本實用新型屬于巖土工程領域，具體涉及一種新型動力側限壓縮試驗裝置。

背景技術：

側限壓縮試驗是土工試驗中的常見內容，通過側限壓縮試驗，測量土體的壓縮性，用于分析建筑物地基沉降、路基沉降等。側限壓縮試驗其常規(guī)做法是在一固定體積的鋼性容器盛裝土體，土體上部覆蓋鋼性壓力板，通過砝碼、杠桿組成的力臂放大結構，對土體上的壓力板施加靜止的壓力，并通過百分表等量測設備分析其土體的壓縮變形量，其具有結構簡單的特點。但眾所周知，真實環(huán)境中，土體上部的荷載并非一直屬于靜荷載，例如實際工程建設過程中，建筑物的修建中施工荷載、土體開挖導致的加卸荷載、機器振動，地基加固中的沖擊碾壓、路基上部的車輛移動交通荷載，儲油罐液位反復升降，這些均屬于動力荷載，這些地方的地基所受荷載均是動力荷載，現(xiàn)有常規(guī)土工試驗裝置無法完成動力加載，不能模擬工程實際中的動力復雜狀況。此外，環(huán)境荷載，例如臨海和沿海區(qū)域，由于潮汐作用，水位的波動也會導致地基發(fā)生沉降，可見環(huán)境水動力對地基的作用也需進行考慮；同時在一些降雨和蒸發(fā)頻繁的地區(qū)，由于干濕循環(huán)對于土體自身性質的改變，也會導致地基的沉降變形，可見這些環(huán)境荷載下的地基沉降變形也是十分重要的巖土工程問題，現(xiàn)有的側限壓縮裝置不具備進行環(huán)境荷載作用下的側限壓縮試驗功能。同時多數(shù)側限壓縮裝置，多采用機械傳力結構，通過杠桿、砝碼的作用施加荷載，由于砝碼自身較為笨重，且加卸存在時差不準、杠桿自身擺動等問題在操作上也較為不便，本發(fā)明裝置提供了一種能夠對側限壓縮盒體施加復雜的動力荷載的側限壓縮裝置，并且采用氣動作為壓力源，具有調壓簡單快捷，采集時效性高的特點。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的就是為了在側限壓縮試驗中，進行多種動力加載，并模擬工程實際中的復雜狀況，提供一種更能真實反應土體受力狀態(tài)，可測定土體在外部荷載作用下其壓縮特性變化的可加載的壓縮裝置。

針對現(xiàn)有技術存在的問題，本實用新型為解決現(xiàn)有技術中存在的問題采用的技術方案如下：

一種新型動力側限壓縮試驗裝置，包括壓縮儀和用于監(jiān)測試樣位置變化的位移測量模塊，其特征在于：還包括豎向載荷加載模塊、水位波動模塊、干濕循環(huán)模塊和試樣變形監(jiān)測模塊；

所述的壓縮儀包括圓柱形的試驗盒和用于固定試驗盒和豎向載荷加載模塊的支架，試驗盒內從上到下依次設有加載蓋、頂部透水石、試樣和底部透水石，所述的試驗盒為帶有筒底的透明圓筒，試驗盒底部設有連通筒體內外的進水口；

所述豎向載荷加載模塊設置在壓縮儀頂部，用于為試樣提供豎向荷載；

所述水位波動模塊連接在壓縮儀一側，用于模擬潮汐荷載；

所述干濕循環(huán)模塊與壓縮儀底部連接，用于模擬降雨和蒸發(fā)；

所述試樣變形監(jiān)測模塊設置在壓縮儀側邊，用于觀測并記錄試樣在實驗過程中的變形。

所述豎向載荷加載模塊的載荷為沖擊動荷載、恒靜壓荷載或者循環(huán)靜荷載?，F(xiàn)有的壓縮儀只能測定靜壓荷載下的土體壓縮性能，而無法測定沖擊動荷載和循環(huán)靜荷載下的土體壓縮性能，實際工程中，土體所受的荷載復雜多變，和現(xiàn)有的壓縮儀測量結果存在一定差別；本實用新型可測定土體在沖擊動荷載、恒靜壓荷載或者循環(huán)靜荷載下的壓縮性能，所得結果更接近實際工程。

所述豎向載荷加載模塊的載荷為沖擊動荷載時的具體結構為：包括依次電路連接的直流電源、時間繼電器和電磁閥依次電路連接；還包括依次氣路連通的空氣壓縮機、氣壓調壓閥、氣缸開關和氣缸，所述電磁閥安裝在氣缸開關上，用于控制氣缸開關，所述氣缸與壓縮儀頂部連接。實際工程中土體經(jīng)常受到豎向的沖擊動荷載，如夯擊過程等，此時土體的壓縮性能與靜壓時存在差距，而現(xiàn)有的壓縮儀無法對這一條件下的土體壓縮性能進行測定；為解決這一問題，本實用新型可對土體施加豎向沖擊動荷載，并且測定其壓縮性能，結果更接近實際工程。

所述豎向載荷加載模塊的載荷為恒靜壓荷載時的具體結構為：包括依次氣路連通的空氣壓縮機、氣壓調壓閥、氣缸開關和氣缸，所述氣缸開關上設置有控制氣缸開關的電磁閥，所述氣缸與壓縮儀頂部連接?，F(xiàn)有的壓縮儀采用砝碼的加減來改變荷載大小，加載級數(shù)有限，操作費時費力，并且由于砝碼的長期使用容易造成較大的誤差；本實用新型采用氣動加載，由調壓閥調節(jié)荷載大小，操作簡便，加載更準確。

所述豎向載荷加載模塊的載荷為循環(huán)靜荷載時的具體結構為：包括依次電路連接的直流電源、電氣比例閥和函數(shù)信號發(fā)生器；還包括依次氣路連通的空氣壓縮機、氣壓調壓閥、電氣比例閥和氣缸，所述氣缸與壓縮儀頂部連接。實際工程中土體經(jīng)常受到循環(huán)靜荷載，如來回碾壓過程等，此時土體的壓縮性能和靜載時存在差別，而現(xiàn)有的壓縮儀無法對這一條件下的壓縮性能進行測定；為解決這一問題，本實用新型可對土體施加循環(huán)靜荷載，并且測定其壓縮性能，結果更接近實際工程。

所述水位波動模塊包括水箱，所述水箱底部連接有平板狀的升降臺，所述升降臺底部連接有電動推桿，所述電動推桿由驅動器驅動，并由控制器控制，所述水箱為圓筒狀結構，水箱側壁從上至下依次設置有水箱進水口、水箱溢水口和水箱出水口，所述水箱出水口與壓縮儀的進水口連接?，F(xiàn)有的壓縮儀僅能從上部加水，無法控制土體的水位變化，而現(xiàn)實工程中，土體中的水位經(jīng)常發(fā)生變化；為解決這一問題，本實用新型通過水位波動模塊實現(xiàn)對土體內水位變化進行控制，更接近實際工程中土體的環(huán)境變化。

所述干濕循環(huán)模塊包括PID溫控系統(tǒng)和三通閥門，所述三通閥門一端用于連接壓縮儀的進水口，一端與PID溫控系統(tǒng)連接，另一端用于連接水位波動模塊的水箱出水口。實際工程中土體經(jīng)常受到雨淋和日嗮，土體經(jīng)歷了干濕的循環(huán)變化，此時土體的壓縮性能可能會發(fā)生變化，而現(xiàn)有的壓縮儀無法對這一條件下的壓縮性能進行測定；為解決這一問題，本實用新型可對土體施加干濕循環(huán)，用來模擬降雨和蒸發(fā)導致的土體含水量變化，并且測定其壓縮性能的變化，結果更接近實際工程。

所述試樣變形監(jiān)測模塊包括高清攝像頭和一對呈一定角度連接的平面鏡，所述高清攝像頭和平面鏡相對布置，設置在壓縮儀兩側?，F(xiàn)有壓縮儀無法監(jiān)測試驗過程中土體的變形，本實用新型能實時監(jiān)測試驗過程中的土體的形變，為不同的環(huán)境因素對土體的壓縮性能影響提供試驗依據(jù)。

所述位移測量模塊包括位移計和鐵板；所述位移計為標準件，固定在支架上，其測量端和鐵板相連，輸出端和計算機相連，所述鐵板水平放置，和加載蓋相連。

本實用新型具有如下優(yōu)點：

1、通過豎向荷載模塊對試樣施加沖擊動荷載、恒靜壓荷載和循環(huán)靜荷載。和傳統(tǒng)壓縮裝置相比，本實用新型具備多種豎向荷載施加功能，可以對試樣進行多種方式的壓縮試驗，得出荷載的大小、頻率、時間和加載方式對試樣壓縮性能的影響；傳統(tǒng)壓縮裝置僅由砝碼進行逐級靜壓加載。

2、本實用新型可對試樣進行干濕循環(huán)，用來模擬降雨和蒸發(fā)。和傳統(tǒng)壓縮裝置相比，本實用新型可以對試樣干濕循環(huán)前后壓縮性能進行對比，得出干濕循環(huán)的次數(shù)、頻率和時間對試樣壓縮性能的影響；傳統(tǒng)壓縮裝置僅能測得放樣時的試樣壓縮性能，和自然環(huán)境下存在一定區(qū)別。

3、本實用新型可對試樣進行水位波動，用來模擬潮汐的漲落。和傳統(tǒng)壓縮裝置相比，本實用新型可以對試樣水位波動循環(huán)前后壓縮性能進行對比，得出水位波動循環(huán)的次數(shù)、頻率和時間對試樣壓縮性能的影響；傳統(tǒng)壓縮裝置僅能測得放樣時的試樣壓縮性能。

4、本實用新型可觀察試樣在試驗過程中的形變。本實用新型通過試樣變形監(jiān)測模塊對試樣在豎向荷載，干濕循環(huán)，水位波動過程中的試樣形變進行觀察?？汕宄目匆娫嚇拥淖兓?。而傳統(tǒng)壓縮裝置無法觀察記錄試樣的變形。

5、本實用新型可以更精確的測量試驗數(shù)據(jù)，通過位移測量模塊與計算機連接采集和記錄試驗數(shù)據(jù)，和傳統(tǒng)壓縮裝置相比，本實用新型采用電腦采集，可以采集連續(xù)的數(shù)據(jù)變化，傳統(tǒng)壓縮裝置只能由人工讀數(shù)。

附圖說明

圖1為裝置整體結構示意圖；

圖2為壓縮儀結構示意圖；

圖3為豎向沖擊荷載加載結構連接方式示意圖；

圖4為豎向恒壓靜荷載加載結構連接方式示意圖；

圖5為豎向循環(huán)靜壓荷載加載結構連接方式示意圖；

圖6為水位波動模塊結構示意圖；

圖7為PID溫控系統(tǒng)結構示意圖；

圖8為三通閥結構示意圖；

圖9為干濕循環(huán)模塊結構示意圖；

圖10為試樣變形監(jiān)測模塊結構示意圖；

圖11為位移測量模塊結構示意圖；

其中：100—壓縮儀、101—試驗盒、102a—頂部透水石、102b-底部透水石、103—加載蓋、104—出水口、105—支架；200—豎向荷載加載模塊，210-氣壓系統(tǒng)， 211—空氣壓縮機、212—氣壓調壓閥、213—氣缸開關、214—氣缸，221—直流電源、222—電氣比例閥、223—函數(shù)信號發(fā)生器、224—電磁閥、225—時間繼電器；300—水位波動模塊，301—水箱、302—升降臺、303—電動推桿、304—驅動器、305—控制器；400—干濕循環(huán)模塊，410—PID溫控系統(tǒng)，411—風機、412—電熱絲、413—溫控開關；420—三通閥門；500—試樣變形監(jiān)測模塊，501—高清攝像頭、502—平面鏡；600—位移測量模塊，601—位移計、602—鐵板。

具體實施方式

下面通過實施例，并結合附圖，對本實用新型的技術方案作進一步具體的說明，如圖1所示的一種新型動力側限壓縮試驗裝置，包括壓縮儀100和用于監(jiān)測試樣位置變化的位移測量模塊600，其特征在于：還包括豎向載荷加載模塊200、水位波動模塊300、干濕循環(huán)模塊400和試樣變形監(jiān)測模塊500；

1、壓縮儀

如圖2所示，壓縮儀100包括圓柱形的試驗盒101和支架105，試驗盒101內從上到下依次設有頂部透水石102a、試樣、底部透水石102b和加載蓋103，所述的試驗盒101為帶有筒底的透明圓筒，試驗盒101底部設有連通筒體內外的進水口104。

壓縮儀100的工作原理：水從壓縮儀100進水口104進入，實現(xiàn)水位波動和干濕循環(huán)；通過豎向加載模塊200作用在加載蓋103上的載荷，對試樣進行壓縮試驗。

2、豎向載荷加載模塊

如圖3-5所示，豎向載荷加載模塊200包括相互連接的氣壓系統(tǒng)210和氣壓電路控制系統(tǒng)；氣壓電路控制系統(tǒng)控制氣壓系統(tǒng)210。

1）氣壓系統(tǒng)210

所述的氣壓系統(tǒng)210包括依次連接的空氣壓縮機211、氣壓調壓閥212、氣缸開關213和氣缸214。

2）氣壓電路控制系統(tǒng)

所述的氣壓電路控制系統(tǒng)包括直流電源221、電氣比例閥222、函數(shù)信號發(fā)生器223、電磁閥224和時間繼電器225；

具體實施方式如下：氣壓系統(tǒng)210提供動力源，通過加載蓋103施加到透水石102和試樣上；氣壓電路控制系統(tǒng)控制加載方式、施加大小和施加時間；通過沖擊荷載連接方式、恒壓靜壓荷載連接方式和循環(huán)靜壓荷載連接方式三種氣路電路連接方式可以對試樣施加沖擊荷載、恒靜壓荷載和循環(huán)靜壓荷載。

其中，豎向載荷加載模塊200的載荷為沖擊動荷載時，如圖3所示的具體結構為：包括依次電路連接的直流電源221、時間繼電器225和電磁閥224依次電路連接；還包括依次氣路連通的空氣壓縮機211、氣壓調壓閥212、氣缸開關213和氣缸214，電磁閥224安裝在氣缸開關213上，用于控制氣缸開關213，氣缸214與壓縮儀100頂部連接。所述沖擊荷載連接方式工作原理為：電磁閥224由時間繼電器225控制，時間繼電器225可通過時間控制電磁閥224的通斷，從而控制氣缸214的伸縮；

當豎向載荷加載模塊200的載荷為恒靜壓荷載時，如圖4所示的具體結構為：包括依次氣路連通的空氣壓縮機211、氣壓調壓閥212、氣缸開關213和氣缸214，所述氣缸開關213上設置有控制氣缸開關的電磁閥224，所述氣缸214與壓縮儀100頂部連接。所述恒壓靜壓荷載連接方式工作原理為：氣壓調壓閥212可調節(jié)空氣壓縮機211的輸出壓力，從而施加靜荷載。

當豎向載荷加載模塊200的載荷為循環(huán)靜荷載時，如圖6所示的具體結構為：包括依次電路連接的直流電源221、電氣比例閥222和函數(shù)信號發(fā)生器223；還包括依次氣路連通的空氣壓縮機211、氣壓調壓閥212、電氣比例閥222和氣缸214，所述氣缸214與壓縮儀100頂部連接。所述循環(huán)靜壓荷載連接方式工作原理為：函數(shù)信號發(fā)生器213的作用是提供變化的電壓信號；電氣比例閥222的作用是在接受電壓信號后改變輸出空氣壓力值的大小，其特點是隨著電壓信號的線性變化，提供線性變化的空氣壓力；循環(huán)靜壓荷載連接方式可由函數(shù)信號發(fā)生器223控制循環(huán)荷載的大小與周期。

3、水位波動模塊

如圖6所示，水位波動模塊300包括水箱301，所述水箱301底部連接有平板狀的升降臺302，所述升降臺302底部連接有電動推桿303，所述電動推桿303由驅動器304驅動，并由控制器305控制，所述水箱301為圓筒狀結構，水箱側壁從上至下依次設置有水箱進水口310a、水箱溢水口310b和水箱出水口310c，所述水箱出水口310c與壓縮儀100的進水口104連接。電動推桿303為通用件，電動推桿303下部和水平面固定，電動推桿303的升降由驅動器304和控制器305控制。

通過驅動器304和控制器305可實現(xiàn)定時，定距離的水箱301升降，水箱溢水口301b高為水箱301的水位高度，水箱進水口301a與實驗室供水管相連，水箱出水口301c與壓縮儀100的進水口104相連，可為試驗壓縮系數(shù)的測量試驗提供固定水位；水箱出水口301c與壓縮儀的進水口104相連，可實現(xiàn)試樣的水位波動。

4、干濕循環(huán)模塊

如圖7、8、9所示，干濕循環(huán)模塊400包括PID溫控系統(tǒng)410和三通閥門420，所述三通閥門420一端用于連接壓縮儀100的進水口104，一端與PID溫控系統(tǒng)410連接，另一端用于連接水位波動模塊的水箱出水口310c。

所述PID溫控系統(tǒng)410為一加熱系統(tǒng)，包括風機411，電熱絲412，溫控開關413；

風機411通電時可向前吹出空氣，并可調節(jié)風力大小；風機內裝有電熱絲412，可加熱空氣，使風機411吹出一定溫度的空氣；溫控開關413可控制吹出空氣的溫度。

干濕循環(huán)模塊工作原理：打開壓縮儀100進水口104和水位波動模塊水箱301c的閥門時，水箱301中的水流入壓縮儀中，使試樣飽和；打開壓縮儀100進水口104和PID溫控系統(tǒng)410的閥門時，PID溫控系統(tǒng)410向壓縮儀100中吹入一定溫度的空氣，使得試樣中的水分蒸發(fā)，從而實現(xiàn)干濕循環(huán)。

5、試樣變形監(jiān)測模塊

如圖10所示，試樣變形監(jiān)測模塊500包括高清攝像頭501和一對呈一定角度連接的平面鏡502，所述高清攝像頭501和平面鏡502相對布置，設置在壓縮儀100兩側。

高清攝像頭501放置在壓縮儀100前方，利用平面鏡502，可拍攝試驗過程中試樣A各個方向的變形。

試樣變形監(jiān)測模塊工作原理：通過高清攝像頭501記錄試樣各個方向的變形，便于觀察。

6、位移測量模塊600

如圖11所示，位移測量模塊600包括位移計601和鐵板602；所述位移計601為標準件，固定在支架105上，其測量端和鐵板602相連，輸出端和計算機相連；所述鐵板602水平放置，和加載蓋103相連；

位移測量模塊600工作原理：位移測量模塊600可以測量試樣的豎向位移，鐵片602和加載蓋103固定，當試樣A下沉時，鐵板602隨之下降，下降距離由位移計601采集。

本實用新型模擬潮汐的水位波動、降雨和蒸發(fā)的干濕循環(huán)、為試樣提供豎向荷載和壓縮變形測量方法：

1、水位波動方法

水箱出水口301c和壓縮儀進水口104相連，水箱進水口301a和實驗室供水管相連；通過控制器304設置電動推桿303伸縮的距離和時間，使壓縮儀100內試樣的水位隨水箱301的升降發(fā)生變化；水位的變化可通過透明的試驗盒101觀察。

2、干濕循環(huán)方法

三通閥門420一端連接壓縮儀進水口104，一端連接PID溫控系統(tǒng)410，一端連接水位波動模塊出水口301c，水位波動模塊300提供一定的水壓。

打開壓縮儀進水口104和水位波動模塊出水口301c的閥門時，水箱301中的水流入壓縮儀100中，使試樣飽和；打開壓縮儀進水口104和PID溫控系統(tǒng)410的閥門時，PID溫控系統(tǒng)410向壓縮儀100中吹入一定溫度的空氣，使得試樣中的水分蒸發(fā)，從而實現(xiàn)干濕循環(huán)。

3、豎向荷載施加方法

豎向荷載施加有三種方式：豎向沖擊荷載，豎向恒靜壓荷載和豎向循環(huán)靜壓荷載。

1）豎向沖擊荷載

按豎向沖擊荷載連接方式連接，時間繼電器225和氣缸開關213，電磁閥224組成定時電控開關線路如圖3，可以根據(jù)沖擊荷載頻率，控制電磁閥224的通斷時間，從而間接控制氣缸開關213，進一步控制氣缸214活塞的伸出和回縮時間，以模擬環(huán)境中的沖擊荷載。

2）豎向恒靜壓荷載

如圖4，按豎向恒靜壓荷載連接方式連接，打開空氣壓縮機211，通過氣壓調壓閥212設置好所需空氣壓力值，氣動加載系統(tǒng)開始工作，氣缸214在空氣壓力的推動下對試樣A施加靜荷載，如需在一段時間后調整氣缸214壓力值大小，只需調節(jié)調壓閥，使其達到對應的壓力值即可。

3）豎向循環(huán)靜壓載荷

按豎向循環(huán)靜壓荷載連接方式連接，如圖6，所需線性電控開關施加荷載的主要原理是：直流電源221給電氣比例閥222供電。電氣比例閥222可在外部電壓信號作用下改變通過開關的氣流氣壓值大小。

函數(shù)信號發(fā)生器223的作用是輸出一個線性變化的電壓信號，電壓信號作用于電氣比例閥222。

通過人為設定信號發(fā)生器223的電壓變化函數(shù)，進一步通過電氣比例閥222控制輸入到氣缸214的壓力值大小，實現(xiàn)線性荷載的施加。

4、壓縮變形測量方法

斷開試驗盒101的進水口104處的連接，使試樣中的水可以從進水口104自由流出；將豎向加載模塊200安裝在支架105上，活動端與加載蓋103相連，將鐵板602與加載蓋103相連，將位移計601安裝在支架105上，其測量端與鐵板602相連，輸出端連接到計算機上；打開試樣變形監(jiān)測模塊500上的高清攝像頭501；設置豎向加載模塊200后開始加載，由試樣變形監(jiān)測模塊500記錄試樣A的變形，由位移測量模塊600記錄試樣A的豎向位移。

本實用新型的保護范圍并不限于上述的實施例，顯然，本領域的技術人員可以對本實用新型進行各種改動和變形而不脫離本實用新型的范圍和精神。倘若這些改動和變形屬于本實用新型權利要求及其等同技術的范圍內，則本實用新型的意圖也包含這些改動和變形在內。