[发明专利]一种非饱和土的真三轴仪

说明书

技术领域

本发明属于岩土工程测试设备技术领域，涉及一种非饱和土的真三轴仪。

背景技术

非饱和土在自然界中广泛分布，地球表层的土大部分都是处于非饱和状态，在实际工程实践中也常常会遇到非饱和土，如土坝、铁路和公路路基填土、机场跑道的压实填土都处于非饱和状态。由于非饱和土与饱和土在工程性质上存在很大差异，含水量的变化常常引起土的工程性质发生显著转变，给建筑物和构筑物的安全带来威胁。

非饱和土的研究意义很早就被大家所认识，土力学研究者早在上世纪三十年代就开始考虑非饱和土的问题，但由于非饱和土体中孔隙水、孔隙气及其相互作用的存在使得研究难度比较大，进展缓慢。现今，国内外已从非饱和土固结仪、直剪仪、三轴仪等传统的测试仪器实现非饱和土的力学特性的测试。但传统的测试仪器不能全面、真实的反映非饱和土单元的三维主应力状态，与实际存在较大差异。因此，有效控制和量测非饱和土基质吸力，测试土单元在三向加载复杂应力条件下的力学特性，是研究非饱和土的重要途径。

现有的真三轴试验仪已逐渐实现对试样三个主应力和三个主应变分量的独立加载和量测。但由于非饱和土中三相介质的存在，需要测试非饱和土中水、气力学性状，提高了非饱和土的真三轴试验的研究难度。具体地说，进行非饱和土试验时，需要控制非饱和土的基质吸力，或者测试非饱和土的孔隙气压力和孔隙水压力。如果土样的气相与大气连通，且需要控制基质吸力时，对非饱和土中孔隙水施加负压，则施加的负压力是有限的，最大程度接近负的一个大气压（即零绝对压力-101.3kPa）。但是，当孔隙水压力接近负的一个大气压时，水将开始出现气蚀现象，并使量测系统中充满气体，量测系统中的水会被迫进入土中，从而影响试验结果的准确性。同时，由于气体的存在，要求各部件必须具有良好的密封性能，传统的橡胶垫、橡胶圈以及钢圈配合橡胶垫密封，对试验结果的准确性容易带来干扰，尤其对真三轴立方体非饱和土试样进行孔隙水、孔隙气压力的控制和量测具有局限性。

发明内容

本发明的目的是提供一种非饱和土的真三轴仪，解决了试样竖向刚性加载、侧向柔性加载真三轴应力条件下，难以对非饱和土孔隙水压力、孔隙气压力量测，或者不易控制孔隙水压力与孔隙气压力的测试，导致准确性不够的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种非饱和土的真三轴仪，包括主机部分、孔隙水与气压力控制部分、液压荷载控制部分和信号采集处理部分，

所述的主机部分的结构是，包括在主机底座上端面安装有轴向调节活塞，在主机底座中设置有粗调手柄和细调手柄，细调手柄和粗调手柄分别通过传动机构与轴向调节活塞连接，粗调手柄和细调手柄之间设置有粗调-细调转换开关；轴向调节活塞向上与轴向液压缸连接，轴向液压缸与轴向压力源压力缸相连接，轴向液压缸内设置有轴向压力活塞，轴向压力活塞上端面与压力室底座连接；压力室底座向上通过压力室侧壁和顶盖围成压力室；

所述的顶盖的轴心孔中设置有试样帽，试样帽上端面设置有轴向传力垫块；压力室底座侧面安装有四个侧向位移传感器支座，每个侧向位移传感器支座中安装有一侧向位移传感器，每个侧向位移传感器的测头与一个侧向变形量测导杆接触，四个侧向变形量测导杆从四面穿入压力腔内与试样接触；

所述的主机底座上固定安装有主机支架，主机支架的上横杆上设置有轴向压力传感器，轴向压力传感器向下通过轴向传力杆与轴向传力垫块连接；主机支架的立杆上安装有轴向位移传感器，轴向位移传感器的测头向下与顶盖上表面接触。

本发明的有益效果是，具备在一室四腔复合加载压力室加载机构对试样施加真三轴应力条件下，能够很好地实现三向独立加载条件下非饱和土的真三轴试验研究，能对非饱和土在真三轴试验条件下变形过程的孔隙水压力和孔隙气压力的测试，能够通过分别控制孔隙气压力和孔隙水压力来实现控制不同基质吸力状态下的真三轴试验。具有自动控制加载和自动量测功能，结构合理、使用操作简便、智能化程度高且性能可靠。

附图说明

图1是本发明的非饱和土的真三轴仪的结构示意图；

图2是本发明装置中的压力室的截面结构示意图；

图3是本发明装置中的隔板转动弹性约束机构和隔板径向弹性约束机构的截面示意图；

图4是本发明装置中的试样安装方式截面示意图；

图5是本发明装置中的下透水板底面的结构示意图；

图6是本发明装置中的下透水板上表面的结构示意图；

图7是本发明装置中的侧向变形量测导杆的截面结构示意图；