專利名稱：一種非飽和土體積變形測量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及非飽和土力學(xué)變形測量技術(shù)領(lǐng)域，更具體涉及非飽和土體積變形 測量，其適用于非飽和土三軸試驗(yàn)中的體積變形量測。
背景技術(shù)：
自然界中的土體是由土顆粒和顆粒間的孔隙組成的，工程中所遇到的土體，大多 數(shù)以非飽和土形態(tài)存在，即孔隙間既含有液體，又含有氣體。目前，常用三軸試驗(yàn)來確定非 飽和土力學(xué)性質(zhì)，非飽和土三軸試驗(yàn)中的體積變形測量有如下幾種方法1、通過測量壓力 室內(nèi)液體體積的變化推斷試樣體積的變化；2、通過將非飽和土體中排出的氣體與液體分別 獨(dú)立測量體積后推斷試樣體積的變化；3、將局部變形量測裝置附加在試樣上估測體積變 形；4、基于激光或圖形處理技術(shù)觀測試樣體積變形。但上述方法分別存在的主要問題是 方法1的壓力室結(jié)構(gòu)復(fù)雜，往往采用雙壓力室；方法2需要分別加設(shè)測量孔隙氣壓力和水壓 力的裝置，但其易受外界大氣壓和溫度的影響。方法3的局部變形裝置由于箍在試樣上，對 試樣形成了約束，限制了其側(cè)向變形。方法4造價(jià)昂貴，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，推廣有一定困難。為此，在非飽和土三軸試驗(yàn)中應(yīng)充分考慮上述問題，開發(fā)一種簡便的體積量測方 式就十分必要了。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提出一種針對在非飽和土三軸試驗(yàn)中，根據(jù)非飽和土的試樣 變形規(guī)律來測量其體積變形的結(jié)構(gòu)相對比較簡單、造價(jià)相對較低的一種非飽和土體積變形 測量裝置的原理性技術(shù)方案。本實(shí)用新型是這樣實(shí)現(xiàn)的，機(jī)構(gòu)中包括變形鋼片、連接鋼片、應(yīng)變片、頂桿，直線導(dǎo) 套、固定框架和與應(yīng)變片連接的外部數(shù)據(jù)記錄儀，其特征在于固定框架是在四個(gè)圓柱形鋼 柱的長度方向?qū)?yīng)于三組給定測量高度的位置處同軸分別固定裝有三個(gè)圓環(huán)形圈箍，在每 個(gè)圈箍的圓周上制有四個(gè)對稱分布的凸臺，在凸臺的中心部位制有方向沿圈箍徑向的通孔 中，固定裝入其中部制有通孔的圓柱形的直線導(dǎo)套，在各通孔中，預(yù)置有兩端為半球形的圓 柱形頂桿，在每個(gè)圈箍的圓周上通孔的一側(cè)制有帶盲孔的凸臺，在凸臺的盲孔中固定裝有 連接鋼片，在各連接鋼片的上端固定裝有其長度方向朝向直線導(dǎo)套的變形鋼片，變形鋼片 的內(nèi)側(cè)底面與直線導(dǎo)套中的通孔垂直，在變形鋼片凹口的底部粘貼有應(yīng)變片，鋼柱的下端 固定安裝在圓盤形承臺上。所述的直線導(dǎo)套通過止付螺絲將其固定在凸臺上，連接鋼片的下端，通過止付螺 絲固定在凸臺的盲孔中。所述的變形鋼片的長度大于連接鋼片與直線導(dǎo)套兩外側(cè)之間平行距離。所述的剛柱下端外側(cè)，固定裝有其軸向制有的通孔與鋼柱軸向平行的圓柱形或矩 形固定腳，并通過螺釘和圓盤形承臺上對應(yīng)制有的沿其軸向的螺孔，將固定框架固定在承 臺的上平面靠近外邊緣處的與圈箍同軸的圓周上。[0009]所述的變形剛片在凹口處的厚度為0.5mm，凹口的大小尺寸與應(yīng)變片的大小尺寸
相對應(yīng)。所述的頂桿的長度大于變形鋼片的內(nèi)邊緣至試樣外表面的距離2mm。具體工作時(shí)，將試樣放置在承臺的中心部位，當(dāng)試樣變形時(shí)，通過頂桿的運(yùn)動將位 移數(shù)據(jù)傳至變形鋼片上，使變形鋼片隨著發(fā)生變形，從而導(dǎo)致應(yīng)變片的變形，這樣，就可以 通過外部數(shù)據(jù)記錄儀檢測到需要的數(shù)據(jù)，并通過已經(jīng)標(biāo)定的變形鋼片的變形量得到需要的 數(shù)據(jù)。由于非飽和土試樣變形后大多呈鼓型，根據(jù)此規(guī) 律配合軸向變形的數(shù)據(jù)通過積分公 式則可確定試樣的體積變形。通過以上技術(shù)方案，使得試樣的體積變形可以通過變形鋼片變形后由應(yīng)變片間接 測得，而且，本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)低廉，占用空間小，可以使試樣自由變形，量測范圍 大，能全過程的監(jiān)測試樣的體積變形，可以較好的達(dá)到非飽和土體積變形測量的目的。

本實(shí)用新型有6個(gè)附圖，其中
圖1為一種非飽和土體積變形測量裝置的平面示意圖， 圖2為固定框架的立面示意圖， 圖3為變形鋼片的平面示意圖， 圖4為變形鋼片的側(cè)面示意圖， 圖5為凸臺與直線導(dǎo)套的示意圖， 圖6為試驗(yàn)過程中某時(shí)刻試樣變形及測點(diǎn)分布示意圖。在圖1-圖5中1、變形鋼片，2、連接鋼片，3、螺釘，4、凸臺，5、止付螺絲，6、應(yīng)變片， 7、直線導(dǎo)套，8、凸臺，9、固定框架，10、固定腳，11、鋼柱，12、試樣，13、止付螺絲，14、通孔， 15、頂桿，16、圈箍，17、承臺，18、螺釘，19、盲孔，20、通孔。在圖6中H為試樣12的高度，H/T為靠近承臺17處的測量點(diǎn)的高度，H/S為接近 試樣12中部處的測量點(diǎn)的高度，H/R為接近試樣12上部處的測量點(diǎn)的高度，數(shù)字1-12為 各測量點(diǎn)的分布位置，χ為橫坐標(biāo)標(biāo)記，y為縱坐標(biāo)標(biāo)記。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖的實(shí)施例，對本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說明。在圖1-圖5中，機(jī)構(gòu)中包括變形鋼片1、連接鋼片2、應(yīng)變片6、直線導(dǎo)套7、固定框 架9、與應(yīng)變片6連接的外部數(shù)據(jù)記錄儀，其特征在于固定框架9是在四個(gè)圓柱形鋼柱11 的長度方向?qū)?yīng)于三組給定測量高度的位置處同軸分別固定裝有三個(gè)圓環(huán)形圈箍16而組 成，一般可以通過焊接的方法將鋼柱11與圈箍16固定在一起，上面所指的給定測量高度的 位置應(yīng)當(dāng)對應(yīng)于試樣2高度H的1/R、1/S、1/T倍處。在每個(gè)圈箍16的圓周上制有的四個(gè) 對稱分布的且方向沿其徑向的凸臺8，在凸臺8的中心部位制有方向沿圈箍16徑向通孔20 中，裝入其中部制有通孔14的圓柱形的直線導(dǎo)套7，并通過止付螺絲13將其固定在凸臺8 上，然后在各通孔14中，預(yù)置有兩端為半球形的圓柱形頂桿15，在每個(gè)圈箍16的圓周上通 孔20的一側(cè)對稱制有四個(gè)其內(nèi)制有盲孔19的凸臺4，在所述凸臺4的盲孔19中裝有通過 止付螺絲5固定的連接鋼片2的下端，在各連接鋼片2的上端通過螺釘3固定裝有其長度方向朝向直線導(dǎo)套7且與直線導(dǎo)套7中的所述通孔垂直的并在靠近連接鋼片2 —端處制有 開口向外側(cè)的底面方向與圈箍16軸向平行的凹口的矩形變形鋼片1，在所述凹口的底部， 粘貼有應(yīng)變片6，變形鋼片1的長度大于連接鋼片2與直線導(dǎo)套7之間平行距離，在鋼柱11 的下端一側(cè)，固定裝有其軸向制有的通孔與鋼柱11軸向平行的矩形固定腳10，并通過螺釘 18將固定框架9固定在圓盤形承臺17的上平面靠近外邊緣處的與圈箍16同軸的圓周上。變形剛片1在凹口處的厚度為0. 5mm左右，凹口的大小尺寸與應(yīng)變片6的大小尺 寸相對應(yīng)。頂桿15的長度大于變形鋼片1的內(nèi)邊緣至試樣12外表面的距離2mm左右。變形鋼片1采用40CrNiMoA合金鋼材料，在850°C淬火；應(yīng)變片6使用金屬箔狀電 阻應(yīng)變片；其他材料采用不銹鋼。本實(shí)用新型一種非飽和土體積變形測量裝置具體使用按下列步驟進(jìn)行1、第一次使用時(shí)，對已經(jīng)粘貼好應(yīng)變片6的每個(gè)變形鋼片1進(jìn)行標(biāo)定，得到變形鋼 片1的變形值與頂桿15位移之間的關(guān)系的標(biāo)定曲線。2、在本實(shí)用新型內(nèi)裝入試樣12后，將固定框架9通過螺釘18固定于承臺17。3、將直線導(dǎo)套7卡入固定框架9的凸臺8中，并用止付螺絲13固定。將頂桿15 的一端拉至試樣12表面。4、將連接鋼片2卡入固定框架9的凸臺4中，并用止付螺絲5固定。將變形鋼片1 通過螺釘3固定在連接鋼片2上。由于頂桿15的長度大于變形鋼片1的內(nèi)邊緣至試樣外 表面的距離2mm左右，變形鋼片1本身在實(shí)驗(yàn)前處于變形狀態(tài)，保證其已通過直線導(dǎo)套7和 試樣12接觸。5、實(shí)驗(yàn)過程中試樣12的變形會不斷增大，由于直線導(dǎo)套7的摩擦力極小，試樣12 的變形會引起頂桿15在直線導(dǎo)套7中的直線運(yùn)動，頂桿15壓迫變形鋼片1變形，變形鋼片 1的凹口處厚度為0. 5mm左右，極易產(chǎn)生變形，與應(yīng)變片6相連的外部數(shù)據(jù)記錄儀可以記錄 到這些變形，根據(jù)標(biāo)定曲線，則可得到實(shí)驗(yàn)中變形鋼片1測得的每一點(diǎn)的變形值。根據(jù)非飽 和土的變形特征則可使用以下方法得到試樣在實(shí)驗(yàn)過程中的體積變形。如圖6，試樣試驗(yàn) 前的直徑為D，高度為H，變形鋼片1的測點(diǎn)的編號為1 12，其測得的變形位移值用Xl xl2表示，試樣變形后y可以表示為χ的三次多項(xiàng)式，則試樣的體積可由式(1)計(jì)算
權(quán)利要求1.一種非飽和土體積變形測量裝置，包括變形鋼片(1)、連接鋼片(2)、應(yīng)變片(6)、頂 桿(15)，直線導(dǎo)套(7)、固定框架(9)和與應(yīng)變片(6)連接的外部數(shù)據(jù)記錄儀，其特征在于 固定框架(9)是在四個(gè)圓柱形鋼柱(11)的長度方向?qū)?yīng)于三組給定測量高度的位置處同 軸分別固定裝有三個(gè)圓環(huán)形圈箍(16)，在每個(gè)圈箍(16)的圓周上制有四個(gè)對稱分布的凸 臺(8)，在凸臺(8)的中心部位制有方向沿圈箍(16)徑向的通孔(20)中，固定裝入其中部 制有通孔(14)的圓柱形的直線導(dǎo)套(7)，在各通孔(14)中，預(yù)置有兩端為半球形的圓柱形 頂桿(15)，在每個(gè)圈箍(16)的圓周上通孔(20)的一側(cè)制有帶盲孔(19)的凸臺(4)，在凸臺 (4)的盲孔(19)中固定裝有連接鋼片(2)，在各連接鋼片(2)的上端固定裝有其長度方向朝 向直線導(dǎo)套(7)的變形鋼片(1)，變形鋼片(1)的內(nèi)側(cè)底面與直線導(dǎo)套(7)中的通孔(14)垂 直，在變形鋼片(1)凹口的底部粘貼有應(yīng)變片(6)，鋼柱(11)的下端固定安裝在圓盤形承臺 (17)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種非飽和土體積變形測量裝置，其特征在于所述的直線 導(dǎo)套(7)通過止付螺絲(13)將其固定在凸臺(8)上，連接鋼片(2)的下端，通過止付螺絲(5) 固定在凸臺(4)的盲孔(19)中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種非飽和土體積變形測量裝置，其特征在于所述的變形 鋼片(1)的長度大于連接鋼片(2)與直線導(dǎo)套(7)兩外側(cè)之間平行距離。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種非飽和土體積變形測量裝置，其特征在于所述的剛柱 (11)下端外側(cè)，固定裝有其軸向制有的通孔與鋼柱(11)軸向平行的圓柱形或矩形固定腳 (10)，并通過螺釘(18)和圓盤形承臺(17)上對應(yīng)制有的沿其軸向的螺孔，將固定框架(9) 固定在承臺(17)的上平面靠近外邊緣處的與圈箍(16)同軸的圓周上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種非飽和土體積變形測量裝置，其特征在于所述的變形 剛片(1)在凹口處的厚度為0. 5mm,凹口的大小尺寸與應(yīng)變片(6)的大小尺寸相對應(yīng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種非飽和土體積變形測量裝置，其特征在于所述的頂桿 (15)的長度大于變形鋼片(1)的內(nèi)邊緣至試樣(12)外表面的距離2mm。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種非飽和土體積變形測量裝置，其特征是在底端分別垂直固定在承臺上的四個(gè)圓柱形鋼柱的長度方向上，對應(yīng)于三組給定測量高度的位置處同軸分別固定裝有三個(gè)圓環(huán)形圈箍，在圈箍的圓周上制有對稱分布的且方向沿圈箍徑向通孔中，固定裝入其中部制有通孔的圓柱形的直線導(dǎo)套，在每個(gè)圈箍圓周上所述通孔的一側(cè)固定裝有連接鋼片，在各連接鋼片的上端分別裝有長度方向與直線導(dǎo)套垂直的變形鋼片，在變形鋼片凹口的底部粘貼有應(yīng)變片，在直線導(dǎo)套的通孔中分別裝入圓柱形頂桿，頂桿的兩端分別頂在試樣外圓和變形鋼片上，本裝置具有結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)低廉，占用空間小，可以使試樣自由變形，量測范圍大，精度高，能全過程的監(jiān)測試樣的體積變形等特點(diǎn)。
文檔編號G01B7/16GK201917314SQ20102066913
公開日2011年8月3日 申請日期2010年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月20日
發(fā)明者馮夏庭, 劉繼光, 周輝, 徐鼎平, 謝守益, 趙陽, 鄭虹, 高紅 申請人:中國科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所