[发明专利]一种高精度微型扁铲侧胀仪

说明书

本发明公布了一种高精度微型扁铲侧胀仪，该装置由两部分组成，分别为设置于扁铲板上接近铲尖端的第一腔室和远离铲尖端的第二腔室；第一腔室从上到下顺序为带螺栓的盖板，位移传感器，O型密封圈，活塞，波形弹簧，O型密封圈；第二腔室从上到下顺序为带螺栓的盖板，压力传感器，O型密封圈；扁铲板下面为螺母。该基于3D打印技术的高精度扁铲侧胀仪，具有原位、多功能，可视化，自动化，自能化等特点，使得测试方便、连续、快速、准确、经济，不仅能够评估土体的非线性特性，同时推动了3D打印技术在岩土工程试验设备的发展，为岩土工程设计提供快捷有效的测试参数。

技术领域

本发明属于岩土工程测试领域，特别涉及一种应用3D打印技术的高精度扁铲侧胀仪，属于岩土工程领域中一种能够运用3D打印技术的可视化的高精度自动化的原位测试装置。

背景技术

扁铲侧胀技术是上世纪70年代Marchetti教授提出的原位测试方法，是指利用静力或锤击动力将一扁平铲形探头贯入试验土层后，利用气压使扁铲探头上的钢膜片侧向膨胀一定的距离，测取其气压值，根据测得的气压与变形关系，获取地基土的参数，如土的超过结比OCR、土的不排水抗剪强度、土的固结系数等。国际上已广泛应用扁铲侧胀试验，并取得良好效果。我国引进扁铲侧胀试验后也迅速推广，但是，传统的扁铲侧胀试验中手动控制液压气缸系统来推动钢膜，钢膜的位移是通过测量气压的体积变化来间接确定的，这将带来一些潜在的误差，再加上传统的扁铲侧胀仪仅能测取三个读数：钢膜向外膨胀为0.05mm与1.1mm的时的膨胀压力，以及最终卸压钢膜回缩到0.05mm时的膨胀压力。只能提供有限的应力应变曲线对于给定深度，对低应力时的数据点只能假定为线性应力应变路径，很难获得非线性压力位移关系，然而已有大量研究成果证明，土体即使在低应力应变情况下，其特征也是非线性的，这样测量误差会更大，不能真实连续地反映土体的特性。

近几年随着科学技术的迅速发展，传感器技术的加速发展，新的扁铲侧胀技术也出现，再加上3D打印技术的日趋成熟，应用领域越来越广泛，使得制造更加智能，实现了直接面向产品制造，软件的集成化，3D打印技术是以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可黏合材料，通过连续的物理层叠加，逐层增加材料来生成三维实体的技术。虽然3D打印技术在许多领域已经有许多突破性的应用，但是在岩土试验领域中应用很少。

本发明基于常规的扁铲侧胀试验，提出了一种具有原位、多功能、自动化、智能化等特点的3D打印技术的高精度微型扁铲侧胀仪，使得测量效率高、结果准确，为岩土工程勘测设计提供快捷有效的测试参数。

发明内容

技术问题：本发明要解决的技术问题是针对传统扁铲侧胀试验其设备测量误差大，耗时长，智能程度低，功能单一等问题，提出一种具有原位、多功能、自动化、智能化等特点的3D打印技术的高精度微型扁铲侧胀仪。利用该测试装置能够快速有效地测定地基土工程力学特性，并且测量效率高、测试结果准确。

技术方案：一种高精度微型扁铲侧胀仪，包括扁铲板、设置于扁铲板上接近铲尖端的第一腔室和远离铲尖端的第二腔室，第一腔室和第二腔室之间的扁铲板壁上设置有能够穿过信号传输线和高压空气的过孔；所述第一腔室为自上而下的镂空腔室，底部径向延伸有凸台；所述第二腔室为底部封闭的中空腔室，第二腔室底部设置有压力传感器，顶部通过带螺栓的第一盖板密封；

所述第一腔室内设置有位移传感器、活塞和波形弹簧，所述活塞由上方的大直径环和下方的小直径杯状体一体化制造而成，所述上方的大直径环上边缘开设有连接过孔的通孔，能够连通信号传输线和高压空气至活塞内侧，所述小直径杯状体内侧固定位移传感器，小直径杯状体外侧套设波形弹簧，所述波形弹簧一端与大直径环接触、一端放置于凸台上；第一腔室顶部通过带螺栓的第二盖板密封，密封后，小直径杯状体的底面与第一腔室底部齐平；

所述位移传感器的信号传输线穿过过孔与第一腔室内压力传感器的信号传输线一起输送至外部。

进一步的，所述带螺栓的第一盖板和带螺栓的第二盖板中的螺栓均自盖板上穿过，并穿透扁铲板，至扁铲板底部通过螺母固定。