[发明专利]一种全应力控制式三轴蠕变试验装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及岩土工程土工试验领域，特别是涉及一种新型的全应力控制式三轴蠕变试验的装置及方法。

背景技术

软黏土通常具有大孔隙、高黏粒含量和高含水量等特点，这使黏性土的力学性质具有较强的流变性，如蠕变、加载速率效应和应力松弛现象，直接影响软土工程的长期变形不稳定性。因此，分析软黏土的蠕变特性显得尤为重要。三轴蠕变试验要求保持试样的径向和轴向应力恒定，直接测量竖向变形随时间的发展关系。目前的常规三轴试验装置无法直接进行蠕变试验，且英国GDS公司(Geotechnical Digital Systems Instruments Ltd)研制生产的GDS装置较为复杂昂贵，对竖向荷载的控制不能做到简易的操作。

发明内容

为克服上述现有技术存在的不足，本发明之目的在于提供一种全应力控制式三轴蠕变试验装置及方法，其不仅可以控制水平方向上的围压，并使用简易的装置施加垂直方向上的荷载实现了全应力控制式三轴蠕变试验的目的。

为达上述及其它目的，本发明提出一种全应力控制式三轴蠕变试验装置，其中，该装置包括压力室、荷载托盘、加压系统以及孔压量测系统，该荷载托盘固定于该压力室顶部的活塞杆上，土样固定于该压力室中，该加压系统通过该压力室内的水向该土样传递均匀的围压，该孔压量测系统用于测量该压力室内的径向压力，该荷载托盘的竖向偏压通过一可度量的压力产生系统产生。

进一步地，该荷载托盘上架设位移传感器，用于测量该荷载托盘的位移，该荷载托盘的竖向偏压通过竖向施加砝码来实现。

进一步地，该荷载托盘为一圆盘，该圆盘底板圆心处有一个凸出的凹形槽，该凹形槽内径等于该压力室顶部的活塞杆直径，使该活塞杆可以稳定地固定在该凹形槽内。

进一步地，该荷载托盘为刚度较大的铝制圆盘。

进一步地，该加压系统与周围压力阀、排水管及排水阀相连，该孔压量测系统与孔压传感器、量管阀、量管及孔压阀相连。

为达到上述及其他目的，本发明还提供一种全应力控制式三轴蠕变试验方法，包括如下步骤：

步骤一，按土工试验规范制备试样；

步骤二，将试样固定于压力室内；

步骤三，安装压力室罩，向该压力室内注满水，利用三轴围压系统向该压力室内土样施加围压，对试样进行固结；

步骤四，将荷载托盘固定在该压力室的活塞杆上；

步骤五，通过一可度量的压力产生系统于荷载托盘上产生竖向偏压，进行逐级加载下全应力三轴蠕变实验。

进一步地，于步骤五中，通过于荷载托盘上施加砝码产生竖向偏压，进行逐级加载下的全应力三轴蠕变试验。

进一步地，步骤二包括如下步骤：

开孔隙水压力阀和量管阀，对孔压量测系统及压力室底座充水排气后，关孔隙水压力阀和量管阀；

于压力室底座上依次放上透水板、湿滤纸、试样、湿滤纸、透水板，试样周围贴浸水的滤纸条，固定试样；

打开孔隙水压力阀和量管阀，使水从试样底部流入，将气泡排除后关闭孔隙水压力阀和量管阀；

将试样帽放置在透水板上，用橡皮圈将橡皮膜上端与试样帽扎紧，降低排水管，吸除试样与橡皮膜之间的余水，关闭排水阀。

进一步地，步骤三包括如下步骤：

（1）安装压力室罩，向压力室内注满水，将活塞对准试样顶部；

（2）利用三轴围压系统向该压力室中的试样逐级施加等量的围压，在每级围压下，直到土样的变形和排水稳定为止，然后加下一级围压；

（3）然后重复步骤（2），直至达到预定大小的围压。

进一步地，步骤五还包括如下步骤：

试验开始时，先将荷载托盘调试平衡，使该荷载托盘水平。

剪切过程中，首先确定第一级加载的荷载大小，在该荷载托盘上放置一定质量的砝码，保持荷载加载时间数天，测量土体位移随时间的变化曲线；然后再加第二级荷载，直至土样的位移发生急剧变化，发生破坏。

与现有技术相比，本发明一种全应力控制式三轴蠕变试验装置及方法，通过实现一种全应力控制式三轴蠕变简易试验装置，不仅可以控制水平方向上的围压，而且通过使用简易的装置施加垂直方向上的荷载实现了全应力控制式三轴蠕变试验的目的，本发明操作方法简单，设备易于维护和安装，有很强的实用性。

附图说明

图1为本发明一种全应力控制式三轴蠕变试验装置的结构示意图；

图2为本发明较佳实施例中荷载托盘的结构示意图；

图3为本发明一种全应力控制式三轴蠕变试验方法的步骤流程图。