專利名稱：一種真三軸儀的壓力室密封裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于巖土工程測試設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種真三軸儀的壓力室密封裝置。
背景技術(shù)：
現(xiàn)今對土體的力學(xué)特性認識的不斷深入，傳統(tǒng)的土力學(xué)特性的測試儀器，如直剪儀、單向壓縮儀、常規(guī)三軸儀在對土體進行復(fù)雜應(yīng)力條件下的試驗研究具有相當(dāng)?shù)木窒扌浴?為了更全面、真實地反映土單元的三維受力狀態(tài)，自國外學(xué)者Kiellma首次成功設(shè)計真三軸以來，國內(nèi)外研究者不斷改進和設(shè)計多種真三軸儀。國內(nèi)比較有代表性的有清華大學(xué)真三軸儀、同濟大學(xué)的真三軸儀、吉林工業(yè)大學(xué)的真三軸儀以及河海大學(xué)的真三軸儀等。國內(nèi)現(xiàn)有的真三軸儀大體分為兩類，一種是采用矩形四棱柱試樣剛性水平加壓板加載方式，軸向采用應(yīng)變式加載，水平向由應(yīng)力控制加載；第二種是采用正方體試樣柔性囊水平加載方式，三向均采用應(yīng)變式控制加載?，F(xiàn)今無論其采用何種加載方式，對非飽和土真三軸試驗吸力控制問題的有效解決成為熱點和難點。由于非飽和土中孔隙氣壓力的存在，就要求壓力室各部件必須具有良好的密封性能，因此，可以說壓力室的密封裝置是決定試驗過程中水、 氣控制解決非飽和真三軸試驗研究的關(guān)鍵因素?，F(xiàn)有的真三軸儀一般采用圓形橡皮圈固定試樣、特制方形橡皮圈以及鋼圈與橡膠墊片固定三種方案解決壓力室密封問題。三種方案具有良好的可操作性，但前兩者如果不能保證橡皮圈緊密貼合包裹試樣的乳膠膜和底座，對試驗結(jié)果的準(zhǔn)確性容易帶來干擾，尤其對非飽和土進行孔隙水、孔隙氣壓力的控制和量測具有局限性；采用鋼圈與橡膠墊片固定該種方式較之橡皮圈一定程度上對其密封效果有所改善，但鋼圈與乳膠膜之間剛?cè)峤佑|產(chǎn)生的摩擦作用不可避免。因此，改善真三軸試樣密封裝置，消除密封裝置現(xiàn)有缺陷，使得新的壓力室結(jié)構(gòu)密封裝置既能保證良好的密封性能，又能實現(xiàn)準(zhǔn)確水、氣控制和量測，十分重要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種真三軸儀的壓力室密封裝置，通過對試樣的有效密封， 克服了現(xiàn)有機構(gòu)不能對試樣進行精確水、氣控制和量測的缺點。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種真三軸儀的壓力室密封裝置，包括固定底座，固定底座的中心開有矩形槽，矩形槽內(nèi)設(shè)置有下透水板，矩形槽內(nèi)且位于下透水板的下方放置有乳膠膜，下透水板底部開有排水通道，固定底座的底部開有進水通道和出水通道，進水通道和出水通道均與下透水板排水通道相連通；下透水板的上方用于放置試樣，在該試樣的上方設(shè)置有上透水板，上透水板的頂部開有排氣通道，乳膠膜向上包裹下透水板、試樣和上透水板后，在上透水板的頂部安裝有試樣帽，試樣帽上開有兩個試樣帽排氣通道，該兩個試樣帽排氣通道分別與上透水板的排氣通道相連通。
所述下透水板為矩形板體且表面開有下透水板中心槽，下透水板中心槽內(nèi)鑲嵌有帶透水孔的有機玻璃板，排水通道為開在該下透水板中心槽底部的環(huán)形排水螺紋。下透水板為矩形板體且表面開有下透水板中心槽，下透水板中心槽內(nèi)鑲嵌有陶土板，排水通道為開在該下透水板中心槽底部的環(huán)形排水螺紋。上透水板為矩形板體且表面開有上透水板中心槽，上透水板中心槽內(nèi)鑲嵌有帶透水孔的有機玻璃板，排氣通道為開在該上透水板中心槽頂部的環(huán)形排氣螺紋。下透水板上開有多個螺紋孔，并通過下透水板固定螺栓與固定底座相連接。上透水板上開有多個螺紋孔，并通過上透水板固定螺栓與試樣帽相連接。在固定底座的矩形槽內(nèi)且位于乳膠膜的外側(cè)，設(shè)置有止水墊片；在固定底座上，位于進水通道和出水通道的開孔處均設(shè)置有止水墊圈。試樣帽和上透水板之間設(shè)置有乳膠墊片；在試樣帽上，位于兩個試樣帽排氣通道的開孔處均設(shè)置有止水墊圈。下透水板與固定底座矩形槽之間的縫隙處，填充多個條形鋼板。乳膠膜為立方體形狀。本發(fā)明一種真三軸儀的壓力室密封裝置的優(yōu)點是能很好地實現(xiàn)了立方體試樣在三向獨立加載試驗條件下的密封問題，并且通過進行試驗過程中水、氣條件的有效控制，可測定非飽和土的真三軸剪切試驗相關(guān)參數(shù)；試驗結(jié)果穩(wěn)定可靠，不同土性試驗結(jié)果可比性強。另外，本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，使用操作簡便，性能可靠。


圖1是本發(fā)明一種真三軸儀的壓力室密封裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明中下透水板中排水通道的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明中下透水板的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明中固定底座的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是本發(fā)明中試樣帽的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是利用本發(fā)明進行成樣模安裝的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7是安裝有本發(fā)明的真三軸儀壓力室的結(jié)構(gòu)示意圖。其中，1、固定底座；2、壓力室側(cè)壁外罩；3、壓力室頂蓋；4、試樣帽；5、進水通道；6、 出水通道；7、條形鋼板、8、排氣孔；9、下透水板；10、乳膠膜；11、上透水板；12、下透水板固定螺栓；13、上透水板固定螺栓；14、試樣帽排氣通道；15、成樣膜；16、抽氣孔；17、排水螺紋；18、下透水板中心槽；19、有機玻璃板；20、固定螺栓；21、乳膠墊片。
具體實施例方式如圖1所示，本發(fā)明一種真三軸儀的壓力室密封裝置，包括固定底座1，結(jié)合圖4所示，固定底座1的中心開有矩形槽，該矩形槽內(nèi)設(shè)置有下透水板9，在矩形槽內(nèi)且位于下透水板9的下方放置有乳膠膜10，乳膠膜10為與立方體形狀，以適應(yīng)上透水板11、試樣以及下透水板9的整體形狀。如圖2和圖3所示，下透水板9為矩形板體，其表面開有下透水板中心槽18，下透水板中心槽18內(nèi)鑲嵌有帶透水孔的有機玻璃板19，下透水板中心槽18底部開有排水通道，排水通道為環(huán)形排水螺紋17。固定底座1的底部開有進水通道5和出水通道6，進水通道5和出水通道6分別與下透水板9排水通道相連通。下透水板9上開有多個螺紋孔，并通過多個下透水板固定螺栓12與固定底座1相連接。下透水板9的上方用于放置試樣，在試樣的上方設(shè)置有上透水板11。上透水板11 為矩形板體，其表面開有上透水板中心槽，上透水板中心槽內(nèi)鑲嵌有帶透水孔的有機玻璃板，上透水板11的頂部開有排氣通道，排氣通道為開在該上透水板中心槽頂部的環(huán)形排氣螺紋17。上透水板11上開有多個螺紋孔，并通過上透水板固定螺栓13與試樣帽4相連接。 乳膠膜10向上包裹下透水板9、試樣、上透水板11后，在上透水板11的頂部安裝試樣帽4， 如圖5所示，試樣帽4上開有兩個試樣帽排氣通道14，該兩個試樣帽排氣通道14分別與上透水板11的排氣通道相連通。為了保證密封性，在固定底座1上，位于進水通道5和出水通道6的開孔處均設(shè)置有止水墊圈。在固定底座1的矩形槽內(nèi)且位于乳膠膜10的外側(cè)，設(shè)置有止水墊片。在試樣帽4和上透水板11之間設(shè)置有乳膠墊片21。在試樣帽4上，位于兩個試樣帽排氣通道14 的開孔處均設(shè)置有止水墊圈。在下透水板9與固定底座1矩形槽之間的縫隙處，根據(jù)需要填充四個條形鋼板7。下透水板9中，下透水板中心槽18內(nèi)還可以鑲嵌陶土板，與有機玻璃板19相比， 陶土板可將試樣內(nèi)的水與進水通道5和出水通道6直接連通，同時阻止試樣內(nèi)氣體排出。本發(fā)明在使用時，在進水通道5和出水通道6處分別安裝有控制進水閥門和出水閥門，并與高精度的液壓體變計控制器連通。控制進水閥門和出水閥門，可實現(xiàn)試驗中排水條件的有效控制；關(guān)閉進水閥門和出水閥門，由液壓體變計控制器維持孔隙水壓力恒定在一個設(shè)定值，即可實現(xiàn)非飽和土樣內(nèi)孔隙水壓力控制。在試樣帽排氣通道14的出口處安裝排氣孔8，并連接氣壓管，采用氣壓閥及連通的精密壓力表控制氣壓力。本發(fā)明中，下透水板9、試樣、上透水板11作為一個整體，被立方體乳膠膜10包裹， 使試樣的側(cè)壁密封良好。下透水板9內(nèi)置在乳膠膜10里，并置于固定底座1的矩形槽內(nèi)， 采用下透水板固定螺栓12固定，條形鋼板7填補下透水板9與固定底座1縫隙，進水通道 5和出水通道6與下透水板排水通道密封對接，使下透水板9的密封良好。乳膠墊片21和止水墊圈的設(shè)置，兩個試樣帽排氣通道14與上透水板11的排氣通道密封對接，以及乳膠膜 10的密封作用，使上透水板11的密封良好。本發(fā)明的工作過程如下試驗開始前，將下透水板9內(nèi)置于乳膠膜10的一端，固定底座1的矩形槽內(nèi)置止水墊片，同時位于進水通道5和出水通道6的開孔處均設(shè)置有止水墊圈。此后，將內(nèi)置有下透水板9的乳膠膜10布設(shè)于固定底座1的矩形槽內(nèi)，用下透水板固定螺栓12將下透水板 9和固定底座1緊密連接。如圖6所示，在下透水板9與固定底座1的矩形槽內(nèi)之間，沿下透水板9四邊豎直放置成樣模15，成樣膜15由四瓣組成，相鄰成樣膜15之間用螺栓擰緊密封。乳膠膜10頂端外翻于成樣膜15外側(cè)，采用成樣膜15上抽氣孔16抽氣形成負壓，使乳膠膜10與成樣膜 15之間緊貼，從而形成規(guī)則的立方體成膜筒。如圖7所示，在立方體成膜筒內(nèi)放置已制備好的立方體試樣或裝散粒體土樣，試樣頂部放置上透水板11，乳膠膜10上端包裹上透水板11。在上透水板11上依次放置止水墊片21和試樣帽4，用上透水板固定螺栓13連接上透水板11與試樣帽4，通過包裹的乳膠膜10和止水墊片21密封上透水板11和試樣帽4之間的縫隙。在固定底座1上設(shè)置壓力室側(cè)壁外罩2和壓力室頂蓋3，用固定螺栓20連接。試樣密封、安裝完成。對于飽和固結(jié)排水剪切試驗，三向施加均等壓力，打開固定底座1的排水通道，排水固結(jié)，剪切過程亦打開下排水通道。對于飽和固結(jié)不排水剪切試驗，三向施加均等壓力， 打開下排水通道，排水固結(jié)。剪切過程中關(guān)閉下排水通道。對于非飽和土試驗，可以通過上透水板11上的排氣通道控制試樣內(nèi)部的氣壓，通過鑲嵌有陶土板的下透水板9及排水通道控制試樣內(nèi)部的水壓。每個非飽和土剪切試驗均包括三個階段吸力平衡階段、等吸力固結(jié)階段和等吸力剪切階段。吸力平衡階段是指在給定的孔隙水壓和氣壓控制條件下，使試樣內(nèi)部的水分轉(zhuǎn)移均勻；等吸力固結(jié)階段是指在恒定吸力狀態(tài)下，對試樣施加均等的凈應(yīng)力，待固結(jié)變形穩(wěn)定；等吸力剪切階段是指在恒定吸力狀態(tài)下，對試樣施加不同應(yīng)力路徑的剪切。試驗結(jié)束條件可設(shè)定為軸向應(yīng)變達到12%，即認為試樣破壞，試驗過程具有合理性。本發(fā)明主要適用于三向獨立加載的真三軸儀，可通過不同的試驗條件完成復(fù)雜應(yīng)力條件下飽和土和非飽和土的力學(xué)特性、強度變形特性的研究。
權(quán)利要求
1.一種真三軸儀的壓力室密封裝置，其特征在于，包括固定底座(1)，所述固定底座 (1)的中心開有矩形槽，所述矩形槽內(nèi)設(shè)置有下透水板(9)，所述矩形槽內(nèi)且位于下透水板 (9)的下方放置有乳膠膜(10)，所述下透水板(9)底部開有排水通道，所述固定底座(1)的底部開有進水通道( 和出水通道(6)，所述進水通道( 和出水通道(6)均與下透水板(9)排水通道相連通；所述下透水板(9)的上方用于放置試樣，在該試樣的上方設(shè)置有上透水板(11)，所述上透水板(11)的頂部開有排氣通道，所述乳膠膜(10)向上包裹所述下透水板(9)、試樣和上透水板(11)后，在所述上透水板(11)的頂部安裝有試樣帽G)，所述試樣帽(4)上開有兩個試樣帽排氣通道(14)，該兩個試樣帽排氣通道(14)分別與所述上透水板(11)的排氣通道相連通。
2.按照權(quán)利要求1所述的一種真三軸儀的壓力室密封裝置，其特征在于，所述下透水板(9)為矩形板體且表面開有下透水板中心槽(18)，所述下透水板中心槽(18)內(nèi)鑲嵌有帶透水孔的有機玻璃板(19)，所述排水通道為開在該下透水板中心槽(18)底部的環(huán)形排水螺紋(17)。
3.按照權(quán)利要求1所述的一種真三軸儀的壓力室密封裝置，其特征在于，所述下透水板(9)為矩形板體且表面開有下透水板中心槽(18)，所述下透水板中心槽(18)內(nèi)鑲嵌有陶土板，所述排水通道為開在該下透水板中心槽(18)底部的環(huán)形排水螺紋(17)。
4.按照權(quán)利要求1、2或3所述的一種真三軸儀的壓力室密封裝置，其特征在于，所述上透水板(11)為矩形板體且表面開有上透水板中心槽，所述上透水板中心槽內(nèi)鑲嵌有帶透水孔的有機玻璃板，所述排氣通道為開在該上透水板中心槽頂部的環(huán)形排氣螺紋。
5.按照權(quán)利要求1所述的一種真三軸儀的壓力室密封裝置，其特征在于，所述下透水板(9)上開有多個螺紋孔，并通過下透水板固定螺栓(1 與所述固定底座(1)相連接。
6.按照權(quán)利要求1或5所述的一種真三軸儀的壓力室密封裝置，其特征在于，所述上透水板(11)上開有多個螺紋孔，并通過上透水板固定螺栓(1 與所述試樣帽(4)相連接。
7.按照權(quán)利要求1所述的一種真三軸儀的壓力室密封裝置，其特征在于，在所述固定底座⑴的矩形槽內(nèi)且位于乳膠膜(10)的外側(cè)，設(shè)置有止水墊片；在所述固定底座⑴上， 位于所述進水通道( 和出水通道(6)的開孔處均設(shè)置有止水墊圈。
8.按照權(quán)利要求1或7所述的一種真三軸儀的壓力室密封裝置，其特征在于，所述試樣帽(4)和上透水板(11)之間設(shè)置有乳膠墊片；在所述試樣帽(4)上，位于所述兩個試樣帽排氣通道(14)的開孔處均設(shè)置有止水墊圈。
9.按照權(quán)利要求1所述的一種真三軸儀的壓力室密封裝置，其特征在于，所述下透水板(9)與固定底座(1)矩形槽之間的縫隙處，填充多個條形鋼板(7)。
10.按照權(quán)利要求1所述的一種真三軸儀的壓力室密封裝置，其特征在于，所述乳膠膜(10)為立方體形狀。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種真三軸儀的壓力室密封裝置，包括固定底座，固定底座的中心開有矩形槽，矩形槽內(nèi)設(shè)置有下透水板，矩形槽內(nèi)且位于下透水板的下方放置有乳膠膜，下透水板底部開有排水通道，固定底座的底部開有進水通道和出水通道，其均與下透水板排水通道相連通；下透水板的上方用于放置試樣，在該試樣的上方設(shè)置有上透水板，上透水板的頂部開有排氣通道，乳膠膜向上包裹所述下透水板、試樣和上透水板后，在上透水板的頂部安裝有試樣帽，試樣帽上開有兩個試樣帽排氣通道，該兩個試樣帽排氣通道分別與上透水板的排氣通道相連通。本發(fā)明通過對試樣的有效密封，克服了現(xiàn)有機構(gòu)不能對試樣進行精確水、氣控制和量測的缺點。
文檔編號G01N3/02GK102507307SQ20111033375
公開日2012年6月20日 申請日期2011年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月28日
發(fā)明者潘德勇, 石建剛, 許萍, 鄧國華, 邵生俊 申請人:西安理工大學(xué)