[發明專利]一種土工三軸試驗試樣徑向變形傳感器及測試方法

在審

• 申請號: 201611137913.3
• 申請日: 2016-12-12
• 公開（公告）號: CN106595467A
• 公開（公告）日: 2017-04-26
• 發明（設計）人: 閆穆涵;田爽;孔祥勛;唐亮;凌賢長;蔡德鉤
• 申請（專利權）人: 唐亮;凌賢長
• 主分類號: G01B7/16
• 分類號: G01B7/16;G01N3/06
• 代理公司: 哈爾濱龍科專利代理有限公司23206
• 代理人: 高媛

技術領域

本發明涉及一種圓柱體試件徑向變形傳感器及測試方法，尤其涉及一種高壓三軸試驗中非飽和巖土試樣徑向變形測試的裝置及測試方法。

背景技術

三軸試驗是土力學中的重要試驗，其試驗原理是把一個圓柱形土樣放到密閉的壓力室內，通過施加各向均等的周圍壓力和軸向的偏差應力來模擬土體的實際受力情況，以此為根據研究土的強度和應力應變關系。主要步驟為：將乳膠膜套在圓柱體巖土試樣外，放置于密封的壓力室內；乳膠膜下端綁扎在底座上，上端綁扎在試樣帽上，使試樣內的孔隙水與壓力室內的水完全隔開，孔隙水通過試樣下端或上端的透水石與排水管連通；將壓力室內充滿水并對其加壓，使試件固結，圍壓在整個試驗過程中保持不變；通過傳力桿對試件施加豎向壓力，并逐漸增大，直至試件剪切破壞。

常規的三軸試驗根據試樣排出的孔隙水的體積推算徑向變形。這種方法要求土樣完全飽和，不僅費時費力，通常也難以做到，最重要的是無法適用于非飽和試件。后來有學者使用局部位移傳感器測量局部應變，但這種方法難以適應大變形，測量到的點有限，且在充滿水的壓力室內操作困難。近年來出現的數字照像測量技術為土工三軸試驗提供了更加合理和準確的變形測量手段，這種方法精度高，不再受到土樣飽和條件的限制，可以直接測量非飽和土樣的變形。但這種方法要求壓力室必須是透明的，用于常規土工三軸試驗是可以的，但在高壓三軸試驗中應用受限。

發明內容

本發明針對現有三軸試驗測試技術中存在的問題，設計了一種土工三軸試驗試樣徑向變形傳感器及測試方法，可實現三軸試驗非飽和試樣徑向變形的監測，具有結構簡單、制作簡單、可批量生產、成本低的優點。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

一種土工三軸試驗試樣徑向變形傳感器，包括帶開口的環狀卡簧和應變片，所述環狀卡簧的環向長度小于圓柱狀巖土試樣周長，在環狀卡簧外側沿環向均勻布置三個應變片。

一種利用上述土工三軸試驗試樣徑向變形傳感器測試三軸試驗試樣徑向變形的方法，包括如下步驟：

一、將環狀卡簧套在圓柱狀巖土試樣外側，保證傳感器水平；

二、將應變片引線與數采儀相連接，對巖土試件進行加載，實時采集應變片的電阻值，反推巖土試樣的徑向變形值。

工作原理：

在三軸試驗的巖土試樣外側套上環狀卡簧，當試件發生變形時，環狀卡簧隨之變形，粘在環狀卡簧上的應變片的電阻值發生變化，通過標定可根據電阻值的變化反推試樣在徑向的變形值。環狀卡簧具有適宜的剛度，不會影響試件的側向變形，且環狀卡簧具有很好的彈性，能夠反復彎折，可以多次使用和進行動三軸試驗的測試。每個環狀卡簧上均勻布置三個應變片，取其均值以降低偶然因素的影響，在同一個試件的中部布置兩個傳感器，進一步降低測試結果的離散性。

本發明的土工三軸試驗試樣徑向變形傳感器可實現三軸試驗試樣徑向變形的監測，主要優點如下：

1、結構簡單，制作簡單，可批量生產，成本低。

2、對三軸試驗裝置沒有改動，且傳感器不會影響到試驗效果，沒有其附加條件，可實現高壓下的三軸試驗非飽和試樣徑向變形測試。

3、環狀卡簧在不同位置可實現對試樣徑向變形的分布測試。

附圖說明

圖1是土工三軸試驗試樣徑向變形傳感器的結構圖；

圖2是土工三軸試驗試樣徑向變形傳感器的布置圖；

圖3是應變片的結構圖；

圖中，1：環狀卡簧，2：開口，3：應變片，3-1：第一應變片，3-2：第二應變片，3-3：第三應變片，3-4：第四應變片，3-5：第五應變片，3-6：第六應變片，4：巖土試樣，5-傳感器I，6-傳感器II，7：引線，8：基片，9：電阻絲，10：覆蓋層。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明的技術方案作進一步的說明，但并不局限于此，凡是對本發明技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發明技術方案的精神和范圍，均應涵蓋在本發明的保護范圍中。