專利名稱：大型三軸流變試驗儀壓力提供裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及大型三軸流變試驗儀，特別涉及大型三軸流變試驗儀的 試驗壓力提供裝置。
背景技術：
粗粒土填料在工程中應用非常廣泛，粗粒土流變性質(zhì)研究越來越備受關 注，粗粒土大型三軸流變試驗顯得越來越重要。目前粗粒土大型三軸流變 試驗儀存在如下不足①軸向壓力和圍壓力持荷時間不夠長，不能滿足進 行長時間流變試驗的需要；②軸向壓力和圍壓力的持荷穩(wěn)定性不良，試驗 中存在較大的荷載鋸齒波，不能滿足大型三軸流變試驗穩(wěn)定性的需要。軸 向壓力和圍壓力的長時間穩(wěn)定是大型三軸流變試驗的關鍵因素，它們直接 影響了大型三軸流變試驗精度和試驗儀的造價。現(xiàn)有的粗粒土大型三軸流 變試驗儀不能很好滿足粗粒土流變試驗軸向壓力和圍壓力的長時間穩(wěn)定的 要求。
實用新型內(nèi)容
本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有大型三軸流變試驗儀加壓裝置存在持 久性不夠和穩(wěn)定性差的問題，提供一種穩(wěn)定性高、結構簡單、使用方便的 大型三軸流變試驗儀試驗壓力提供裝置。
大型三軸流變試驗儀壓力提供裝置包括軸向壓力提供裝置和圍壓力提 供裝置。本實用新型采用氣液平衡壓力為實驗軸向壓力，高壓氣源通過減 壓閥連接到蓄能器，蓄能器內(nèi)灌有液壓油，通過蓄能器調(diào)節(jié)裝置調(diào)節(jié)，將 穩(wěn)定的油壓力輸送給壓力室底座油泵，油泵頂升推動壓力室底座上升，向 所述試驗儀施加軸向應力；圍壓力提供裝置包括供水管向水壓主管提供 水源，水壓主管連接多個支路次管，多個支路次管分別在距離土樣中心與 所需圍壓力相對應的高處與水壓主管連接，每個支路次管設置水閥，水壓 主管下端與圍壓水箱連接，圍壓水箱與壓力室連接，向流變試驗儀提供圍 壓。
為了增加了輸出壓力的穩(wěn)定性，本發(fā)明中，可以設置為兩路并聯(lián)輸出同 時提供軸向壓力。支路次管最好設置為4個，4個支路次管分別在距離土樣中心5m、 lOm、 15m和20m高處與水壓主管連接。4個支路次管的另一端通入地下集水池， 實現(xiàn)水的回收和循環(huán)利用。
本實用型具有如下優(yōu)點和積極效果①充分考慮了道路工程領域中粗粒 土路堤填料所處的應力特點，增加了大型三軸流邊試驗中軸向壓力和圍壓 力的穩(wěn)定性；②圍壓采用水柱自重壓力提供，精確、方便地分級輸出試驗 圍壓，并且干凈衛(wèi)生，大大降低了研制成本。③軸壓力和圍壓力提供裝置 功能單一，結構簡單緊湊，試驗操作方便，輸出的試驗軸壓力和試驗圍壓 長期穩(wěn)定，不受斷電的影響，具有良好的穩(wěn)定fe。④軸壓和圍壓提供裝置 構件方便更換，方便進行二次開發(fā)。
圖l是軸向壓力提供裝置技術原理圖； 圖2是軸向壓力提供裝置結構圖； 圖3是圍壓力提供裝置結構圖； 圖4是本實用新型研制的GSRT流變儀結構圖具體實施方式
如圖1和圖2所示，建立三軸流變試驗儀的軸向壓力提供裝置。以氮氣 作為高壓氣源(l)，高壓氣源(1)通過減壓閥(3)連接儲能器(8)，高壓氣源 (1)上設置氣瓶壓力表(2)。儲能器(8)為皮囊式儲能器，儲能器(8)上設置 升壓閥(4)和降壓閥(5)，抗磨液壓油(6)通過進油閥(7)充入儲能器(8)，儲 能器(8)上設置壓力表(9)、油壓輸出閥(10)和余油輸出閥(11)。
為了增加了輸出壓力的穩(wěn)定性，按圖2所示設置兩路輸出并聯(lián)同時提供 軸向壓力。
試驗前檢查氣瓶壓力表(2)的壓力值，看看高壓氣源(l)是否充足。關閉 余油輸出閥(ll)，打開油壓輸出閥(IO)，打開進油閥(7)讓抗磨液壓油(6) 充入儲能器(8),當充入一半容積的液壓油后關閉進油閥(7)和油壓輸出閥 (10)，讓軸壓油路充滿液壓油。然后，關閉降壓閥(5)，微微打開減壓閥(3) 讓高壓氣體壓力適當減小后通過升壓閥(4)進入儲能器(8)。微微調(diào)節(jié)降壓 閥(5),觀察儲能器壓力表(9)，使儲能器液壓油壓力達到試驗需要的壓力， 穩(wěn)定后關閉降壓閥(5)。最后打開油壓輸出閥(IO)，向壓力室(12)底座油路 輸入穩(wěn)定的油壓力。液壓油輸送給壓力室底座(13)的油泵，油泵頂升推動 壓力室底座(13)上升，從而給土樣(14)施加軸向應力，完成軸向壓力加載試驗過程中，通過調(diào)節(jié)升壓閥(4)補償儲能器(8)壓力損失，保證流變試 驗過程中軸向壓力的穩(wěn)定，穩(wěn)壓誤差^%。試驗結束后，關閉減壓閥(3)和 升壓閥(4)，打開降壓閥(5)釋放儲能器(8)內(nèi)的氣體，關閉油壓輸出闊(IO)， 打開余油輸出閥(ll)回收液壓油，壓力室底座(13)油壓消散，壓力室底座(13) 下降。
大部分填土路堤高度小于30m，填料的圍壓一般小于200kPa，圍壓裝置 充分考慮了道路工程中路基填料的應力特點。依據(jù)粗粒土路堤填料所處圍 壓大小，只要形成20m最高水柱即可滿足道路工程領域多數(shù)路堤填料流變 試驗圍壓要求。
如圖3和圖4所示，建立三軸流變試驗儀的圍壓提供裝置。圍壓提供裝 置由PVC水壓主管形成水柱，釆用循環(huán)管路控制的水柱水壓力，通過調(diào)節(jié) 水柱高度來調(diào)節(jié)圍壓的大小。水壓主管接PVC次管，次管分4個支路，與 主管接口分別位于距離土樣中心5m、 10m、 15m和20m高度處，從而與50kPa、 100kPa、 150kPa和200kPa分級的圍壓力對應。
在試驗樓頂面安裝供水管(18),供水管(18)通過水壓主管進水閥(17)向 水壓主管(19)提供水源。同時為了防止自來水停水，在供水管(18)上端通 過蓄水池進水閥(16)連接一個蓄水池(15)，以便在停水期間還能向壓力水 柱提供水源補充。水壓主管(19)連接4個支路次管，分別為20m管(20)、 15m管(21)、 10ra管(22)和5m管(23)， 4個支路次管分別在距離土樣中心 20m、 15m、 10m和5m高處與水壓主管(19)連接，每個支路次管設置水閥(20m 閥(24)、 15m閥(25)、 10m閥(26)和05m閥(27))用于調(diào)節(jié)水柱高度，從而 提供穩(wěn)定圍壓力。水壓主管(19)下端與圍壓水箱(29)連接，圍壓水箱(29) 上設置圍壓表(28),以便觀測水壓變化，及時補充損失的水頭高度，水箱 的中心高度與壓力室土樣中心高度相同。圍壓水箱(29)通過圍壓輸入閥(30) 與壓力室(12)連接，向流變試驗儀提供圍壓。
流變試驗前，關閉圍壓輸入閥(30)和水壓主管進水閥(17),打開蓄水池 進水閥(16)，通過供水管(18)給蓄水池(15)儲滿水備用。關閉20m閥(24)、 15m閥(25)、 10m閥(26)和5m閥(27)。流變試驗時，打開水壓主管進水閥 (17)，關閉蓄水池進水閥(16)，由供水管(18)給水壓主管(19)供水，4個支 路次管20m管(20)、 15m管(21)、 10m管(22)和5m管(23)同時充水。打開 對應試驗圍壓等效高度的水閥20m閥(24)、 15m閥(25)、 10m閥(26) 、 05m 閥(27)中的一個，觀察圍壓儲水箱(29)連接的圍壓表(28)，圍壓穩(wěn)定后，打開圍壓輸入閥(30)給試驗土樣壓力室(12)施加圍壓，到此完成圍壓加載。
試驗過程中，為了防止水份蒸發(fā)而使水頭降低導致圍壓力減小，關閉供 水閥(31)，微微打開蓄水池進水閥(16)和水壓主管進水閥(17)，保持細微 水滴流滴入水壓主管(19)，這樣就保證了水柱壓力的長時間穩(wěn)定。
試驗結束后，關閉供水閥(31)、蓄水池進水閥(16)和水壓主管進水閥 (17)，打開圍壓輸入閥(30)、 20m閥(24)、 15m閥(25)、 10m閥(26)和5m閥 (27)，排干各管積水，完成卸載步驟。水源室內(nèi)同時設計地下集水池(32) 和水泵(33)，各個支路次管的排水端通入地下集水池(32)，多余的水從 支路次管流出排入地下集水池(32)，通過水泵(33)和循環(huán)管路及時將水 回收到水源，進行重復利用。
采用本實用型研制的GSRT粗粒土大型三軸流變試驗儀，對湖南某高速 公路K20+240里程高填路堤中的紅砂巖粗粒土路堤填料進行了三軸流變試 驗研究，GSRT流變試驗儀總體結構見附圖4，分為軸壓部分A、壓力室部 分B和圍壓部分C。 GSRT粗粒土三軸流變試驗儀主要結構參數(shù)為①軸向 壓力系統(tǒng)能提供3.0MPa的最大軸向壓力，軸向壓力采用無級調(diào)壓。軸向 壓力能長時間穩(wěn)定，可以達到3000h穩(wěn)壓持荷時間，穩(wěn)壓誤差±1%以內(nèi)。
圍壓力系統(tǒng)圍壓分級提供，設計分為50kPa、 100kPa、 150kPa、 200kPa。 圍壓力能長時間穩(wěn)定，可以達到10000h以上穩(wěn)壓持荷時間，穩(wěn)壓誤差±0.5% 以內(nèi)。應用結果表明效果良好。
權利要求1. 一種大型三軸流變試驗儀壓力提供裝置，其特征在于高壓氣源通過減壓閥連接到蓄能器，蓄能器內(nèi)灌有液壓油，通過蓄能器調(diào)節(jié)裝置調(diào)節(jié)，將穩(wěn)定的油壓力輸送給壓力室底座油泵，油泵頂升推動壓力室底座上升，向所述試驗儀施加軸向應力；供水管向水壓主管提供水源，多個支路次管分別在距離土樣中心與所需圍壓力相對應的高處與水壓主管連接，每個支路次管設置水閥，水壓主管下端與圍壓水箱連接，圍壓水箱與壓力室連接，向流變試驗儀提供圍壓。
2. 如權利要求1所述的裝置，其特征在于所述軸向壓力包括兩路并聯(lián)輸出。
3. 如權利要求l所述的裝置，其特征在于所述支路次管為4個，分別在距 離土樣中心5m、 10m、 15m和20m高處的高處與所述水壓主管連接。
4. 如權利要求1 3所述之一的裝置，其特征在于設置集水池，所述支路 次管的排水端通入集水池。
專利摘要一種大型三軸流變試驗儀壓力提供裝置，高壓氣源通過減壓閥連接到蓄能器，通過蓄能器調(diào)節(jié)裝置調(diào)節(jié)，將穩(wěn)定的油壓力輸送給壓力室，向試驗儀施加軸向應力；供水管向水壓主管提供水源，多個支路次管分別在距離土樣中心與所需圍壓力相對應的高處與水壓主管連接，每個支路次管設置水閥，水壓主管下端通過圍壓水箱與壓力室連接，向試驗儀提供圍壓。本實用新型解決了現(xiàn)有軸流變試驗儀加壓裝置存在持久性和穩(wěn)定性差的問題，輸出的試驗軸壓力和試驗圍壓長期穩(wěn)定，不受斷電的影響，且結構簡單、使用方便。
文檔編號G01N33/00GK201259498SQ20082005322
公開日2009年6月17日 申請日期2008年5月22日 優(yōu)先權日2008年5月22日
發(fā)明者韜 張, 張家生, 暄 王, 陳曉斌 申請人:中南大學