粗粒土靜態三軸試驗機上的整體式防滲漏大接頭的制作方法
【專利摘要】粗粒土靜態三軸試驗機上的整體式防滲漏大接頭，該大接頭連接在粗粒土靜態三軸試驗機下透水石與鋼絲橡膠管之間，其特征在于，所述的大接頭采用整體式防滲漏大接頭，該整體式防滲漏大接頭中的“異型螺栓”與“插頭”為一個整體結構。優化方案用Ｏ型圈替代現有技術的扁平墊圈。本實用新型把粗粒土靜態三軸試驗機大接頭處可能產生泄漏的結構減少了50%，也就是把該連接處漏水的機率降低了50%。能確保試樣實驗過程圍壓缸中的高壓力水（最大水壓力為4MPa，相當于400米深處水壓力）不會從大接頭、小接頭的接頭處滲入到試樣中，同時確保被擠出的水經過接頭和橡膠管組成的管路，最終毫無滲漏的排到體變管中，從而精確的量測體積的壓縮量。
【專利說明】粗粒土靜態三軸試驗機上的整體式防滲漏大接頭

【技術領域】
[0001]本實用新型涉及粗粒土靜態三軸試驗機(全稱為:微機控制電液伺服1500KN靜態三軸試驗機)上的一種整體式防滲漏大接頭。

【背景技術】
[0002]粗粒土大三軸儀具有垂直激振負荷，能對由土，砂，礫石按規定組成的圓柱試樣，通過三軸壓力室進行靜態試驗，研宄其靜力和動力力學性質。
[0003]例如，申請號為201410283572.5的中國發明專利申請，公開了一種粗粒土真三軸試驗機，包括，側向加載裝置、側向力感應裝置、控制器，側向加載裝置的加載端為柔性加載端，控制器的輸入端與所述側向力感應裝置連接，輸出端與側向加載裝置連接，根據初始測力值及二次測力值獲取待測量粗粒土樣本的側向力。申請號為201410187337.6的中國發明專利申請公開了一種高壓伺服動真三軸試驗機，主機由互相獨立的三套加卸載系統組成，其中包括兩套垂直加卸載系統和一套水平加卸載系統，均為高剛度加卸載框架。
[0004]圖1是現有技術中大三軸儀結構的立面示意圖。體變是粗粒土大三軸試驗過程中量測的兩個最重要指標之一(另一個指標是軸力)，指物體受力后體積發生的改變量除于試樣原體積，反映了試驗過程中試樣體積與原體積相比，變化了百分之多少。固結排水試驗中試樣包在乳膠膜內，上、下兩端用橡皮筋或鋼箍扎緊在上鋼蓋帽和下鋼蓋帽的凹槽內。試驗前試樣孔隙充滿水，試驗中試樣孔隙被壓縮了多少毫升，就有多少毫升的水被擠出。如圖1所示，擠出的水沿上鋼蓋帽頂的圓孔14、大接頭18，進入一根橡膠管17，小接頭16，下底座上圓孔13，再通過底座13上的閥門上的另一根橡膠管，經上孔壓閥21，分配閥22，進入帶有浮球式傳感器的鋼制反壓罐中。反壓罐內浮球式傳感器的位置值，被轉換為電子信號，由電腦的試驗控制軟件自動計算并顯示在屏幕上，記錄在硬盤文件中。上蓋帽上圓孔與底座上圓孔之間通過了 4處螺栓相連接，加上橡膠管，組成圍壓缸內的管路系統。
[0005]上述技術方案中，涉及到大、小兩個接頭。其中，圖2為現有技術粗粒土大三軸儀中與圓柱型鋼底座13相連的大接頭，由扁平墊圈1、連接圓柱型鋼底座13內的排水孔的螺栓2、帶活動螺帽的插頭3，與空心鋼套管組成。圖3為現有技術粗粒土大三軸儀中與上鋼蓋帽14相連的小接頭:由扁平墊圈5、異型螺栓6、帶活動螺帽的插頭7，與空心鋼套管組成。
[0006]現有技術中，與底座的連接采用了簡單的扁平墊片1+螺栓2的方式，這種方式在高水壓力下容易漏水；螺栓2和插頭3的連接采用了簡單的嗽叭形螺絲孔擰緊連接的方式，這種連接方式適用挖機那樣在浸油環境中工作的管路，但對于無孔不入的高壓力下的水，這種螺絲扣擰過幾次后，接觸面會出現硬劃痕，三軸試驗中高水壓力下會從劃痕中漏水。同樣，小接頭也采用了類似的接頭方式。
[0007]由于現有技術中的大三軸圍壓缸的大、小兩個接頭，均采用了簡單的扁平墊圈+螺母的止水防滲連接方式，并且有4處螺栓、靠螺孔擰緊連接，容易漏水。2007儀器購買使用幾個月后，便出現了輕微的滲漏。中間雖然我們更換了新螺母，但是仍不能保證管線不漏水。特別是高圍壓下試驗，無論試驗中如何小心的選擇和安放墊圈、如何認真地擰這些螺絲，做15個樣，在6個多小時的試驗時間內有6個樣漏水，滲漏量通常為40-120毫升，嚴重時滲漏量則更多。嚴重影響了體變曲線的變化趨勢，根據《高等土力學》書中對臨界狀態的定義，試樣到了臨界狀態，試驗體積不再變化，體變曲線應為水平(圖6中最上面兩條)，而漏水卻使體變曲線向下彎曲(圖6中最下面一條)。現有技術的接頭容易漏水問題被多年來的試驗所證實。


【發明內容】

[0008]本實用新型的目的是提供一種整體式防滲漏大接頭，特別是粗粒土靜態三軸試驗機(全稱為:微機控制電液伺服1500KN靜態三軸試驗機)上的一種整體式防滲漏大接頭。安裝了這種新結構的整體式防滲漏大接頭的粗粒土靜態三軸試驗機，能夠克服試驗過程中傳統技術容易漏水的不足，解決粗粒土大三軸試驗過程中圍壓缸內、試樣外的高壓力水下(最大圍壓4MPa，相當于400米水深的壓力)先由排水管接頭漏入到試樣當中，最后進入體變管，影響實驗中體變值的量測準確性的問題。
[0009]完成上述發明任務的技術方案是:一種粗粒土靜態三軸試驗機上的整體式防滲漏大接頭，該大接頭連接在粗粒土靜態三軸試驗機下透水石與鋼絲橡膠管之間；其特征在于，所述的大接頭采用整體式防滲漏大接頭，該整體式防滲漏大接頭中的異型螺栓與插頭為一個整體結構。
[0010]以上方案中所述的異型螺栓與插頭為一個整體結構，可以是鑄造出的整體結構，也可以是用整塊材料機械加工出的整體結構。
[0011]本實用新型的優化方案中:
[0012]所述整體式防滲漏大接頭的下端面設有容納大O型圈的圓環型凹槽，該與下透水石之間，設有大O型圈(替代現有技術中的扁平墊圈)。
[0013]結合本 申請人:同時遞交的另一個“小接頭”的實用新型，兩個方案一起用帶O型圈凹槽的整體式接頭方式，將現有技術采用的4處螺栓、螺孔擰緊連接，減少為兩道螺栓、螺孔擰緊連接；對于剩下的2處螺栓、螺孔擰緊連接，通過在接頭上加工圓環型凹槽，加帶O型圈的防滲漏方式，替代了現有技術采用的扁平軟墊片的簡單接頭防式。
[0014]另外，插頭3和橡膠管連接時，插入橡膠管中，橡膠管外套上帶8條棱的空心薄套管，連接時可用挖機橡膠管專用的壓制機器壓在一起，也可以在工廠用類似機器將空心插頭、套桶與橡膠管壓制在一起。此處的連接方式，簡單實用，本實用新型中照用，未改動。即，本實用新型中的空心插頭8與現有技術中的空心鋼套管結構相同，為同一部件；本實用新型中的空心插頭4與現有技術中的空心鋼套管結構相同，為同一部件。
[0015]本實用新型取消了現有技術廠家設計方案中的螺栓2和插頭3的螺絲孔連接，而用同一塊鋼材加工成整體式的，因此不存在廠家方案中的螺栓、螺孔的擰緊問題，也就不可能從這里滲漏。另外；在與底座圓孔13連接處配了 O型圈，在大接頭底部開了一圈圓環型凹槽，取消了出廠時的軟墊片簡單連接方式。實驗表明，高壓力下O型圈防滲漏效果明顯好于軟墊片，多次試驗不換O型圈而不漏水。插頭3和橡膠管連接時，采用了廠家的連接方式，只是重新加工的插頭不是分離式的，而是整體式的。也就是說，廠家原方案中(圖2)的螺栓2和插頭3，現在是一塊鋼材加工出來的整體式的。
[0016]本實用新型能夠確保試驗過程中圍壓缸中的高壓力水(最大圍壓4MPa，相當于400米深度處的水壓力)不會通過接頭滲入到試樣當中而最終進入到體變管中，從而保證固結排水試驗當中測得的試樣體積變化值的精度，是一種解決大三軸試驗中高壓力下圍壓缸內排水管漏水難題的有效裝置。
[0017]連接上蓋帽14的小接頭16包括:小O型圈11，整體式小接頭12，空心插頭8。本實用新型取消了廠家設計方案中的螺栓6和插頭7的螺絲孔連接，而用同一塊鋼材加工成整體式的，因此不存在廠家方案中的螺栓、螺孔的擰緊問題，也就不可能從這里滲漏。另外；在與上蓋帽圓孔連接處配了 O型圈，在小接頭底部開了一圈圓環型凹槽，取消了出廠時的軟墊片簡單連接方式。實驗表明，高壓力下O型圈防滲漏效果明顯好于軟墊片。空心插頭8和橡膠管連接時，采用了廠家的連接方式，只是重新加工的插頭不是分離式的，而是整體式的。也就是說，廠家原方案中(圖3)的螺栓6和插頭7，現在是一塊鋼材加工出來的整體式的。
[0018]將上述大接頭18、小接頭16的與橡膠管在壓制機器上壓緊裝好，并分別將六邊形螺母旋緊固定在大底盤和上蓋帽上。大三軸實驗結果表明帶O型圈的整體式防滲漏接頭的防滲漏效果，遠勝過廠家提供的帶扁平墊圈、中間還多一道接口的接頭方式。
[0019]本實用新型的裝置可作為巖土工程試驗的專用裝置，可用于行業標準SL237-058-1999粗顆粒固結試驗和SL237-060-1999粗顆粒土三軸壓縮試驗，確保試樣實驗過程圍壓缸中的高壓力水不會從大接頭、小接頭的接頭處滲入到試樣中，同時確保被擠出的水經過接頭和橡膠管組成的管路，最終毫無滲漏的排到體變管中，從而精確的量測體積的壓縮量。
[0020]本實用新型把粗粒土靜態三軸試驗機大接頭處可能產生滲漏的結構從2處減少為I處，也就是把該連接處的漏水的機率降低了 50%，另外又采用O型圈替代了現有技術方案中的扁墊圈，防漏水性能更好。實驗結果表明本高水壓力下的圍壓缸內的排水管體系的實用新型的防滲漏效果好，適用于30厘米試樣直徑的大三軸儀，也適用于最近幾年來出現的更大直徑三軸儀，例如50、100厘米試樣直徑的大三軸儀，當然也適用于試樣直徑小于30厘米的20厘米、15厘米、10厘米、5厘米等不同直徑的小三軸儀。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]下面結合附圖和實施例對本實用新型作進一步說明:
[0022]圖1為現有技術中粗粒土大三軸的平面示意圖。
[0023]圖2為現有技術中大接頭的整體結構三維爆炸示意圖。
[0024]圖3-1與圖3-2為現有技術中小接頭的整體結構三維爆炸示意圖。
[0025]圖4-1與圖4-2為本實用新型的大接頭的整體結構三維爆炸示意圖。
[0026]圖5為本實用新型的小接頭的整體結構三維爆炸示意圖。
[0027]圖6為三軸試驗得到的體變-軸應變關系曲線。

【具體實施方式】
[0028]實施例1，設有整體式防滲漏接頭的粗粒土靜態三軸試驗機，如圖1中，在裝好包在乳膠膜中的試樣后，將乳膠膜的上、下兩端分別扎緊在上蓋帽和下透水石上后，將大接頭螺栓擰緊在上鋼蓋帽圓孔內，將小接頭螺栓擰緊在下底座圓孔內，之后按大三軸操作手冊上的說明操作即可，該大三軸排水管的防滲漏接頭管路系統，能夠確保試驗過程中圍壓缸中的高壓力水不會通過接頭滲入到試樣當中。圖1中:圓柱型鋼底座13，上鋼蓋帽14，活塞15，小接頭16 (包括本實用新型中的11，12，8)，鋼絲橡膠管17，大接頭18 (包括本實用新型中的9，10，4)，下透水石19，試驗料20，上孔壓閥21，分配閥22，體變管23 (廠家說明書上稱為反壓罐)，體變傳感器24，通大氣管25。圖2為現有技術中與圓柱型鋼底座13相連的大接頭，其中:扁平墊圈1，連接底座的排水孔的螺栓2，帶活動螺帽的插頭3、空心鋼套管
4。圖3-1與圖3-2中為現有技術中的與上鋼蓋帽相連的小接頭，其中:扁平墊圈5，異型螺栓6，帶活動螺帽的插頭7、空心鋼套管8。圖4-1與圖4-2為本實用新型的大接頭，其中:大O型圈9，整體式大接頭10，空心插頭4。圖5中:為本實用新型的小接頭，其中:小O型圈11，整體式小接頭12，空心插頭8。圖6中最上兩條線為未漏水的體變一軸應變曲線；最下一條為漏水時測得的體變一軸應變曲線。固結排水試驗中的體變等于試樣體積壓縮(或增加)值除以試樣固結完成后的體積。軸變等于軸向試樣的壓縮量除以試樣高度。
【權利要求】
1.一種粗粒土靜態三軸試驗機上的整體式防滲漏大接頭，該大接頭連接在粗粒土靜態三軸試驗機下透水石與鋼絲橡膠管之間，其特征在于，所述的大接頭采用整體式防滲漏大接頭，該整體式防滲漏大接頭中的異型螺栓與插頭為一個整體結構； 所述的異型螺栓與插頭為一個整體結構，是指用整塊材料機械加工出的整體結構；或者， 所述的異型螺栓與插頭為一個整體結構，是指鑄造出的整體結構。
2.根據權利要求1所述的粗粒土靜態三軸試驗機上的整體式防滲漏大接頭，其特征在于，所述整體式防滲漏大接頭的下端面設有容納大O型圈的圓環型凹槽，所述整體式防滲漏大接頭的下端面與下透水石之間，設有大O型圈。
【文檔編號】G01N3/02GK204176206SQ201420595886
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年10月15日 優先權日:2014年10月15日
【發明者】孫大偉, 徐志華, 張國棟, 程潤喜, 姚惠芹 申請人:三峽大學