水管的閥門控制排水和固結(jié)條件，溫度控制裝置可以調(diào)節(jié)土 體溫度環(huán)境。試驗可以模擬在不同溫度下的多級荷載的不排水不固結(jié)、不排水固結(jié)、排水固 結(jié)條件下的土體的抗剪強度。
【附圖說明】
[0039] 圖1為本實用新型試驗裝置側(cè)視圖；
[0040] 圖2為剪應(yīng)力與法向應(yīng)力的關(guān)系圖；
[0041 ]圖中，1一圍壓供水瓶，1.1一帶刻度的豎向?qū)к墸?.2-溢流箱，1.3-溢流箱底座， 1.4 一溢流口，2-導(dǎo)水管，3-反力架，4 一壓力室，5-下透水石，6-光纖光概，7-壓力傳感 器，8-加壓千斤頂，9一阻水塞，10-上透水石，11一透明乳膠膜，12-排水管，13-排水管 開關(guān)，14 一冷浴液循環(huán)銅管，15-電阻絲，16-溫度控制器，17-低溫恒溫冷浴，18-數(shù)據(jù)處 理裝置，19一水箱。
【具體實施方式】
[0042]下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。
[0043]如圖1所示，三軸試驗測試土體抗剪強度指標(biāo)的試驗儀器，從左到右包括供水裝 置，加壓裝置和溫度控制裝置、數(shù)據(jù)處理裝置。其中，供水裝置提供圍壓，加壓裝置用于盛放 被測土體以及施加軸壓，溫度控制裝置可以調(diào)節(jié)試驗中土體的環(huán)境溫度，數(shù)據(jù)處理裝置用 于收集數(shù)據(jù)以及分析數(shù)據(jù)。
[0044]供水裝置包括圍壓供水瓶1和導(dǎo)水管2,圍壓供水瓶1包括帶刻度的豎向?qū)к?.1、 溢流箱1.2、溢流箱底座1.3和溢流口 1.4。溢流口 1.4用以保持供水瓶1的水位保持在同一水 平，溢流口 1.4上方對應(yīng)設(shè)置水箱19，水箱19向?qū)?內(nèi)注水，豎向?qū)к?.1和圍壓供水瓶1 之間并不密封，具有縫隙，多余的水由溢流口 1.4流入溢流箱1.2，溢流箱1.2用以盛裝供水 瓶中1的溢流水。加壓裝置從上到下包括反力架3、壓力室4、上透水石10、光纖光柵6、壓力傳 感器7、加壓千斤頂8、阻水塞9、下透水石5、透明乳膠膜11、排水管12和排水管開關(guān)13。千斤 頂8提供軸向壓力，反力架3給千斤頂8提供反力，使千斤頂8的力能施加到土體上，反力架3 與千斤頂8之間有壓力傳感器7,千斤頂8上方的壓力傳感器7可以測到千斤頂8的力，壓力傳 感器7連接信息處理裝置，可將軸力的數(shù)據(jù)傳送到數(shù)據(jù)處理裝置18。土體試樣中埋有光纖光 柵6,光纖光柵6連接信息處理裝置18,在上透水石10處連接排水管12,排水管上帶有排水管 開關(guān)13以控制試驗的排水固結(jié)條件。排水管開關(guān)13可以控制排水、固結(jié)條件。
[0045] 溫度控制裝置包括冷浴液循環(huán)銅管14、電阻絲15、溫度控制器16和低溫恒溫冷浴 17。溫度控制器16可以控制電阻絲15和低溫恒溫冷浴17,使土體試樣周圍水的溫度恒定在 設(shè)定溫度。數(shù)據(jù)處理裝置18可接收數(shù)據(jù)，并進行數(shù)據(jù)分析。通過溫度控制裝置調(diào)節(jié)溫度，進 行不同溫度下的三軸試驗。電阻絲15和冷浴循環(huán)銅管14放置于壓力室4外罩的內(nèi)壁。溫度控 制器收集到土體試驗過程中的壓力室中水的溫度，當(dāng)溫度低于設(shè)定溫度時，溫度控制器使 電阻絲工作給壓力室中水加熱，達到設(shè)定溫度后保溫使溫度恒定；當(dāng)壓力室中水的溫度高 于設(shè)定溫度時，溫度控制器使低溫恒溫冷浴工作，給水降溫，并使水溫恒定于設(shè)定水溫。溫 度控制器與數(shù)據(jù)處理裝置相連，數(shù)據(jù)處理裝置可以接收溫度信息并對其進行分析處理。試 驗過程中將被測土體放入壓力室4中，供水裝置提供圍壓，在周圍壓力施加過程中通過控制 排水口開關(guān)決定是否排水固結(jié)，設(shè)置試驗中土體的環(huán)境溫度，使溫度控制裝置將壓力室中 的水溫維持在設(shè)定溫度，然后用千斤頂對被測土體施加軸向壓力，逐漸增大軸向壓力，使土 樣破壞。
[0046] 土體試樣放置于下透水石5和上透水石10之間并用透明乳膠膜11緊密包裹，能將 土體試樣、透水石緊密的包裹起來。
[0047] 圍壓供水瓶1外壁和壓力室4外壁為雙層真空有機玻璃，具有保溫功能，圍壓供水 瓶1瓶壁上帶有刻度。
[0048] 連接供水裝置與壓力室4的導(dǎo)水管2為軟膠皮管，上下移動導(dǎo)水管2至設(shè)定高度處 并固定，并向?qū)苤屑铀翂毫κ遗c導(dǎo)管充滿，然后向?qū)Ч芴峁┏掷m(xù)緩慢穩(wěn)定的供水，多 余的水會溢出至圍壓供水瓶中，以維持圍壓始終穩(wěn)定在設(shè)定值。
[0049] 利用本實用新型試驗儀器的試驗過程為：
[0050] 步驟1:將土體試樣放到上下透水石之間，用透明橡膠模緊密包裹，放入壓力室中。 [0051]步驟2:將導(dǎo)水管上下移動至設(shè)定高度處，向圍壓供水裝置的導(dǎo)水管中注水，水通 過導(dǎo)水管進入壓力室，逐漸充滿壓力室和導(dǎo)管，然后向?qū)Ч芴峁┚徛?、穩(wěn)定的持續(xù)供水，使 水位始終保持在設(shè)定高度處，多余的水會溢出，流入供水瓶中。
[0052] 步驟3:開啟溫度控制裝置，將設(shè)定溫度定為所需溫度，溫度控制器收集到壓力室 中水的溫度，當(dāng)溫度低于設(shè)定溫度時，溫度控制器使電阻絲工作給壓力室中水加熱，達到設(shè) 定溫度后保溫使溫度恒定；當(dāng)壓力室中水的溫度高于設(shè)定溫度時，溫度控制器使低溫恒溫 冷浴工作，給水降溫，并使水溫恒定于設(shè)定水溫。
[0053] 步驟4:對于不固結(jié)不排水試驗、固結(jié)不排水試驗、固結(jié)排水試驗分別為以下步驟。 [0054]不固結(jié)不排水試驗：
[0055] 在提供圍壓過程中，排水管的開關(guān)始終處于關(guān)閉狀態(tài)，不允許試樣排水，整個試驗 過程中含水率不變，使土體試樣不排水不固結(jié)。千斤頂對土體試樣施加軸向壓力，逐漸增大 軸向壓力，至土體試樣破壞。
[0056] 固結(jié)不排水試驗:在提供圍壓過程中，排水管的開關(guān)打開，允許試樣排水，使試樣 在此壓力下充分固結(jié)，然后關(guān)閉排水閥，使土體試樣固結(jié)不排水。千斤頂對土體試樣施加軸 向壓力，施加軸向壓力的過程中試樣不再排水，逐漸增大軸向壓力，至土體試樣破壞。
[0057] 排水固結(jié)試驗:在提供圍壓過程中，排水管的開關(guān)始終處于關(guān)閉狀態(tài)，不允許試樣 排水，整個試驗過程中含水率不變，使土體試樣不排水不固結(jié)。千斤頂對土體試樣施加軸向 壓力，逐漸增大軸向壓力，至土體試樣破壞。
[0058]步驟5:收集數(shù)據(jù)，進行分析處理，整理試驗結(jié)果后得到土體的抗剪強度指標(biāo)，即土 體的抗剪強度參數(shù)粘聚力c和內(nèi)摩擦角<P。
[0059]試驗過程中需要收集的數(shù)據(jù)有：
[0060]試樣面積A、試樣高度ho、水頭差h、軸向壓力^、軸向壓縮值A(chǔ)h，破壞平面和最大主 應(yīng)力平面之間的夾角Θ等。
[0061 ]根據(jù)以上收集的數(shù)據(jù)，計算出軸向應(yīng)變ε = Δ h/ho，大主應(yīng)力〇:，小主應(yīng)力σ3，主應(yīng) 力差〇1_〇3。
[0062] 破壞平面內(nèi)的正應(yīng)力σ和剪應(yīng)力τ可由力平衡求出：
[0063] o = 〇icos9+〇3sin9,
[0064] τ = (〇i_〇3)cos9sin9，
[0065] 式中，
[0066] 〇ι--最大主應(yīng)力；
[0067 ] 〇3--最小主應(yīng)力；
[0068] Θ--破壞平面和最大主應(yīng)力平面之間的夾角。
[0069] 對土體在不同的〇3情況下作試驗，可得出發(fā)生破壞時的一系列〇1。
[0070] 以（〇1-〇3)的峰值為破壞點，無峰值時取15 %軸向應(yīng)變時的主應(yīng)力差作為破壞點。 如圖2所不，以法向應(yīng)力為橫坐標(biāo)，剪應(yīng)力為縱坐標(biāo)，在橫坐標(biāo)上以（〇1+〇3)/2為圓心，（〇1_ σ3)/2為半徑，繪制破損應(yīng)力圖，并繪制不同周圍壓力下破損應(yīng)力圓的包線。
[0071] 圖2中的半圓為莫爾圓，圖2中直線為莫爾包絡(luò)線，莫爾圓和莫爾包絡(luò)線相切的點 表示產(chǎn)生破壞時的平面方位及平面上的應(yīng)力狀態(tài)。
[0072] 莫爾包絡(luò)線可用下式表示為τ = c+σ tancp。
[0073] 式中，
[0074] τ一一散粒體抗剪強度；
[0075] c 散粒體粘聚力；
[0076] σ--破壞平面上的正應(yīng)力；
[0077] φ--內(nèi)摩擦角。
[0078] 莫爾包絡(luò)線和水平線的夾角即為土體的內(nèi)摩擦角Φ，莫爾包絡(luò)線即表示土體的剪 切強度。
[0079] 具體實施例1:30攝氏度溫度環(huán)境下不固結(jié)不排水試驗：
[0080] 將土體試樣放到上下透水石之間，用透明橡膠模緊密包裹，放入壓力室中。
[0081] 將導(dǎo)水管上下移動至設(shè)定高度處，向圍壓供水裝置的導(dǎo)水管中注水，水通過導(dǎo)水 管進入壓力室，逐漸充滿壓力室和導(dǎo)管，然后向?qū)Ч芴峁┚徛?、穩(wěn)定的持續(xù)供水，使水位始 終保持在設(shè)定高度處，多余的水會溢出，流入供水瓶中。
[0082] 開啟溫度控制裝置，將設(shè)定溫度定為30攝氏度，溫度控制器收集到壓力室中水的 溫度，當(dāng)溫度低于設(shè)定溫度時，溫度控制器使電阻絲工作給壓力室中水加熱，達到設(shè)定溫度 后保溫使溫度恒定；當(dāng)壓力室中水的溫度高于設(shè)定溫度時，溫度控制器使低溫恒溫冷浴工 作，給水降溫，并使水溫恒定于設(shè)定水溫。
[0083] 在提供圍壓過程中，排水管的開關(guān)始終處于關(guān)閉狀態(tài)，不允許試樣排水，整個試驗 過程中含水率不變，使土體試樣不排水不固結(jié)。千斤頂對土體試樣施加軸向壓力，逐漸增大 軸向壓力，至土體試樣破壞。
[0084] 具體實施例2:30攝氏度溫度環(huán)境下固結(jié)不排水試驗：
[0085]將土體試樣放到上下透水石之間，用透明橡膠模緊密包裹，放入壓力室中。
[0086] 將導(dǎo)水管上下移動至設(shè)定高度處，向圍壓供水裝置的導(dǎo)水管中注水，水通過導(dǎo)水 管進入壓力室，逐漸充滿壓力室和導(dǎo)管，然后向?qū)Ч芴峁┚徛?、穩(wěn)定的持續(xù)供水，使水位始 終保持在設(shè)定高度處，多余的水會溢出，流入供水瓶中。
[0087] 開啟溫度控制裝置，將設(shè)定溫度定為30攝氏度，溫度控制器收集到壓力室中水的 溫度，當(dāng)溫度低于設(shè)定溫度時，溫度控制器使電阻絲工作給壓力室中水加熱，達到設(shè)定溫度 后保溫使溫度恒定；當(dāng)壓力室中水的溫度高于設(shè)定溫度時，溫度控制器使低溫恒溫冷浴工 作，給水降溫，并使水溫恒定于設(shè)定水溫。
[0088] 在提供圍壓過程中，排水管的開關(guān)打開，允許試樣排水，使試樣在此壓力下充分固 結(jié)，然后關(guān)閉排水閥，使土體試樣固結(jié)不排水。千斤頂對土體試樣施加軸向壓力，施加軸向 壓力的過程中試樣不再排水，逐漸增大軸向壓力，至土體試樣破壞。
[0089]具體實施例3:30攝氏度溫度環(huán)境下固結(jié)排水試驗：
[0090]將土體試樣放到上下透水石之間，用透明橡膠模緊密包裹，放入壓力室中。
[0091]將導(dǎo)水管上下移動至設(shè)定高度處，向圍壓供水裝置的導(dǎo)水管中注水，水通過導(dǎo)水 管進入壓力室，逐漸充滿壓力室和導(dǎo)管，然后向?qū)Ч芴峁┚徛?、穩(wěn)定的持續(xù)供水，使水位始 終保持在設(shè)定高度處，多余的水會溢出，流入供水瓶中。
[0092] 開啟溫度控制裝置，將設(shè)定溫度定為30攝氏度，溫度控制器收集到壓力室中水的 溫度，當(dāng)溫度低于設(shè)定溫度時，溫度控制器使電阻絲工作給壓力室中水加熱，達到設(shè)定溫度 后保溫使溫度恒定；當(dāng)壓力室中水的溫度高于設(shè)定溫度時，溫度控制器使低溫恒溫冷浴工 作，給水降溫，并使水溫恒定于設(shè)定水溫。
[0093] 在提供圍壓過程中，排水管的開關(guān)打開，允許試樣排水，使試樣在此壓力下充分固 結(jié)，千斤頂對土體試樣施加軸向壓力，施加軸向壓力的過程中排水口開關(guān)也始終處于打開 狀態(tài)，在整個試驗過程中試樣都充分排水，土樣中不產(chǎn)生孔隙水壓力，逐漸增大軸向壓力， 至土體試樣破壞。
[0094] 具體實施例4:10攝氏度環(huán)境下不固結(jié)不排水試驗：
[0095]將土體試樣放到上下透水石之間，用透明橡膠模緊密包裹，放入壓力室中。
[0096] 將導(dǎo)水管上下移動至設(shè)定高度處，向圍壓供水裝置的導(dǎo)水管中注水，水通過導(dǎo)水 管進入壓力室，逐漸充滿壓力室和導(dǎo)管，然后向?qū)Ч芴峁┚徛?、穩(wěn)定的持續(xù)供水，使水位始 終保持在設(shè)定高度處，多余的水會溢出，流入供水瓶中。
[0097] 開啟溫度控制裝置，將設(shè)定溫度定為10攝氏度，溫度控制器收集到壓力室中水的 溫度，當(dāng)溫度低于設(shè)定溫度時，溫度控制器使電阻絲工作給壓力室中水加熱，達到設(shè)定溫度 后保溫使溫度恒定；當(dāng)壓力室中水的溫度高于設(shè)定溫度時，溫度控制器使低溫恒溫冷浴工 作，給水降溫，并使水溫恒定于設(shè)定水溫。
[0098] 在提供圍壓過程中，排水管的開關(guān)始終處于關(guān)閉狀態(tài)，不允許試樣排水，整個試驗 過程中含水率不變，使土體試樣不排水不固結(jié)。千斤頂對土體試樣施加軸向壓力，逐漸增大 軸向壓力，至土體試樣破壞。
[0099] 具體實施例5:10攝氏度環(huán)境下固結(jié)不排水試驗：
[0100]將土體試樣放到上下透水石之間，用透明橡膠模緊密包裹，放入壓力室中。
[0101]將導(dǎo)水管上下移動至設(shè)定高度處，向圍壓供水裝置的導(dǎo)水管中注水，水通過導(dǎo)水 管進入壓力室，逐漸充滿壓力室和導(dǎo)管，然后向?qū)Ч芴峁┚徛?、穩(wěn)定的持續(xù)供水，使水位始 終保持在設(shè)定高度處，多余的水會溢出，流入供水瓶中。
[0102] 開啟溫度控制裝置，將設(shè)定溫度定為10攝氏度，溫度控制器收集到壓力室中水的 溫度，當(dāng)溫度低于設(shè)定溫度時，溫度控制器使電阻絲工作給壓力室中水加熱，達到設(shè)定溫度 后保溫使溫度恒定；當(dāng)壓力室中水的溫度高于設(shè)定溫度時，溫度控制器使低溫恒溫冷浴工 作，給水降溫，并使水溫恒定于設(shè)定水溫。
[0103] 在提供圍壓過程中，排水管的開關(guān)打開，允許試樣排水，使試樣在此壓力下充分固 結(jié)，然后關(guān)閉排水閥，使土體試樣固結(jié)不排水。千斤頂對土體試樣施加軸向壓力，施加軸向 壓力的過程中試樣不再排水，逐漸增大軸向壓力，至土體試樣破壞。
[0104] 具體實施例6:10攝氏度環(huán)境下固結(jié)排水試驗：
[0105] 將土體試樣放到上下透水石之間，用透明橡膠模緊密包裹，放入壓力室中。
[0106] 將導(dǎo)水管上下移動至設(shè)定高度處，向圍壓供水裝置的導(dǎo)水管中注水，水通過導(dǎo)水 管進入壓力室，逐漸充滿壓力室和導(dǎo)管，然后向?qū)Ч芴峁┚徛?、穩(wěn)定的持續(xù)供水，使水位始 終保持在設(shè)定高度處，多余的水會溢出，流入供水瓶中。
[0107] 開啟溫度控制裝置，將設(shè)定溫度定為10攝氏度，溫度控制器收集到壓力室中水的 溫度，當(dāng)溫度低于設(shè)定溫度時，溫度控制器使電阻絲工作給壓力室中水加熱，達到設(shè)定溫度 后保溫使溫度恒定；當(dāng)壓力室中水的溫度高于設(shè)定溫度時，溫度控制器使低溫恒溫冷浴工 作，給水降溫，并使水溫恒定于設(shè)定水溫。
[0108] 在提供圍壓過程中，排水管的開關(guān)打開，允許試樣排水，使試樣在此壓力下充分固 結(jié)，千斤頂對土體試樣施加軸向壓力，施加軸向壓力的過程中排水口開關(guān)也始終處于打開 狀態(tài)，在整個試驗過程中試樣都充分排水，土樣中不產(chǎn)生孔隙水壓力，逐漸增大軸向壓力， 至土體試樣破壞。
[0109] 上述雖然結(jié)合附圖對本實用新型的【具體實施方式】進行了描述，但并非對本實用新 型保護范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本實用新型的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng) 域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本實用新型的保護范 圍以內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 三軸試驗測試土體抗剪強度指標(biāo)的試驗儀器，其特征是，包括為待測土體提供圍壓 的供水裝置，所述供水裝置與為待測土體試樣施加軸壓的加壓裝置連接，所述加壓裝置包 括壓力室，壓力室內(nèi)盛放待測土體試樣，所述壓力室與溫度控制裝置連接，溫度控制裝置調(diào) 節(jié)待測土體試樣的環(huán)境溫度以在不同溫度下對待測土體試樣進行試驗。2. 如權(quán)利要求1所述的試驗儀器，其特征是，所述供水裝置包括圍壓供水容器，所述圍 壓供水容器通過導(dǎo)水管與壓力室連通。3. 如權(quán)利要求2所述的試驗儀器，其特征是，所述圍壓供水容器內(nèi)壁設(shè)有豎向?qū)к?，?述豎向?qū)к壣蠋в锌潭?所述豎向?qū)к壟c導(dǎo)水管連接，導(dǎo)水管上方對應(yīng)設(shè)置有水箱。4. 如權(quán)利要求3所述的試驗儀器，其特征是，所述豎向?qū)к墝鷫汗┧萜鞣譃樯舷聝?部分，圍壓供水容器下部分為溢流箱，導(dǎo)水管頂部開口為溢流口。5. 如權(quán)利要求1所述的試驗儀器，其特征是，所述加壓裝置還包括在壓力室外部設(shè)置的 反力架，所述反力架連接液壓裝置，液壓裝置對待測土體試樣施加軸壓。6. 如權(quán)利要求5所述的試驗儀器，其特征是，所述反力架與液壓裝置之間設(shè)有壓力傳感 器，壓力傳感器與數(shù)據(jù)處理裝置連接。7. 如權(quán)利要求1所述的試驗儀器，其特征是，所述待測土體試樣上部設(shè)有上透水石，待 測土體下部設(shè)有下透水石，待測土體試樣外側(cè)包覆有乳膠膜，所述上透水石與排水管連接， 所述排水管上設(shè)有閥門。8. 如權(quán)利要求7所述的試驗儀器，其特征是，所述下透水石處設(shè)有光纖光柵，光纖光柵 與數(shù)據(jù)處理裝置連接。9. 如權(quán)利要求1所述的試驗儀器，其特征是，所述溫度控制裝置包括設(shè)置于壓力室內(nèi)的 冷浴液循環(huán)管，所述冷浴液循環(huán)管與低溫恒溫冷浴連通。10. 如權(quán)利要求9所述的試驗儀器，其特征是，所述溫度控制裝置還包括設(shè)置于壓力室 內(nèi)的電阻絲和溫度傳感器，所述電阻絲、低溫恒溫冷浴和溫度傳感器均與溫度控制器連接， 溫度控制器控制壓力室內(nèi)的溫度保持在設(shè)定溫度;所述溫度控制器還與數(shù)據(jù)處理裝置連 接。
【文檔編號】G01N3/24GK205643043SQ201620506472
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月30日
【發(fā)明人】劉健, 李昱瑩, 李紅濤, 李選正, 岳秀麗, 解全, 解全一, 胡南琦, 吳智敏, 齊泊良
【申請人】山東大學(xué)