專(zhuān)利名稱(chēng)：土試樣的三軸剪切試驗(yàn)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及建筑基礎(chǔ)的測(cè)量，尤其涉及用于對(duì)基礎(chǔ)土體的抗剪強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)量的土試樣的三軸剪切試驗(yàn)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
室內(nèi)三軸剪切試驗(yàn)系統(tǒng)用于對(duì)土樣的剪切試驗(yàn)，以此獲取土體的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)。 該指標(biāo)將被用于各類(lèi)工程建設(shè)項(xiàng)目的地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)和泥石流、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)防及治理。目前絕大部分的三軸剪切試驗(yàn)系統(tǒng)如圖1所示，主要由應(yīng)變控制式三軸儀100及 軸向加壓裝置(未畫(huà)出)、周?chē)鷫毫ρb置200和孔隙水壓力測(cè)量裝置300組成。三軸儀100 除有一孔隙水壓力測(cè)量裝置300外，還配備一對(duì)應(yīng)的周?chē)鷫毫ρb置200，該周?chē)鷫毫ρb置主 要由空壓泵201和對(duì)應(yīng)的管道203及閥202組成?？紫端畨毫y(cè)量裝置300則主要由排水 管305、孔壓管308、排水量管302和孔壓量管301、排水閥304、孔壓閥307和孔隙水測(cè)量?jī)x 306組成，排水量管302和孔壓量管301上分別串接有排水閥304和孔壓閥307。所取的土試樣105由橡皮膜111圍成圓柱形，其上下端分別置有透水板103和濾 紙104，試樣105置于壓力室113內(nèi)的試樣座106上，試樣105上端有試樣帽102。試樣帽 102上端連接設(shè)有排水閥304的排水管305 ；試樣座105下端連接孔壓管308，該孔壓管308 通過(guò)兩支路管分別連接孔隙水測(cè)量?jī)x306和孔壓量管301，在孔隙水測(cè)量?jī)x306和孔壓量 管301的進(jìn)水處分別設(shè)有孔壓閥307和排水閥304。壓力室113為透明的塑料筒，筒中充 滿水，周?chē)鷫毫ο到y(tǒng)200通過(guò)管道203向壓力室113施壓，以使壓力室的水具有所需的壓力 σ 3。進(jìn)行三軸剪切試驗(yàn)前先進(jìn)行試樣的排水固結(jié)。排水固結(jié)時(shí)先將試樣在壓力室中安 裝好，再根據(jù)預(yù)先確定的周?chē)鷫毫χ低ㄟ^(guò)壓力室內(nèi)的水對(duì)試樣施加周?chē)鷫毫Ζ?，壓力σ3 在試驗(yàn)中保持不變。試樣在周?chē)鷫毫Ζ?3的作用下其內(nèi)所含的水被擠壓出來(lái)，一部分由排水 管305排出，一部分在孔壓管308中形成孔隙水壓力，該孔隙水壓力通過(guò)孔壓閥307進(jìn)行調(diào) 整并由孔隙水壓儀306測(cè)量。該孔隙水壓力隨水的不斷排出而不斷減低，試樣被逐漸固結(jié)。 當(dāng)孔隙水壓力低于初始值的5%時(shí)，認(rèn)為試樣排水固接認(rèn)為完成，可進(jìn)行剪切試驗(yàn)。剪切試驗(yàn)時(shí)，軸向加壓設(shè)備通過(guò)驅(qū)動(dòng)臺(tái)107使試樣座106向上移動(dòng)，對(duì)試樣施加軸 向壓力σν，使試樣受到剪切作用。此時(shí)作用在試樣上的最大主應(yīng)力O1= σ3+σν，最小主應(yīng) 力等于σ 3。在由剪應(yīng)力τ和正應(yīng)力σ做成的直角坐標(biāo)系統(tǒng)中，在橫坐標(biāo)上，以(O1+σ3)/2 為圓心，以(Q1-O3)/2為半徑所繪的圓稱(chēng)為莫爾圓。在試驗(yàn)中，隨著σν的增大，莫爾圓由 小變大，直到試樣破壞(產(chǎn)生剪切破壞)，莫爾圓不能再增大為止。這時(shí)的莫爾圓為極限莫 爾圓，極限莫爾圓必與強(qiáng)度包線相切，參見(jiàn)圖2。但是在試驗(yàn)時(shí)強(qiáng)度包線是未知的，這正是 三軸剪切試驗(yàn)要探求的結(jié)果。為此，至少要取3 4個(gè)試樣分別在不同的周?chē)鷫毫Ζ?的 作用下進(jìn)行剪切求得各個(gè)試樣破壞時(shí)的最大主應(yīng)力Q1，可按總應(yīng)力ο和有效應(yīng)力ο’ = σ -U (u為試樣中試驗(yàn)時(shí)實(shí)測(cè)到的孔隙水壓力)兩種方法，繪制3 4個(gè)大小不一的極限莫爾圓(總應(yīng)力圓用實(shí)線表示，有效應(yīng)力圓用虛線表示)，以求得它們的共切線即強(qiáng)度包線， 從而得到相關(guān)的參數(shù)。因此在上述的三軸剪切試驗(yàn)中，對(duì)一件土樣必須制備3個(gè)以上性質(zhì)相同的試樣， 在不同的周?chē)鷫毫ο逻M(jìn)行試驗(yàn)，以獲得不同的極限莫爾圓。土樣三軸試驗(yàn)的方法分為不固 結(jié)不排水剪試驗(yàn)(UU)、固結(jié)不排水剪試驗(yàn)(CU)和固結(jié)排水剪試驗(yàn)(CD)三種。其中固結(jié)不 排水剪試驗(yàn)和固結(jié)排水剪試驗(yàn)都需要對(duì)每個(gè)試樣在進(jìn)行剪切試驗(yàn)前，先施加規(guī)定的周?chē)鷫?力進(jìn)行排水固結(jié)。
三軸試驗(yàn)的固結(jié)不排水和固結(jié)排水剪切都需要在剪切前對(duì)試樣進(jìn)行排水固結(jié)。國(guó) 標(biāo)《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T50123-1999)中規(guī)定，排水固結(jié)完成的標(biāo)準(zhǔn)是試樣中的孔隙水 壓力消散達(dá)95%以上。根據(jù)以上標(biāo)準(zhǔn)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，要達(dá)到以上排水固結(jié)完成的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于 粉土和砂性試樣來(lái)說(shuō)，時(shí)間較短，一般只需三四個(gè)小時(shí)，甚至不足一個(gè)小時(shí)即可完成。但對(duì) 于粘性土來(lái)說(shuō)，時(shí)間往往較長(zhǎng)，最長(zhǎng)的可超過(guò)二十四個(gè)小時(shí)，而排水固結(jié)主要在粘性土中進(jìn) 行。排水固結(jié)完成后進(jìn)行試樣的剪切試驗(yàn)，根據(jù)現(xiàn)有規(guī)范規(guī)定，即使是粘性土，CU試驗(yàn)剪切 一個(gè)試樣的試驗(yàn)時(shí)間一般也不會(huì)超過(guò)三個(gè)小時(shí)，CD試驗(yàn)則一般要達(dá)到10 20多個(gè)小時(shí)。 根據(jù)目前工程實(shí)踐，CD試驗(yàn)在工程實(shí)踐中做得非常少，但CU試驗(yàn)則是常做項(xiàng)目。現(xiàn)有的三軸試驗(yàn)系統(tǒng)一次只能裝一個(gè)試樣，一件試樣至少應(yīng)當(dāng)做3個(gè)不同圍壓的 試樣才能得到試驗(yàn)成果，這意味著一套系統(tǒng)，一般需要3 4天才能完成一件土樣的CU試 驗(yàn)。一般工程中，同一土層的⑶試驗(yàn)不少于3件土樣，一般為6件土樣。而一般的工程勘 察單位因受經(jīng)濟(jì)、場(chǎng)地、人員等條件的限制，三軸試驗(yàn)儀器也就二三臺(tái)。這樣，無(wú)論在進(jìn)度上 還是在經(jīng)濟(jì)上，都不能滿足工程項(xiàng)目的要求，會(huì)對(duì)整個(gè)巖土工程勘察項(xiàng)目的進(jìn)度或經(jīng)濟(jì)效 益造成較大的影響。另外，現(xiàn)有的裝置當(dāng)試樣進(jìn)行排水固結(jié)時(shí)，排水是單方向進(jìn)行的，這會(huì)大大增加排 水固結(jié)的時(shí)間，試驗(yàn)耗時(shí)多，工作效率低下。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種能有效縮短三軸固結(jié)不排水剪切試驗(yàn)和固結(jié)排 水剪試驗(yàn)的時(shí)間、加快工程進(jìn)度的土試樣的三軸剪切試驗(yàn)系統(tǒng)，該目的由下述方案得到實(shí) 施所述系統(tǒng)，包括孔隙水壓力測(cè)量裝置和周?chē)鷫毫ρb置；所述周?chē)鷫毫ρb置與三軸 剪切試驗(yàn)儀的壓力室連通；所述孔隙水壓力測(cè)量裝置包含排水管、孔壓管、排水量管和孔壓 量管、排水閥和能夠測(cè)量到孔隙水壓力孔壓閥，排水管和孔壓管的一端分別與壓力室的試 樣帽和試驗(yàn)座連接，另一端分別與排水量管和孔壓量管連接，排水管和孔壓管上分別設(shè)置 有排水閥和所述孔壓閥，其中所述支路管上分別設(shè)置有孔壓閥和排水閥，其中所述周?chē)鷫?力裝置包括空壓泵、調(diào)壓氣閥、周?chē)鷫毫﹂y、總進(jìn)氣管及若干分進(jìn)氣管、量管和出水管，若干 量管并列排列，每一分進(jìn)氣管與一量管對(duì)應(yīng)，進(jìn)氣管一端與對(duì)應(yīng)量管上端連接，一端與總進(jìn) 氣管連接，總進(jìn)氣管及每一分進(jìn)氣管上安裝有調(diào)壓氣閥，總進(jìn)氣管與空壓泵連通，若干進(jìn)水 管分別連接在對(duì)應(yīng)量管的下端，該進(jìn)水管通過(guò)周?chē)鷫毫﹂y與至少一三軸剪切試驗(yàn)儀的壓力 室連通。所述系統(tǒng)的進(jìn)一步設(shè)計(jì)在于，分進(jìn)氣管上安裝有壓力表。[0014]本實(shí)用新型系統(tǒng)可使試樣的排水固結(jié)過(guò)程脫離三軸儀的主體部分，即三軸儀實(shí)施 軸向加壓的動(dòng)力和傳動(dòng)部分設(shè)備部分，從而使三軸儀專(zhuān)門(mén)用來(lái)進(jìn)行剪切試驗(yàn)。并且本裝置 也突破了一次只能對(duì)一個(gè)試樣進(jìn)行排水固結(jié)的限制，可以同時(shí)進(jìn)行數(shù)個(gè)或者數(shù)十個(gè)甚至幾 十個(gè)試樣同時(shí)進(jìn)行排水固結(jié)，大大的縮短了試樣排水固結(jié)的時(shí)間。另外，本裝置對(duì)試樣的排 水采用上下同時(shí)排水，因此，對(duì)單個(gè)試樣的排水固結(jié)時(shí)間理論上也會(huì)縮短一半，從而加快了 三軸剪切試驗(yàn)的速度，便于工程進(jìn)度的加快，有利于建筑業(yè)提高工作效率，提供經(jīng)濟(jì)效益。

圖1是應(yīng)變控制式三軸儀的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是三軸剪切試驗(yàn)中的極限莫爾圓與強(qiáng)度包線。 圖3是本實(shí)用新型系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中，1空壓泵，2總調(diào)壓氣閥，3分調(diào)壓氣閥，4壓力表，5分進(jìn)氣管，6量管，7水，8 出水管，9三通接頭，10周?chē){(diào)壓閥，11總進(jìn)氣管，12平板，13水管，20本實(shí)用新型的周?chē)鷫?力裝置，30本實(shí)用新型的孔隙水壓力測(cè)量裝置，31孔壓管，32三通接頭，33排水管，34孔壓 閥，35排水閥，36孔壓閥，37孔隙水壓力測(cè)量?jī)x，38孔壓量管，39排水量管，100三軸儀，101 測(cè)力計(jì)，102試樣帽，103透水板，104濾紙，105試樣，106試樣座，107驅(qū)動(dòng)臺(tái)，200現(xiàn)有的周 圍壓力裝置，201空壓泵，202周?chē)鷫毫﹂y，203管道，300現(xiàn)有孔隙水壓力測(cè)量裝置，301孔壓 量管，302排水量管，304排水閥，305排水管，306孔隙水壓力測(cè)量?jī)x，307孔壓閥，308孔壓 管，309孔壓閥。
具體實(shí)施方式
對(duì)照?qǐng)D3，本實(shí)用新型的周?chē)鷫毫ρb置20主要由空壓泵1、出水管8、進(jìn)氣管5、量 管6、總調(diào)壓氣閥2、調(diào)壓氣閥3和周?chē)鷫毫﹂y10組成。三根量管6并列排列固定在平板12 上。量管6用耐壓透明的有機(jī)玻璃制成，管徑約6cm左右，長(zhǎng)度約50cm左右，兩頭用帶有接 頭的蓋板封堵。管中灌入約四分之三的潔凈水。進(jìn)氣管包含一總進(jìn)氣管11和三根分進(jìn)氣 管5。每一分進(jìn)氣管5與一量管6對(duì)應(yīng)，分進(jìn)氣管5的一端與量管6的上端連接，其另一端 與總進(jìn)氣管11連接。每一分進(jìn)氣管上安裝有調(diào)壓氣閥3和壓力表4?？傔M(jìn)氣管11上安裝 有總調(diào)壓氣閥2，該總進(jìn)氣管與空壓泵1連通。每一量管6的下端連接進(jìn)水管8，該進(jìn)水管 連接三通的接頭9。每一三通接頭連接水管13，該水管與一三軸剪切試驗(yàn)儀的壓力室連接 (圖3中，因受圖面的限制，僅畫(huà)出了左側(cè)三通的接頭9通過(guò)水管13、14分別與一三軸剪切 試驗(yàn)儀的壓力室連接的情況)。水管13上接有周?chē)鷫毫﹂y10，用來(lái)調(diào)節(jié)壓力室113內(nèi)的水 壓，該水壓形成試樣105的周?chē)鷫毫?。本?shí)用新型的孔隙水壓力測(cè)量裝置30由排水管33、孔壓管31、排水量管39和孔 壓量管38、排水閥35、34、孔壓閥36、三通接頭9和孔隙水測(cè)量?jī)x37組成，排水管33上設(shè) 置有排水閥35，其一端連接在三軸剪切試驗(yàn)儀中的試樣帽102上，另一端與排水量管39連 接。孔壓管31的一端連接在試驗(yàn)座106上，另一端與三通接頭9的一通連接，該接頭的其 它兩通分別連接孔壓量管38和孔隙水測(cè)量?jī)x37，形成并接于孔壓管31的兩支路。在該兩 支路上的孔隙水測(cè)量?jī)x37和孔壓量管38進(jìn)水處分別安裝有孔壓閥和排水閥。本實(shí)用新型系統(tǒng)工作時(shí)，空壓泵所輸出的具有一定壓力的氣體通過(guò)總進(jìn)氣管11及分進(jìn)氣管5施加到量管6內(nèi)的 水體上，分進(jìn)氣管的壓力可通過(guò)分調(diào)壓氣閥3來(lái)調(diào)節(jié)。量 管6內(nèi)的壓力通過(guò)周?chē)鷫毫﹂y10施加到壓力室113內(nèi)的水體上，使試樣在該壓力下進(jìn)行排 水固結(jié)。
權(quán)利要求土試樣的三軸剪切試驗(yàn)系統(tǒng)，包括孔隙水壓力測(cè)量裝置和周?chē)鷫毫ρb置；所述周?chē)鷫毫ρb置與三軸剪切試驗(yàn)儀的壓力室連通；所述孔隙水壓力測(cè)量裝置包含排水管、孔壓管、排水量管和孔壓量管、排水閥和能夠測(cè)量到孔隙水壓力孔壓閥，排水管和孔壓管的一端分別與壓力室的試樣帽和試驗(yàn)座連接，另一端分別與排水量管和孔壓量管連接，排水管和孔壓管上分別設(shè)置有排水閥和所述孔壓閥，其中所述支路管上分別設(shè)置有孔壓閥和排水閥，其特征在于所述周?chē)鷫毫ρb置包括空壓泵、調(diào)壓氣閥、周?chē)鷫毫﹂y、總進(jìn)氣管及若干分進(jìn)氣管、量管和出水管，若干量管并列排列，每一分進(jìn)氣管與一量管對(duì)應(yīng)，進(jìn)氣管一端與對(duì)應(yīng)量管上端連接，一端與總進(jìn)氣管連接，總進(jìn)氣管及每一分進(jìn)氣管上安裝有調(diào)壓氣閥，總進(jìn)氣管與空壓泵連通，若干進(jìn)水管分別連接在對(duì)應(yīng)量管的下端，該進(jìn)水管通過(guò)周?chē)鷫毫﹂y與至少一三軸剪切試驗(yàn)儀的壓力室連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的土試樣的三軸剪切試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于所述分進(jìn)氣管上安 裝有壓力表。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型涉及土試樣的三軸剪切試驗(yàn)系統(tǒng)。所述系統(tǒng)，包括三軸剪切試驗(yàn)儀、孔隙水壓力測(cè)量裝置和周?chē)鷫毫ρb置；其中，所述周?chē)鷫毫ρb置包括空壓泵、調(diào)壓氣閥、周?chē)鷫毫﹂y、總進(jìn)氣管及若干分進(jìn)氣管、量管和出水管，若干量管并列排列，每一分進(jìn)氣管與一量管對(duì)應(yīng)，進(jìn)氣管一端與對(duì)應(yīng)量管上端連接，一端與總進(jìn)氣管連接，總進(jìn)氣管及每一分進(jìn)氣管上安裝有調(diào)壓氣閥，總進(jìn)氣管與空壓泵連通，若干進(jìn)水管分別連接在對(duì)應(yīng)量管的下端，該進(jìn)水管通過(guò)周?chē)鷫毫﹂y與至少一三軸剪切試驗(yàn)儀的壓力室連通。優(yōu)點(diǎn)是能有效縮短剪切試驗(yàn)中固結(jié)排水的時(shí)間、加快工程進(jìn)度。
文檔編號(hào)G01N3/24GK201637635SQ20102010192
公開(kāi)日2010年11月17日 申請(qǐng)日期2010年1月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月26日
發(fā)明者張錦成 申請(qǐng)人:化學(xué)工業(yè)巖土工程有限公司