[發(fā)明專利]一種土工三軸壓縮實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410750710.6
• 申請(qǐng)日: 2014-12-10
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104715668A
• 公開(kāi)（公告）日: 2015-06-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉龍武;梁斌;田舉;李蓬喜
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 長(zhǎng)沙理工大學(xué);劉龍武
• 主分類號(hào): G09B25/02
• 分類號(hào): G09B25/02;G01N3/24
• 代理公司: 無(wú)
• 代理人: 無(wú)

技術(shù)領(lǐng)域

??本發(fā)明涉及到一種三軸壓縮試驗(yàn)儀器，特別是涉及到一種土工三軸壓縮實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)。

背景技術(shù)

土工三軸壓縮儀是一種用于測(cè)定土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的土工試驗(yàn)設(shè)備。在巖土工程學(xué)術(shù)研究領(lǐng)域，土工三軸壓縮儀正在向液壓伺服、全自動(dòng)控制、真三軸、非飽和三軸等高精、自動(dòng)控制的方向發(fā)展。然而，在我國(guó)的各類高等學(xué)校的土工教學(xué)實(shí)驗(yàn)室和絕大多數(shù)土木類勘察、設(shè)計(jì)與施工單位的土工試驗(yàn)室中，目前依然主要使用的是常規(guī)的應(yīng)變控制式三軸儀或者微機(jī)控制的應(yīng)變控制式三軸壓縮儀。

應(yīng)變控制式三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(cè)試系統(tǒng)各種管線，在軸向壓力采用液壓控制時(shí)則還有軸向位移控制及測(cè)試系統(tǒng)，這使得土工三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(shí)間的教學(xué)和實(shí)驗(yàn)過(guò)程中掌握三軸壓縮實(shí)驗(yàn)的原理，也由于三軸壓縮儀儀器的復(fù)雜性，許多在施工單位的土工試驗(yàn)室工作的土工試驗(yàn)員也不懂土工三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，雖配備有三軸壓縮儀，卻無(wú)熟悉開(kāi)展相關(guān)試驗(yàn)的土工試驗(yàn)人員，阻礙了三軸壓縮儀在基層工程單位的應(yīng)用。為此，市場(chǎng)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(jiǎn)化三軸儀，但由于該類儀器均為應(yīng)變控制式三軸壓縮儀，且依然依靠空壓機(jī)施加周圍壓力，同樣會(huì)造成操作、維修的難度，限制了該類簡(jiǎn)化儀器的應(yīng)用。

目前，我國(guó)設(shè)有土木專業(yè)的高等學(xué)校按教學(xué)大綱要求都必須開(kāi)設(shè)配合土力學(xué)課程教學(xué)的用于測(cè)定土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的直接剪切實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。三軸壓縮實(shí)驗(yàn)比直接剪切實(shí)驗(yàn)?zāi)芨玫目刂圃嚇拥呐潘畻l件及試樣受力情況與工程實(shí)際更接近，因此，測(cè)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(guò)三軸壓縮實(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(duì)土力學(xué)的認(rèn)識(shí)和理解。但由于現(xiàn)有市場(chǎng)中的三軸儀儀器的管線復(fù)雜，且用現(xiàn)有三軸儀學(xué)生很難在兩個(gè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)課時(shí)內(nèi)完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)，加之三軸儀價(jià)格昂貴，學(xué)校往往受教學(xué)經(jīng)費(fèi)限制，無(wú)法配備足夠的儀器數(shù)量，這使得我國(guó)高校開(kāi)設(shè)的土工實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目中，三軸壓縮實(shí)驗(yàn)在本科階段只作為觀摩演示性的實(shí)驗(yàn)，只有巖土類學(xué)生在研究生階段的教學(xué)才能開(kāi)設(shè)三軸壓縮實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。因此，開(kāi)發(fā)出一種廉價(jià)的適于高等學(xué)校的土工教學(xué)實(shí)驗(yàn)室教學(xué)需要的三軸壓縮實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)，將為促進(jìn)高校土工實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供更好的設(shè)備基礎(chǔ)，也是我國(guó)高校土工實(shí)驗(yàn)教學(xué)人員急需解決的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是通過(guò)對(duì)現(xiàn)有土工三軸壓縮儀加載系統(tǒng)的改進(jìn)和簡(jiǎn)化，開(kāi)發(fā)出一種原理直觀、操作簡(jiǎn)易、性能穩(wěn)定、易于維修、造價(jià)低廉、易于集約化安裝、適于土工試驗(yàn)教學(xué)的應(yīng)力控制式土工三軸壓縮儀。

本發(fā)明取消了三軸壓縮儀的面板，采用簡(jiǎn)化三軸壓縮儀部分（1）。所述簡(jiǎn)化三軸壓縮儀部分（2）是由置入三軸儀底座（16）上的周圍壓力室（17）和安裝在固定于底座（16）上部的三軸儀支架（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(cè)試百分表（22）、軸向壓力測(cè)試表（23）、周圍壓力測(cè)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(jiǎn)化三軸壓縮儀不考慮反壓飽和，并取消了三軸壓縮儀的面板，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(cè)量從支架下部中心引出（31），做到三種測(cè)試管線互相分開(kāi)，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，這使得三軸壓縮儀的原理變得十分直觀，儀器構(gòu)造也更為簡(jiǎn)單，便于集約化安裝，也便于教師講解、初學(xué)者操作和對(duì)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(gè)加載系統(tǒng)（2）均分別由單個(gè)手動(dòng)懸掛升降裝置和單個(gè)水銀柱壓力系統(tǒng)組成，所述單個(gè)手動(dòng)懸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(gè)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。這實(shí)際是借助連通器的原理通過(guò)水銀拄高度的增加產(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土樣的四周，這一加載系統(tǒng)簡(jiǎn)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；