一种三轴压缩实验装置的制作方法

本实用新型涉及土体变形、强度特性测试仪器领域，特别涉及一种三轴压缩实验装置。

背景技术：

三轴实验仪是用于测试土体变形、强度特性的土工试验仪器，三轴压缩试验是测定土抗剪强度的一种方法。三轴压缩仪由压力室、轴向加荷系统、施加周围压力系统、孔隙水压力量测系统等组成。其基本工作原理为：压力室内通过试样帽固定有试样，通过向压力室内加入液体(主要为水)围压来模拟土体受到的围压荷载，试样帽上端固定连接有加载活塞杆，加载活塞杆穿出压力室顶板并与压力室顶板滑动配合相连接，加载活塞杆的顶部设有拉压传感器，通过轴向加荷系统模拟竖向荷载向拉压传感器施加沿加载活塞杆方向的压力进行土体的抗剪强度测试。试验中通过传感器和压力表记录各向压力大小，通过不断加压，最终将土体压坏，通过计算最终测得土体的抗剪强度。

实验中，由于试样帽与加载活塞杆是固定的刚性连接方式(一般采用螺纹连接)，因此当向试样传递加载力的时候比较直接，容易造成试样在瞬间受到较大压力，这与自然界中土体受力一般比较持续、缓慢的情况不太相符；此外也容易因轴向加荷系统及加载活塞杆的扰动造成试样内部出现实验中不应出现的非纵向震动受力；另外，由于加载活塞杆具有一定的横截面积，因此要确定出实验初始状态时试样帽加载在试样上端面上的压强是否与试样的围压一致，也需要通过必要的计算来确定，对实验人员造成了不便。

上述缺点必然会造成土体试样受力情况与土体实际受力情况之间的偏差，如何尽量缩小二者之间的偏差，是工程技术人员需要研究的一个问题；另外传统的三轴实验仪也难以精确的测量出土体试样被压缩的精确尺寸，即便可以精确测量也需要相对复杂的结构来实现。

技术实现要素：

本实用新型的目的是克服上述现有技术中存在的问题，提供一种三轴压缩实验装置，达到尽量减小土体试样在实验中的受力情况与实际受力情况之间的偏差，以及通过相对简单的结构实现测量土体试样被压缩的精确尺寸。

本实用新型的技术方案是：一种三轴压缩实验装置，包括压力室，所述压力室包括筒状的侧壁，侧壁的上端以及下端分别连接有压力室顶板以及压力室底板，所述侧壁、压力室顶板以及压力室底板围成封闭的压力室内部空间；所述压力室内位于压力室底板上端面固定有用于连接试样下端的下试样帽，压力室顶板的下方还设有用于连接试样上端的上试样帽，所述上试样帽与向试样纵向施加压力的施力机构相连接，所述施力机构包括下端固定于上试样帽上端面的竖直设置的筒状的液压缸，所述液压缸穿出压力室顶板中部开设的通孔，且液压缸的外侧面与通孔内壁之间滑动密封连接；所述液压缸内设有活塞，液压缸内位于活塞与上试样帽之间填充有液压油；所述活塞的上端面连接有位于竖直方向的加载活塞杆，加载活塞杆上端与向加载活塞杆纵向施加压力的推进机构相连接；所述液压缸内位于上试样帽的上端面处设有用于测量该处液压油压强的第一压力传感器。

较佳地，所述推进机构包括竖直设置的推杆，所述推杆的下端与加载活塞杆的上端固定，其中推杆的轴线与加载活塞杆的轴线相重合；所述推杆的上半部分设有外螺纹，下半部分上沿其纵向设有第一长度刻度；所述推杆上套设有转筒，其中转筒内表面设有与推杆上的外螺纹相匹配的内螺纹，推杆与转筒之间螺纹连接；所述转筒的上端头与固定架的上端相铰接，转筒通过铰接点可绕其轴线转动；所述转筒的下端口上沿其周向设有第二长度刻度；所述推杆的下端与横向杆的左端固定，横向杆的右端头与固定架的纵向所开设的滑槽滑动连接；所述转筒上还设有用于转动转筒的手握把柄。

较佳地，所述固定架的下端固定于压力室顶板上。

较佳地，所述推杆的下端与加载活塞杆的上端之间通过拉压传感器固定连接。

较佳地，所述加载活塞杆上套设有导向筒，所述导向筒固定于支架上，所述支架固定于压力室顶板上。

较佳地，所述压力室内部空间设有第二压力传感器。

本实用新型的有益效果：本实用新型实施例中，提供一种三轴压缩实验装置，该装置的上试样帽上设有液压缸及液压活塞，通过推动活塞杆向活塞施加压力，从而间接的使液压缸内的液压油向上试样帽施加沿试样纵向的力，由于通过液体传送压力，因此所施加的力温和而较为恒定，且不会产生横向的扰动力，从而避免了现有技术直接使用刚性连接的加载活塞杆向上试样帽及试样施加力的缺陷；通过液压缸内的第一压力传感器可以随时测得施力机构施加于上试样帽上的压强，而只要将施力机构施加于上试样帽上的压力调整到第一压力传感器所测得的压强与压力室内液体的压强相等，即可知道试样在实验初始状态时上试样帽加载在试样上端面上的压强与试样的围压一致(忽略上试样帽的重量)。而本实用新型的推杆上所设计的利用螺旋测微器测长原理测量推进距离的结构，能够精确的测量出试样在其纵向所压缩的长度。因此，本实用新型能够达到尽量减小土体试样在实验中的受力情况与实际受力情况之间的偏差，以及通过相对简单的结构实现测量土体试样的纵向被压缩的精确尺寸的效果，为三轴压缩实验结果的准确性提供了保证。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

附图标记说明：

1、压力室顶板；2、侧壁；3、压力室底板；4、下试样帽；5、试样；6、上试样帽；7、液压缸；8、活塞；9、加载活塞杆；10、导向筒；11、支架；12、信号线；13、第一压力传感器；14、第二压力传感器；15、固定架；16、手握把柄；17、第二长度刻度；18、推杆；19、转筒；20、第一长度刻度；21、滑槽；22、横向杆。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型的一个具体实施方式进行详细描述，但应当理解本实用新型的保护范围并不受具体实施方式的限制。

如图1所示，本实用新型实施例提供了一种三轴压缩实验装置，包括压力室，所述压力室包括筒状的侧壁2，侧壁2的上端以及下端分别连接有压力室顶板1以及压力室底板3，所述侧壁2、压力室顶板1以及压力室底板3围成封闭的压力室内部空间；所述压力室内位于压力室底板3上端面固定有用于连接试样5下端的下试样帽4，压力室顶板1的下方还设有用于连接试样5上端的上试样帽6，所述上试样帽6与向试样5纵向施加压力的施力机构相连接，所述施力机构包括下端固定于上试样帽6上端面的竖直设置的筒状的液压缸7，所述液压缸7穿出压力室顶板1中部开设的通孔，且液压缸7的外侧面与通孔内壁之间滑动密封连接；所述液压缸7内设有活塞8，液压缸7内位于活塞8与上试样帽6之间填充有液压油；所述活塞8的上端面连接有位于竖直方向的加载活塞杆9，加载活塞杆9上端与向加载活塞杆9纵向施加压力的推进机构相连接；所述液压缸7内位于上试样帽6的上端面处设有用于测量该处液压油压强的第一压力传感器13；通过第一压力传感器13所测得的压强值、压力室内部的围压值以及活塞面积等数据即可得知推进机构加载于上试样帽6上的压力值，具体计算结果通过现有技术很容易得出，此处不再赘述。

本实施例的上试样帽上设有液压缸及液压活塞，通过推动活塞杆向活塞施加压力，从而间接的使液压缸内的液压油向上试样帽施加沿试样纵向的力，由于通过液体传送压力，因此所施加的力温和而较为恒定，且不会产生横向的扰动力，从而避免了现有技术直接使用刚性连接的加载活塞杆向上试样帽及试样施加力的缺陷；通过液压缸内的第一压力传感器可以随时测得施力机构施加于上试样帽上的压强，而只要将施力机构施加于上试样帽上的压力调整到第一压力传感器所测得的压强与压力室内液体的压强相等，即可知道试样在实验初始状态时上试样帽加载在试样上端面上的压强与试样的围压一致(忽略上试样帽及活塞缸的重量，由于这两个部件在现有技术下可以做的比较轻和薄，因此可以忽略其重量对试样上端面所产生的压力)。

进一步地，所述推进机构包括竖直设置的推杆18，所述推杆18的下端与加载活塞杆9的上端固定，其中推杆18的轴线与加载活塞杆9的轴线相重合；所述推杆18的上半部分设有外螺纹，下半部分上沿其纵向设有第一长度刻度20；所述推杆18上套设有转筒19，其中转筒19内表面设有与推杆18上的外螺纹相匹配的内螺纹，推杆18与转筒19之间螺纹连接；所述转筒19的上端头与固定架15的上端相铰接，转筒19通过铰接点可绕其轴线转动；所述转筒19的下端口上沿其周向设有第二长度刻度17；所述推杆18的下端与横向杆22的左端固定，横向杆22的右端头与固定架15的纵向所开设的滑槽21滑动连接；所述转筒19上还设有用于转动转筒19的手握把柄16。通过转动手握把柄可以使转筒转动，从而在螺纹作用下带动推杆向下运动，从而给加载活塞杆施以向下的力。推杆及转筒之间测量推进距离的结构设计利用了螺旋测微器测长的原理，因此能够精确测量推杆所推进的距离，故而能够精确的得出试样在其纵向所压缩的长度。

进一步地，所述固定架15的下端固定于压力室顶板1上。

进一步地，所述加载活塞杆9上套设有导向筒10，所述导向筒10固定于支架11上，所述支架11固定于压力室顶板1上。

进一步地，所述压力室内部空间设有第二压力传感器14。第一压力传感器13和第二压力传感器14均通过信号线12与外部信号接收及处理仪器电连接。

进一步地，所述推杆18的下端与加载活塞杆9的上端之间通过拉压传感器固定连接。第一压力传感器本身可以测量加载在上试样帽6的压力，此处再增加一拉压传感器则多一个了测压途径，可以测试出推杆顶端的的受力。

综上所述，本实用新型实施例提供的一种三轴压缩实验装置，该装置的上试样帽上设有液压缸及液压活塞，通过推动活塞杆向活塞施加压力，从而间接的使液压缸内的液压油向上试样帽施加沿试样纵向的力，由于通过液体传送压力，因此所施加的力温和而较为恒定，且不会产生横向的扰动力，从而避免了现有技术直接使用刚性连接的加载活塞杆向上试样帽及试样施加力的缺陷；通过液压缸内的第一压力传感器可以随时测得施力机构施加于上试样帽上的压强，而只要将施力机构施加于上试样帽上的压力调整到第一压力传感器所测得的压强与压力室内液体的压强相等，即可知道试样在实验初始状态时上试样帽加载在试样上端面上的压强与试样的围压一致(忽略上试样帽的重量)。而本实用新型的推杆上所设计的利用螺旋测微器测长原理测量推进距离的结构，能够精确的测量出试样在其纵向所压缩的长度。因此，本实用新型能够达到尽量减小土体试样在实验中的受力情况与实际受力情况之间的偏差，以及通过相对简单的结构实现测量土体试样的纵向被压缩的精确尺寸的效果，为三轴压缩实验结果的准确性提供了保证。

以上公开的仅为本实用新型的几个具体实施例，但是，本实用新型实施例并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本实用新型的保护范围。