新型非飽和土三軸試驗(yàn)機(jī)的孔隙壓力周圍壓力控制增濕系統(tǒng)

四壓力控制系統(tǒng)四壓力控制系統(tǒng)指周圍壓力、反壓力、孔隙水壓力、孔隙氣壓力控制和測量部分，主要由周圍壓力、反壓力（孔隙水壓力）、孔隙氣壓力壓力傳感器、伺服電機(jī)、水氣管等組成。ξ2.1周圍壓力控制系統(tǒng)周圍壓力主要用于在三軸試驗(yàn)施加側(cè)向應(yīng)力和反壓飽和試樣時與反壓力等配合使用，是三軸試驗(yàn)機(jī)的主要控制量。本試驗(yàn)機(jī)采用通過伺服電機(jī)驅(qū)動高精度、無進(jìn)回程間隙的滾珠絲杠，再經(jīng)與同軸連接的活塞升降，推動擠壓缸筒里的水，使之將壓力傳遞到壓力室，實(shí)現(xiàn)周圍壓力加載測控。ξ2.2反壓力控制系統(tǒng)反壓力用于飽和試樣，是目前試樣飽和方法中飽和度最高（Sr=99%以上）的方法之一。本試驗(yàn)機(jī)的反壓力控制系統(tǒng)采用氣動閉環(huán)控制，由氣動管路、壓力表、壓力傳感器、計算機(jī)控制系統(tǒng)等部分組成。ξ2.3孔隙水壓力控制系統(tǒng)孔隙水壓力控制系統(tǒng)指孔隙水壓力的控制和測量，孔隙水壓力控制與反壓力控制采用同一套系統(tǒng)，與反壓力控制不同的是：孔隙水壓力的控制系統(tǒng)通過手動抽拉注射器活塞，在控制管路中產(chǎn)生負(fù)壓。孔隙水壓力的測量選用有正負(fù)壓力承受能力的壓力傳感器，通過計算機(jī)采集。孔隙水壓力與孔隙氣壓力是由非飽和土三相組織系統(tǒng)所決定的特定孔隙壓力。由非飽和土的孔隙水壓力μw和孔隙氣壓力μa及毛細(xì)壓力μc（μc為負(fù)值）的相互關(guān)系：μw=μa+μc看出：μa＞μc，μw＞0；μa＜0，μw＜0。非飽和土體不受外力作用處于平衡狀態(tài)時，μa=0，μw=μc，孔隙水壓力總是負(fù)值并等于毛細(xì)壓力μc，因此測量傳感器應(yīng)采用有正負(fù)壓力承受能力的壓力傳感器。ξ2.4孔隙氣壓力控制系統(tǒng)孔隙氣壓力控制系統(tǒng)指孔隙氣壓力的控制和測量，孔隙氣壓力控制與周圍壓力控制方式相同，控制孔隙氣壓力施加在增濕浸水量管外筒。采用手動調(diào)節(jié)，通過氣壓調(diào)節(jié)閥，調(diào)節(jié)孔隙氣壓力，再通過周圍壓力傳感器測量并顯示在計算機(jī)界面上，數(shù)字采集系統(tǒng)實(shí)時采集并存儲試驗(yàn)數(shù)據(jù)。（三）體變量測系統(tǒng)本試驗(yàn)機(jī)在試樣的周圍設(shè)計有一套有機(jī)玻璃體變輔助測量壓力筒，圍壓施加裝置與體變測量缸設(shè)計為連通一體，體變控制缸為不銹鋼材料，用于標(biāo)定試樣周圍與壓力室內(nèi)壁間的環(huán)形水體的被壓縮體變，進(jìn)而在試驗(yàn)中減去該部分體變量，測得土體真實(shí)體變?；钊ㄟ^絲杠螺母傳動副與伺服電機(jī)同步聯(lián)結(jié)，活塞桿的外端部連接有位移傳感器，用于測量活塞移動位置，參與位置控制，如圖所示。圖4（四）增濕浸水系統(tǒng)本試驗(yàn)機(jī)為研究非飽和土在三軸作用條件下浸水后的力學(xué)性能，特設(shè)計有一套增濕浸水系統(tǒng)，能夠在三軸應(yīng)力條件下試驗(yàn)、可控制加水時間和加水量、可控制加水壓力，使浸水流速不致于破壞試樣的內(nèi)部和表面組織。為了解決由于孔隙氣壓力的存在致使量管中的水位加不到試樣中或出現(xiàn)倒流使水位上升問題，本試驗(yàn)機(jī)利用控制系統(tǒng)資源，采用將孔隙氣壓力同時施加到浸水量管的辦法，可以保證水管測量管中的水壓力與試樣上端面加水口的壓力一致，并等于孔隙氣壓力，使水不再倒流。為防止氣壓施加至浸水系統(tǒng)時，因體積膨脹造成加水量管讀數(shù)誤差，系統(tǒng)采用在水量量測管外筒內(nèi)施加氣壓，使得水量量測管內(nèi)外壓力平衡，保證了測量精度。如圖所示，“加水管”用于給水量量測管中加水，加完后關(guān)閉閥門截止。“施加孔隙氣壓力”接口為施加孔隙氣壓力的連接管路，設(shè)有節(jié)流調(diào)速閥，可調(diào)節(jié)進(jìn)氣量