專利名稱：一種非飽和土體積變形測量裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及非飽和土力學變形測量技術領域，更具體涉及非飽和土體積變形 測量，其適用于非飽和土三軸試驗中的體積變形量測。
背景技術：
自然界中的土體是由土顆粒和顆粒間的孔隙組成的，工程中所遇到的土體，大多 數以非飽和土形態存在，即孔隙間既含有液體，又含有氣體。目前，常用三軸試驗來確定非 飽和土力學性質，非飽和土三軸試驗中的體積變形測量有如下幾種方法1、通過測量壓力 室內液體體積的變化推斷試樣體積的變化；2、通過將非飽和土體中排出的氣體與液體分別 獨立測量體積后推斷試樣體積的變化；3、將局部變形量測裝置附加在試樣上估測體積變 形；4、基于激光或圖形處理技術觀測試樣體積變形。但上述方法分別存在的主要問題是 方法1的壓力室結構復雜，往往采用雙壓力室；方法2需要分別加設測量孔隙氣壓力和水壓 力的裝置，但其易受外界大氣壓和溫度的影響。方法3的局部變形裝置由于箍在試樣上，對 試樣形成了約束，限制了其側向變形。方法4造價昂貴，結構復雜，推廣有一定困難。為此，在非飽和土三軸試驗中應充分考慮上述問題，開發一種簡便的體積量測方 式就十分必要了。
實用新型內容本實用新型的目的是提出一種針對在非飽和土三軸試驗中，根據非飽和土的試樣 變形規律來測量其體積變形的結構相對比較簡單、造價相對較低的一種非飽和土體積變形 測量裝置的原理性技術方案。本實用新型是這樣實現的，機構中包括變形鋼片、連接鋼片、應變片、頂桿，直線導 套、固定框架和與應變片連接的外部數據記錄儀，其特征在于固定框架是在四個圓柱形鋼 柱的長度方向對應于三組給定測量高度的位置處同軸分別固定裝有三個圓環形圈箍，在每 個圈箍的圓周上制有四個對稱分布的凸臺，在凸臺的中心部位制有方向沿圈箍徑向的通孔 中，固定裝入其中部制有通孔的圓柱形的直線導套，在各通孔中，預置有兩端為半球形的圓 柱形頂桿，在每個圈箍的圓周上通孔的一側制有帶盲孔的凸臺，在凸臺的盲孔中固定裝有 連接鋼片，在各連接鋼片的上端固定裝有其長度方向朝向直線導套的變形鋼片，變形鋼片 的內側底面與直線導套中的通孔垂直，在變形鋼片凹口的底部粘貼有應變片，鋼柱的下端 固定安裝在圓盤形承臺上。所述的直線導套通過止付螺絲將其固定在凸臺上，連接鋼片的下端，通過止付螺 絲固定在凸臺的盲孔中。所述的變形鋼片的長度大于連接鋼片與直線導套兩外側之間平行距離。所述的剛柱下端外側，固定裝有其軸向制有的通孔與鋼柱軸向平行的圓柱形或矩 形固定腳，并通過螺釘和圓盤形承臺上對應制有的沿其軸向的螺孔，將固定框架固定在承 臺的上平面靠近外邊緣處的與圈箍同軸的圓周上。[0009]所述的變形剛片在凹口處的厚度為0.5mm，凹口的大小尺寸與應變片的大小尺寸
相對應。所述的頂桿的長度大于變形鋼片的內邊緣至試樣外表面的距離2mm。具體工作時，將試樣放置在承臺的中心部位，當試樣變形時，通過頂桿的運動將位 移數據傳至變形鋼片上，使變形鋼片隨著發生變形，從而導致應變片的變形，這樣，就可以 通過外部數據記錄儀檢測到需要的數據，并通過已經標定的變形鋼片的變形量得到需要的 數據。由于非飽和土試樣變形后大多呈鼓型，根據此規 律配合軸向變形的數據通過積分公 式則可確定試樣的體積變形。通過以上技術方案，使得試樣的體積變形可以通過變形鋼片變形后由應變片間接 測得，而且，本實用新型結構簡單，造價低廉，占用空間小，可以使試樣自由變形，量測范圍 大，能全過程的監測試樣的體積變形，可以較好的達到非飽和土體積變形測量的目的。
本實用新型有6個附圖，其中
圖1為一種非飽和土體積變形測量裝置的平面示意圖， 圖2為固定框架的立面示意圖， 圖3為變形鋼片的平面示意圖， 圖4為變形鋼片的側面示意圖， 圖5為凸臺與直線導套的示意圖， 圖6為試驗過程中某時刻試樣變形及測點分布示意圖。在圖1-圖5中1、變形鋼片，2、連接鋼片，3、螺釘，4、凸臺，5、止付螺絲，6、應變片， 7、直線導套，8、凸臺，9、固定框架，10、固定腳，11、鋼柱，12、試樣，13、止付螺絲，14、通孔， 15、頂桿，16、圈箍，17、承臺，18、螺釘，19、盲孔，20、通孔。在圖6中H為試樣12的高度，H/T為靠近承臺17處的測量點的高度，H/S為接近 試樣12中部處的測量點的高度，H/R為接近試樣12上部處的測量點的高度，數字1-12為 各測量點的分布位置，χ為橫坐標標記，y為縱坐標標記。
具體實施方式
以下結合附圖的實施例，對本實用新型作進一步的說明。在圖1-圖5中，機構中包括變形鋼片1、連接鋼片2、應變片6、直線導套7、固定框 架9、與應變片6連接的外部數據記錄儀，其特征在于固定框架9是在四個圓柱形鋼柱11 的長度方向對應于三組給定測量高度的位置處同軸分別固定裝有三個圓環形圈箍16而組 成，一般可以通過焊接的方法將鋼柱11與圈箍16固定在一起，上面所指的給定測量高度的 位置應當對應于試樣2高度H的1/R、1/S、1/T倍處。在每個圈箍16的圓周上制有的四個 對稱分布的且方向沿其徑向的凸臺8，在凸臺8的中心部位制有方向沿圈箍16徑向通孔20 中，裝入其中部制有通孔14的圓柱形的直線導套7，并通過止付螺絲13將其固定在凸臺8 上，然后在各通孔14中，預置有兩端為半球形的圓柱形頂桿15，在每個圈箍16的圓周上通 孔20的一側對稱制有四個其內制有盲孔19的凸臺4，在所述凸臺4的盲孔19中裝有通過 止付螺絲5固定的連接鋼片2的下端，在各連接鋼片2的上端通過螺釘3固定裝有其長度方向朝向直線導套7且與直線導套7中的所述通孔垂直的并在靠近連接鋼片2 —端處制有 開口向外側的底面方向與圈箍16軸向平行的凹口的矩形變形鋼片1，在所述凹口的底部， 粘貼有應變片6，變形鋼片1的長度大于連接鋼片2與直線導套7之間平行距離，在鋼柱11 的下端一側，固定裝有其軸向制有的通孔與鋼柱11軸向平行的矩形固定腳10，并通過螺釘 18將固定框架9固定在圓盤形承臺17的上平面靠近外邊緣處的與圈箍16同軸的圓周上。變形剛片1在凹口處的厚度為0. 5mm左右，凹口的大小尺寸與應變片6的大小尺 寸相對應。頂桿15的長度大于變形鋼片1的內邊緣至試樣12外表面的距離2mm左右。變形鋼片1采用40CrNiMoA合金鋼材料，在850°C淬火；應變片6使用金屬箔狀電 阻應變片；其他材料采用不銹鋼。本實用新型一種非飽和土體積變形測量裝置具體使用按下列步驟進行1、第一次使用時，對已經粘貼好應變片6的每個變形鋼片1進行標定，得到變形鋼 片1的變形值與頂桿15位移之間的關系的標定曲線。2、在本實用新型內裝入試樣12后，將固定框架9通過螺釘18固定于承臺17。3、將直線導套7卡入固定框架9的凸臺8中，并用止付螺絲13固定。將頂桿15 的一端拉至試樣12表面。4、將連接鋼片2卡入固定框架9的凸臺4中，并用止付螺絲5固定。將變形鋼片1 通過螺釘3固定在連接鋼片2上。由于頂桿15的長度大于變形鋼片1的內邊緣至試樣外 表面的距離2mm左右，變形鋼片1本身在實驗前處于變形狀態，保證其已通過直線導套7和 試樣12接觸。5、實驗過程中試樣12的變形會不斷增大，由于直線導套7的摩擦力極小，試樣12 的變形會引起頂桿15在直線導套7中的直線運動，頂桿15壓迫變形鋼片1變形，變形鋼片 1的凹口處厚度為0. 5mm左右，極易產生變形，與應變片6相連的外部數據記錄儀可以記錄 到這些變形，根據標定曲線，則可得到實驗中變形鋼片1測得的每一點的變形值。根據非飽 和土的變形特征則可使用以下方法得到試樣在實驗過程中的體積變形。如圖6，試樣試驗 前的直徑為D，高度為H，變形鋼片1的測點的編號為1 12，其測得的變形位移值用Xl xl2表示，試樣變形后y可以表示為χ的三次多項式，則試樣的體積可由式(1)計算
權利要求1.一種非飽和土體積變形測量裝置，包括變形鋼片(1)、連接鋼片(2)、應變片(6)、頂 桿(15)，直線導套(7)、固定框架(9)和與應變片(6)連接的外部數據記錄儀，其特征在于 固定框架(9)是在四個圓柱形鋼柱(11)的長度方向對應于三組給定測量高度的位置處同 軸分別固定裝有三個圓環形圈箍(16)，在每個圈箍(16)的圓周上制有四個對稱分布的凸 臺(8)，在凸臺(8)的中心部位制有方向沿圈箍(16)徑向的通孔(20)中，固定裝入其中部 制有通孔(14)的圓柱形的直線導套(7)，在各通孔(14)中，預置有兩端為半球形的圓柱形 頂桿(15)，在每個圈箍(16)的圓周上通孔(20)的一側制有帶盲孔(19)的凸臺(4)，在凸臺 (4)的盲孔(19)中固定裝有連接鋼片(2)，在各連接鋼片(2)的上端固定裝有其長度方向朝 向直線導套(7)的變形鋼片(1)，變形鋼片(1)的內側底面與直線導套(7)中的通孔(14)垂 直，在變形鋼片(1)凹口的底部粘貼有應變片(6)，鋼柱(11)的下端固定安裝在圓盤形承臺 (17)上。
2.根據權利要求1所述的一種非飽和土體積變形測量裝置，其特征在于所述的直線 導套(7)通過止付螺絲(13)將其固定在凸臺(8)上，連接鋼片(2)的下端，通過止付螺絲(5) 固定在凸臺(4)的盲孔(19)中。
3.根據權利要求1所述的一種非飽和土體積變形測量裝置，其特征在于所述的變形 鋼片(1)的長度大于連接鋼片(2)與直線導套(7)兩外側之間平行距離。
4.根據權利要求1所述的一種非飽和土體積變形測量裝置，其特征在于所述的剛柱 (11)下端外側，固定裝有其軸向制有的通孔與鋼柱(11)軸向平行的圓柱形或矩形固定腳 (10)，并通過螺釘(18)和圓盤形承臺(17)上對應制有的沿其軸向的螺孔，將固定框架(9) 固定在承臺(17)的上平面靠近外邊緣處的與圈箍(16)同軸的圓周上。
5.根據權利要求1所述的一種非飽和土體積變形測量裝置，其特征在于所述的變形 剛片(1)在凹口處的厚度為0. 5mm,凹口的大小尺寸與應變片(6)的大小尺寸相對應。
6.根據權利要求1所述的一種非飽和土體積變形測量裝置，其特征在于所述的頂桿 (15)的長度大于變形鋼片(1)的內邊緣至試樣(12)外表面的距離2mm。
專利摘要本實用新型公開了一種非飽和土體積變形測量裝置，其特征是在底端分別垂直固定在承臺上的四個圓柱形鋼柱的長度方向上，對應于三組給定測量高度的位置處同軸分別固定裝有三個圓環形圈箍，在圈箍的圓周上制有對稱分布的且方向沿圈箍徑向通孔中，固定裝入其中部制有通孔的圓柱形的直線導套，在每個圈箍圓周上所述通孔的一側固定裝有連接鋼片，在各連接鋼片的上端分別裝有長度方向與直線導套垂直的變形鋼片，在變形鋼片凹口的底部粘貼有應變片，在直線導套的通孔中分別裝入圓柱形頂桿，頂桿的兩端分別頂在試樣外圓和變形鋼片上，本裝置具有結構簡單，造價低廉，占用空間小，可以使試樣自由變形，量測范圍大，精度高，能全過程的監測試樣的體積變形等特點。
文檔編號G01B7/16GK201917314SQ20102066913
公開日2011年8月3日 申請日期2010年12月20日 優先權日2010年12月20日
發明者馮夏庭, 劉繼光, 周輝, 徐鼎平, 謝守益, 趙陽, 鄭虹, 高紅 申請人:中國科學院武漢巖土力學研究所