[发明专利]一种土工三轴压缩实验教学系统

说明书

技术领域

  本发明涉及到一种三轴压缩试验仪器，特别是涉及到一种土工三轴压缩实验教学系统。

背景技术

土工三轴压缩仪是一种用于测定土的抗剪强度指标的土工试验设备。在岩土工程学术研究领域，土工三轴压缩仪正在向液压伺服、全自动控制、真三轴、非饱和三轴等高精、自动控制的方向发展。然而，在我国的各类高等学校的土工教学实验室和绝大多数土木类勘察、设计与施工单位的土工试验室中，目前依然主要使用的是常规的应变控制式三轴仪或者微机控制的应变控制式三轴压缩仪。

应变控制式三轴仪中一块控制板上具有周围压力加载系统、反压加载系统、孔隙水压力测试系统各种管线，在轴向压力采用液压控制时则还有轴向位移控制及测试系统，这使得土工三轴压缩仪仪器管线十分复杂，在实验教学中，学生很难在在课堂短时间的教学和实验过程中掌握三轴压缩实验的原理，也由于三轴压缩仪仪器的复杂性，许多在施工单位的土工试验室工作的土工试验员也不懂土工三轴压缩仪的操作方法，甚至有些具有较高要求的实验室，虽配备有三轴压缩仪，却无熟悉开展相关试验的土工试验人员，阻碍了三轴压缩仪在基层工程单位的应用。为此，市场也出现了仅能做UU试验（不固结不排水试验）的轻便简化三轴仪，但由于该类仪器均为应变控制式三轴压缩仪，且依然依靠空压机施加周围压力，同样会造成操作、维修的难度，限制了该类简化仪器的应用。

目前，我国设有土木专业的高等学校按教学大纲要求都必须开设配合土力学课程教学的用于测定土的抗剪强度指标的直接剪切实验项目。三轴压缩实验比直接剪切实验能更好的控制试样的排水条件及试样受力情况与工程实际更接近，因此，测得的抗剪强度指标也更接近实际。更为重要的是，通过三轴压缩实验的教学比起直接剪切实验的教学，学生将大大加深对土力学的认识和理解。但由于现有市场中的三轴仪仪器的管线复杂，且用现有三轴仪学生很难在两个实验教学课时内完成实验任务，加之三轴仪价格昂贵，学校往往受教学经费限制，无法配备足够的仪器数量，这使得我国高校开设的土工实验教学项目中，三轴压缩实验在本科阶段只作为观摩演示性的实验，只有岩土类学生在研究生阶段的教学才能开设三轴压缩实验项目。因此，开发出一种廉价的适于高等学校的土工教学实验室教学需要的三轴压缩实验教学系统，将为促进高校土工实验教学提供更好的设备基础，也是我国高校土工实验教学人员急需解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是通过对现有土工三轴压缩仪加载系统的改进和简化，开发出一种原理直观、操作简易、性能稳定、易于维修、造价低廉、易于集约化安装、适于土工试验教学的应力控制式土工三轴压缩仪。

本发明取消了三轴压缩仪的面板，采用简化三轴压缩仪部分（1）。所述简化三轴压缩仪部分（2）是由置入三轴仪底座（16）上的周围压力室（17）和安装在固定于底座（16）上部的三轴仪支架（18）上的轴向压力室（19）、活塞（20）、传力杆（21）及相应的轴向位移测试百分表（22）、轴向压力测试表（23）、周围压力测试表（24）、轴向压力接口（10）、周围压力接口（38）、孔隙水量管接口（31）、孔隙水压力传感器（37）等组成的。简化三轴压缩仪不考虑反压饱和，并取消了三轴压缩仪的面板，采用应力控制式压缩方式，让轴向压力从支架上方加载（10），周围压力从围压室下方侧面加载（38），孔隙水压力测量从支架下部中心引出（31），做到三种测试管线互相分开，并且直接分别与独立的轴向压力、周围压力加载系统相接，这使得三轴压缩仪的原理变得十分直观，仪器构造也更为简单，便于集约化安装，也便于教师讲解、初学者操作和对实验原理的理解；

本发明采用的轴向压力加载系统中的每个加载系统（2）均分别由单个手动悬挂升降装置和单个水银柱压力系统组成，所述单个手动悬挂升降装置均是由定子（15）、转盘（4）、定滑轮（6）、有机玻璃容器（7）和细钢丝绳（5）等构成的；所述单个水银柱压力系统均是由挂在挂绳（9）上的装有水银（８）的有机玻璃容器（7）、充满水银（８）的塑料水管（12）、活塞（14）、充满水（11）的塑料水管和轴向压力接口（10）等构成的。这实际是借助连通器的原理通过水银拄高度的增加产生的压强施加到周围压力加载系统中的水中并最后传递到土样的四周，这一加载系统简单、原理直观、便于集约化安装、维护和使用，也便于教师讲解、初学者学习操作及理解；