全自动温控真三轴仪

技术领域

本发明涉及岩土工程技术领域，具体是全自动温控真三轴仪。

背景技术

土是一种分布广泛、成本低廉、自然环保的建筑材料，广泛应用于岩土工程中，包括边坡、垃圾填埋场、路基及各种土工建筑物(如挡土墙、大坝和隧道等)。土的孔隙中既有水又有空气的土称为非饱和土。非饱和土在自然界分布广泛，地球表面很多区域尤其是浅层的土体往往处于非饱和状态，人工填土、膨胀土、湿陷性黄土等都是典型的非饱和土。非饱和土的剪切模量、抗剪强度等力学特性是岩土工程安全可靠设计的重要依据。为了研究非饱和土的力学特性，利用非饱和土三轴仪对土样进行各种应力路径的室内试验是有效且常用的方法。然而常规的非饱和土三轴仪无法控制温度，大多是在常温下进行试验的。

自然界的土体总是处于特定的自然环境之中，其基本性质将随着所处的水分、温度条件不同而产生很大差异，忽略周围环境因素的影响而得到的土体基本性质将是不准确的，也不能满足实际工程的需要。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供全自动温控真三轴仪，能够实现不同温度状态下(-30℃到90℃)土体动态真三轴试验，获取饱和土体在三维应力状态下的应力应变关系。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：包括压力室、测量机构和保温罩，所述压力室安装在安装架的顶壁上，同时压力室的内部设置有测量机构，测量机构对土样进行测量，并且压力室的外部设置有保温罩，保温罩螺栓安装在安装架的顶壁上，其中保温罩采用隔温材料制成，同时保温罩的顶部扣合设置有罩盖。

作为本发明进一步的方案：所述测量机构包括加载机构，轴向载荷传感器和横向载荷传感器，其中所述加载机构安装在压力室的底壁上，同时加载机构的顶壁扣合有传压帽，并且传压帽的顶壁上安装有传压板，传压板安装在轴向传压杆的底部，轴向传压杆的另一端通过连接杆固定安装在轴向载荷传感器的输出端，其中轴向载荷传感器固定安装在支撑板的顶部上，并且支撑板的顶部固定安装有驱动杆，驱动杆通过活塞套滑动安装在安装板的内部，同时安装板螺栓安装在压力室的顶壁上，并且安装板的底部通过竖杆固定安装在压力室的底壁上，对安装板起到辅助支撑的作用，同时驱动杆的顶部固定安装在驱动气缸的输出端，其中驱动气缸通过立柱固定安装在压力室的顶壁上，同时加载机构的左右两侧设置有一对横向载荷传感器，横向载荷传感器安装在压力室的底壁上。

作为本发明进一步的方案：所述加载机构包括底座、试样柱、试样膜和围压罩，其中所述底座固定安装在压力室的底壁上，同时底座的顶部放置有轴向透水板，并且轴向透水板的顶部放置有试样柱，试样柱为试样土压铸而成，其中试样柱的顶部同样放置有轴向透水板，同时轴向透水板的上方安装有顶盖，并且试样柱的外部套设有试样膜，试样膜的底部通过卡环卡紧在底座的外壁上，其中试样膜的顶部通过传压帽压紧在顶盖的顶壁上，同时试样柱的四周设置有围压罩，围压罩通过放置板放置在压力室的底壁上。

作为本发明进一步的方案：所述围压罩的内部开设有开设有围压室，围压室位于试样柱的外侧，并且围压室的内部滑动安装有两个相互对称的横向透水板，横向透水板紧靠试样柱的两侧壁进行设置，同时横向透水板远离试样柱的一侧壁上固定安装有横向传压杆，横向传压杆的另一端从围压罩的侧壁伸出，并且传压杆的伸出端固定安装在横向载荷传感器的输出端，从而通过横向载荷传感器完成对试样柱横向载荷的检测，同时围压罩的侧壁上固定安装有进液泵和出液泵，其中进液泵位于出液泵的上方，并且围压室的内壁上固定安装有多个加热管。

作为本发明进一步的方案：所述压力室包括底板、支撑架和顶板，其中底板固定安装在安装架的顶壁上，并且底座固定安装在底板的顶壁上，同时底板的顶部螺栓安装有支撑架，支撑架的顶壁上螺栓安装有顶板，其中顶板的内部开设有通孔，同时底板的顶壁安装有排液管，并且顶板的内部安装有进液管。

作为本发明进一步的方案：所述支撑架的内壁上安装导热层，导热层采用导热材料制成，同时导热层的内部缠绕有导液管，导液管的两端分别安装有出液阀和进液阀，其中出液阀位于进液阀的正上方。

作为本发明进一步的方案：所述传压帽的外部扣合有支撑座，支撑座的顶壁通过连杆和支撑板连接在一起，同时支撑座的底壁上开设有环形盲槽，环形盲槽的内部滑动安装有插板，并且插板的顶壁上固定安装有多个压紧弹簧，压紧弹簧的另一端固定安装在环形盲槽的顶壁上，同时围压罩的顶壁上对应开设有环形槽，环形槽的尺寸和插板的尺寸相同。

作为本发明进一步的方案：所述传压帽的底壁上开设有环形储液腔，储液腔的内壁上固定安装有水位传感器，并且储液腔的内壁上开设有出液孔，出液孔外接有软管。

作为本发明进一步的方案：所述底座和顶盖靠近轴向透水板的一侧开设有导液腔，其中导液腔的端部安装有导管。

作为本发明再进一步的方案：所述压力室和安装架之间安装有减震垫，减震垫采用减震材料制成。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明设置有围压罩，围压罩内开设有围压室，围压室通过进液泵和出液泵和外部压力室连通在一起，通过进液泵和出液泵完成围压室内的进出液，采用围压室的设置，将试样柱的四周液体和压力室内部的液体进行隔开，减少了对液体温度控制的难度，更加精准的控制试样柱四周的液体温度等数值，同时压力室的支撑架内缠绕有导液管，导液管的两端分别安装有出液阀和进液阀，通过出液阀和进液阀向导液管内部导入冷却液，对压力室内部的高温溶液进行降温，模拟低温溶液对试样土的影响，从而实现了测量不同温度状态下土体在真实应力状态下的应力应变关系，对于研究温度场对土体三维应力状态下得应力应变发展规律得影响具有重要得意义。

本发明仪器的测量结果能够不同温度场下岩土工程的数值计算及工程设计提供必要的参数，同时该仪器测量结果能够为考虑温度场的土体本构理论研究提供必要的试验数据支撑。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的测量机构结构示意图。

图3为本发明的加载机构结构示意图。

图4为本发明的压力室结构示意图。

图5为本发明的传压帽结构示意图。

如图所示：1、压力室，2、测量机构，3、保温罩，4、安装架，5、减震垫，6、罩盖，7、立柱，8、驱动气缸，9、加载机构，10、顶盖，11、传压帽，12、传压板，13、轴向传压杆，14、连接杆，15、轴向载荷传感器，16、支撑板，17、安装板，18、驱动杆，19、活塞套，20、横向载荷传感器，21、底座，22、轴向透水板，23、试样柱，24、试样膜，25、卡环，26、放置板，27、围压罩，28、围压室，29、横向透水板，30、横向传压杆，31、进液泵，32、出液泵，33、加热管，34、底板，35、支撑架，36、顶板，37、排液管，38、进液管，39、导热腔，40、导液管，41、出液阀，42、进液阀，43、导液腔，44、支撑座，45、环形盲槽，46、插板，47、压紧弹簧，48、储液腔，49、水位传感器，50、出液孔。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参阅图1～5，本发明实施例中，全自动温控真三轴仪，包括压力室1、测量机构2和保温罩3，所述压力室1安装在安装架4的顶壁上，同时压力室1的内部设置有测量机构2，测量机构2对土样进行测量，并且压力室1的外部设置有保温罩3，保温罩3螺栓安装在安装架4的顶壁上，其中保温罩3采用隔温材料制成，用来对压力室1进行保温，减少压力室1内部液体和外部的热量交换，减低压力室1内部温度的降低速率，同时保温罩3的顶部扣合设置有罩盖6，方便对保温罩3内部进行操作，不用反复拆卸保温罩3，操作更加方便。

参阅图1～3可知：所述测量机构2包括加载机构9，轴向载荷传感器15和横向载荷传感器20，其中所述加载机构9安装在压力室1的底壁上，其中加载机构9的内部用来放置试样柱23，同时加载机构9的顶壁扣合有传压帽11，并且传压帽11的顶壁上安装有传压板12，传压板12安装在轴向传压杆13的底部，轴向传压杆13的另一端通过连接杆14固定安装在轴向载荷传感器20的输出端，从而通过轴向载荷传感器20对试样柱23的轴向载荷进行测量，其中轴向载荷传感器15固定安装在支撑板16的顶部上，并且支撑板16的顶部固定安装有驱动杆18，驱动杆18通过活塞套19滑动安装在安装板17的内部，同时安装板17螺栓安装在压力室1的顶壁上，并且安装板17的底部通过竖杆固定安装在压力室1的底壁上，对安装板17起到辅助支撑的作用，同时驱动杆18的顶部固定安装在驱动气缸8的输出端，其中驱动气缸8通过立柱7固定安装在压力室1的顶壁上，通过驱动气缸8控制驱动杆18进行升降运动，从而控制试样柱23的轴向载荷，同时加载机构9的左右两侧设置有一对横向载荷传感器20，横向载荷传感器20安装在压力室1的底壁上，通过横向载荷传感器20对试样柱23的横向载荷进行监测。

其中，所述加载机构9包括底座21、试样柱23、试样膜24和围压罩27，其中所述底座21固定安装在压力室1的底壁上，同时底座21的顶部放置有轴向透水板22，并且轴向透水板22的顶部放置有试样柱23，试样柱23为试样土压铸而成，其中试样柱23的顶部同样放置有轴向透水板22，同时轴向透水板22的上方安装有顶盖10，并且试样柱23的外部套设有试样膜24，试样膜24的底部通过卡环25卡紧在底座21的外壁上，其中试样膜24的顶部通过传压帽11压紧在顶盖10的顶壁上，完成试样柱23的安装，同时试样柱23的四周设置有围压罩27，围压罩27通过放置板26放置在压力室1的底壁上，所述围压罩27的内部开设有开设有围压室28，围压室28位于试样柱23的外侧，并且围压室28的内部滑动安装有两个相互对称的横向透水板29，横向透水板29紧靠试样柱23的两侧壁进行设置，同时横向透水板29远离试样柱23的一侧壁上固定安装有横向传压杆30，横向传压杆30的另一端从围压罩27的侧壁伸出，并且传压杆30的伸出端固定安装在横向载荷传感器20的输出端，从而通过横向载荷传感器20完成对试样柱23横向载荷的检测，同时围压罩27的侧壁上固定安装有进液泵31和出液泵32，其中进液泵31位于出液泵32的上方，通过进液泵31和出液泵32完成围压室28内的进出液，并且围压室28的内壁上固定安装有多个加热管33，采用围压室28的设置，将试样柱23的四周液体和压力室1内部的液体进行隔开，减少了对液体温度控制的难度，更加精准的控制试样柱23四周的液体温度等数值，便于对试样柱23的不同环境进行模拟，试样柱23的检测结果更加可靠，并且可以通过压力室1内部的液体对围压室28内部的液体进行保温隔热，避免实验过程中围压室28内部液体温度降低过快，而导致测试结果不准确的现象。

参阅图4可知：所述压力室1包括底板34、支撑架35和顶板36，其中底板34固定安装在安装架4的顶壁上，并且底座21固定安装在底板的顶壁上，同时底板34的顶部螺栓安装有支撑架35，支撑架35的顶壁上螺栓安装有顶板36，其中顶板36的内部开设有通孔，用来安装安装板17，同时底板34的顶壁安装有排液管37，并且顶板36的内部安装有进液管38，通过排液管37和进液管38控制压力室1内部的进出液；所述支撑架35的内壁上安装导热层39，导热层39采用导热材料制成，同时导热层39的内部缠绕有导液管40，导液管40的两端分别安装有出液阀41和进液阀42，其中出液阀41位于进液阀42的正上方，通过出液阀41和进液阀42向导液管40内部导入冷却液，对压力室1内部的高温溶液进行降温，模拟低温溶液对试样土的影响，增加了装置的功能，满足不同的实验需求。

其中，所述传压帽11的外部扣合有支撑座44，支撑座44的顶壁通过连杆和支撑板16连接在一起，一方面起到对支撑板16的支撑作用，另一方面通过支撑座44对传压帽11进行密封，避免液体从试样膜24的顶部流入试样柱23，同时支撑座44的底壁上开设有环形盲槽45，环形盲槽45的内部滑动安装有插板46，并且插板46的顶壁上固定安装有多个压紧弹簧47，压紧弹簧47的另一端固定安装在环形盲槽45的顶壁上，同时围压罩27的顶壁上对应开设有环形槽，环形槽的尺寸和插板46的尺寸相同，当支撑座44安装在围压罩27的顶壁上时，通过压紧弹簧47将插板46压紧在环形槽内，完成对传压帽11的密封。

其中，所述传压帽11的底壁上开设有环形储液腔48，储液腔48的内壁上固定安装有水位传感器49，并且储液腔48的内壁上开设有出液孔50，出液孔50外接有软管，当支撑柱座44发生漏液时，液体流入出液腔48内，水位传感器49对漏液进行检测，当检测到漏液时，通过出液孔50及时将漏液排出，进一步避免漏液从试样膜24的顶部流入试样柱23内，充分保证实验结果的可靠性。

优选的，所述底座21和顶盖10靠近轴向透水板22的一侧开设有导液腔43，其中导液腔43的端部安装有导管，同来排出试样柱23内部的水分和气体，调整试样土内部的孔隙压力。

优选的，所述压力室1和安装架4之间安装有减震垫5，减震垫5采用减震材料制成，大大减少压力室1对安装架4的冲击力。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内，且本说明书中未作详细描述的内容均属于本领域专业技术人员公知的现有技术。