[發明專利]一種高精度微型扁鏟側脹儀

有效

• 申請號: 201611039037.0
• 申請日: 2016-11-21
• 公開（公告）號: CN106702998B
• 公開（公告）日: 2018-08-17
• 發明（設計）人: 段偉;蔡國軍;劉松玉;鄒海峰
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: E02D1/02
• 分類號: E02D1/02
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 張耀文

本發明公布了一種高精度微型扁鏟側脹儀，該裝置由兩部分組成，分別為設置于扁鏟板上接近鏟尖端的第一腔室和遠離鏟尖端的第二腔室；第一腔室從上到下順序為帶螺栓的蓋板，位移傳感器，O型密封圈，活塞，波形彈簧，O型密封圈；第二腔室從上到下順序為帶螺栓的蓋板，壓力傳感器，O型密封圈；扁鏟板下面為螺母。該基于3D打印技術的高精度扁鏟側脹儀，具有原位、多功能，可視化，自動化，自能化等特點，使得測試方便、連續、快速、準確、經濟，不僅能夠評估土體的非線性特性，同時推動了3D打印技術在巖土工程試驗設備的發展，為巖土工程設計提供快捷有效的測試參數。

技術領域

本發明屬于巖土工程測試領域，特別涉及一種應用3D打印技術的高精度扁鏟側脹儀，屬于巖土工程領域中一種能夠運用3D打印技術的可視化的高精度自動化的原位測試裝置。

背景技術

扁鏟側脹技術是上世紀70年代Marchetti教授提出的原位測試方法，是指利用靜力或錘擊動力將一扁平鏟形探頭貫入試驗土層后，利用氣壓使扁鏟探頭上的鋼膜片側向膨脹一定的距離，測取其氣壓值，根據測得的氣壓與變形關系，獲取地基土的參數，如土的超過結比OCR、土的不排水抗剪強度、土的固結系數等。國際上已廣泛應用扁鏟側脹試驗，并取得良好效果。我國引進扁鏟側脹試驗后也迅速推廣，但是，傳統的扁鏟側脹試驗中手動控制液壓氣缸系統來推動鋼膜，鋼膜的位移是通過測量氣壓的體積變化來間接確定的，這將帶來一些潛在的誤差，再加上傳統的扁鏟側脹儀僅能測取三個讀數：鋼膜向外膨脹為0.05mm與1.1mm的時的膨脹壓力，以及最終卸壓鋼膜回縮到0.05mm時的膨脹壓力。只能提供有限的應力應變曲線對于給定深度，對低應力時的數據點只能假定為線性應力應變路徑，很難獲得非線性壓力位移關系，然而已有大量研究成果證明，土體即使在低應力應變情況下，其特征也是非線性的，這樣測量誤差會更大，不能真實連續地反映土體的特性。

近幾年隨著科學技術的迅速發展，傳感器技術的加速發展，新的扁鏟側脹技術也出現，再加上3D打印技術的日趨成熟，應用領域越來越廣泛，使得制造更加智能，實現了直接面向產品制造，軟件的集成化，3D打印技術是以數字模型文件為基礎，運用粉末狀金屬或塑料等可黏合材料，通過連續的物理層疊加，逐層增加材料來生成三維實體的技術。雖然3D打印技術在許多領域已經有許多突破性的應用，但是在巖土試驗領域中應用很少。

本發明基于常規的扁鏟側脹試驗，提出了一種具有原位、多功能、自動化、智能化等特點的3D打印技術的高精度微型扁鏟側脹儀，使得測量效率高、結果準確，為巖土工程勘測設計提供快捷有效的測試參數。

發明內容

技術問題：本發明要解決的技術問題是針對傳統扁鏟側脹試驗其設備測量誤差大，耗時長，智能程度低，功能單一等問題，提出一種具有原位、多功能、自動化、智能化等特點的3D打印技術的高精度微型扁鏟側脹儀。利用該測試裝置能夠快速有效地測定地基土工程力學特性，并且測量效率高、測試結果準確。

技術方案：一種高精度微型扁鏟側脹儀，包括扁鏟板、設置于扁鏟板上接近鏟尖端的第一腔室和遠離鏟尖端的第二腔室，第一腔室和第二腔室之間的扁鏟板壁上設置有能夠穿過信號傳輸線和高壓空氣的過孔；所述第一腔室為自上而下的鏤空腔室，底部徑向延伸有凸臺；所述第二腔室為底部封閉的中空腔室，第二腔室底部設置有壓力傳感器，頂部通過帶螺栓的第一蓋板密封；

所述第一腔室內設置有位移傳感器、活塞和波形彈簧，所述活塞由上方的大直徑環和下方的小直徑杯狀體一體化制造而成，所述上方的大直徑環上邊緣開設有連接過孔的通孔，能夠連通信號傳輸線和高壓空氣至活塞內側，所述小直徑杯狀體內側固定位移傳感器，小直徑杯狀體外側套設波形彈簧，所述波形彈簧一端與大直徑環接觸、一端放置于凸臺上；第一腔室頂部通過帶螺栓的第二蓋板密封，密封后，小直徑杯狀體的底面與第一腔室底部齊平；

所述位移傳感器的信號傳輸線穿過過孔與第一腔室內壓力傳感器的信號傳輸線一起輸送至外部。

進一步的，所述帶螺栓的第一蓋板和帶螺栓的第二蓋板中的螺栓均自蓋板上穿過，并穿透扁鏟板，至扁鏟板底部通過螺母固定。