[发明专利]一种利用激光式位移控制装置全局测量试样膜嵌入的方法

说明书

一种利用激光式位移控制装置全局测量试样膜嵌入的方法，属于土工试验技术领域。首先，由12个激光位移传感器、1个色标传感器和外接固定圆环等完成圆盘式激光位移测量装置的组装，再安装轴向位移控制装置，完成激光式位移控制装置的安装。其次，将组激光式位移控制装置与外罩进行组装。最后，利用上述激光式位移控制装置测量三轴试样膜嵌入量的过程，获取三轴试样在各状态下各测段轴向变形和径向变形的实际值，测量结果经相关处理计算三轴试样膜嵌入量。本发明可以实现对于三轴试样全表面膜嵌入的精准测量，使用范围广泛。该测量方法是非接触式测量，试验过程中不会对三轴试样的变形不会产生干扰。且测量的精准度高，具有良好的推广价值。

技术领域

本发明属于土工试验技术领域，涉及一种利用激光式位移控制装置全局测量试样膜嵌入的方法。

技术背景

三轴剪切试验是测量土体抗剪强度的一种方法，在对砂砾料进行试验时，围压通过橡皮膜传递到土试样上。由于土颗粒的粒径、级配的影响，造成试样表面凹凸不平，施加围压时会使橡皮膜嵌入到试样表面颗粒的间隙中，并且膜嵌入随着围压的不同而改变。因此，在进行固结排水试验时，橡皮膜的嵌入会导致排水过多，是影响体变量测的重要原因；在进行固结不排水和不固结不排水试验时，膜嵌入是影响孔隙水压力量测的重要原因。

目前为了减少膜嵌入对试验的影响，主要有两种方法：一是测量膜嵌入量并量化其对实验结果影响；二是通过相关补偿手段减少膜嵌入的程度从而减少其对试验结果的影响。

第一种在试样中心埋置与试样等高但直径不同的铜棒来测定膜嵌入量。但容易存在试样总体变与铜棒直径之间并非呈线性关系，同样在使用铜管的时候，会引起周围土受到的垂直应力小于径向应力，导致此时试样并非是等向固结状态，与假设条件相悖。

第二种是用不同壁厚的空心柱试样对不同粒径的材料作等向加荷排水试验，然后通过测定体积应变之间的关系来确定膜嵌入量。但是由于试样的膜接触面积均不同，量测出的体积应变也会有所差异。

第三种是通过减少膜嵌入量的方法来减少对试验造成的误差。通过在膜上贴铜片或者涂抹液体橡胶的方法可以减少85％的膜嵌入量。但是涂抹液体容易与试样融为一体影响进一步的研究。

到目前为止，三轴试验中膜嵌入对体变的测量以及孔隙水压力的影响是不容忽略的，但是现有方法还存在诸多不足，必须给予矫正或者改进。由此可见，目前急需一种可以实时测量三轴试验中膜嵌入变化的装置，从而利用相对应的补偿措施减少其对试验结果的影响，提高试验结果的精确度和准确性。

发明内容

为了减少膜嵌入对试验结果的影响，本发明的目的是提供一种装置简单、操作方便、能够减小试验过程中对试样干扰的装置，用来实现准确测量三轴试样轴向-径向位移的装置。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种利用激光式位移控制装置全局测量试样膜嵌入的方法，该方法能够通过控制步进电机驱动单轴直线滑台联动激光位移传感器对三轴试样进行整体扫描，实现试验加载过程中的实时监测三轴试样变形情况，测量三轴试样轴向变形及径向变形，包括以下步骤：

第一步，组装激光式位移控制装置，该装置包含单轴直线滑台16，光栅尺17，步进电机18，色标传感器11、激光位移传感器12A-12L、外接固定圆环13、L型钢片14及台座15。

1.1)组装圆盘式激光位移测量装置，包括色标传感器11、激光位移传感器12A-12L及外接固定圆环13，组装步骤如下：

组装并安装第一激光位移传感器12A：所述激光位移传感器12A包括激光传感器12A1、槽形钢12A2、底板12A3。将激光传感器12A1嵌入槽形钢12A2，并用螺栓进行固定，螺纹间灌入高强速干胶水进行密封，再将槽形钢12A2与底板12A3进行锚固连接形成一个整体。激光位移传感器12A组装后，将其安装在外接固定圆环13的内环上：将底板12A3的通孔与圆环13的螺纹孔对齐，拧上螺栓，并处于半紧状态。