技术领域
[0001] 本
发明属于机械工程测试技术领域，涉及土
力学三轴试验，尤其是一种超大三轴试验中试样排水/吸水量连续测量装置。
背景技术
[0002] 测量
土壤的强度和
变形而常使用三轴试验仪，该仪器应用广泛，可用于测量多种参数，包括剪切强度和变形特性、固结特点和土壤渗透性。它的主要功能包括主
应力大小的控制，体变排水量和孔隙压力的测量。超大三轴试验仪主要针对超大试样直径1.0米，高2.0米的圆柱试样完成大围压、重
载荷试验，测试超大试样的强度和变形特征，可以完成大型
水电站土石坝材料特性试验工作。试验过程中试样体变通过测量排水量获得。排水量如按照试样体积的10％来估算，直径1.0米、高2.0米的超大试样排水量将达到160L。要想实现实时连续精确测量这么大的排水量是非常困难的。
[0003] 目前，国内并没有针对超大试样排水量的实时连续精确测量装置。国外知名岩土设备生产厂家GDS公司在
排水管路中接入专
门设计的流量
传感器来实现试样排水量的检测。这种流量传感器是GDS公司拥有的
专利，测量
精度不太高，价格昂贵而且不对外出售，在市场上很难买到。此外，对于一些试样在剪切过程中还会发生吸水现场，而且吸水量可以达到排水量的20％32L。因此在排水量检测过程中还需要考虑吸水量的高精度检测问题。
发明内容
[0004] 本发明的目的是：解决超大型三轴试验中根据排水量精确测量试样体变的难题，发明的测量装置实现了大排水\吸水量连续的高精度测量。
[0005] 本发明采用的技术方案是：一种超大三轴试验中试样排水/吸水量连续测量装置，包括自动补水子系统和排水量自动连续检测子系统；自动补水子系统通过控制两位两通电磁
阀，实现自动为排水量自动连续检测子系统中的薄壁容器补给高纯净水。排水量自动连续检测子系统用于检测从软管注入超大试样的排水，两个盛水薄壁容器下方装有高精度力传感器，静态标定后根据力传感器的
输出电压值可以精确计算薄壁容器排水量的
质量，既而获得排水量体积。利用电磁水阀和计算机控制实现自动切换，完成大排水量的高精度连续自动测量。
[0006] 自动补水子系统包括补水桶
固定板1、补水桶固定环2、补水桶3、上补水软管A4、补水控制
电磁阀A5、下补水软管A6、上补水软管B12、电磁阀
支撑板A13、补水控制电磁阀B14和下补水软管B15；自动补水子系统中的补水桶固定板1和电磁阀支撑板A13上下固定于竖直
墙壁上，补水桶固定板1用于支撑补水桶3，电磁阀支撑板A13用于支撑补水控制电磁阀A5和补水控制电磁阀B14；自动补水子系统中两位两通补水控制电磁阀A5的一个端口通过上补水软管A4与补水桶3底部相连通，另一端口与下补水软管A6一端相连；下补水软管A6的另一端插入到排水量自动连续检测子系统中的检测容器A7底部；两位两通补水控制电磁阀B14一个端口通过上补水软管B12与补水桶3底部相连通，另一端口与下补水软管B15的一端相连，下补水软管B15的另一端插入到排水量自动连续检测子系统中的检测容器B16底部；通过控制两位两通补水控制电磁阀A5和两位两通补水控制电磁阀B14，实现自动为排水量自动连续检测子系统中的检测容器A7和检测容器B16补水；
[0007] 排水量自动连续检测子系统包括检测容器A7、力传感器A8、排水软管A9、排水控制电磁阀A10、力传感器A支座11、检测容器B16、力传感器B17、排水软管B18、排水控制电磁阀B19、力传感器B支座20、左注水软管A21、控制注水电磁阀22、注水软管23、电磁阀支撑板B24和右注水软管B25；排水量自动连续检测子系统中的力传感器支座11和力传感器支座20固定于地面，分别用于支撑固定力传感器A8和力传感器A17，电磁阀支撑板B24固定于竖直墙壁上，用于支撑固定排水控制电磁阀A10、排水控制电磁阀B19和控制注水电磁阀22；排水量自动连续检测子系统中，注水软管23与两位三通控制注水电磁阀22公共端相连，左注水软管A21一端与两位三通控制注水电磁阀22常开端口相连，另一端与检测容器A7底部相连接，右注水软管B25一端与两位三通控制注水电磁阀22常闭端口相连，另一端与检测容器B16底部相连；通过控制两位三通控制注水电磁阀22，实现将排水在检测容器A7或检测容器B16之间自由切换，保证了大排水量检测的连续性；高精度力传感器A8和高精度力传感器B17分别固定在力传感器A支座11和力传感器B支座20上，顶端分别固定着检测容器A7和检测容器B16；检测容器A7底部通过排水软管A9与两位两通常闭排水控制电磁阀A10相连接，检测容器B16通过排水软管B18与两位两通常闭排水控制电磁阀B19相连接；通过控制两位两通常闭排水控制电磁阀A10和两位两通常闭排水控制电磁阀B19分别实现将检测容器A7和检测容器B16内排水。静态标定力传感器后输出电压值可以精确计算薄壁容器排水量的质量，既而能够获得排水量体积。
[0008] 测试开始前，检测容器A7和检测容器B16首先盛装容器总容积的50％的高纯净水，补水桶3盛装高纯净水，作为补给使用，保证检测容器A7和检测容器B16内水的体积始终为容器总体积的50％；
[0009] 测试开始后，排水首先由检测容器A7底部注入容器内，当检测容器A7的排水接近其总体积95％时，使两位三通控制注水电磁阀22通电，排水经右注水软管B25与检测容器B16导通，排水流向检测容器B16内，同时使排水控制电磁阀A10通电，检测容器A7实现向外排水，当检测容器A7内排
水体积达到容器总体积的50％时，使排水控制电磁阀A10断电，等待下一次测量；同样，当检测容器B16的排水接近其体积95％时，使两位三通控制注水电磁阀22断电，排水经过左注水软管A21与检测容器A7导通，排水流向检测容器A7，同时使排水控制电磁阀B19通电，检测容器B16实现向外排水，当检测容器A7内排水体积达到容器总体积的50％时，使排水控制电磁阀B19断电，等待下一次测量；
[0010] 测量过程中，发生试样剪切吸水现象时，控制过程如下：假定检测容器A7工作，当检测容器A7的水体积接近其总体积5％时，使两位三通控制注水电磁阀22通电，排水经右注水软管B25与检测容器B16导通，排水流向检测容器B16内，同时让补水控制电磁阀A5通电，向检测容器A7中注入纯净水，当检测容器A7内注入水体积达到容器总体积的50％时，使补水控制电磁阀A5断电，等待下一次测量；同样，当检测容器B16的水体积接近其体积5％时，让两位三通控制注水电磁阀22断电，排水经过左注水软管A21与检测容器A7导通，排水流向检测容器A7，同时让补水控制电磁阀B14通电，向检测容器B16注入存净水，当检测容器A7内排水体积达到容器总体积的50％时，让补水控制电磁阀B14断电，等待下一次测量；通过控制检测容器A7和检测容器B16反复交替进水/排水，实现了超大试样排水/吸水量的连续高精度测量。
[0011] 本发明的效果和益处是：为实现排水量连续的高精度测量，设计了自动补水子系统和排水量自动连续检测子系统。自动补水子系统根据排水量自动连续检测子系统中的薄壁容器内水体积的变化，自动为薄壁容器补给高纯净水。排水量自动连续检测子系统借助两个薄壁容器盛装超大试样的排水，通过薄壁容器下方装有高精度力传感器，精确计算薄壁容器排水量的体积，利用电磁水阀和计算机控制实现自动切换，完成排水量的高精度连续自动测量。该装置结构灵巧、布局合理、造价便宜、测量精度高、适应性强，解决了排水量连续的高精度测量问题。
附图说明
[0012] 图1是超大三轴试验中试样排水/吸水量连续测量装置总体结构的主视图。
[0013] 图2是超大三轴试验中试样排水/吸水量连续测量装置总体结构的俯视图。
[0014] 图3是超大三轴试验中试样排水/吸水量连续测量装置总体结构的左视图。
[0015] 图4是超大三轴试验中试样排水/吸水量连续测量装置总体结构的轴测图。
[0016] 图中：1补水桶固定板；2补水桶固定环；3补水桶；4上补水软管A；5补水控制电磁阀A；6下补水软管A；7检测容器A；8力传感器A；9排水软管A；10排水控制电磁阀A；11力传感器A支座；12上补水软管B；13电磁阀支撑板A；14补水控制电磁阀B；15下补水软管B；16检测容器B；17力传感器B；18排水软管B；19排水控制电磁阀B；20力传感器B支座；21左注水软管A；22控制注水电磁阀；23注水软管；24电磁阀支撑板B；25右注水软管B。
具体实施方式
[0017] 以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施方式。
[0018] 如附图1～4所示，装配时零件用
煤油清洗，晾干后配合表面涂油，各零件不加工表面应清洗干净，除去毛边毛刺，
浸涂防锈漆，在软管和电磁阀，软管与检测容器处缠绕多层生
胶带，严格保证装置的
密封性；图1中有自动补水子系统和排水量自动连续检测子系统组成。
[0019] 自动补水子系统中补水桶固定板1，电磁阀支撑板A13固定于竖直墙壁上，分别用于固定补水桶3和补水控制电磁阀A5、补水控制电磁阀B14。排水量自动连续检测子系统中力传感器支座11，力传感器支座20固定于地面上，分别用于固定力传感器A8和力传感器A17，电磁阀支撑板B24固定于竖直墙壁上，用于支撑固定排水控制电磁阀A10、排水控制电磁阀B19、控制注水电磁阀22。
[0020] 在自动补水子系统中，补水桶3底部的一个端口通过上补水软管A4与两位两通常闭补水控制电磁阀A5一个端口相连通，下补水软管A6一端与补水控制电磁阀A5另一个端口相连通，另一端插入到排水量自动连续检测子系统中的检测容器A7底部，补水桶3底部的另一个端口通过上补水软管B12与两位两通常闭补水控制电磁阀B14一个端口相连通，下补水软管B15一端与补水控制电磁阀B14另一个端口相连通，另一端插入到排水量自动连续检测子系统中的检测容器B16底部，两位两通补水控制电磁阀A5、两位两通补水控制电磁阀B14做为
控制阀，自动控制对检测容器A7、检测容器B16补水的通断。
[0021] 在排水量自动连续检测子系统中，注水软管23与两位三通控制注水电磁阀22公共端相连接，左注水软管A21一端与两位三通控制注水电磁阀22常开端口相连接，另一端与检测容器A7底部相连接，右注水软管B25一端与两位三通控制注水电磁阀22常闭端口相连接，另一端与检测容器B16底部相连接。通过控制两位三通控制注水电磁阀22的动作实现将由注水软管23注入的超大试样排水在检测容器A7或检测容器B16之间自由切换，保证了检测过程的连续性，同时排水由检测容器底部注入，保证了检测的
稳定性和准确性。力传感器A8和力传感器B17底端分别固定在力传感器A支座11和力传感器B支座20上面，顶端分别安装着检测容器A7、检测容器B16。静态标定力传感器后根据输出电压值可以精确计算薄壁容器排水量体积。检测容器A7、检测容器B16底端通过软管分别与排水控制电磁阀A10、排水控制电磁阀B19相连接，通过控制两位两通常闭排水控制电磁阀A10、两位两通常闭排水控制电磁阀B19的动作分别实现将检测容器A7、检测容器B16内水的排出。
[0022] 测试开始前，由于试样在排出水的过程中，还会将排出的水倒吸回去，为了精确测得倒吸水的体积，检测容器A7和检测容器B16首先盛装容器总容积的50％的高纯净水，补水桶3盛装足够的高纯净水，作为补给使用，保证检测容器A7和检测容器B16内水的体积始终为容器总体积的50％。
[0023] 测试开始后，排水首先由检测容器A7底部注入容器内，当检测容器A7的排水接近其总体积95％排水过程时，让两位三通控制注水电磁阀22通电。这时排水经右注水软管B25与检测容器B16导通，排水流向检测容器B16内。同时让排水控制电磁阀A10通电，检测容器A7实现向外排水，当检测容器A7内排水体积达到容器总体积的50％时，让排水控制电磁阀A10断电，等待下一次测量。同样，当检测容器B16的排水接近其体积95％排水过程时，让两位三通控制注水电磁阀22断电。这时排水经过左注水软管A21与检测容器A7导通，排水流向检测容器A7，同时让排水控制电磁阀B19通电，检测容器B16实现向外排水，当检测容器A7内排水体积达到容器总体积的50％时，让排水控制电磁阀B19断电，等待下一次测量。
[0024] 测量过程中，发生试样剪切吸水现象时，控制过程如下：假定检测容器A7工作，当检测容器A7的水体积接近其总体积5％吸水过程时，让两位三通控制注水电磁阀22通电。这时排水经右注水软管B25与检测容器B16导通，排水流向检测容器B16内。同时让补水控制电磁阀A5通电，向检测容器A7中注入纯净水，当检测容器A7内注入水体积达到容器总体积的50％时，让补水控制电磁阀A5断电，等待下一次测量。同样，当检测容器B16的水体积接近其体积5％吸水过程时，让两位三通控制注水电磁阀22断电。这时排水经过左注水软管A21与检测容器A7导通，排水流向检测容器A7，同时让补水控制电磁阀B14通电，向检测容器B16注入存净水，当检测容器A7内排水体积达到容器总体积的50％时，让补水控制电磁阀B14断电，等待下一次测量。
[0025] 这样，这样控制检测容器A7和检测容器B16反复交替进水/排水实现了超大试样排水/吸水量的连续高精度测量。
[0026] 力传感器8和力传感器17的传感元件调理成0-5V/10V的
信号电压，经过16位A/D转换由
数据采集器接收，然后数据采集器把结果传送给计算机，由计算机判断检测容器A7和检测容器B16的95％，5％和50％的时间
节点，控制检测容器A7和检测容器B16反复交替进水/排水，实现了超大试样排水/吸水量的连续高精度测量。
[0027] 此外，软管与阀连接之间，软管与盛水桶连接之间，严格保证密封性，保证检测的准确性和稳定性。该测量装置结构灵巧，操作方便，制造成本低，具有较高的应用价值。
