專利名稱：非飽和土三軸蠕變試驗儀的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及土工試驗儀器，特別是一種非飽和土三軸蠕變試驗儀。
背景技術：
目前，飽和三軸蠕變儀主要由臺架子部件、杠桿加荷部件、砝碼部件、試樣壓力室 部件、孔壓測量儀、圍壓和吸力控制器等組成。它主要用于對土體試樣進行飽和三軸蠕變試 驗。由于飽和三軸蠕變試驗不需要考慮基質吸力的影響，因此，飽和三軸蠕變儀不存在控制 基質吸力的儀器部件，故其不能對土體的非飽和狀態流變行為進行模擬，也不能更進一步 建立非飽和土流變的數學模型等。
發明內容本實用新型所要解決的技術問題是提供一種非飽和土三軸蠕變試驗儀，可以控制 基質的吸力，既可開展飽和土流變試驗又可開展非飽和土流變試驗。
為解決上述技術問題，本實用新型所采用的技術方案是一種非飽和土三軸蠕變
試驗儀，包括壓力室，壓力室上設有載荷框，載荷框上設有位移傳感器，外壓力室圍壓控制
器與壓力室外腔連接，內壓力室圍壓控制器與壓力室內腔連接，壓力室上設有注水孔，載荷
框通過傳力桿與試樣帽接觸，試樣帽上設有吸力管，試樣帽下設有透水板，壓力室下設有壓
力室排水管和沖水管，壓力室排水管和沖水管上設有陶土板。 所述的透水板上層為帶孔銅板，下層為透水石。 所述的壓力室排水管上設有排水閥。 所述的沖水管通過三通閥與儲水缸和排水管連接。 所述的吸力管通過水洗器與吸力控制器連接。 所述的水洗器中儲存有凈水，其進口與吸力管連接，進水端在液面以下，其出口與
吸力控制器連接，出口端在液面以上。 所述的水洗器材質為有機玻璃。 所述的陶土板下設有螺旋槽。 所述的陶土板的通氣壓力值為3 15Bar。 本實用新型提供的一種非飽和土三軸蠕變試驗儀，通過在壓力室的底座鑲嵌有一 塊具有高進氣值陶土板，陶土板屬于一種功能材料，它有很細的微孔，在實驗前把陶土板用 水進行飽和，當施加氣壓力時，由于水氣在微孔處可以形成一個彎液面，水分子對氣體分子 的拖拽作用，因此，氣體與水分子相比很難通過微孔，從而達到隔氣不隔水的作用。讓土 試樣中的水可以通過而施加的氣體不能通過，從而達到既可控制基質吸力而又可排水的目 的。當施加的氣壓力小于通氣壓力值3 15Bar時，陶土板正常工作，氣體分子不通過陶土 板，超過臨界值就失去效用，陶土板可以過氣。 陶土板上部為套橡皮膜的試樣，試樣上部為透水板和試樣帽，透水板包含兩個部 分多孔銅板和透水石，其中透水石與土樣直接接觸，因其空隙密土顆粒不會壓入到孔隙
3路相連，從而向試樣施加和控制孔隙氣壓力，陶 土板底部分別與沖水管和排水管相連，分別起沖刷陶土板底部的氣泡和排水之用；試樣帽 凹槽與傳力桿接觸，傳力桿與荷載架上的壓力螺釘接觸，通過放置砝碼來給試樣施加軸壓， 傳力桿與壓力室之間用"0"型圈密封；位移傳感器固定在荷載架上且與壓力室頂部接觸， 從而測量試樣在蠕變階段每時刻的變形。試樣壓力室采用雙層壓力室，為雙層有機玻璃圓 筒。內壓力室充滿無氣水從而給試樣施加圍壓，外壓力室施加等圍壓值的氣壓可以消除內 壓力室的變形對體變值產生的影響。 與現有的技術相比，本實用新型的有益效果是1.能夠通過施加氣壓力來控制基 質吸力，從而可以開展非飽和土的蠕變試驗；2.施加氣壓的管路中間安裝一個水洗器，可 以有效避免因操作不當引起帶有泥土的水分倒流破壞吸力控制器；3.結構簡單，便于操 作。
以下結合附圖和實施例對本實用新型作進一步說明。
圖1是本實用新型中壓力室結構示意圖； 圖2是本實用新型整體結構示意具體實施方式—種非飽和土三軸蠕變試驗儀，包括壓力室9，壓力室9上設有載荷框4，載荷框4 上設有位移傳感器，外壓力室圍壓控制器13與壓力室9外腔連接，內壓力室圍壓控制器14 與壓力室9內腔連接，壓力室9上設有注水孔1，載荷框4通過傳力桿5與試樣帽6接觸，試 樣帽6上設有吸力管8，試樣帽6下設有透水板7，壓力室9下設有壓力室排水管3和沖水 管12，壓力室排水管3和沖水管12上設有陶土板11。 所述的透水板7上層為帶孔銅板，下層為透水石。 所述的壓力室排水管3上設有排水閥20。 所述的沖水管12通過三通閥19與儲水缸15和排水管17連接。 所述的吸力管8通過水洗器16與吸力控制器18連接。 所述的水洗器16中儲存有凈水，其進口與吸力管8連接，進水端在液面以下，其出
口與吸力控制器18連接，出口端在液面以上。 所述的水洗器16材質為有機玻璃。 所述的陶土板11下設有螺旋槽。 所述的陶土板11的通氣壓力值為3 15Bar。 試驗步驟如下 1、制備試樣按照土工實驗標準制備試樣10。 2、飽和陶土板11: 1)不裝試樣，陶土板11用濕布覆蓋； 2)沖洗陶土板11下積聚的氣泡，打開排水閥20，將三通閥19箭頭指向"沖水"一
4端，讓無氣水流過陶土板11下的螺旋槽，沖洗30S ; 3)關閉排水閥20，利用儲水缸15的水頭壓力差飽和陶土板ll，直到陶土板11冒
出連續水珠為止。 3.裝試樣 1)準備好試樣10 ; 2)排完壓力室9中的水； 3)取下壓力室上罩； 4)用濕毛巾擦除陶土板11頂面余水； 5)放好土試樣10并在試樣頂上放置透水板7 ; 6)套兩層橡皮膜2，用橡皮筋扎好下端； 7)安放試樣帽6，并使試樣帽6的孔與透水板7上層銅板上的孔對齊； 8)用橡皮筋扎好上端； [OO44] 9)安裝壓力室上罩。
4、利用計算機進行試驗 1)關閉排水閥20，打開三通閥19，三通閥19箭頭指向"排水"，通過外壓力室圍壓 控制器13和內壓力室圍壓控制器14對壓力室9施加5kPa的室壓力(o 3)，待試樣變形和 排水穩定后記錄相應的數值，并以它們為變形和排水的零點； 2)同時分步施加等量室壓和孔隙氣壓到頂點的吸力值，使二者差值始終保持 5kPa，直到變形和排水量穩定，穩定標準是體變連續2h不超過0. 01cm3，排水連續2h不超 過0. Olcm3且歷時不少于48h ; 3)施加第一級凈圍壓力，使o 3_Ua =預定值，直到變形和排水量穩定，穩定標準同 上； 4)施加下級凈圍壓力，使o 3_Ua =預定值，直到變形和排水量穩定，穩定標準同 上； 5)在試驗過程中每隔6 8h，對陶土板11底面沖洗一次，沖洗方法如下首先打 開排水閥20 ;然后，將三通閥19箭頭指向"沖水"一端，讓無氣水流過陶土板11下的螺旋 槽，沖洗30s，直到排水閥門2有連續不斷的水流出確定無氣泡時為止，先關閉排水閥20，再 關閉三通閥19 ; 6)剪切階段時，先將載荷框4上的杠桿調校平衡，將杠桿頭部抬至最上端后，將壓 力螺釘對準傳力桿5中心，擰定螺釘，直至確定試樣帽6與傳力桿5接觸； 7)剪切時，先選好第一級應加砝碼的個數，加上砝碼至載荷框4后直至排水和體 變穩定，穩定標準是體變連續2h不超過0. Olcm3，排水連續2h不超過0. 01 cm3且歷時不少 于48h。再加第二級砝碼至穩定，如此類推，至(0l_o3) □ ^曲線出現峰值，或軸向應變 e i達到15%為止，剪切過程中每隔8h沖洗陶土板11底部空氣一次，沖洗方法同上； 8)結束試驗后，存儲數據，拆除試樣，測量上中下三部分含水量，用無氣水清洗陶 土板11表面，再次飽和陶土板ll，供下次試驗使用。
權利要求一種非飽和土三軸蠕變試驗儀，包括壓力室(9)，壓力室(9)上設有載荷框(4)，載荷框(4)上設有位移傳感器，外壓力室圍壓控制器(13)與壓力室(9)外腔連接，內壓力室圍壓控制器(14)與壓力室(9)內腔連接，壓力室(9)上設有注水孔(1)，載荷框(4)通過傳力桿(5)與試樣帽(6)接觸，其特征在于試樣帽(6)上設有吸力管(8)，試樣帽(6)下設有透水板(7)，壓力室(9)下設有壓力室排水管(3)和沖水管(12)，壓力室排水管(3)和沖水管(12)上設有陶土板(11)。
2. 根據權利要求1所述的一種非飽和土三軸蠕變試驗儀，其特征在于所述的透水板(7) 上層為帶孔銅板，下層為透水石。
3. 根據權利要求1所述的一種非飽和土三軸蠕變試驗儀，其特征在于所述的壓力室 排水管(3)上設有排水閥(20)。
4. 根據權利要求1所述的一種非飽和土三軸蠕變試驗儀，其特征在于所述的沖水管 (12)通過三通閥(19)與儲水缸(15)和排水管(17)連接。
5. 根據權利要求1所述的一種非飽和土三軸蠕變試驗儀，其特征在于所述的吸力管(8) 通過水洗器(16)與吸力控制器(18)連接。
6. 根據權利要求5所述的一種非飽和土三軸蠕變試驗儀，其特征在于所述的水洗器 (16)中儲存有凈水，其進口與吸力管(8)連接，進水端在液面以下，其出口與吸力控制器 (18)連接，出口端在液面以上。
7. 根據權利要求5或6所述的一種非飽和土三軸蠕變試驗儀，其特征在于所述的水 洗器(16)材質為有機玻璃。
8. 根據權利要求1所述的一種非飽和土三軸蠕變試驗儀，其特征在于所述的陶土板 (11)下設有螺旋槽。
9. 根據權利要求1或8所述的一種非飽和土三軸蠕變試驗儀，其特征在于所述的陶土板(11)的通氣壓力值為3 15Bar。
專利摘要本實用新型提供的一種非飽和土三軸蠕變試驗儀，涉及土工試驗儀器，通過在壓力室的底座鑲嵌有一塊具有高進氣值陶土板，讓土試樣中的水可以通過而施加的氣體不能通過，從而達到既可控制基質吸力而又可排水的目的。陶土板上部為套橡皮膜的試樣，試樣上部為透水板和試樣帽，試樣帽與一套能夠控制氣壓的管路相連，從而向試樣施加和控制孔隙氣壓力，陶土板底部分別與沖水管和排水管相連，分別起沖刷陶土板底部的氣泡和排水之用。試樣壓力室采用雙層壓力室，為雙層有機玻璃圓筒。內壓力室充滿無氣水從而給試樣施加圍壓，外壓力室施加等圍壓值的氣壓可以消除內壓力室的變形對體變值產生的影響。
文檔編號G01N3/12GK201464298SQ20092008699
公開日2010年5月12日 申請日期2009年6月30日 優先權日2009年6月30日
發明者張業明, 王世梅, 談云志, 陳勇 申請人:三峽大學;王世梅