[发明专利]一种三维膨胀仪及其工作方法

权利要求书

1.一种三维膨胀仪，其特征在于：包括底座(1)，所述底座(1)上设置有压力室侧筒(4)，所述压力室侧筒(4)上设置有顶盖(33)，所述压力室侧筒(4)内上下方向设置有顶板(8)和底板(5)，所述顶板(8)与所述底板(5)之间横向活动设置有四个侧板(7)，所述侧板(7)内侧设置有橡皮膜(44)，所述橡皮膜(44)的上端固定在所述顶板(8)侧面，所述底板(5)上设置有透水石(6)，所述透水石(6)上放置有位于所述橡皮膜(44)内的土样(46)，所述压力室侧筒(4)的侧面上设置有四个侧面测量单元(19)，所述侧面测量单元(19)由横向位移和荷载测量装置元组成，所述顶盖(33)上设置有竖向位移和荷载测量装置元，所述横向位移和荷载测量装置元与所述侧板(7)外侧连接，所述竖向位移和荷载测量装置元与所述顶板(8)上面连接。

2.根据权利要求1所述的一种三维膨胀仪，其特征在于：所述横向位移和荷载测量装置元包括设置在所述压力室侧筒(4)侧面上的侧面千分表支架(25)和侧面固定支架(29)，所述侧面固定支架(29)上设置有侧面荷载传感器(27)，所述侧面荷载传感器(27)通过横向设置的侧面弹簧(26)与所述侧面伸缩杆(20)的外端相连，所述侧面伸缩杆(20)的内端穿过所述压力室侧筒(4)四边上的侧面伸缩孔(21)后与所述侧板(7)相连，所述侧面伸缩杆(20)上设置有侧面位移杆(23)，所述侧面千分表支架(25)上设置有与所述侧面位移杆(23)压接相连的侧面千分表(24)，侧面位移调节螺栓(28)穿过所述侧面固定支架(29)外端后与所述侧面荷载传感器(27)相连。

3.根据权利要求1所述的一种三维膨胀仪，其特征在于：所述竖向位移和荷载测量装置元包括设置在所述压力室侧筒(4)顶面上的顶部千分表支架(14)和顶部固定支架(18)，所述顶部固定支架(18)侧面上设置有顶部荷载传感器(16)，所述顶部荷载传感器(16)通过竖向设置的顶部弹簧(15)与所述顶部伸缩杆(9)的上端相连，所述顶部伸缩杆(9)的下端穿过所述压力室侧筒(4)顶面上的顶盖伸缩孔(10)后与所述顶板(8)相连，所述顶部伸缩杆(9)上设置有顶部位移杆(12)，所述顶部千分表支架(14)上设置有与所述顶部位移杆(12)压接相连的顶部千分表(13)，顶部位移调节螺栓(17)穿过所述顶部固定支架(18)上端后与所述顶部荷载传感器(16)相连。

4.根据权利要求1所述的一种三维膨胀仪，其特征在于：所述压力室侧筒(4)下部设有连通其内部的侧筒阀门(37)，所述侧筒阀门(37)通过水管与测量水箱(39)的下底部相连，所述测量水箱(39)内壁设置有水箱刻度标(41)，所述测量水箱(39)通过水箱荷载传感器(40)悬吊在水箱支架(38)上，所述底座(1)上设有连通所述底板(5)的底板阀门(31)和连通所述顶板(8)的顶板阀门(32)，所述顶盖(33)上设置有连通其下部的顶盖阀门(36)。

5.根据权利要求2所述的一种三维膨胀仪，其特征在于：所述侧面支架(29)上设有侧面支架刻度标(43)，所述侧面伸缩杆(20)与所述侧面伸缩孔(21)之间设置有侧面密封圈(22)。

6.根据权利要求3所述的一种三维膨胀仪，其特征在于：所述顶部支架(18)上设有顶部支架刻度标(42)，所述顶部伸缩孔(10)与所述顶部伸缩杆(9)之间设置顶部密封圈(11)。

7.根据权利要求1所述的一种三维膨胀仪，其特征在于：所述压力室侧筒(4)通过底座螺栓(30)固定在所述底座(1)上，所述压力室侧筒(4)底部与所述底座(1)上部设有底座密封圈(3)，所述压力室侧筒(4)与所述顶盖(33)通过顶盖螺栓(34)固定，所述顶盖(33)底部与所述压力室侧筒(4)顶部设置顶盖密封圈(35)。

8.根据权利要求1所述的一种三维膨胀仪，其特征在于：所述底座(1)上设有平衡水珠(45)，所述底座(1)的下部固定有底座调节螺栓(2)。

9.一种三维膨胀仪工作方法，其特征在于：包括以下步骤：

打开底板阀门(31)和顶板阀门(32)，先将膨胀仪压力室内灌满水体，关闭顶盖阀门(36)，将测量水箱(39)与压力室侧筒(4)底部的侧筒阀门(37)相连，打开侧筒阀门(37)，调节测量水箱(39)高度，确保测量水箱(39)内水位略高于膨胀仪内压力室内水体最高位置；

调节顶部位移调节螺栓(17)和侧面位移调节螺栓(28)，确保顶部顶板(8)和侧面四个侧板(7)均与长方体土样(46)表面紧密接触，调节顶部千分表(13)和侧面千分表(24)位置使顶部千分表(13)和侧面千分表(24)均紧密压触在顶部位移杆(12)和侧面位移杆(23)上；

分别记录顶部千分表(13)、顶部荷载传感器(16)、侧面千分表(24)、侧面荷载传感器(27)、水箱荷载传感器(40)、水箱刻度标(41)、顶部支架刻度标(42)、侧面支架刻度标(43)的初始读数；

从底板阀门(31)进水对土样(46)进行饱和，测量不同进水时刻顶板(8)、侧板(7)的膨胀变形和膨胀力，

通过测量水箱(39)内水体变化计算土样(46)的膨胀变形，通过水箱刻度标(41)验证测量水箱(39)水体变化。