[发明专利]一种三维膨胀仪及其工作方法

说明书

本发明公开了一种三维膨胀仪，包括底座，底座上设置有压力室侧筒，压力室侧筒上设置有顶盖，压力室侧筒内上下方向设置有顶板和底板，顶板与底板之间横向活动设置有四个侧板，侧板内侧设置有橡皮膜，橡皮膜的上端固定在顶板侧面，底板上设置有透水石，透水石上放置有位于橡皮膜内的土样，压力室侧筒的侧面上设置有四个侧面测量单元，侧面测量单元由横向位移和荷载测量装置元组成，顶盖上设置有竖向位移和荷载测量装置元，横向位移和荷载测量装置元与侧板外侧连接，竖向位移和荷载测量装置元与顶板上面连接。本发明还公开其工作方法。本发明的一种三维膨胀仪及其工作方法，能够能实时监测土样膨胀过程中三维的变形和膨胀力，同时能够用以验证土样的变形，保证膨胀仪的测量精度和效果。

技术领域

本发明涉及一种三维膨胀仪及其工作方法，属于土体检测技术领域。

背景技术

现有的用于测量土样的膨胀仪难以测量土样三个方向上的膨胀力和膨胀变形，如采用较多的圆柱体试样膨胀仪，只能测量土样竖向的变形，不能直接测量侧向变形，侧向变形是通过土样体积和竖向变形换算得到，同时土体侧向变形时产生的膨胀力现有的膨胀仪往往也不易测量。还有采用二维膨胀仪，只能测量两个方向的变形或膨胀力，另外一个方向的变形也不能直接测量得到，也需要换算才能得到。由于长方体土样在膨胀过程中变形在竖向、侧向及另一个水平方向即三个方向是同时发生的，同时也会产生相应的膨胀力，因此现有的膨胀仪难以有效测量三维土体的膨胀特征。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种能够能实时监测土样膨胀过程中三维的变形和膨胀力，解决了现有膨胀仪不能有效监测土样三维膨胀特征的测试难题的三维膨胀仪；进一步地，本发明提供一种能够用以验证土样的变形，保证膨胀仪的测量精度和效果的三维膨胀仪。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种三维膨胀仪，包括底座，所述底座上设置有压力室侧筒，所述压力室侧筒上设置有顶盖，所述底座、压力室侧筒和顶盖构成密封的膨胀仪压力室。所述压力室侧筒内上下方向设置有顶板和底板，所述顶板与所述底板之间横向活动设置有四个侧板，所述侧板内侧设置有橡皮膜，所述橡皮膜的上端固定在所述顶板侧面，所述底板上设置有透水石，所述透水石上放置有位于所述橡皮膜内的土样，所述压力室侧筒的侧面上设置有四个侧面测量单元，侧面测量单元由横向位移和荷载测量装置元组成，所述顶盖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外侧连接，所述竖向位移和荷载测量装置元与所述顶板上面连接。

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侧面上的侧面千分表支架和侧面固定支架，所述侧面固定支架上设置有侧面荷载传感器，所述侧面荷载传感器通过横向设置的侧面弹簧与所述侧面伸缩杆的外端相连，所述侧面伸缩杆的内端穿过所述压力室侧筒四边上的侧面伸缩孔后与所述侧板相连，所述侧面伸缩杆上设置有侧面位移杆，所述侧面千分表支架上设置有与所述侧面位移杆压接相连的侧面千分表，侧面位移调节螺栓穿过所述侧面固定支架外端后与所述侧面荷载传感器相连。

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顶面上的顶部千分表支架和顶部固定支架，所述顶部固定支架侧面上设置有顶部荷载传感器，所述顶部荷载传感器通过竖向设置的顶部弹簧)与所述顶部伸缩杆的上端相连，所述顶部伸缩杆的下端穿过所述压力室侧筒顶面上的顶盖伸缩孔后与所述顶板相连，所述顶部伸缩杆上设置有顶部位移杆，所述顶部千分表支架上设置有与所述顶部位移杆压接相连的顶部千分表，顶部位移调节螺栓穿过所述顶部固定支架上端后与所述顶部荷载传感器相连。

所述压力室侧筒下部设有连通其内部的侧筒阀门，所述侧筒阀门通过水管与测量水箱的下底部相连，所述测量水箱内壁设置有水箱刻度标，所述测量水箱通过水箱荷载传感器悬吊在水箱支架上，所述底座上设有连通所述底板的底板阀门和连通所述顶板的顶板阀门，所述顶盖上设置有连通其下部的顶盖阀门。

所述侧面支架上设有刻度标，所述侧面伸缩杆与所述侧面伸缩孔之间设置有侧面密封圈。