一種土工三軸壓縮實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及到一種H軸壓縮試驗(yàn)儀器，特別是涉及到一種±工立軸壓縮實(shí)驗(yàn)教學(xué) 系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] ±工立軸壓縮儀是一種用于測定±的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的±工試驗(yàn)設(shè)備。在巖±工程 學(xué)術(shù)研究領(lǐng)域，±工立軸壓縮儀正在向液壓伺服、全自動控制、真H軸、非飽和H軸等高精、 自動控制的方向發(fā)展。然而，在我國的各類高等學(xué)校的±工教學(xué)實(shí)驗(yàn)室和絕大多數(shù)±木類 勘察、設(shè)計(jì)與施工單位的±工試驗(yàn)室中，目前依然主要使用的是常規(guī)的應(yīng)變控制式H軸儀 或者微機(jī)控制的應(yīng)變控制式H軸壓縮儀。
[0003] 應(yīng)變控制式H軸儀中一塊控制板上具有周圍壓力加載系統(tǒng)、反壓加載系統(tǒng)、孔隙 水壓力測試系統(tǒng)各種管線，在軸向壓力采用液壓控制時則還有軸向位移控制及測試系統(tǒng)， 該使得±工立軸壓縮儀儀器管線十分復(fù)雜，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，學(xué)生很難在在課堂短時間的教 學(xué)和實(shí)驗(yàn)過程中掌握H軸壓縮實(shí)驗(yàn)的原理，也由于H軸壓縮儀儀器的復(fù)雜性，許多在施工 單位的±工試驗(yàn)室工作的±工試驗(yàn)員也不懂±工立軸壓縮儀的操作方法，甚至有些具有較 高要求的實(shí)驗(yàn)室，雖配備有H軸壓縮儀，卻無熟悉開展相關(guān)試驗(yàn)的±工試驗(yàn)人員，阻礙了H 軸壓縮儀在基層工程單位的應(yīng)用。為此，市場也出現(xiàn)了僅能做UU試驗(yàn)(不固結(jié)不排水試驗(yàn)） 的輕便簡化H軸儀，但由于該類儀器均為應(yīng)變控制式H軸壓縮儀，且依然依靠空壓機(jī)施加 周圍壓力，同樣會造成操作、維修的難度，限制了該類簡化儀器的應(yīng)用。
[0004] 目前，我國設(shè)有±木專業(yè)的高等學(xué)校按教學(xué)大綱要求都必須開設(shè)配合±力學(xué)課程 教學(xué)的用于測定±的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的直接剪切實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。H軸壓縮實(shí)驗(yàn)比直接剪切實(shí)驗(yàn)?zāi)?更好的控制試樣的排水條件及試樣受力情況與工程實(shí)際更接近，因此，測得的抗剪強(qiáng)度指 標(biāo)也更接近實(shí)際。更為重要的是，通過H軸壓縮實(shí)驗(yàn)的教學(xué)比起直接剪切實(shí)驗(yàn)的教學(xué)，學(xué)生 將大大加深對±力學(xué)的認(rèn)識和理解。但由于現(xiàn)有市場中的H軸儀儀器的管線復(fù)雜，且用現(xiàn) 有H軸儀學(xué)生很難在兩個實(shí)驗(yàn)教學(xué)課時內(nèi)完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)，加之H軸儀價格昂貴，學(xué)校往往 受教學(xué)經(jīng)費(fèi)限制，無法配備足夠的儀器數(shù)量，該使得我國高校開設(shè)的±工實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目中， H軸壓縮實(shí)驗(yàn)在本科階段只作為觀摩演示性的實(shí)驗(yàn)，只有巖±類學(xué)生在研究生階段的教學(xué) 才能開設(shè)H軸壓縮實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。因此，開發(fā)出一種廉價的適于高等學(xué)校的±工教學(xué)實(shí)驗(yàn)室教 學(xué)需要的H軸壓縮實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)，將為促進(jìn)高?！拦?shí)驗(yàn)教學(xué)提供更好的設(shè)備基礎(chǔ)，也是 我國高?！拦?shí)驗(yàn)教學(xué)人員急需解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是通過對現(xiàn)有±工立軸壓縮儀加載系統(tǒng)的改進(jìn)和簡 化，開發(fā)出一種原理直觀、操作簡易、性能穩(wěn)定、易于維修、造價低廉、易于集約化安裝、適于 ±工試驗(yàn)教學(xué)的應(yīng)力控制式±工立軸壓縮儀。
[0006] 本發(fā)明取消了H軸壓縮儀的面板，采用簡化H軸壓縮儀部分（1)。所述簡化H軸 壓縮儀部分（2)是由置入H軸儀底座（16)上的周圍壓力室（17)和安裝在固定于底座（16) 上部的H軸儀支架（18 )上的軸向壓力室（19 )、活塞（20 )、傳力桿（21)及相應(yīng)的軸向位移測 試百分表（22)、軸向壓力測試表（23)、周圍壓力測試表（24)、軸向壓力接口（10)、周圍壓力 接口（38)、孔隙水量管接口（31)、孔隙水壓力傳感器（37)等組成的。簡化H軸壓縮儀不考 慮反壓飽和，并取消了H軸壓縮儀的面板，采用應(yīng)力控制式壓縮方式，讓軸向壓力從支架上 方加載（10)，周圍壓力從圍壓室下方側(cè)面加載（38)，孔隙水壓力測量從支架下部中也引出 (31)，做到H種測試管線互相分開，并且直接分別與獨(dú)立的軸向壓力、周圍壓力加載系統(tǒng)相 接，該使得H軸壓縮儀的原理變得十分直觀，儀器構(gòu)造也更為簡單，便于集約化安裝，也便 于教師講解、初學(xué)者操作和對實(shí)驗(yàn)原理的理解； 本發(fā)明采用的軸向壓力加載系統(tǒng)中的每個加載系統(tǒng)（2)均分別由單個手動息掛升降裝 置和單個水銀柱壓力系統(tǒng)組成，所述單個手動息掛升降裝置均是由定子（15)、轉(zhuǎn)盤（4)、定 滑輪（6)、有機(jī)玻璃容器（7)和細(xì)鋼絲繩（5)等構(gòu)成的；所述單個水銀柱壓力系統(tǒng)均是由掛 在掛繩（9)上的裝有水銀（8 )的有機(jī)玻璃容器（7)、充滿水銀（8 )的塑料水管（12)、活塞 (14)、充滿水（11)的塑料水管和軸向壓力接口（10)等構(gòu)成的。該實(shí)際是借助連通器的原理 通過水銀柱高度的增加產(chǎn)生的壓強(qiáng)施加到周圍壓力加載系統(tǒng)中的水中并最后傳遞到±樣 的四周，該一加載系統(tǒng)簡單、原理直觀、便于集約化安裝、維護(hù)和使用，也便于教師講解、初 學(xué)者學(xué)習(xí)操作及理解； 本發(fā)明采用四個單級周圍壓力加載系統(tǒng)，每級加載系統(tǒng)（3)除水柱高度（41)應(yīng)根據(jù)周 圍壓力大小來設(shè)定外，均是由裝有水（39)的水箱（40)、下水管（42)、水平水管及裝在其上 的8個周圍壓力接口（43)組成。由于H軸壓縮實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)可安裝在實(shí)驗(yàn)教學(xué)樓的底層， 四個單級周圍壓力加載系統(tǒng)中的水箱（40)可息掛固定在實(shí)驗(yàn)教學(xué)樓的4個不同高度，每個 水箱（40)可為底層實(shí)驗(yàn)室的8臺簡化H軸壓縮儀（1)提供一級周圍壓力。四級周圍壓力加 載系統(tǒng)外置，為在同一實(shí)驗(yàn)室內(nèi)集約安裝所述的32臺簡化H軸壓縮儀（1)和所述的32個軸 向壓力加載系統(tǒng)（2)提供了空間條件，同時，由水柱底部的壓強(qiáng)為H軸壓力室內(nèi)水中的±試 樣提供周圍壓力強(qiáng)度，也具有原理直觀、操作簡易、性能穩(wěn)定、易于維修、造價低廉的優(yōu)勢。
[0007] 由本發(fā)明提供的一種軸壓縮實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)，采用水柱壓力作為周圍壓力的 加載系統(tǒng)，采用息掛裝置改變水銀柱高度和連通器原理來實(shí)現(xiàn)軸向壓力的加載，并采用簡 化H軸壓縮儀（1)，使得所述的一種±工立軸壓縮實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)具有原理直觀、操作簡便、 性能穩(wěn)定、易于維修、成本低廉、易于集約化安裝等優(yōu)勢。特別是本發(fā)明提供的一種±工立 軸壓縮實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)，由于可將周圍壓力的加載系統(tǒng)外置，可在同一實(shí)驗(yàn)室內(nèi)集約安裝所 述的32臺簡化H軸壓縮儀（1)和所述的32個軸向壓力加載系統(tǒng)（2)，該就可實(shí)現(xiàn)在同一實(shí) 驗(yàn)室內(nèi)一個班的學(xué)生(通常為32人)每人使用一臺H軸壓縮儀同時進(jìn)行H軸壓縮實(shí)驗(yàn)教學(xué)， 該將為實(shí)驗(yàn)教學(xué)和實(shí)驗(yàn)室管理帶來了極大的便利；此外，通過4人一組做同一±樣的四個 試件、每人只用一個試件去做四級周圍壓力中某一級周圍壓力下的H軸壓縮實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)分 組安排，采用本發(fā)明提供的一種±工立軸壓縮實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)還可實(shí)現(xiàn)一個班的學(xué)生(通常 為32人)每人使用一臺H軸壓縮儀并同在一個實(shí)驗(yàn)室于兩個教學(xué)課時內(nèi)完成H軸壓縮實(shí)驗(yàn) 教學(xué)的目的。因此，本發(fā)明提供的一種±工立軸壓縮實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)尤其適用于高等學(xué)校實(shí) 驗(yàn)教學(xué)中的±工實(shí)驗(yàn)教學(xué)，并為促進(jìn)H軸壓縮實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目在±木類本科學(xué)生的實(shí)驗(yàn)教學(xué) 中的實(shí)施提供了基礎(chǔ)。
【附圖說明】
[0008] 圖1是一種±工立軸壓縮實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)的大樣圖。
[0009] 下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0010] 參見圖1，按如下步驟進(jìn)行試驗(yàn)。
[0011] 試樣制備與飽和 試樣的制備與飽和參考中華人民共和國水利部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)±工試驗(yàn)規(guī)程中的H軸壓縮 試驗(yàn)（SL237-017-1999)的4. 1節(jié)和4. 2節(jié)的規(guī)定進(jìn)行。
[001引試樣安裝和固結(jié) (1) 對于不固結(jié)不排水試驗(yàn)（UU試驗(yàn)） 1) 試樣安裝與周圍壓力室注水參見中華人民共和國水利部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)±工試驗(yàn)規(guī)程中 的H軸壓縮試驗(yàn)（SL237-017-1999)的4. 3. 1節(jié)的1~4條的規(guī)定進(jìn)行； 2) 周圍壓力加載 將四級周圍壓力中的某級周圍壓力加載系統(tǒng)（3)中的一個周圍壓力接口（43)與簡化H軸儀底座上的接口（38)連接；打開周圍壓力止水閥（29)，至周圍壓力測試表（24)顯示穩(wěn) 定的周圍壓力值； 3 )打開軸向壓力止水閥（26 )，將水注入軸向壓力室，并通過水壓將活塞移動至傳力桿 (21)與試樣帽（32)接觸，將軸向壓力室中水（25)的水位調(diào)至軸向壓力測試表（23)高度， 至觀察到軸向壓力測試表（23)在