本發(fā)明涉及土木工程三軸試驗器械技術領域，特別地，涉及一種測量基質吸力的三軸試驗頂帽。

背景技術：

含氣土一般指海洋、湖泊底部淺層的含氣沉積物，它既是一種能源資源，也是工程上災害地質的一種類型。含氣土一般處于土顆粒、孔隙水、氣體、壓力、溫度及上覆層等多種復雜因素作用下的臨界平衡狀態(tài)，極易被外界擾動而導致迅速逸氣破壞，由于現(xiàn)場取土的困難，一般通過模擬實驗來研究含氣土的工程性狀，其中，非飽和土基質吸力，即孔隙氣壓與孔隙水壓差，是引起其應力狀態(tài)改變的重要原因之一，現(xiàn)有量測方法包括軸平移技術、張力計、接觸式濾紙等。

含氣土的三軸模擬試驗一般采用軸平移技術，在控制所施加基質吸力情況下可測量土體達到平衡后的含水量，孔隙水壓是基于非飽和土底座來測量的。而目前用于吸力量測的普通張力計其體型和量程過大，難以應用于室內，而現(xiàn)有的三軸測試產品中，張力計傳感器也是與頂帽分離，導致在土樣中安置基質吸力探頭的過程十分麻煩，且難以應用于高壓試驗。

技術實現(xiàn)要素：

為了解決上述三軸實驗頂帽在應用范圍小且操作困難的技術問題，本發(fā)明提供一種操作簡單、探頭安置方便且可應用于高壓試驗的測量基質吸力的三軸試驗頂帽。

本發(fā)明提供的一種測量基質吸力的三軸試驗頂帽。所述測量基質吸力的三軸試驗頂帽包括加載頭、特制頂帽和傳感器，所述特制頂帽的一端與所述加載頭連接，另一端與所述傳感器嵌套連接；

所述特制頂帽包括主體頂帽和擴展頂帽，所述主體頂帽和所述擴展頂帽相連接，所述主體頂帽包括頂帽本體、傳感器內通道、傳感器外接栓、反壓通道和反壓控制器接口，所述傳感器內通道和所述反壓通道均內設于所述頂帽本體內部，所述傳感器外接栓和所述反壓控制器接口分設于所述頂帽本體的兩端；

所述傳感器包括探頭、O型圈、法蘭襯墊和土樣橡膠模，所述探頭設于所述傳感器中央，所述法蘭襯墊和所述土樣橡膠模依次外包于所述探頭，所述O型圈外套于所述土樣橡膠模一端。

在本發(fā)明提供的測量基質吸力的三軸試驗頂帽的一較佳實施例中，所述特制頂帽還包括塑料套模，所述塑料套模呈敞口狀，外套于所述主體頂帽和擴展頂帽。

在本發(fā)明提供的測量基質吸力的三軸試驗頂帽的一較佳實施例中，所述擴展頂帽包括大氣通道，所述大氣通道設于所述擴展頂帽內部，其一端與所述擴展頂帽的底部連接，另一端則與所述擴展頂帽的側壁連接。

在本發(fā)明提供的測量基質吸力的三軸試驗頂帽的一較佳實施例中，所述傳感器內通道和所述反壓通道為臺階式通道，所述傳感器內通道一端與所述頂帽本體的底部連接，另一端與所述傳感器外接栓連接，所述反壓通道一端與所述頂帽本體的底部連接，另一端與所述反壓控制器接口連接。

在本發(fā)明提供的測量基質吸力的三軸試驗頂帽的一較佳實施例中，所述傳感器呈類“凸”字型，卡接于所述傳感器內通道的一端。

在本發(fā)明提供的測量基質吸力的三軸試驗頂帽的一較佳實施例 中，所述傳感器靠近待測土樣的一端與所述頂帽本體的底端表面處于同一水平線。

在本發(fā)明提供的測量基質吸力的三軸試驗頂帽的一較佳實施例中，所述探頭包括探頭接線、內襯環(huán)密封固件、傳感器隔膜、過水層和外密封圈，在所述探頭一端由外至內依次設有所述過水層和所述傳感器隔膜，且在該端的最外側環(huán)設有所述外密封圈，所述探頭接線內設于所述探頭且與所述傳感器隔膜相連接，在連接處設有所述內襯環(huán)密封固件。

在本發(fā)明提供的測量基質吸力的三軸試驗頂帽的一較佳實施例中，所述探頭接線穿過所述傳感器內通道與所述傳感器外接栓電連接。

在本發(fā)明提供的測量基質吸力的三軸試驗頂帽的一較佳實施例中，所述傳感器外接栓外接有數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

在本發(fā)明提供的測量基質吸力的三軸試驗頂帽的一較佳實施例中，所述過水層為透水石或微型陶土板。

相較于現(xiàn)有技術，本發(fā)明提供的測量基質吸力的三軸試驗頂帽具有以下優(yōu)點：

一、所述測量基質吸力的三軸試驗頂帽可方便地采集含氣土等土樣頂部基質吸力的變化值，所采集數(shù)據(jù)可及時用于與非飽和土底座所測孔壓值的對比分析，完善試驗研究內容。

二、所述測量基質吸力的三軸試驗頂帽直接內嵌套有微型張力計傳感器，解決了在土樣中部表面不便安置所述探頭的問題，可應用于常規(guī)或高壓土三軸試驗系統(tǒng)，也可以用于土樣頂部的基質吸力量測。

三、所述測量基質吸力的三軸試驗頂帽的材料為鋁合金并經絡氧處理，既提高了結構強度，又利于封裝所述探頭于所述主體頂帽內部，所述傳感器內通道、所述反壓通道和所述大氣通道均采用臺階式結構設計，可以盡量減少滲水情況的發(fā)生。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它的附圖，其中：

圖1是本發(fā)明提供的測量基質吸力的三軸試驗頂帽一實施例的結構示意圖；

圖2是圖1所示測量基質吸力的三軸試驗頂帽的傳感器的結構示意圖；

圖3是圖2所示測量基質吸力的三軸試驗頂帽的傳感器的探頭的結構示意圖。

具體實施方式

下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅是本發(fā)明的一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

請參閱圖1，為本發(fā)明提供的測量基質吸力的三軸試驗頂帽一實施例的結構示意圖。所述測量基質吸力的三軸試驗頂帽1包括加載頭11、特制頂帽13和傳感器15，所述特制頂帽13的一端通過固定螺栓與所述加載頭11連接，另一端與所述傳感器15嵌套連接。

所述特制頂帽13包括主體頂帽131、擴展頂帽133和塑料套模135，所述主體頂帽131和所述擴展頂帽133上下相連，所述塑料套 模135外套于所述擴展頂帽133和所述主體頂帽131。

所述主體頂帽131包括頂帽本體1311、傳感器內通道1313、傳感器外接栓1315、反壓通道1317和反壓控制器接口1319，所述傳感器內通道1313和所述反壓通道1317均內設于所述頂帽本體1311內部，所述傳感器外接栓1315和所述反壓控制器接口1319分設于所述頂帽本體1311的兩端。

所述頂帽本體1311位于所述測量基質吸力的三軸實驗頂帽1的底部，與所述擴展頂帽133的底面相連。所述頂帽本體1311的直徑為50mm(或61.8mm/100mm)，其材質除采用一般水晶材料外，還采用鋁合金材料并經絡氧處理，既可以提高所述頂帽本體1311的強度，又利于封裝內嵌的所述傳感器15。

所述傳感器內通道1313內設于所述頂帽本體1311的一側，其一端與所述傳感器外接栓1315連接，另一端與所述頂帽本體1311的底部連通，所述傳感器15可卡接于該連通口，所述傳感器內通道1313中部設有轉角結構，為臺階式結構設計，可以最大程度的減少漏水情況的發(fā)生。

同理，內設于所述頂帽本體1311另一側的所述反壓通道1317也為臺階式結構設計，其一端與所述反壓控制器1319連接，另一端則與所述頂帽本體1311的底部連通，用于反壓氣體的輸送。

所述傳感器外接栓1315和所述反壓控制器接口1319分設于所述頂帽本體1311的兩端，所述傳感器外接栓1315設于所述傳感器內通道1313的一端，且兩端分別與所述傳感器15和外接數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)電連接；所述反壓控制器接口1319設于所述反壓通道1317的一端且外接有反壓氣體管道，可調節(jié)所述反壓通道1317內的壓力。

所述擴展頂帽133的底部和所述主體頂帽131的上端大小一致且相互連接，而所述擴展頂帽133的上部呈倒錐狀，且通過螺栓與所述 加載頭11連接。

所述擴展頂帽133還包括大氣通道1331，所述大氣通道1331內設于所述擴展頂帽133內部的一側，其一端與所述擴展頂帽133的底部連接，另一端則與所述擴展頂帽133的側壁連接，所述大氣通道1331與外界大氣相連通，也為臺階式結構。

所述塑料套模135呈敞口狀，外套于所述擴展頂帽133和所述主體頂帽131，使所述主體頂帽131在實驗加載過程中可與所述擴展頂帽133和所述加載頭11套接。

請一并參閱圖2，為圖1所示測量基質吸力的三軸試驗頂帽的傳感器的結構示意圖。所述傳感器15呈類“凸”字型，內置于所述傳感器內通道1313并卡接于其底端。

所述傳感器15包括探頭151、O型圈153、法蘭襯墊155和土樣橡膠模157，所述探頭151設于所述傳感器15中央，所述法蘭襯墊155和所述土樣橡膠模157由內至外依次外包于所述探頭151，所述O型圈153外套于所述土樣橡膠模157的一端。

請一并參閱圖3，為圖2所示測量基質吸力的三軸試驗頂帽的傳感器的探頭的結構示意圖。所述探頭151為圓柱形，其靠近待測土樣的一端與所述頂帽本體1311的底端表面處于同一水平線。

所述探頭151包括探頭接線1511、內襯環(huán)密封固件1513、傳感器隔膜1515、過水層1517和外密封圈1519，所述過水層1517和所述傳感器隔膜1515由外至內依次設于所述探頭151的一端，且在該端的外側環(huán)設有所述外密封圈1519，所述探頭接線1511設于所述探頭151的內部，且與所述傳感器隔膜1515相連接，在連接處設有所述內襯環(huán)密封固件1513。

所述探頭接線1511一端與所述傳感器隔膜1515連接，另一端穿過所述傳感器內通道1313與所述傳感器外接栓1315電連接，可以將 受到孔隙水壓和氣壓的壓力變化轉變?yōu)殡娦盘?，將變化的壓力?shù)值傳送給外接的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

所述內襯環(huán)密封固件1513環(huán)設于所述探頭接線1511與所述傳感器隔膜1515的連接處，可以防止水通過所述傳感器隔膜1515滲透進所述探頭151內部，造成電路短路。

所述過水層1517設于所述探頭151靠近待測土樣的一端，可與所述傳感器隔膜1515間形成一水壓容腔，孔隙水穿過所述過水層1517積聚在該空間內，可讓所述傳感器隔膜1515感受到非飽和土的基質吸力，所述過水層1517為透水石或微型陶土板。

所述外密封圈1519環(huán)設于所述探頭151靠近待測土樣一端的外周，材質一般為橡膠，可有效防止待測土樣中水滲透進所述傳感器內通道1313內。

所述法蘭襯墊155外包于所述探頭151，且呈階梯圓柱形，其最大直徑與所述傳感器內通道1313的內直徑相等，可使所述傳感器15、卡接于所述傳感器內通道1313的一端。

所述土樣橡膠模157外包于所述法蘭襯墊155，待測土樣可通過所述土樣橡膠模157與所述特制頂帽13套接。

所述O型圈153外套于所述土樣橡膠模157的一端，可以起到卡接與密封的作用，另外所述法蘭襯墊155和所述土樣橡膠模157其靠近待測土樣的一端與所述探頭151位于同一水平線。

本發(fā)明提供的測量基質吸力的三軸試驗頂帽1具有以下優(yōu)點：

一、所述測量基質吸力的三軸試驗頂帽1可方便地采集合氣土等土樣頂部基質吸力的變化值，所采集數(shù)據(jù)可及時用于與非飽和土底座所測孔壓值的對比分析，完善試驗研究內容。

二、所述測量基質吸力的三軸試驗頂帽1直接內嵌套有微型張力計傳感器15，解決了在土樣中部表面不便安置所述探頭151的問題， 可應用于常規(guī)或高壓土三軸試驗系統(tǒng)，也可以用于土樣頂部的基質吸力量測。

三、所述測量基質吸力的三軸試驗頂帽1的材料為鋁合金并經絡氧處理，既提高了結構強度，又利于封裝所述探頭151于所述主體頂帽131內部，所述傳感器內通道1313、所述反壓通道1315和所述大氣通道1331均采用臺階式結構設計，可以盡量減少滲水情況的發(fā)生。

以上所述僅為本發(fā)明的一種實施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書及附圖內容所作的等效結構或等效流程變換，或直接或間接運用在其它相關的技術領域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護范圍內。