测试土体流变特性的三轴流变仪

1. 测试土体流变特性的三轴流变仪，其特征是在底座(2)的表面上依 次排放第一透水石(3)、第一滤纸(4)、试样(5)、第二滤纸(6)、第二透 水石(7)、试样帽(8)，在试样(5)的外侧包第一层橡皮膜(9)和第二层 橡皮膜(11)，第一层橡皮膜(9)的两头分别与底座(2)和试样帽(8)扎 紧，第二层橡皮膜(11)的两头分别与底座(2)和试样帽(8)扎紧，在第 一层橡皮膜(9)与第二层橡皮膜(11)间贴第三滤纸(10)，在试样帽(8) 中设置第一排水孔(16)，第一排水孔(16)的进口位于第一层橡皮膜(9) 与第二层橡皮膜(11)间，第一排水孔(16)与第三滤纸(10)连通，试样 (5)通过试样帽(8)与活塞(15)相接，在仪器底座(2)内设置第二排 水孔(17)和周围压力施加孔(18)，第一阀门(1)装在与第二排水孔(17)连 接的排水管上，第二阀门(14)安装在与周围压力施加孔(18)连接的管道上。

技术领域\n本发明涉及的是一种用三轴流变仪测试土体流变特性的方法及三轴流 变仪。属于测试土体流变特性技术领域。\n背景技术\n土不仅具有弹性、塑性，还具有流变特性，即土是一种粘弹塑性材料， 这是由土的内部结构和组构所决定的。许多工程现象，如地基的长期沉降、 基坑开挖后坑壁向坑内临空面的持续水平蠕动、边坡失稳等都是由于土体流 变而产生的。而要研究土的流变特性，建立应力、应变和时间关系的流变本 构模型及确定模型参数都要进行流变试验。目前常见的土流变室内试验按仪 器类型分为单向压缩试验、常规三轴压缩试验。单向压缩试验是在固结容器 内装入试样，然后在试样上直接施加轴向应力进行固结和压缩试验，试验方法 和仪器简单方便。但有着明显的缺点：(1)由于试样是装在环刀内进行试验的， 环刀内壁与试样之间存在较大的摩擦力，使试样边界应力状态不明确、受力 不均匀；(2)在试验中排水条件难以控制。常规三轴压缩试验是对用橡皮膜包 起来的圆柱形试样，在三轴压力室先受到周围压力作用，再利用活塞和试样 帽施加轴向压力，进行固结和压缩试验。其主要缺点为：(1)在排水条件下， 试样内部的水压力为零，而三轴压力室内的水压力为所施加的周围压力(一 般为几十到几百kPa)，试样和三轴压力室内的水之间靠橡皮膜分隔，而橡皮 膜本身有一定的透水性，故三轴压力室内的水可透过橡皮膜进入试样后随试 样内的水一起排出，导致所测试的试样体变偏大，影响试验结果的准确性； (2)常规三轴压缩试验排水剪试验不加反压时采用的体变量测系统使试样 排出的水直接与空气接触，水容易蒸发，导致所测试的试样体变偏小，影响 试验结果的准确性。\n发明内容\n本发明的目的在于克服上述存在的缺陷，提出一种用三轴流变仪测试土 体流变特性的方法及三轴流变仪。可精确测定试样体变的特性。\n本发明的技术解决方案是：(1)在试样的外侧包两层橡皮膜，两层橡皮 膜之间贴一层滤纸，在试样帽中设置一个排水孔，该排水孔的进口位于两层 橡皮膜之间，与滤纸连通。试验时，围压采用三轴压力室中的水压施加，压 力水透过外层橡皮膜后，沿滤纸流动，从排水孔排出，这样避免了施加围压 的压力水渗入试样，保证了试样体变长期量测的准确性。(2)试样体变用排 水量量测方法获得，体变量测系统采用油水隔离，避免了试样排出的水与空 气接触，从而消除了水的蒸发造成的试验误差。\n由三轴压力室内透过橡皮膜排出的压力水和由试样内部排出的水分隔 开来，试验时只量测试样内部排出的水量，同时采用油水隔离的体变量测系 统，消除了水的蒸发。\n本发明的优点和效果在于：(1)试样帽内和仪器底座各设置了一个排水 孔，试样外侧包两层橡皮膜，两层橡皮膜之间贴滤纸，将由三轴压力室内透 过橡皮膜排出的压力水和由试样内部排出的水分隔开来，试验时只量测与试 样连通的出水口排出的水量，并由此水量计算试样的体变。(2)采用油水隔 离的体变量测系统，消除了水的蒸发对体变量测结果的影响。\n附图说明\n附图1是三轴流变仪的结构示意图。\n附图2是油水隔离的体变量测系统的示意图。\n图中的1是第一阀门、2是底座、3是第一透水石、4是第一滤纸、5是 试样、6是第二滤纸、7是第二透水石、8是试样帽、9是第一层橡皮膜、10 是第三滤纸、11是第二层橡皮膜、12是压力室外罩、13是螺丝、14是第二 阀门、15是活塞、16是第一排水孔、17是第二排水孔、18是周围压力施加 孔、19是体变量管、20是第一容器、21是排水管、22是第二容器、23是空 气、24是煤油、25、26是水。\n具体实施方式\n用三轴流变仪测试土体流变特性的方法，它的工艺步骤依次分为：一、 将三轴流变仪中的三轴压力室内透过橡皮膜排出的压力水和由试样内部排 出的水分隔开来；二、采用油水隔离的体变量测系统，量测试样内部排出的 水量，该水量即为试样的体变量。所述的油水隔离的体变量测系统是采用煤 油将试样内部排出的水与空气分隔开来，消除了水的蒸发对体变量测结果的 影响。\n对照附图1，三轴流变仪的结构是在底座2的表面上依次排放第一透水 石3、第一滤纸4、试样5、第二滤纸6、第二透水石7、试样帽8，在试样5 的外侧包第一、第二层橡皮膜9、11，在第一层橡皮膜9与第二层橡皮膜11 间贴第三滤纸10，在试样帽8中设置第一排水孔16，第一排水孔16的进口 位于第一层橡皮膜9与第二层橡皮膜11间，第一排水孔16与第三滤纸10 连通，试样5通过试样帽8与活塞15相接，在仪器底座2内设置第二排水 孔17和周围压力施加孔18，第一阀门1装在与第二排水孔17连接的排水管 上，第二阀门14安装在与周围压力施加孔18连接的管道上。\n对照附图2，试样内部排出的水经阀门1进入体变量管19，由于有水进 入体变量管19，体变量管19上部的煤油排出进入容器20，而容器20中的 水则经排水管21进入容器22。试样内部排出的水经煤油与外部的空气隔离， 防止了试样内部排出水的蒸发。\n工作时，先打开阀门1让水进入仪器底座2表面，关闭阀门1，在底座 2的表面依次放第一透水石3、第一滤纸4、试样5、第二滤纸6、第二透水 石7、试样帽8，然后在试样5的周围包裹第一层橡皮膜9并将第一层橡皮 膜9的两头分别与仪器底座2、试样帽8扎紧，在第一层橡皮膜9的周围贴 第三滤纸10，包裹第二层橡皮膜11并将第二层橡皮膜11的两头分别与仪器 底座2、试样帽8扎紧，并安装压力室外罩12，打开螺丝13向压力室内注 满水后拧紧螺丝13，打开第二阀门14通过周围压力施加孔18利用周围压力 系统给试样5施加周围压力，打开第一阀门1让试样5排水固结，试样5固 结完成后通过活塞15，给试样5施加轴向压力并让试样5排水变形。试验时 试样5内排出的水通过第二排水孔17和第一阀门1进入油水隔离的体变量 测系统，而三轴压力室内透过第二层橡皮膜11的水则通过第三滤纸10由试 样帽8中的第一排水孔16排出。试验时只量测与试样连通的第二排水孔17 排出的水量，并由此水量计算试样的体变。