[發明專利]一種土工三軸儀壓力室

無效

• 申請號: 200810037713.X
• 申請日: 2008-05-20
• 公開（公告）號: CN101285745A
• 公開（公告）日: 2008-10-15
• 發明（設計）人: 黃超;張孟喜;陳高峰
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: G01N3/00
• 分類號: G01N3/00;G01N33/24
• 代理公司: 上海上大專利事務所
• 代理人: 何文欣

技術領域

本發明涉及土木工程土工試驗領域的一種三軸儀壓力室。

背景技術

1930年，美國哈佛大學卡薩格蘭德(A.Casagrande)研究用應力邊界條件的圓柱形試樣的壓縮試驗代替直剪試驗，以確定土的強度指標，以后經過許多土力學專家的研究與完善，發展成目前廣泛應用的三軸試驗。它可以完整地反映試樣受力變形直到破壞的全過程。因而既可以作強度試驗，也可作應力應變關系試驗。它可以模擬不同的工況，進行一些不同應力路徑的試驗；也可很好地控制排水條件，不排水條件下還可量測試樣的超靜孔隙水壓力。三軸試驗中試樣應力狀態明確，應變量測簡單可靠，可較容易地判斷試樣的破壞，操作比較簡單。這樣，三軸儀成為土工試驗中不可缺少的儀器。

三軸儀壓力室是三軸儀的一個重要組成部分，對試樣的加卸荷都是在其中完成的。三軸儀壓力室包括底座、壓力罩和加載活塞三個主要部件。三軸試驗的標準試樣尺寸有直徑39.1mm，61.8mm和101mm三種。底座中央是凸出底座上表面幾個厘米的試樣底座，直徑與具體試樣一致。

傳統壓力室(如圖1)的活塞的斷面面積小于試樣的截面積，在測得試樣體積變形(要求試樣只能是飽和砂、土)的前提下，才能將試樣的側向變形控制在一定范圍內，還無法完全限制住試樣的側向變形。而且試樣在軸向也受到圍壓的作用，真正的軸向壓力是活塞傳遞的壓力與圍壓之差，所以必須同時控制活塞傳遞的壓力和壓力室圍壓才能控制試樣受到的軸向壓力；

傳統壓力室底座和壓力罩的尺寸與標準試樣的尺寸一一對應，各不相同，無法滿足通用的要求。

發明內容

本發明的目的在于提供一種土工三軸儀壓力室，在不影響三軸儀原有功能的基礎上，使試樣滿足沒有側向變形條件(側限)，完成飽和砂、飽和土、非飽和砂、非飽和土、干砂和干土等試樣的固結、超固結、孔隙水壓力消散及靜止土壓力系數K0和孔壓系數的測定等，并提高其通用性。

為達到上述目的，本發明的構思是：

活塞斷面面積和形狀與具體試驗的試樣的斷面面積和形狀相同(如圖2)。或者在活塞與壓力罩頂蓋之間加若干個活塞套筒(如圖3(a)和4(a))，活塞、活塞套筒和壓力罩頂蓋滑配在一起，其上徑向布置插銷，通過插銷的閉合實現多種形式的組裝，可以得到兩個組合件：固定于壓力罩上的組合件和可以滑動的活塞組合件，活塞組合件的斷面面積和形狀與具體試驗的試樣的斷面面積和形狀相同(如圖3(b)、(c)和圖4(b)、(c)、(d))。試驗時，它們之間的接觸面滿足密封性，高壓水無法通過。

同時，在底座的試樣座上加若干個套筒(如圖3(a)和圖4(a))構成底座組合件，試樣底座或者底座組合件的斷面面積和形狀與具體試驗的試樣的斷面面積和形狀相同。底座套筒滑套在底座上后，所有套筒的上頂面與試樣底座的上端面齊平。試驗時，它們之間的接觸面滿足密封性，高壓水無法通過。

根據上述的發明構思，本發明采用下述技術方案：

一種土工三軸儀壓力室，包括一個安置試樣的試樣底座、一個下端開口而罩住試樣和試樣底座的壓力罩、以及一個與壓力罩頂蓋中心孔滑配的活塞，其特征在于活塞的斷面面積和形狀與壓力室中具體試驗試樣的斷面面積和形狀相同。

上述試樣底座的斷面面積和形狀與壓力室中具體試驗試樣的斷面面積和形狀相同。

上述的活塞上滑套n層活塞套筒構成n種活塞組合件，n為自然數1、2…n，內層活塞套筒與活塞滑配，相鄰活塞套筒之間相互滑配，外層活塞套筒與壓力罩頂蓋中心孔滑配；內層活塞套筒與活塞之間、相鄰活塞套筒之間、以及外層活塞套筒與壓力罩頂蓋之間，分別通過一個徑向插銷實現軸向定位連接；每一種活塞組合件的斷面面積和形狀分別各與一種壓力室中具體試驗試樣的斷面面積和形狀相同。

上述的試樣底座上滑套n層底座套筒構成n種底座組合件，n為自然數1、2…n，所有底座套筒的上頂面與試樣底座的上端面齊平；每一種試樣底座組合件的斷面面積與形狀分別各與一種壓力室具體試驗試樣的斷面面積和形狀相同。

本發明與現有技術相比較，具有如下顯而易見的突出實質性特點和顯著的優點：1、本發明的三軸儀壓力室中的活塞或者活塞組合件的斷面面積和形狀與試樣的斷面面積和形狀相同，得到側限條件和靜止土壓力系數K0(試樣的水平有效應力與豎向有效應力之比)的原理簡單，容易實現，并完全滿足理論上的定義。由于壓力室內的水的體積不變，且與土體相比，認為水不可壓縮，活塞或者活塞組合件壓入壓力室內的體積也就等于試樣體積的改變量，于是試樣體應變可以表示為：