一种补液式常规三轴孔隙水压力及体应变测量装置的制作方法

1.本实用新型属于土工试验领域，涉及一种测量常规三轴试验中试件孔隙水压力和体积应变的装置和方法。


背景技术：

2.目前，常规三轴试验中，测量试件孔隙水压力的装置主要有压阻式和电阻应变片式两种，两者都有较高的测量精度，但制造成本高、受环境条件影响较大，且不能与体积应变测量装置融合，容易造成进一步的系统误差。


技术实现要素：

3.为了克服现有孔隙水压力和体应变测量装置制造成本高、受环境影响大、双系统耦合不彻底的不足，本实用新型提供一种补液式常规三轴孔隙水压力及体应变测量装置和方法，该设备不仅造价低，而且精度高，不受环境温度的影响，能够有效地将孔隙水压力测量系统和体积应变测量系统耦合，进一步减小试验中的系统误差。
4.本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：
5.一种补液式常规三轴孔隙水压力及体应变测量装置包括：u型管中装有水银，孔隙水压力增大时，水银左侧液面升高，高压电路接通，高压水箱向管道补液，管道页面上升并带动滑片上升，电流表读数增加；孔隙水压力减小时，水银左侧液面降低，低压电路接通，管道内液体流进低压水箱，管道页面下降并带动滑片下降，电流表读数减小；测量体积应变时，滑片与弹簧断开，排水阀打开，滑片随液面的升高而升高，电流表读数增大；通过电流表的读数就可以计算得出孔隙水压力和体积应变。
6.一种补液式常规三轴孔隙水压力的测量方法包括以下步骤：
7.第一步：注水调平。将装置各管道注满水并进行调平，使得u型管中的水银两侧液面持平；
8.第二步：关闭排水阀，打开测量电源和阀门电源；
9.第三步：将弹簧与滑片连接，记录电流表读数；
10.第四步：进行试验，滑片移动，记录电流表读数；
11.第五步：带入公式进行孔隙水压力计算，计算公式为：
[0012][0013]
式中：μ为孔隙水压力；
[0014]
k为弹簧刚度；
[0015]
u为测量电源电压；
[0016]
i2为试验后电流表示数；
[0017]
i1为试验前电流表示数；
[0018]
s为管道横截面积；
[0019]
a为滑动电阻单位长度电阻。
[0020]
一种补液式常规三轴体积应变的测量方法包括以下步骤：
[0021]
第一步：测量试件原始尺寸；
[0022]
第二步：注水调平。将装置各管道注满水并进行调平，使得u型管中的水银两侧液面持平；
[0023]
第三步：打开排水阀，打开测量电源，关闭阀门电源；
[0024]
第四步：断开弹簧与滑片的连接，记录电流表读数；
[0025]
第五步：进行试验，滑片移动，记录电流表读数；
[0026]
第六步：带入公式进行体积应变计算，计算公式为：
[0027][0028]
式中：ε
θ
为体积应变；
[0029]v0
为试件初始体积。
[0030]
本实用新型的有益效果是：可以通过电流表的读数差来反映孔隙水压力和体积应变的大小，试验中不需要人为操作仪器。结构简单，造价较低，测量精度高。
附图说明
[0031]
下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明
[0032]
图1是本实用新型的原理图
[0033]
图2是本实用新型的阀门电路图
[0034]
图中1.压力室，2.透水石，3.试件，4.乳胶膜，5.排水阀，6.通电片，7.水银，8.导电片，9.高压阀，10.高压水箱，11.低压阀，12.低压水箱，13.滑片，14.测量电源，15.电流表，16.固定电阻，17.滑动电阻，18.弹簧，19.管道，20.u型管，21.阀门电源。
具体实施方式
[0035]
在图1中，试件(3)上下两端放有透水石(2)，四周套有乳胶膜(4)，试验时，孔隙水可通过透水石(2)，乳胶膜(3)阻碍压力室(1)和试件(3)之间的液体交换。
[0036]
在图1中，排水阀(5)、u型管(20)、管道(19)相通，排水阀(5)关闭时，孔隙水作用在u型管(20)中，排水阀(5)打开时，孔隙水直接通过管道(19)，不经过u型管(20)。
[0037]
在图1中，高压水箱(10)、高压阀(9)、低压水箱(12)、低压阀(11)与管道(19) 相连通，高压阀(9)打开、低压阀(11)关闭时，高压水箱(10)中的水流向管道(19)，低压阀(11)打开、高压阀(9)关闭时，管道(19)中的水流向低压水箱(12)。
[0038]
在图1中，滑片(13)、测量电源(14)、电流表(15)、固定电阻(16)、滑动电阻(17)、弹簧(18)、管道(19)形成工作回路。滑片(13)随着管道(19)中的水压上下移动，使得回路中的电阻不断变化，使得电流表(15)的示数不断改变。弹簧(18)用于平衡较大的管道(19)水压力，当测量孔隙水压力时，管道(19)水压力较大，连接弹簧(18)；当测量体积应变时，管道(19)水压力较小，断开弹簧(18)以获得更高精度。
[0039]
在图2中，通电片(6)、水银(7)、导电片(8)、高压阀(9)、低压阀(11)、阀门电源 (21)形成工作回路，通电片(6)始终与阀门电源(21)接触带电，水银(7)向低压面流动，当与
导电片(8)接触时，形成完整电路，阀门通电打开。当孔隙水压力较大时，水银(7) 左侧液面上升，高压阀(9)打开；当孔隙水压力较小时，水银(7)右侧液面上升，低压阀 (11)打开。


技术特征：
1.一种补液式常规三轴孔隙水压力及体应变测量装置，由压力室、u型管、水箱、滑动电阻、电流表组成，其特征是：压力室、u型管、水箱、滑动电阻通过管道相连接，滑动电阻、电流表通过导线相连接，孔隙水压力和体积应变使得压力室中压力发生改变，带动滑动电阻移动，进而改变测量回路中的电流，通过电流表读数的改变量来反应孔隙水压力和体积应变的大小。2.根据权利要求1所述的一种补液式常规三轴孔隙水压力及体应变测量装置，其特征是：孔隙水压力、电流表读数、弹簧刚度、测量电压、管道横截面积、滑动电阻单位长度电阻之间满足关系式：3.根据权利要求1所述的一种补液式常规三轴孔隙水压力及体应变测量装置，其特征是：体积应变、电流表读数、测量电压、管道横截面积、试件初始体积、滑动电阻单位长度电阻之间满足关系式：

技术总结
一种补液式常规三轴孔隙水压力及体应变测量装置，用于测量常规三轴试验中的孔隙水压力和体积应变，结构简单，造价较低，测量精度较高，能够有效解决现有测量装置造价高、受环境影响大以及双系统不耦合的不足。测量装置由高压回路、低压回路以及测量回路组成，在常规三轴试验中，通过电流表示数的改变量来反应孔隙水压力和体积应变的大小。水压力和体积应变的大小。水压力和体积应变的大小。


技术研发人员：彭绍驰 李树文 李学帅 严悦 陈洪恩
受保护的技术使用者：安徽理工大学
技术研发日：2021.09.13
技术公布日：2022/4/1