專利名稱：一種土樣反復(fù)凍融變形的量測(cè)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型是一種土工測(cè)試儀器，屬于土木(巖土)工程技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
長(zhǎng)期以來(lái)，凍脹和融沉一直是西北寒區(qū)工程凍害問(wèn)題的主要原因之一。對(duì)土體的 凍脹和融沉的循環(huán)過(guò)程改變了土體結(jié)構(gòu)，破壞了顆粒間的連接力，使土顆粒重新排列，是導(dǎo) 致土體性質(zhì)劣化的重要原因之一，尤其對(duì)于寒區(qū)中的凍土與黃土等具有較強(qiáng)結(jié)構(gòu)性的土 體，更是如此。土壩、提防、路基、邊坡等土質(zhì)構(gòu)筑物，在長(zhǎng)期凍脹、融沉循環(huán)因素影響下產(chǎn)生 裂縫、滲漏、滑坡等災(zāi)害事故，嚴(yán)重影響了工程的正常施工與安全運(yùn)營(yíng)。因此，對(duì)土體在低溫 下凍結(jié)和高溫下融化的循環(huán)作用下的體積變形規(guī)律的認(rèn)識(shí)研究非常必要。目前國(guó)內(nèi)外還沒(méi) 有較為成熟的用來(lái)測(cè)量土體在側(cè)限壓力下的脹縮變形規(guī)律的試驗(yàn)裝置。該申請(qǐng)就是要發(fā)明 一種針對(duì)土體在低溫凍結(jié)與高溫融化環(huán)境下，在垂直壓力作用下的體變量測(cè)裝置及其使用 方法。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型目的是提供一種用于測(cè)量土樣反復(fù)凍融脹縮的試驗(yàn)裝置，解決土體在 反復(fù)膨脹或收縮的垂直位移量與體積變形量的量測(cè)問(wèn)題，尤其適用于土體凍結(jié)膨脹與融化 收縮過(guò)程中的脹縮量測(cè)問(wèn)題。本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案，其特征是一種用于量測(cè)土樣反復(fù)凍融脹縮的試驗(yàn)裝 置由加熱水箱1、加載框架8、蒸發(fā)器14、凍融室17、加壓杠桿28組成。其中加熱水箱1通 過(guò)下水管5和上水管6與凍融室17連接，下水管5通過(guò)開(kāi)關(guān)閥門(mén)3控制，上水管4通過(guò)水 泵2與開(kāi)關(guān)閥門(mén)4控制。蒸發(fā)器14與制冷劑儲(chǔ)存盒13、壓縮機(jī)16、冷凝器15、制冷劑儲(chǔ)存 盒13連接成一套冷凍系統(tǒng)。試樣盒19底部放有透水石12，透水石12上面放置試樣20，試 樣20上面再放一塊透水石12，然后用頂帽11蓋住透水石12，通過(guò)加壓軸10對(duì)試樣20加 壓，當(dāng)試樣20發(fā)生脹縮時(shí)可以通過(guò)垂直位移計(jì)9觀測(cè)讀數(shù)變化。凍融室17內(nèi)有聚乙烯保 溫泡沫18和溫度計(jì)7，溫度計(jì)7和垂直位移計(jì)9可以連接電腦實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)。加壓軸 10由加載框架8通過(guò)固定栓22連接的杠桿28和砝碼24提供垂直壓力。加載框架8由轉(zhuǎn) 動(dòng)軸23、砝碼24、大砝碼27、杠桿28組成，加載框架8通過(guò)固定栓22與儀器底座21連接， 帶動(dòng)框架8升降的兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸23通過(guò)金屬鉤25連接，砝碼24與杠桿28通過(guò)金屬鉤26連 接。本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)儀器制造簡(jiǎn)單，測(cè)量精度高，滿足土樣凍結(jié)、融沉要求，溫度控制準(zhǔn)確，可以直接測(cè) 定各種土質(zhì)在凍結(jié)融沉后的脹縮量與體變量。本發(fā)明適用范圍可用于土木工程中遇到的各種土質(zhì)的脹縮量及其體積變化量測(cè)，既適用于無(wú)荷載 壓力自由脹縮環(huán)境下量測(cè)，又適用于有垂直荷載的側(cè)限壓力環(huán)境下量測(cè)。


圖1是用于測(cè)量土樣反復(fù)凍融脹縮的試驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)示意圖。其中有加熱水箱1、 水泵2、下水管開(kāi)關(guān)閥門(mén)3、上水管開(kāi)關(guān)閥門(mén)4、下水管5、上水管6、溫度計(jì)7、加載框架8、垂 直位移計(jì)9、加壓軸10、頂帽11、透水石12、制冷劑儲(chǔ)存盒13、蒸發(fā)器14、冷凝器15、壓縮機(jī) 16、凍融室17、聚乙烯保溫泡沫18、試樣盒19、試樣20、儀器底座21、固定栓22、轉(zhuǎn)動(dòng)軸23、 砝碼24。圖2是圖1的A-A右視圖。其中有固定栓22、轉(zhuǎn)動(dòng)軸23、砝碼24、金屬吊鉤25與 26、大砝碼27、杠桿28。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例用于量測(cè)土樣反復(fù)凍融脹縮的試驗(yàn)裝置的使用方法如下(1)試樣自由脹縮量測(cè)變形方法①安裝試樣先把透水石12放入試樣盒19中，然后放入試樣20，再放入透水石 12，頂部加蓋頂帽11，將垂直位移計(jì)9置于頂帽11上，并使讀數(shù)歸零，加載框架8懸空放置；②凍結(jié)試樣開(kāi)動(dòng)壓縮機(jī)16，使得制冷劑13通過(guò)冷凝器15，進(jìn)入蒸發(fā)器14中，對(duì) 試樣20進(jìn)行冷凍降溫，通過(guò)溫度計(jì)7控制試樣20的溫度，待溫度達(dá)到試驗(yàn)要求，關(guān)閉壓縮 機(jī)16，通過(guò)垂直位移計(jì)9的量測(cè)，可以得出試樣20在規(guī)定溫度無(wú)荷載條件下的自由凍結(jié)膨 脹量；③融化試樣啟動(dòng)加熱水箱1，打開(kāi)下水管開(kāi)關(guān)閥門(mén)3，熱水通過(guò)下水管5流入凍融 室17內(nèi)，然后關(guān)閉閥門(mén)3，對(duì)凍結(jié)后的試樣20進(jìn)行加熱，熱傳遞后，如未達(dá)到試驗(yàn)要求的溫 度，可以打開(kāi)上水管閥門(mén)4，開(kāi)啟水泵2，將凍融室17內(nèi)的水抽回加熱水箱1，然后關(guān)閉閥門(mén) 4，重新把水箱1內(nèi)的水加熱，然后再打開(kāi)閥門(mén)3，讓熱水流入凍融室17內(nèi)，關(guān)閉閥門(mén)3，對(duì)凍 結(jié)后的試樣20再進(jìn)行加熱，待溫度計(jì)7達(dá)到試驗(yàn)要求的溫度時(shí)，可停止加熱，同時(shí)打開(kāi)閥門(mén) 4，啟動(dòng)水泵2，將水抽回水箱1，然后關(guān)閉閥門(mén)4，同時(shí)可以觀察垂直位移計(jì)9的讀數(shù)，得出試 樣20在規(guī)定溫度無(wú)荷載條件下的自由融化收縮量；④如進(jìn)行試樣反復(fù)凍融后的脹縮體積變化量測(cè)，可以重復(fù)步驟②③，并從垂直位 移計(jì)9讀出試樣20的體積脹縮變形量。(2)試樣在有垂直荷載作用下的脹縮變形量測(cè)方法①安裝試樣先把透水石12放入試樣盒19中，然后放入試樣20，再放入透水石 12，頂部加蓋頂帽11，將加壓軸10對(duì)準(zhǔn)頂帽11，將砝碼24放在吊鉤26下面，通過(guò)加載框架 8，使加壓軸10對(duì)準(zhǔn)頂帽11，對(duì)試樣20施加規(guī)定壓力，并將垂直位移計(jì)9置于頂帽11上，使 讀數(shù)歸零；②凍結(jié)試樣開(kāi)動(dòng)壓縮機(jī)16，使得制冷劑13通過(guò)冷凝器15，進(jìn)入蒸發(fā)器14中，對(duì) 試樣20進(jìn)行冷凍降溫，通過(guò)溫度計(jì)7控制試樣20的溫度，待溫度達(dá)到試驗(yàn)要求，關(guān)閉壓縮 機(jī)16，通過(guò)垂直位移計(jì)9的測(cè)量，可以得出試樣20在規(guī)定垂直壓力和溫度下的凍結(jié)膨脹 量；③融化試樣啟動(dòng)加熱水箱1，打開(kāi)下水管開(kāi)關(guān)閥門(mén)3，熱水通過(guò)下水管5流入凍融 室17內(nèi)，然后關(guān)閉閥門(mén)3，對(duì)凍結(jié)后的試樣20進(jìn)行加熱，熱傳遞后，如未達(dá)到試驗(yàn)要求的溫度，可以打開(kāi)上水管閥門(mén)4，開(kāi)啟水泵2，將凍融室17內(nèi)的水抽回加熱水箱1，然后關(guān)閉閥門(mén) 4，重新把水箱1內(nèi)的水加熱，然后再打開(kāi)閥門(mén)3，讓熱水流入凍融室17內(nèi)，關(guān)閉閥門(mén)3，對(duì)凍 結(jié)后的試樣20再進(jìn)行加熱，待溫度計(jì)7達(dá)到試驗(yàn)要求的溫度時(shí)，可停止加熱，同時(shí)打開(kāi)閥門(mén) 4，啟動(dòng)水泵2，將水抽回水箱1，然后關(guān)閉閥門(mén)4，同時(shí)可以觀察垂直位移計(jì)9的讀數(shù)，得出試 樣20在規(guī)定垂直壓力和溫度下的融化收縮量； ④如進(jìn)行試樣反復(fù)凍融后的脹縮體積變化量測(cè)，可以重復(fù)步驟②③，并從垂直位 移計(jì)9讀出試樣20在規(guī)定垂直壓力和溫度下的體積脹縮變形量。
權(quán)利要求一種土樣反復(fù)凍融變形的量測(cè)裝置，其特征是該裝置由加熱水箱(1)、加載框架(8)、蒸發(fā)器(14)、凍融室(17)、加壓杠桿(28)組成，其中加熱水箱(1)通過(guò)下水管(5)和上水管(6)與凍融室(17)連接，下水管(5)通過(guò)開(kāi)關(guān)閥門(mén)(3)控制，上水管(4)通過(guò)水泵(2)與開(kāi)關(guān)閥門(mén)(4)控制，蒸發(fā)器(14)與制冷劑儲(chǔ)存盒(13)、壓縮機(jī)(16)、冷凝器(15)、制冷劑儲(chǔ)存盒(13)連接成一套冷凍系統(tǒng)，試樣盒(19)底部放有透水石(12)，透水石(12)上面放置試樣(20)，試樣(20)上面再放一塊透水石(12)，然后用頂帽(11)蓋住透水石(12)，通過(guò)加壓軸(10)對(duì)試樣(20)加壓，當(dāng)試樣(20)發(fā)生脹縮時(shí)可以通過(guò)垂直位移計(jì)(9)觀測(cè)讀數(shù)變化。
專利摘要本實(shí)用新型是一種土樣反復(fù)凍融變形的量測(cè)裝置，該裝置由加熱水箱1、加載框架8、蒸發(fā)器14、凍融室17、試樣盒19、砝碼24、加壓杠桿28組成。其中加載框架8由轉(zhuǎn)動(dòng)軸23、砝碼24、大砝碼27、杠桿28組成，加載框架8通過(guò)固定栓22與儀器底座21連接，帶動(dòng)框架8升降的兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸23通過(guò)金屬鉤25連接，砝碼24與杠桿28通過(guò)金屬鉤26連接。該儀器制造簡(jiǎn)單，測(cè)量精度高，滿足土樣凍結(jié)、融沉要求，溫度控制準(zhǔn)確，可用于土木工程中遇到的各種土質(zhì)在凍結(jié)融沉后的脹縮量與體積變化量測(cè)。
文檔編號(hào)G01N3/00GK201622199SQ20102014134
公開(kāi)日2010年11月3日 申請(qǐng)日期2010年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月26日
發(fā)明者李志清, 江東輝 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所