本發(fā)明涉及巖土力學(xué)試驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及用于對(duì)基礎(chǔ)土體的抗剪強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)量的基于差壓傳感器的三軸試驗(yàn)體變監(jiān)測(cè)裝置。

背景技術(shù)：

土的強(qiáng)度是指在一定條件下土體抵抗剪切變形或破壞的能力，強(qiáng)度參數(shù)可以通過(guò)原位試驗(yàn)測(cè)定，也可以在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)通過(guò)剪切試驗(yàn)測(cè)定。原位試驗(yàn)的特點(diǎn)是簡(jiǎn)捷快速，并大體上在原位壓力和原狀結(jié)構(gòu)等條件下進(jìn)行，但相比于室內(nèi)試驗(yàn)，原位試驗(yàn)無(wú)法改變應(yīng)力條件、固結(jié)程度等從而獲得相關(guān)規(guī)律。室內(nèi)試驗(yàn)可根據(jù)不同情況模擬應(yīng)力狀態(tài)、排水條件等，隨著室內(nèi)試驗(yàn)儀器的發(fā)展，室內(nèi)試驗(yàn)的重要性日益凸顯。

室內(nèi)試驗(yàn)根據(jù)儀器和實(shí)驗(yàn)條件可大致分為直剪試驗(yàn)、單剪試驗(yàn)、普通三軸試驗(yàn)、平面應(yīng)變?cè)囼?yàn)、真三軸試驗(yàn)、空心扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)等。除前兩種較為簡(jiǎn)單的試驗(yàn)外，均需要在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中測(cè)量測(cè)試土樣的排水體積，目前除部分儀器如GDS巖土測(cè)試儀器可以通過(guò)反壓控制器來(lái)測(cè)量排水體積外，大多是實(shí)驗(yàn)儀器都是外接體變計(jì)通過(guò)人工或儀器等方法測(cè)量排水體積。

經(jīng)過(guò)相關(guān)技術(shù)文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?01220251122.4，發(fā)明名稱：一種三軸固結(jié)-剪切試驗(yàn)的體變連續(xù)監(jiān)測(cè)裝置，公開號(hào)CN 202661333U，該專利自述為：本實(shí)用新型公開了一種三軸固結(jié)-剪切試驗(yàn)的體變連續(xù)監(jiān)測(cè)裝置，涉及巖土力學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域。本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)是：土樣置于三軸壓力室內(nèi)上透水板和下透水板之間；上透水板、第1軟塑膠管、第一控制閥門和第一體變管依次連接；下透水板第2軟塑膠管、第2控制閥門和第2體變管依次連接；在之間設(shè)置攝像頭、USB數(shù)據(jù)線和電腦一次連接，攝像頭對(duì)準(zhǔn)軟塑膠管。該裝置通過(guò)調(diào)整拍攝時(shí)間間隔和相片大小監(jiān)測(cè)排水體積的變化，可在一定程度上擺脫人工讀數(shù)的人力消耗，節(jié)約試驗(yàn)成本。但該裝置存在的問題是攝像頭拍照并不能直接轉(zhuǎn)化為體變數(shù)據(jù)，后期仍存在人工讀數(shù)的問題；另外，讀取體變應(yīng)保證視線和彎液面下沿平齊，該裝置在排水過(guò)程中無(wú)法時(shí)刻保證攝像頭位置與彎液面下沿水平，讀數(shù)有誤差，尤其在排水試驗(yàn)中，排水體積的變化對(duì)土樣強(qiáng)度結(jié)果影響比較明顯，這對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果會(huì)產(chǎn)生較大影響。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供基于差壓傳感器的三軸試驗(yàn)體變監(jiān)測(cè)裝置，其將體變轉(zhuǎn)化為試驗(yàn)數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，具有測(cè)量精度高、簡(jiǎn)化試驗(yàn)流程、節(jié)約大量人力等特點(diǎn)。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是：

基于差壓傳感器的三軸試驗(yàn)體變監(jiān)測(cè)裝置，包括三軸試驗(yàn)儀、體變系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；所述體變系統(tǒng)包括體變管、外管、三通閥、反壓加壓系統(tǒng)和壓力檢測(cè)系統(tǒng)，所述三軸試驗(yàn)儀通過(guò)一反壓管與所述三通閥的第一通口連通，所述三通閥的第二通口與豎直設(shè)置的所述體變管的底部開口連通，所述體變管的頂部開口與套在其外的所述外管連通，所述反壓加壓系統(tǒng)與所述外管連通，所述三通閥的第三通口與所述壓力檢測(cè)系統(tǒng)的第一測(cè)試通口連通，所述外管底部與所述壓力檢測(cè)系統(tǒng)的第二測(cè)試通口連通，所述壓力檢測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)輸出端與所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接。

較佳的，所述三軸試驗(yàn)儀包括圍壓室、動(dòng)力設(shè)備、圍壓加壓系統(tǒng)和軸向加壓系統(tǒng)，一試樣位于所述圍壓室內(nèi)，所述圍壓加壓系統(tǒng)通過(guò)一軟塑膠管與所述圍壓室連通，所述試樣底部通過(guò)一反壓管與所述三通閥的第一通口連通，所述動(dòng)力設(shè)備用以驅(qū)動(dòng)所述圍壓室抬升，使得所述軸向加壓系統(tǒng)對(duì)所述試樣施加軸向壓力。

進(jìn)一步地，所述軸向加壓系統(tǒng)包括試驗(yàn)架、第一固定桿、量力環(huán)和傳力桿，所述試驗(yàn)架固定在水平面上，所述量力環(huán)與所述傳力桿連接，所述量力環(huán)通過(guò)所述第一固定桿與所述試驗(yàn)架連接，所述傳力桿用以對(duì)所述試樣頂部施加軸向壓力。

較佳的，所述壓力檢測(cè)系統(tǒng)包括兩個(gè)三向閥和一差壓傳感器，所述外管底部通過(guò)其中一個(gè)所述三向閥與所述差壓傳感器的第二膜片連接，所述三通閥的第三通口通過(guò)另一個(gè)所述三向閥與所述差壓傳感器的第一膜片連接。

較佳的，所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換裝置和計(jì)算機(jī)，所述壓力檢測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)輸出端口與所述數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換裝置連接，所述數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換裝置與所述計(jì)算機(jī)連接。

較佳的，所述體變系統(tǒng)包括上底座、下底座和支撐桿，所述外管固定于所述上底座和所述下底座之間，而所述上底座和所述下底座通過(guò)四個(gè)所述支撐桿固定連接，所述下底座前端設(shè)有一開孔，所述開孔與所述外管底部連通，所述開孔處設(shè)有一排水開關(guān)。

較佳的，所述試樣位于所述上透水板和所述下透水板之間。

較佳的，所述三通閥的材質(zhì)為不銹鋼。

較佳的，所述反壓管為軟塑膠管。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案帶來(lái)的有益技術(shù)效果是：

本發(fā)明將反壓加壓、體變監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)記錄和處理等功能整合在一套系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)了在體變管中同時(shí)實(shí)現(xiàn)反壓輸入輸出、試樣排水體積監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)可視化轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)處理分析；

本發(fā)明提供的基于差壓傳感器的三軸試驗(yàn)體變監(jiān)測(cè)裝置可避免因拍攝照片而產(chǎn)生的后期人工讀數(shù)和攝像頭視線讀數(shù)誤差等缺點(diǎn)，通過(guò)將體變轉(zhuǎn)化為試驗(yàn)數(shù)據(jù)并根據(jù)發(fā)展趨勢(shì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，具有測(cè)量精度高、簡(jiǎn)化試驗(yàn)流程、節(jié)約大量人力等優(yōu)點(diǎn)；

本發(fā)明大大提高了三軸試驗(yàn)在排水和剪切階段的體變測(cè)量精度和測(cè)試效率，具有很強(qiáng)的實(shí)用性和推廣價(jià)值。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明一實(shí)施例的體變監(jiān)測(cè)區(qū)下部的局部示意圖；

圖3是本發(fā)明一實(shí)施例的體變發(fā)展圖。

圖中，1-三軸試驗(yàn)儀；11-動(dòng)力設(shè)備；12-圍壓室；13-上透水板；14-下透水板；15-試樣；16-傳力桿；17-量力環(huán)；18-第一固定桿；19-試驗(yàn)架；20-圍壓加壓系統(tǒng)；21-反壓管；3-體變系統(tǒng)；31-上底座；32-下底座；33-支撐桿；34-外管；35-體變管；36-反壓加壓系統(tǒng)；37-壓力檢測(cè)系統(tǒng)；371-三向閥；372-差壓傳感器；38-三通閥；39-反壓輸入管；40-第二固定桿；41-排水開關(guān)；5-數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；51-數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換裝置；52-計(jì)算機(jī)。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的各實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)的闡述。

以下請(qǐng)綜合參考圖1至圖3，基于差壓傳感器的三軸試驗(yàn)體變監(jiān)測(cè)裝置，包括三軸試驗(yàn)儀1、體變系統(tǒng)3和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)5；體變系統(tǒng)3包括體變管35、外管34、三通閥38、反壓加壓系統(tǒng)36和壓力檢測(cè)系統(tǒng)37，三軸試驗(yàn)儀1通過(guò)一反壓管21與三通閥38的第一通口連通，三通閥38的第二通口與豎直設(shè)置的體變管35的底部開口連通，體變管35的頂部開口與套在其外的外管34連通，反壓加壓系統(tǒng)36與外管34連通，三通閥38的第三通口與壓力檢測(cè)系統(tǒng)37的第一測(cè)試通口連通，外管34底部與壓力檢測(cè)系統(tǒng)37的第二測(cè)試通口連通，壓力檢測(cè)系統(tǒng)37的數(shù)據(jù)輸出端與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)5連接。

三軸試驗(yàn)儀1包括圍壓室12、動(dòng)力設(shè)備11、圍壓加壓系統(tǒng)20和軸向加壓系統(tǒng)，一試樣15位于圍壓室12內(nèi)，圍壓加壓系統(tǒng)20通過(guò)一軟塑膠管與圍壓室12連通，試樣15底部通過(guò)一反壓管21與三通閥38的第一通口連通，動(dòng)力設(shè)備11用以驅(qū)動(dòng)圍壓室12抬升，使得軸向加壓系統(tǒng)對(duì)試樣15施加軸向壓力。

軸向加壓系統(tǒng)包括試驗(yàn)架19、第一固定桿18、量力環(huán)17和傳力桿16，試驗(yàn)架19固定在水平面上，量力環(huán)17與傳力桿16連接，量力環(huán)17通過(guò)第一固定桿18與試驗(yàn)架19連接，傳力桿16用以對(duì)試樣15頂部施加軸向壓力。

反壓管21為軟塑膠管，用于提供試樣15內(nèi)部反壓和試樣15排水通路。

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)5包括數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換裝置51和計(jì)算機(jī)52，壓力檢測(cè)系統(tǒng)37的數(shù)據(jù)輸出端口與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換裝置51連接，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換裝置51與計(jì)算機(jī)52連接，用以將排水體積轉(zhuǎn)化為可視化數(shù)據(jù)，在計(jì)算機(jī)52軟件中實(shí)時(shí)記錄分析。

體變管35和外管34通過(guò)上底座31和下底座32固定連接，而上底座31和下底座32通過(guò)四個(gè)支撐桿33固定連接。反壓加壓系統(tǒng)36通過(guò)反壓輸入管39經(jīng)過(guò)所述上底座31與外管34連通，用以提供整個(gè)三軸試驗(yàn)所需的反壓。上底座31通過(guò)第二固定桿40與體變管35固定連接，用以保證體變管35始終處于豎直狀態(tài)。

壓力檢測(cè)系統(tǒng)37包括兩個(gè)三向閥371和一差壓傳感器372，外管34底部通過(guò)其中一個(gè)三向閥371與差壓傳感器372的第二膜片連接，三通閥38的第三通口通過(guò)另一個(gè)三向閥371與差壓傳感器372的第一膜片連接。

差壓傳感器372是一種用來(lái)測(cè)量?jī)蓚€(gè)壓力之間差值的傳感器，通常用于測(cè)量某一設(shè)備或部件前后兩端的壓差，其工作原理是被測(cè)壓力直接作用于差壓傳感器372的膜片上，膜片產(chǎn)生與水壓成正比的微小位移，進(jìn)而差壓傳感器372的電容值發(fā)生變化，利用電子線路檢測(cè)這一變化，并轉(zhuǎn)換輸出一個(gè)相對(duì)應(yīng)壓力的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量信號(hào)。

進(jìn)一步地，外管34底部通過(guò)下底座32與其中一個(gè)三向閥371連通，該三向閥371又與差壓傳感器372的第二膜片連接。下底座32前端設(shè)有一開孔，開孔與外管34底部連通，開孔處設(shè)有一排水開關(guān)41，用以調(diào)整外管34液面和體變管35液面的壓力。

試樣15位于圍壓室12內(nèi)的上透水板13和下透水板14之間，透水板是由聚苯乙烯或者是聚乙烯塑膠底板經(jīng)過(guò)沖壓制成圓錐突臺(tái)(或中控圓柱形多孔)而成，圓錐突臺(tái)的頂面膠接一層過(guò)濾土工布，以阻止泥土微粒通過(guò)，從而避免排水通道阻塞，使孔道排水順暢。但不以上透水板13、下透水板14為限，也可以是上透水石、下透水石。

三通閥38的材質(zhì)為不銹鋼。

圖3為計(jì)算機(jī)52內(nèi)所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)生成的圖形，可在圖中分析得到固結(jié)排水階段的排水體積和剪切階段的排水發(fā)展趨勢(shì)和排水體積，配合其他數(shù)據(jù)可以得到試樣15的更多性質(zhì)。

本發(fā)明提供的三軸試驗(yàn)體變監(jiān)測(cè)裝置的實(shí)施過(guò)程：

1、按照?qǐng)D1將裝置連接好，然后將試樣15裝入圍壓室12；

2、通過(guò)三向閥371向外排水，使得外管34和體變管35所在的管路內(nèi)殘留的氣泡被排除。

3、測(cè)量體變管35轉(zhuǎn)換系數(shù)。

(1)將體變管35液面調(diào)至最低刻度處，然后將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換裝置51面板上顯示的數(shù)據(jù)調(diào)零。

(2)將體變管35液面調(diào)至最高刻度處，然后將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換裝置51面板上顯示數(shù)據(jù)調(diào)至某一合適值。

(3)計(jì)算出體變管35轉(zhuǎn)換系數(shù)，并將體變管35轉(zhuǎn)換系數(shù)輸入計(jì)算機(jī)5242軟件中。

4、反壓加壓系統(tǒng)36通過(guò)反壓輸入管39、反壓管21給試樣15加反壓，同時(shí)圍壓加壓系統(tǒng)20在圍壓室12內(nèi)施加圍壓，開始三軸試驗(yàn)。固結(jié)階段開始前，調(diào)整體變管35液面在最大量程的1/3至1/2之間，然后通過(guò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換裝置51、計(jì)算機(jī)52開始記錄固結(jié)階段排水情況。

5、固結(jié)階段結(jié)束后，動(dòng)力設(shè)備11通過(guò)驅(qū)動(dòng)圍壓室12抬升，使傳力桿16軸向施加壓力給試樣15，從而對(duì)試樣15進(jìn)行剪切，試樣15進(jìn)入剪切階段，通過(guò)體變管35和計(jì)算機(jī)52記錄剪切階段的排水情況，直至實(shí)驗(yàn)結(jié)束。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。