專利名稱：溫控式非飽和土固結(jié)儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明溫控式非飽和土固結(jié)儀涉及一種巖土工程測(cè)量裝置，屬于巖土工程測(cè)量?jī)x器制造技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
非飽和土的土水特性通常用土水特征曲線SWCC (Soil-water characteristic curve)來表示。土水特征曲線是描述非飽和土中基質(zhì)吸力與飽和度或體積含水量之間關(guān)系的曲線，非飽和土中基質(zhì)吸力即為土體內(nèi)部的孔隙氣壓力和孔隙水壓力的差值。通過土水特征曲線，可以反映出土體的許多重要性質(zhì)，如強(qiáng)度、體變、應(yīng)力狀態(tài)、滲透性等。對(duì)于某一特定土樣來說，在不考慮溫度影響時(shí)，孔隙比是影響土水特征曲線的主要因素。含水量相同，孔隙比不同的兩種土樣，孔隙比大的飽和度與吸力間關(guān)系曲線在下方。然而自然條件中非飽和土的溫度是不斷變化的，事實(shí)表明，溫度對(duì)非飽和土的水力、力學(xué)性質(zhì)的影響是不可忽略的。例如溫度的變化引起天然狀態(tài)下非飽和土含水率的變化，從而進(jìn)一步引起導(dǎo)熱性能以及應(yīng)力場(chǎng)、位移場(chǎng)的分布變化；高放射性核廢物深層地質(zhì)處置工程中，作為緩沖/回填材料的非飽和膨潤(rùn)土受到來自于核廢物持續(xù)衰變產(chǎn)生的溫度荷載作用；地下電纜埋設(shè)過程中，電纜附近的土體由于電纜的長(zhǎng)時(shí)間通電發(fā)熱溫度逐漸升高。溫度的變化引起熱源附近的非飽和土中的吸力、水汽分布等發(fā)生變化，進(jìn)而引起非飽和土熱-水-力特性的改變。目前，測(cè)定溫度影響下的非飽和土土水特征曲線的常規(guī)試驗(yàn)方法是通過水汽平衡法和滲析法控制吸力，將整個(gè)容器放置在大型烘箱中，進(jìn)行不同溫度下非飽和土土水特性的研究。使用這種方法每隔一段時(shí)間就要將試樣取出稱重，并且不能測(cè)得變形對(duì)土水特性的影響。同時(shí)，這種試驗(yàn)裝置由于結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜，設(shè)計(jì)和制造成本較高，操作也很不方便，也不能研究非飽和土的熱-水-力特性。另外，目前常規(guī)的非飽和土固結(jié)儀可測(cè)量常溫下試樣的土水特征曲線及恒定吸力下的壓縮曲線。其原理是利用飽和的高進(jìn)氣值陶土板，采用軸平移技術(shù)控制試樣的基質(zhì)吸力，即通過施加一定的氣壓控制孔隙氣壓力，使孔隙水壓力保持為零，該氣壓即為當(dāng)前所施加的基質(zhì)吸力值。現(xiàn)有的非飽和土固結(jié)儀的活塞式密封壓力腔室由頂蓋、底座和不銹鋼套筒組成，可以通過組裝和拆卸各組裝部分進(jìn)行試樣的裝載或移出，壓力腔室的各組裝部分通過卡槽、密封條和緊固構(gòu)件實(shí)現(xiàn)壓力腔室的密封組裝，緊固構(gòu)件對(duì)壓力腔室各個(gè)角度進(jìn)行加固，壓力腔室的頂蓋設(shè)有內(nèi)外相通的進(jìn)氣孔，壓力腔室底座有與外部連通的進(jìn)水孔和出水孔，活塞頭部為端承板，活塞伸向壓力腔室外部的加載端可以承載外來的壓力，在加載端還設(shè)有測(cè)量活塞在壓力腔室中豎向平移位移的位移傳感器，壓力腔室底部安裝一塊高進(jìn)氣值陶土板，試樣放置于陶土板之上進(jìn)行土水特征參數(shù)測(cè)量。在外加的基質(zhì)吸力作用下， 試樣吸水或排水，以達(dá)到試樣內(nèi)部的吸力平衡，即試樣內(nèi)部的基質(zhì)吸力與所施加的基質(zhì)吸力達(dá)到平衡。當(dāng)試樣的水體積不再變化，通過體變管中水頭的變化計(jì)算得出此時(shí)試樣的含水量。然后改變氣壓，等待吸力平衡后再計(jì)算含水量。多次重復(fù)這一操作，得到一系列的基質(zhì)吸力以及與之相對(duì)應(yīng)的試樣含水量，從而得到基質(zhì)吸力與含水量間的關(guān)系曲線。然而常規(guī)非飽和土固結(jié)儀不能實(shí)時(shí)測(cè)定試樣的環(huán)向變形。對(duì)大多數(shù)膨脹性非飽和土來講，在濕化過程中，土體產(chǎn)生膨脹變形，在干化過程中，試樣產(chǎn)生明顯的收縮變形。要想得到飽和度與吸力間的關(guān)系曲線，需要在每級(jí)吸力平衡時(shí)，測(cè)量試樣的環(huán)向變形，這就要將吸力解除，從壓力腔室取出試樣測(cè)定試樣的質(zhì)量、體積，然后再重新裝樣、加載。這一過程，經(jīng)過卸載、再加載過程，會(huì)產(chǎn)生一定的試驗(yàn)誤差和人為誤差，以致不能實(shí)時(shí)地得到準(zhǔn)確的飽和度與吸力間關(guān)系曲線。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種溫控式非飽和土固結(jié)儀，可以用濾紙法測(cè)吸力技術(shù)精確測(cè)量不同溫度下試樣的初始吸力、溫度對(duì)非飽和試樣土水特征曲線的影響、溫度對(duì)非飽和試樣壓縮特性的影響以及溫度對(duì)非飽和土浸水膨脹特性的影響。該儀器較常規(guī)的非飽和土固結(jié)儀增加了溫度控制功能、浸水試驗(yàn)功能和實(shí)時(shí)量測(cè)壓力腔室試樣體變的功能，具有較好的測(cè)試精度，裝置構(gòu)造簡(jiǎn)單，操作方便。為達(dá)到上述發(fā)明目的，解決現(xiàn)有技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案
一種溫控式非飽和土固結(jié)儀，包括一個(gè)帶雙向運(yùn)動(dòng)加載壓力活塞的組合式壓力腔室， 壓力腔室包括頂蓋、底座和剛性透明套筒，剛性透明套筒的上下兩端分別與底座的上表面和頂蓋的下表面密封連接，且剛性透明套筒的下端嵌入底座的上表面開設(shè)的套筒槽中，在圓柱體的壓力腔室的兩端側(cè)設(shè)有軸向夾緊構(gòu)件，軸向夾緊構(gòu)件夾持頂蓋和底座，使剛性透明套筒被夾緊并固定；位于壓力腔室內(nèi)并與試樣直接接觸的活塞頭部為透氣端承板，透氣端承板將壓力腔室分隔為后端氣室和前端加載室，前端加載室內(nèi)安放試樣，透氣端承板與豎向傳力桿的一端固定連接，豎向傳力桿另一端穿過頂蓋的通孔與一個(gè)加載板固定連接， 豎向傳力桿與通孔動(dòng)密封配合；組合式壓力腔室還設(shè)有導(dǎo)流系統(tǒng)，導(dǎo)流系統(tǒng)包括導(dǎo)氣裝置和導(dǎo)水裝置，導(dǎo)氣裝置包括后端氣室和在頂蓋上設(shè)置的進(jìn)氣孔，后端氣室通過進(jìn)氣孔與大氣相通，導(dǎo)水裝置包括貫穿底座上設(shè)置的導(dǎo)水孔和在前端加載室內(nèi)并設(shè)置于底座之上的集水裝置，試樣安放在集水裝置上，導(dǎo)水孔與貫穿集水裝置的輸水道相連通；另外設(shè)有一個(gè)固定位移計(jì)，在試驗(yàn)過程中專門用于實(shí)時(shí)測(cè)量裝入前端加載室內(nèi)的試樣的豎向位移；在剛性透明套筒外側(cè)還設(shè)置激光測(cè)量裝置，激光量測(cè)裝置能對(duì)裝入前端加載室內(nèi)的試樣的側(cè)向變形進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量；在剛性透明套筒外側(cè)還套有一個(gè)外層透明套筒，外層透明套筒的上下兩端也分別與底座的上表面和頂蓋的下表面密封連接，且外層透明套筒下端也嵌入底座的上表面開設(shè)的外緣套筒槽中，通過軸向夾緊構(gòu)件也使頂蓋和底座夾緊并固定外層透明套筒， 頂蓋、底座、剛性透明套筒和外緣套筒槽之間形成夾層腔室，夾層腔室內(nèi)注有導(dǎo)熱油，導(dǎo)熱油能透射光線；夾層腔室中還安裝熱電偶和加熱棒，熱電偶能測(cè)試導(dǎo)熱油的溫度，加熱棒能對(duì)導(dǎo)熱油進(jìn)行加熱，熱電偶和加熱棒分別通過導(dǎo)線與外置的溫度控制器相連。上述集水裝置包括平板和不銹鋼板，不銹鋼板安置在前端加載室內(nèi)的底座的上表面上，不銹鋼板上表面設(shè)有從其中心向其邊緣均勻展開的螺旋形輸水凹槽；導(dǎo)水孔包括在底座內(nèi)設(shè)的排水孔和進(jìn)水孔，輸水道包括在不銹鋼板內(nèi)設(shè)的進(jìn)水管道和排水管道，進(jìn)水管道與進(jìn)水孔緊密對(duì)應(yīng)并連通，排水管道與排水孔緊密對(duì)應(yīng)并連通，進(jìn)水管道和排水管道分別貫通輸水凹槽的底部，進(jìn)水管道的開口位置設(shè)于不銹鋼板中心的螺旋形輸水凹槽的起點(diǎn)處，排水管道的開口位置另設(shè)于不銹鋼板外緣的螺旋形輸水凹槽的終點(diǎn)處。
上述剛性透明套筒為有視窗的組合套筒，其主體為不銹鋼套筒，在不銹鋼套筒側(cè)壁上開設(shè)有四個(gè)透明石英材質(zhì)的觀察窗口，相鄰各觀察窗口的周向間距相等；激光量測(cè)裝置還包括圍繞外層透明套筒的四個(gè)激光位移傳感器，其中每個(gè)激光位移傳感器的入射光束方向都正對(duì)裝入前端加載室內(nèi)的試樣表面標(biāo)注的測(cè)試點(diǎn)，且各激光位移傳感器安裝于與底座固定連接的四個(gè)豎向?qū)U上，激光位移傳感器通過沿豎向?qū)U升降，并以豎向?qū)U為軸進(jìn)行固定角度的水平擺動(dòng)實(shí)現(xiàn)定位，各豎向?qū)U在底座平面上的投影相對(duì)于剛性透明套筒中軸線在底座平面上的投影集聚點(diǎn)呈中心對(duì)稱形式分布，激光位移傳感器的入射光束穿過外層透明套筒、導(dǎo)熱油和剛性透明套筒上的觀察窗口最終入射到試樣表面上的測(cè)試點(diǎn)位置。上述頂蓋上方與一個(gè)不銹鋼支架固定連接，不銹鋼支架靠近加載板的外緣，不銹鋼支架上設(shè)有一段通槽，一個(gè)螺栓穿過通槽并與加載板外緣的沉孔相配合；固定位移計(jì)安裝于不銹鋼支架上，在初始化時(shí)，固定位移計(jì)測(cè)量端與加載板的上端面接觸。上述軸向夾緊構(gòu)件包括四個(gè)螺栓，螺栓穿過頂蓋的通孔，每個(gè)螺栓下端的螺紋分別和位于底座上表面靠近外緣處的帶有內(nèi)螺紋的沉孔相配合；各豎向?qū)U與壓力室底座外伸的四個(gè)支架底座固定連接；外層透明套筒的材料為透明石英，剛性透明套筒和外層透明套筒的兩端面上均墊有一層耐高溫橡皮圈。上述頂蓋在外層透明套筒和剛性透明套筒之間的位置處設(shè)有一個(gè)注油孔，注油孔與一個(gè)密封塞形成配合，通過注油孔能導(dǎo)入橡皮管，并能向夾層腔室內(nèi)注入導(dǎo)熱油，注滿后用密封塞密封夾層腔室。上述熱電偶為K型鎳鉻一鎳硅熱電偶。作為本發(fā)明的改進(jìn)，在用濾紙法測(cè)不同溫度下的試樣的吸力試驗(yàn)中，置于上述溫控式非飽和土固結(jié)儀中的濾紙與試樣間的隔片形狀為網(wǎng)狀。上述集水裝置中的平板為不銹鋼平板、高進(jìn)氣值陶土板或透水石板。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下顯而易見的突出的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn) 這種溫控式非飽和土固結(jié)儀，可以通過熱電偶和加熱棒進(jìn)行壓力腔室內(nèi)部的溫度控
制，本發(fā)明壓力腔室的溫度上限為80°C。本發(fā)明通過更換集水裝置上部的構(gòu)件，可以進(jìn)行多種功能的非飽和土試驗(yàn)，例如，更換為不銹鋼平板可以用濾紙法測(cè)吸力技術(shù)測(cè)量非飽和試樣在不同溫度下的吸力；更換為高進(jìn)氣值陶土板可以進(jìn)行吸力控制下的非飽和土干濕循環(huán)試驗(yàn)和常吸力的壓縮試驗(yàn)，得到溫度對(duì)非飽和土土水特性及力學(xué)特性的影響規(guī)律；更換為透水石可以進(jìn)行不同溫度下的浸水膨脹變形試驗(yàn)或膨脹壓力試驗(yàn)，通過位移計(jì)或荷載傳感器分別得到非飽和土的膨脹變形或膨脹力的變化規(guī)律。并且該儀器可以通過激光位移傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)壓力腔室內(nèi)部非飽和試樣的側(cè)向變形，進(jìn)而準(zhǔn)確地得到每級(jí)荷載下試樣的孔隙比和飽和度的變化規(guī)律。本發(fā)明的內(nèi)層剛性透明套筒、外層透明套筒與壓力腔室的底座和頂蓋之間墊有耐高溫的橡皮圈，并且壓力腔室外圍有四個(gè)螺栓固定，可以更加緊密地密封壓力腔室，并且使用石英套筒增強(qiáng)了整個(gè)壓力腔室的抗力。系統(tǒng)可以控制基質(zhì)吸力從近似零值到2. 5MPa。另外，本發(fā)明在進(jìn)行吸力控制的非飽和土試驗(yàn)時(shí)可以定期沖刷和測(cè)量擴(kuò)散到高進(jìn)氣值陶土板下方的氣體，可以根據(jù)試驗(yàn)需求更換幾個(gè)不同進(jìn)氣值的陶土板。該儀器設(shè)備功能齊全，裝置構(gòu)造簡(jiǎn)單，操作方便，具有較好的測(cè)試精度。


圖1是本發(fā)明溫控式非飽和土固結(jié)儀的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明溫控式非飽和土固結(jié)儀的沿豎向?qū)U軸線和壓力腔室中軸線的剖視圖。圖3是本發(fā)明溫控式非飽和土固結(jié)儀的沿螺栓軸線和壓力腔室中軸線的剖視圖。圖4是本發(fā)明溫控式非飽和土固結(jié)儀的壓力腔室底座的結(jié)構(gòu)圖。圖5是本發(fā)明溫控式非飽和土固結(jié)儀的壓力腔室頂蓋的結(jié)構(gòu)圖。圖6是本發(fā)明溫控式非飽和土固結(jié)儀的加載壓力活塞構(gòu)件的結(jié)構(gòu)圖。圖7是本發(fā)明溫控式非飽和土固結(jié)儀的剛性透明套筒的結(jié)構(gòu)圖。圖8是本發(fā)明溫控式非飽和土固結(jié)儀的外層透明套筒的結(jié)構(gòu)圖。圖9是本發(fā)明溫控式非飽和土固結(jié)儀的在濾紙法測(cè)吸力試驗(yàn)中的隔片構(gòu)造圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施例結(jié)合附圖詳述如下 實(shí)施例一
參見圖1 6和圖9，本發(fā)明溫控式非飽和土固結(jié)儀，包括一個(gè)帶雙向運(yùn)動(dòng)加載壓力活塞的組合式壓力腔室，壓力腔室包括頂蓋1、底座4和剛性透明套筒3，剛性透明套筒3的上下兩端分別與底座4的上表面和頂蓋1的下表面密封連接，且剛性透明套筒3的下端嵌入底座4的上表面開設(shè)的套筒槽M中，在圓柱體的壓力腔室的兩端側(cè)設(shè)有軸向夾緊構(gòu)件，軸向夾緊構(gòu)件夾持頂蓋1和底座4，使剛性透明套筒3被夾緊并固定；位于壓力腔室內(nèi)并與試樣19直接接觸的活塞頭部為透氣端承板15，透氣端承板15將壓力腔室分隔為后端氣室和前端加載室，前端加載室內(nèi)安放試樣19，透氣端承板15與豎向傳力桿14的一端固定連接， 豎向傳力桿14另一端穿過頂蓋1的通孔27與一個(gè)加載板13固定連接，豎向傳力桿14與通孔27動(dòng)密封配合；組合式壓力腔室還設(shè)有導(dǎo)流系統(tǒng)，導(dǎo)流系統(tǒng)包括導(dǎo)氣裝置和導(dǎo)水裝置， 導(dǎo)氣裝置包括后端氣室和在頂蓋1上設(shè)置的進(jìn)氣孔8，后端氣室通過進(jìn)氣孔8與大氣相通， 導(dǎo)水裝置包括貫穿底座4上設(shè)置的導(dǎo)水孔和在前端加載室內(nèi)并設(shè)置于底座4之上的集水裝置，試樣19安放在集水裝置上，導(dǎo)水孔與貫穿集水裝置的輸水道相連通；另外設(shè)有一個(gè)固定位移計(jì)17，在試驗(yàn)過程中專門用于實(shí)時(shí)測(cè)量裝入前端加載室內(nèi)的試樣19的豎向位移；在剛性透明套筒3外側(cè)還設(shè)置激光測(cè)量裝置，激光量測(cè)裝置能對(duì)裝入前端加載室內(nèi)的試樣19 的側(cè)向變形進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量；在剛性透明套筒3外側(cè)還套有一個(gè)外層透明套筒2，外層透明套筒2的上下兩端也分別與底座4的上表面和頂蓋1的下表面密封連接，且外層透明套筒2 下端也嵌入底座4的上表面開設(shè)的外緣套筒槽23中，通過軸向夾緊構(gòu)件也使頂蓋1和底座 4夾緊并固定外層透明套筒2，頂蓋1、底座4、剛性透明套筒3和外緣套筒槽23之間形成夾層腔室，夾層腔室內(nèi)注有導(dǎo)熱油，導(dǎo)熱油能透射光線；夾層腔室中還安裝熱電偶觀和加熱棒四，熱電偶觀能測(cè)試導(dǎo)熱油的溫度，加熱棒四能對(duì)導(dǎo)熱油進(jìn)行加熱，熱電偶觀和加熱棒四分別通過導(dǎo)線與外置的溫度控制器相連。壓力腔室頂蓋處的進(jìn)氣孔，向內(nèi)通到后端氣室，向外通過管路與外部氣壓源相連通，用來施加孔隙氣壓力。豎向傳力桿的上端面加載板用來承受對(duì)試樣施加的豎向荷載。下端面的透氣端承板與前端加載室內(nèi)的試樣上端面相接觸，可以傳遞壓力。本發(fā)明溫控式非飽和土固結(jié)儀適于測(cè)量直徑為40mm，高為30-50mm的圓柱形試樣，可進(jìn)行多種功能的非飽和土試驗(yàn)。使用該儀器還可以用濾紙法測(cè)吸力技術(shù)測(cè)量非飽和試樣在不同溫度下的吸力；可以進(jìn)行吸力控制下的非飽和土干濕循環(huán)試驗(yàn)和恒定吸力下的壓縮試驗(yàn)，得到溫度對(duì)非飽和土土水特性及力學(xué)特性的影響規(guī)律；可以進(jìn)行不同溫度下的浸水膨脹變形試驗(yàn)和膨脹壓力試驗(yàn)，分別通過位移計(jì)或荷載傳感器得到非飽和土的膨脹變形和膨脹力的變化規(guī)律。參見圖2和圖3，本發(fā)明溫控式非飽和土固結(jié)儀的集水裝置包括平板21和不銹鋼板6，不銹鋼板6安置在前端加載室內(nèi)的底座4的上表面上，不銹鋼板6上表面設(shè)有從其中心向其邊緣均勻展開的螺旋形輸水凹槽20 ；導(dǎo)水孔包括在底座4內(nèi)設(shè)的排水孔11和進(jìn)水孔9，輸水道包括在不銹鋼板6內(nèi)設(shè)的進(jìn)水管道10和排水管道12，進(jìn)水管道10與進(jìn)水孔9緊密對(duì)應(yīng)并連通，排水管道12與排水孔11緊密對(duì)應(yīng)并連通，進(jìn)水管道10和排水管道 12分別貫通輸水凹槽20的底部，進(jìn)水管道10的開口位置設(shè)于不銹鋼板6中心的螺旋形輸水凹槽20的起點(diǎn)處，排水管道12的開口位置另設(shè)于不銹鋼板6外緣的螺旋形輸水凹槽 20的終點(diǎn)處。頂蓋1直徑為160士 1mm，厚度為20士 Imm ；底座4直徑為160士 1mm，厚度為 25士 ；外緣套筒槽23開口內(nèi)徑為120士 ，凹進(jìn)深度為1 士0. 5mm ；套筒槽M開口內(nèi)徑為60 士 1謹(jǐn)，凹進(jìn)深度為1 士0. 5mm ；剛性透明套筒3的外徑為60 士 1謹(jǐn)，內(nèi)徑為40 士 1謹(jǐn)，高度為85士 Imm;外層透明套筒2的外徑為120士 1_，內(nèi)徑為100士 1_，高度為85士 ；豎向傳力桿14上端的加載板13直徑為80士 1mm，厚度為10士 Imm ；豎向傳力桿14下端的與試樣19直接接觸的透氣端承板15直徑為40士 1mm，厚度為10士 Imm ；豎向傳力桿14直徑為 10 士 1mm，長(zhǎng)度為140 士 Imm ；頂蓋1的進(jìn)氣孔8直徑為5 士 1mm，長(zhǎng)度為65 士 Imm ；底座4設(shè)有的排水孔11和進(jìn)水孔9的直徑均為5 士 1mm，進(jìn)水孔9的長(zhǎng)度為80 士 1mm，排水孔11的長(zhǎng)度為60 士 Imm ；不銹鋼板6的直徑與剛性透明套筒3的內(nèi)徑相同，為40 士 1mm，厚度為10 士 Imm ； 平板21的直徑均為40 士 1mm，厚度均為10 士 Imm ；位移計(jì)17的量程為0_30mm。參見圖1、圖2，本發(fā)明溫控式非飽和土固結(jié)儀的剛性透明套筒3為有視窗的組合套筒，其主體為不銹鋼套筒，在不銹鋼套筒側(cè)壁上開設(shè)有四個(gè)透明石英材質(zhì)的觀察窗口 37，相鄰各觀察窗口 37的周向間距相等；激光量測(cè)裝置還包括圍繞外層透明套筒2的四個(gè)激光位移傳感器16，其中每個(gè)激光位移傳感器16的入射光束方向都正對(duì)裝入前端加載室內(nèi)的試樣19表面標(biāo)注的測(cè)試點(diǎn)，且各激光位移傳感器16安裝于與底座4固定連接的四個(gè)豎向?qū)U18上，激光位移傳感器16通過沿豎向?qū)U18升降，并以豎向?qū)U18為軸進(jìn)行固定角度的水平擺動(dòng)實(shí)現(xiàn)定位，各豎向?qū)U18在底座4平面上的投影相對(duì)于剛性透明套筒3 中軸線在底座4平面上的投影集聚點(diǎn)呈中心對(duì)稱形式分布，激光位移傳感器16的入射光束穿過外層透明套筒2、導(dǎo)熱油和剛性透明套筒3上的觀察窗口 37最終入射到試樣19表面上的測(cè)試點(diǎn)位置。采用激光位移傳感器16測(cè)量前端加載室內(nèi)試樣的側(cè)向變形是一種非接觸量測(cè)位移的方法，應(yīng)用激光三角漫反射測(cè)量原理，即從光源發(fā)射一束光到被測(cè)試樣表面，在另一方向通過成像觀察反射光點(diǎn)的位置，從而計(jì)算出試樣的變形。激光位移傳感器16的分辨率為2 μ m，與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)形成激光量測(cè)裝置。激光位移傳感器16的安裝位置與前端加載室內(nèi)層剛性透明套筒3的四個(gè)觀察窗口位置相對(duì)應(yīng)。試驗(yàn)過程中，根據(jù)前端加載室內(nèi)試樣高度的變化，可以上下移動(dòng)激光位移傳感器16的位置。試樣表面涂抹無光白漆，或僅在試樣與入射激光相對(duì)應(yīng)的區(qū)域涂抹白漆，以增大試樣表面的反射系數(shù)。同時(shí)標(biāo)注測(cè)量點(diǎn)，以便在試驗(yàn)過程中，隨著試樣高度的變化，調(diào)整激光位移計(jì)16的位置，使激光束垂直入射到試樣表面的測(cè)量點(diǎn)。相鄰各觀察窗口 37的形狀取為40mmX 15mm長(zhǎng)方形；豎向?qū)U18為圓柱形，直徑為10士 1_，長(zhǎng)度為110士5mm ；激光位移傳感器16尺寸為30_X 30_X 20_， 激光位移傳感器16的探頭距剛性透明套筒3外緣的距離為50士5mm。參見圖1、圖2和圖5，本發(fā)明溫控式非飽和土固結(jié)儀的頂蓋1上方與一個(gè)不銹鋼支架30固定連接，不銹鋼支架30靠近加載板13的外緣，不銹鋼支架30上設(shè)有一段通槽 32，一個(gè)螺栓31穿過通槽32并與加載板13外緣的沉孔33相配合；固定位移計(jì)17安裝于不銹鋼支架30上，在初始化時(shí)，固定位移計(jì)17測(cè)量端與加載板13的上端面接觸。這樣設(shè)計(jì)起到固定活塞的作用。在浸水試驗(yàn)中，固定活塞，可進(jìn)行等體積膨脹試驗(yàn)，通過荷載傳感器量測(cè)非飽和試樣膨脹力的變化規(guī)律。在不銹鋼支架30上設(shè)計(jì)通槽的目的是可以根據(jù)前端加載室內(nèi)的試樣的高度調(diào)節(jié)活塞的固定高度。不銹鋼支架30為圓柱形，直徑為5士 1mm， 長(zhǎng)度為130 士 5mm;初始化時(shí)，不銹鋼支架30上的通槽32距離頂蓋1上端面85 士 5mm，寬度為3士 1mm，高度為25士5mm ；加載板13外緣處帶內(nèi)螺紋的沉孔33直徑為3士 1mm，深度為 5士 Imm ；螺栓31采用外六角螺栓，其螺桿直徑為3士 1mm，螺桿高度為12士 1mm，螺帽外接圓直徑為6 士 1mm，螺帽的高度為3 士 1mm。參見圖1 8，本發(fā)明溫控式非飽和土固結(jié)儀的軸向夾緊構(gòu)件包括四個(gè)螺栓22，螺栓22穿過頂蓋1的通孔沈，每個(gè)螺栓22下端的螺紋分別和位于底座4上表面靠近外緣處的帶有內(nèi)螺紋的沉孔25相配合；各豎向?qū)U18與壓力室底座4外伸的四個(gè)支架底座5固定連接；外層透明套筒2的材料為透明石英，剛性透明套筒3和外層透明套筒2的兩端面上均墊有一層耐高溫橡皮圈7。外層透明套筒2和剛性透明套筒3上的透明觀察窗口采用耐高溫、 膨脹系數(shù)低、化學(xué)穩(wěn)定性和電絕緣性好、抗拉強(qiáng)度高的透明石英套筒，外層透明套筒2和剛性透明套筒3的兩端面上均墊有一層耐高溫的橡皮圈7。橡皮圈7分別嵌入套筒槽M和外緣套筒槽23中，主要起到密封的作用。螺栓22采用內(nèi)六角螺栓，其螺桿直徑為15士 1mm，螺桿高度為120士 1mm，其螺帽外徑為18士 1mm，螺帽的高度為8士 1mm，螺帽內(nèi)嵌六邊形外接圓直徑12 士 1mm，高度為5 士 Imm ；底座4上的沉孔25直徑為15 士 1mm，深度為15 士 Imm;支架底座5的厚度為7 士 1mm，寬度為30 士 1mm，長(zhǎng)度為60 士 5mm。參見圖3，本發(fā)明溫控式非飽和土固結(jié)儀的頂蓋1在外層透明套筒2和剛性透明套筒3之間的位置處設(shè)有一個(gè)注油孔36，注油孔36與一個(gè)密封塞35形成配合，通過注油孔 36能導(dǎo)入橡皮管，并能向夾層腔室內(nèi)注入導(dǎo)熱油，注滿后用密封塞35密封夾層腔室。注油孔36直徑為8 士 1mm，深度為20 士 Imm ；注油孔36設(shè)有內(nèi)螺紋，密封塞35設(shè)有外螺紋，密封塞35采用內(nèi)六角螺栓，其螺桿直徑為8士 1mm，螺桿高度為20士 Imm ；密封塞35的螺帽外徑為12士 1mm，螺帽的高度為5士 1mm，螺帽內(nèi)嵌六邊形外接圓直徑6士 1mm，高度為3士 1mm。參見圖3，本發(fā)明溫控式非飽和土固結(jié)儀的熱電偶觀為1(型鎳鉻一鎳硅熱電偶。熱電偶28的線徑為1. 2mm，伸入高度為25 士 Imm ；加熱棒四伸入高度為35 士 1mm，直徑為3mm。 為了防止銹蝕，提高裝置使用壽命，除外層透明套筒2、剛性透明套筒3的透明石英窗口、激光測(cè)量裝置、高進(jìn)氣值陶土板和透水石板外，壓力腔室及其外圍支架、配件等均采用不銹鋼材料。實(shí)施例二
本實(shí)施例與第一個(gè)實(shí)施例基本相同，不同之處在于參見圖9，在用濾紙法測(cè)不同溫度下的試樣19的吸力試驗(yàn)中，置于本發(fā)明溫控式非飽和土固結(jié)儀中的濾紙與試樣19間的隔片34形狀為網(wǎng)狀。隔片34的直徑為40士 1mm，厚度為2士0. 5_。當(dāng)進(jìn)行吸力控制下的非飽和土干濕循環(huán)試驗(yàn)、常吸力下的壓縮試驗(yàn)或浸水膨脹試驗(yàn)時(shí)，可以通過不銹鋼板6上螺旋形輸水凹槽20沖刷平板21下的氣泡。壓力腔室底座的進(jìn)水孔9，可與不銹鋼板6上表面的螺旋水槽20正中央的進(jìn)水管道10相連，在壓力腔室外側(cè)通過管路與體變管相連，壓力腔室底座的排水孔11，一端與不銹鋼板上表面的螺旋水槽外緣的排水管道12相連，另一端通過設(shè)有開關(guān)閥門的管路通到壓力腔室外部。設(shè)置這套通路的作用一是可以在控制吸力的非飽和土試驗(yàn)中定期的沖刷和量測(cè)擴(kuò)散到平板 21下方的氣體，確保平板21下部沒有氣泡，以免影響非飽和試樣的吸水或排水。二是在浸水試驗(yàn)中，通過體變管與壓力腔室內(nèi)試樣的水頭差，體變管中的水透過平板21進(jìn)入非飽和試樣，進(jìn)行試樣的吸水膨脹變形試驗(yàn)或膨脹壓力試驗(yàn)。三是在控制吸力的非飽和土試驗(yàn)和浸水膨脹試驗(yàn)過程中，可以通過體變管中水頭的變化準(zhǔn)確地計(jì)算出試樣中含水量的變化情況。參見圖2和圖3，本發(fā)明溫控式非飽和土固結(jié)儀的平板21最好采用不銹鋼平板、 高進(jìn)氣值陶土板或透水石板。集水裝置分為兩部分，下部為不銹鋼板，上部可根據(jù)試驗(yàn)功能不同，方便地更換為不銹鋼平板、高進(jìn)氣值陶土板以及透水石，不銹鋼板與上部的不銹鋼平板、高進(jìn)氣值陶土板或透水石板下表面相接觸。當(dāng)應(yīng)用濾紙法測(cè)吸力技術(shù)測(cè)量試樣的吸力時(shí)，上部為不銹鋼平板，保證剛性透明套筒內(nèi)部密封；當(dāng)進(jìn)行吸力控制下的非飽和土壓縮試驗(yàn)或測(cè)量土水特征曲線時(shí)，上部更換為高進(jìn)氣值陶土板；當(dāng)進(jìn)行自由浸水試驗(yàn)時(shí)，上部更換為透水石板，增大其透水性。實(shí)施例三
本實(shí)施例與第一個(gè)實(shí)施例和第二個(gè)實(shí)施例基本相同，不同之處在于 本發(fā)明實(shí)驗(yàn)裝置用于濾紙法測(cè)不同溫度下試樣吸力的試驗(yàn)，安裝步驟結(jié)合附圖2、圖3 和圖8說明如下
1.將不銹鋼平板21與不銹鋼板6組成進(jìn)排水裝置放置在壓力腔室底座4上表面的中央，將三片Whatman No. 42型濾紙放置在不銹鋼平板21上，濾紙直徑為40mm ；
2.將擊實(shí)好的試樣19放在濾紙上，將網(wǎng)狀隔片34放在試樣19上，再將三片濾紙放在隔片；34上，將剛性透明套筒3和外層透明套筒2分別嵌入已放好橡皮圈7的套筒槽M和外緣套筒槽23處固定，在剛性透明套筒3和外層透明套筒2頂部也固定好橡皮圈7，然后固定頂蓋1 ；
3.輕按加載板13，使前端加載室的透氣端承板15與最上層的濾紙貼緊，并有微小的豎向荷載，使濾紙、隔片、試樣19、試樣19下方的濾紙及不銹鋼平板21之間沒有縫隙；
4.將四個(gè)內(nèi)六角螺栓22穿過壓力腔室頂蓋1的通孔沈，插入底座4上表面的帶有內(nèi)螺紋的沉孔25中，并將其擰緊；
5.關(guān)閉與頂蓋1的進(jìn)氣孔8相連的閥門，關(guān)閉與底座4的進(jìn)水孔9相連的閥門和與排水孔11相連的閥門，使前端加載室形成密閉空間；
6.通過頂蓋1的通孔36向剛性透明套筒3和外層透明套筒2之間注入導(dǎo)熱油，注滿后擰緊螺栓35。進(jìn)行濾紙法測(cè)吸力試驗(yàn)時(shí)，試樣19盡可能的充滿該前端加載室的密閉空間，以確保試驗(yàn)精度。試樣安裝完畢后，通過熱電偶觀、加熱棒四和壓力腔室外部的溫度控制器來控制溫度，用濾紙法測(cè)吸力的方法測(cè)量不同溫度下試樣19的吸力值。實(shí)施例四
本實(shí)施例與第三個(gè)實(shí)施例的不同之處在于
本發(fā)明實(shí)驗(yàn)裝置用于吸力控制下的非飽和土試驗(yàn)時(shí)，安裝步驟和試驗(yàn)方法結(jié)合附圖2、 圖3說明如下
1.將高進(jìn)氣值陶土板與不銹鋼板6組成的進(jìn)排水裝置放置在壓力腔室底座4上表面的中央，不銹鋼板6的進(jìn)水管道10對(duì)準(zhǔn)底座4的進(jìn)水孔9，不銹鋼板6的排水管道12對(duì)準(zhǔn)底座4的排水孔11，關(guān)閉與底座4排水孔11相連的閥門，打開與底座4進(jìn)水孔9相連的閥門，使其與壓力腔室外部的體變管相連，在水頭壓的作用下使高進(jìn)氣值陶土板飽和；
2.在試樣19側(cè)面曲面部分涂抹四條無光白漆，寬度約為15士5mm，高度為試樣19的高度，并在白漆上標(biāo)注激光測(cè)試點(diǎn)；
3.關(guān)閉與底座4進(jìn)水孔9相連的閥門，將試樣19放在高進(jìn)氣值陶土板的平板21上， 將四個(gè)激光位移傳感器16安裝在四個(gè)豎向?qū)U18上，調(diào)整試樣19的位置，使得激光位移傳感器16的入射光對(duì)準(zhǔn)試樣19白漆上的四個(gè)激光測(cè)試點(diǎn)；
4.將與剛性透明套筒3和外層透明套筒2相匹配的橡皮圈7分別放入底座的套筒槽 24和外緣套筒槽23中，然后把剛性透明套筒3和外層透明套筒2按先后分別插入套筒槽 24和外緣套筒槽23中；
5.再取兩條橡皮圈7放在剛性透明套筒3和外層透明套筒2的上面，然后安裝壓力腔室頂蓋1，此時(shí)，豎向傳力桿14已經(jīng)穿過壓力腔室頂蓋1的通孔27，調(diào)節(jié)豎向傳力桿14，使透氣端承板15剛好與試樣19上表面接觸，通過頂蓋1上不銹鋼支架30上的通槽32、加載板13上的沉孔33以及螺栓31固定活塞，將位移計(jì)17固定在不銹鋼支架30上，并與加載板13的上端面接觸，用來測(cè)量試驗(yàn)過程中前端加載室內(nèi)部試樣19的豎向位移；也可以根據(jù)試驗(yàn)需要，在加載板13中心處施加豎向荷載；
6.將四個(gè)內(nèi)六角螺栓22穿過壓力腔室頂蓋1的通孔沈，插入底座4上表面的帶有內(nèi)螺紋的沉孔25中，并將其擰緊；通過頂蓋1的通孔36向剛性透明套筒3和外層透明套筒2 之間注入導(dǎo)熱油，注滿后擰緊螺栓35 ；
7.將壓力腔室頂蓋1的進(jìn)氣孔8與外部氣壓源相連，施加孔隙氣壓力；
8.打開與底座4進(jìn)水孔9相連的閥門，記錄體變管中水頭、豎向位移計(jì)和激光位移傳感器、溫度控制器的初始讀數(shù)，通過熱電偶觀、加熱棒四和壓力腔室外部的溫度控制器來控制溫度，根據(jù)試驗(yàn)需求，施加載荷，并記錄試驗(yàn)數(shù)據(jù)；
9.試驗(yàn)過程中，要定期的對(duì)高進(jìn)氣值陶土板的平板21進(jìn)行氣泡沖刷，并測(cè)量擴(kuò)散氣泡量。實(shí)施例五
本實(shí)施例與第三個(gè)實(shí)施例和第四個(gè)實(shí)施例的不同之處在于
本發(fā)明實(shí)驗(yàn)裝置用于自由浸水試驗(yàn)時(shí)，安裝步驟和試驗(yàn)方法結(jié)合附圖2、圖3說明如
下
1.將透水石與不銹鋼板6組成的進(jìn)排水裝置放置在前端加載室底座4上表面的中央， 不銹鋼板6的進(jìn)水管道10對(duì)準(zhǔn)底座4的進(jìn)水孔9，不銹鋼板6的排水管道12對(duì)準(zhǔn)底座4的排水孔11，關(guān)閉與底座4排水孔11相連的閥門，打開與底座4進(jìn)水孔9相連的閥門，使其與壓力腔室外部的體變管相連，飽和透水石板，飽和后關(guān)閉與底座4進(jìn)水孔9相連的閥門，將試樣19放在透水石板上；
2.將與剛性透明套筒3和外層透明套筒2相匹配的橡皮圈7分別放入底座的套筒槽 24和外緣套筒槽23中，然后把剛性透明套筒3和外層透明套筒2按先后分別插入套筒槽 24和外緣套筒槽23中，再取兩條橡皮圈7放在剛性透明套筒3和外層透明套筒2的上面， 然后安裝壓力腔室頂蓋1，將四個(gè)內(nèi)六角螺栓22穿過壓力腔室頂蓋1的通孔沈，插入底座 4上表面的帶有內(nèi)螺紋的沉孔25中，并將其擰緊；通過頂蓋1的通孔36向剛性透明套筒3 和外層透明套筒2之間注入導(dǎo)熱油，注滿后擰緊螺栓35 ；
3.調(diào)節(jié)豎向傳力桿14，使透氣端承板15剛好與試樣19上表面接觸，通過頂蓋1上不銹鋼支架30上的通槽32、加載板13上的沉孔33以及螺栓31固定活塞，在進(jìn)行等體積膨脹試驗(yàn)時(shí)，活塞保持裝樣時(shí)的高度，試樣19吸水膨脹產(chǎn)生膨脹壓力，該膨脹壓力可通過荷載傳感器得到；在進(jìn)行等壓力膨脹試驗(yàn)時(shí)，需將位移計(jì)17固定在不銹鋼支架30上，并與加載板13的上端面接觸，擰松螺栓31，使活塞即豎向傳力桿14可以自由活動(dòng)，試樣吸水膨脹產(chǎn)生膨脹變形，可用位移計(jì)17測(cè)量浸水試驗(yàn)過程中壓力腔室內(nèi)部試樣19的豎向位移，膨脹變形試驗(yàn)示意圖如圖1和2所示，也可以根據(jù)試驗(yàn)需要，在加載板13中心處施加豎向荷載；
4.關(guān)閉與壓力腔室頂蓋1的進(jìn)氣孔8相連的閥門，確保水分不蒸發(fā)；記錄體變管中水頭、豎向位移計(jì)或荷載傳感器的初始讀數(shù)，通過熱電偶觀、加熱棒四和壓力腔室外部的溫度控制器來控制溫度，打開與底座4進(jìn)水孔9相連的閥門，使體變管中的水在水頭壓的作用下透過透水石板進(jìn)入試樣19，記錄浸水試驗(yàn)中體變管中水頭、溫度控制器和豎向位移計(jì)或荷載傳感器的讀數(shù)，也可根據(jù)試驗(yàn)需求，施加豎向荷載或溫度荷載等。 上面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施例進(jìn)行了說明，但本發(fā)明不限于上述實(shí)施例，還可以根據(jù)本發(fā)明的發(fā)明創(chuàng)造的目的做出多種變化，凡依據(jù)本發(fā)明技術(shù)方案的精神實(shí)質(zhì)和原理下做的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化，均應(yīng)為等效的置換方式，只要不背離本發(fā)明的技術(shù)原理和發(fā)明構(gòu)思，都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種溫控式非飽和土固結(jié)儀，包括一個(gè)帶雙向運(yùn)動(dòng)加載壓力活塞的組合式壓力腔室，所述壓力腔室包括頂蓋(1)、底座(4)和剛性透明套筒(3)，所述剛性透明套筒(3)的上下兩端分別與所述底座(4)的上表面和頂蓋(1)的下表面密封連接，且所述剛性透明套筒(3)的下端嵌入所述底座(4)的上表面開設(shè)的套筒槽(24)中，在所述圓柱體的壓力腔室的兩端側(cè)設(shè)有軸向夾緊構(gòu)件，所述軸向夾緊構(gòu)件夾持所述頂蓋(1)和底座(4)，使所述剛性透明套筒(3)被夾緊并固定；位于所述壓力腔室內(nèi)并與試樣(19)直接接觸的活塞頭部為透氣端承板(15)，所述透氣端承板(15)將所述壓力腔室分隔為后端氣室和前端加載室，所述前端加載室內(nèi)安放所述試樣(19)，所述透氣端承板(15)與豎向傳力桿(14)的一端固定連接，所述豎向傳力桿(14) 另一端穿過所述頂蓋(1)的通孔(27)與一個(gè)加載板(13)固定連接，所述豎向傳力桿(14) 與通孔(27)動(dòng)密封配合；所述組合式壓力腔室還設(shè)有導(dǎo)流系統(tǒng)，所述導(dǎo)流系統(tǒng)包括導(dǎo)氣裝置和導(dǎo)水裝置，所述導(dǎo)氣裝置包括所述后端氣室和在所述頂蓋(1)上設(shè)置的進(jìn)氣孔(8)，所述后端氣室通過所述進(jìn)氣孔(8)與大氣相通，所述導(dǎo)水裝置包括貫穿所述底座(4)上設(shè)置的導(dǎo)水孔和在所述前端加載室內(nèi)并設(shè)置于所述底座(4 )之上的集水裝置，所述試樣(19 )安放在所述集水裝置上，所述導(dǎo)水孔與貫穿所述集水裝置的輸水道相連通；另外設(shè)有一個(gè)固定位移計(jì)(17)，在試驗(yàn)過程中專門用于實(shí)時(shí)測(cè)量裝入所述前端加載室內(nèi)的試樣(19)的豎向位移；其特征在于在所述剛性透明套筒(3)外側(cè)還設(shè)置激光測(cè)量裝置，所述激光量測(cè)裝置能對(duì)裝入所述前端加載室內(nèi)的試樣(19)的側(cè)向變形進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量；在所述剛性透明套筒(3)外側(cè)還套有一個(gè)外層透明套筒(2)，所述外層透明套筒(2)的上下兩端也分別與所述底座(4)的上表面和頂蓋(1)的下表面密封連接，且所述外層透明套筒(2)下端也嵌入所述底座(4)的上表面開設(shè)的外緣套筒槽(23)中，通過所述軸向夾緊構(gòu)件也使所述頂蓋(1)和底座(4)夾緊并固定所述外層透明套筒(2)，所述頂蓋(1)、底座(4)、剛性透明套筒(3)和外緣套筒槽(23)之間形成夾層腔室，所述夾層腔室內(nèi)注有導(dǎo)熱油，所述導(dǎo)熱油能透射光線；所述夾層腔室中還安裝熱電偶(28)和加熱棒(29)，所述熱電偶(28)能測(cè)試所述導(dǎo)熱油的溫度，所述加熱棒(29 )能對(duì)導(dǎo)熱油進(jìn)行加熱，所述熱電偶(28 )和加熱棒(29 )分別通過導(dǎo)線與外置的溫度控制器相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫控式非飽和土固結(jié)儀，其特征在于所述集水裝置包括平板(21)和不銹鋼板(6)，所述不銹鋼板(6)安置在前端加載室內(nèi)的所述底座(4)的上表面上，所述不銹鋼板(6)上表面設(shè)有從其中心向其邊緣均勻展開的螺旋形輸水凹槽(20)；所述導(dǎo)水孔包括在所述底座(4)內(nèi)設(shè)的排水孔(11)和進(jìn)水孔(9)，所述輸水道包括在所述不銹鋼板(6)內(nèi)設(shè)的進(jìn)水管道(10)和排水管道(12)，所述進(jìn)水管道(10)與進(jìn)水孔(9) 緊密對(duì)應(yīng)并連通，所述排水管道(12 )與排水孔(11)緊密對(duì)應(yīng)并連通，所述進(jìn)水管道(10 )和排水管道(12)分別貫通所述輸水凹槽(20)的底部，所述進(jìn)水管道(10)的開口位置設(shè)于所述不銹鋼板(6)中心的螺旋形輸水凹槽(20)的起點(diǎn)處，所述排水管道(12)的開口位置另設(shè)于所述不銹鋼板(6)外緣的螺旋形輸水凹槽(20)的終點(diǎn)處。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的溫控式非飽和土固結(jié)儀，其特征在于所述剛性透明套筒(3)為有視窗的組合套筒，其主體為不銹鋼套筒，在不銹鋼套筒側(cè)壁上開設(shè)有四個(gè)透明石英材質(zhì)的觀察窗口(37)，相鄰各觀察窗口(37)的周向間距相等；所述激光量測(cè)裝置還包括圍繞所述外層透明套筒(2)的四個(gè)激光位移傳感器(16)，其中每個(gè)激光位移傳感器(16 )的入射光束方向都正對(duì)裝入所述前端加載室內(nèi)的試樣(19 )表面標(biāo)注的測(cè)試點(diǎn)，且各所述激光位移傳感器(16)安裝于與所述底座(4)固定連接的四個(gè)豎向?qū)U(18)上，所述激光位移傳感器(16)通過沿所述豎向?qū)U(18)升降，并以所述豎向?qū)U(18)為軸進(jìn)行固定角度的水平擺動(dòng)實(shí)現(xiàn)定位，各所述豎向?qū)U(18)在所述底座(4)平面上的投影相對(duì)于所述剛性透明套筒(3)中軸線在所述底座(4)平面上的投影集聚點(diǎn)呈中心對(duì)稱形式分布，所述激光位移傳感器(16)的入射光束穿過外層透明套筒(2)、導(dǎo)熱油和剛性透明套筒(3)上的觀察窗口(37)最終入射到試樣(19)表面上的測(cè)試點(diǎn)位置。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的溫控式非飽和土固結(jié)儀，其特征在于所述頂蓋(1)上方與一個(gè)不銹鋼支架(30 )固定連接，所述不銹鋼支架(30 )靠近所述加載板(13 )的外緣，所述不銹鋼支架(30 )上設(shè)有一段通槽(32 )，一個(gè)螺栓(31)穿過所述通槽(32 )并與所述加載板(13) 外緣的沉孔(33)相配合；所述固定位移計(jì)(17)安裝于所述不銹鋼支架(30)上，在初始化時(shí)，所述固定位移計(jì) (17)測(cè)量端與加載板(13)的上端面接觸。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的溫控式非飽和土固結(jié)儀，其特征在于所述軸向夾緊構(gòu)件包括四個(gè)螺栓(22)，所述螺栓(22)穿過頂蓋(1)的通孔(26)，每個(gè)螺栓(22)下端的螺紋分別和位于底座(4)上表面靠近外緣處的帶有內(nèi)螺紋的沉孔(25)相配合；各所述豎向?qū)U(18)與所述壓力室底座(4)外伸的四個(gè)支架底座(5)固定連接；所述外層透明套筒(2)的材料為透明石英，所述剛性透明套筒(3)和外層透明套筒(2) 的兩端面上均墊有一層耐高溫橡皮圈(J)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的溫控式非飽和土固結(jié)儀，其特征在于所述頂蓋(1)在外層透明套筒(2)和剛性透明套筒(3)之間的位置處設(shè)有一個(gè)注油孔(36)，所述注油孔(36)與一個(gè)密封塞(35)形成配合，通過所述注油孔(36)能導(dǎo)入橡皮管，并能向夾層腔室內(nèi)注入導(dǎo)熱油，注滿后用所述密封塞(35)密封所述夾層腔室。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的溫控式非飽和土固結(jié)儀，其特征在于所述熱電偶(28)為K 型鎳鉻一鎳硅熱電偶。
8.根據(jù)權(quán)利要求1 7中任意一項(xiàng)所述的溫控式非飽和土固結(jié)儀，在用濾紙法測(cè)不同溫度下的所述試樣(19)的吸力試驗(yàn)中，置于所述溫控式非飽和土固結(jié)儀中的所述濾紙與試樣(19)間的隔片(34)形狀為網(wǎng)狀。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的溫控式非飽和土固結(jié)儀，其特征在于所述平板(21)為不銹鋼平板、高進(jìn)氣值陶土板或透水石板。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的溫控式非飽和土固結(jié)儀，其特征在于所述頂蓋(1)直徑為 160士 1_，厚度為20士 ；所述底座(4)直徑為160士 1_，厚度為25士 Imm ；所述外緣套筒槽(23)開口內(nèi)徑為120士 1mm，凹進(jìn)深度為1 士0. 5mm；所述套筒槽(24)開口內(nèi)徑為60士 1_，凹進(jìn)深度為1 士0.5mm;所述剛性透明套筒(3)的外徑為60士 1mm，內(nèi)徑為40士 1mm，高度為85士 Imm ；所述外層透明套筒(2 )的外徑為120 士 1mm，內(nèi)徑為100 士 1mm，高度為85 士 Imm ；所述豎向傳力桿(14)上端的加載板(13)直徑為80士 1mm，厚度為10士 Imm ； 所述豎向傳力桿(14)下端的與試樣(19)直接接觸的透氣端承板(15)直徑為40士 1mm， 厚度為10 士 Imm;所述豎向傳力桿(14)直徑為10士 1mm，長(zhǎng)度為140士 Imm; 所述頂蓋(1)的進(jìn)氣孔(8)直徑為5士 1mm，長(zhǎng)度為65士 Imm ；所述底座(4)設(shè)有的排水孔(11)和進(jìn)水孔(9)的直徑均為5士 1mm，進(jìn)水孔(9)的長(zhǎng)度為80 士 1mm，排水孔(11)的長(zhǎng)度為60 士 Imm ；所述不銹鋼板(6)的直徑與剛性透明套筒(3)的內(nèi)徑相同，為40士 1mm，厚度為 10士Imm ；所述平板(21)的直徑均為40 士 1mm，厚度均為10 士 Imm ； 所述位移計(jì)(17)的量程為0-30mm。
11.根據(jù)權(quán)利要求3所述的溫控式非飽和土固結(jié)儀，其特征在于相鄰各所述觀察窗口 (37)的形狀取為40mmX 15mm長(zhǎng)方形；所述豎向?qū)U(18)為圓柱形，直徑為10士 1mm，長(zhǎng)度為110士5mm ； 所述激光位移傳感器(16)尺寸為30mm X 30mm X 20mm，激光位移傳感器(16)的探頭距剛性透明套筒(3)外緣的距離為50士5mm。
12.根據(jù)權(quán)利要求4所述的溫控式非飽和土固結(jié)儀，其特征在于所述不銹鋼支架(30) 為圓柱形，直徑為5士 1mm，長(zhǎng)度為130士5mm;初始化時(shí)，所述不銹鋼支架(30)上的通槽(32)距離所述頂蓋(1)上端面85 士 5mm，寬度為3 士 1mm，高度為25 士 5mm ；所述加載板(13 )外緣處帶內(nèi)螺紋的沉孔(33 )直徑為3 士 1mm，深度為5 士 Imm ； 所述螺栓(31)采用外六角螺栓，其螺桿直徑為3士 1mm，螺桿高度為12士 1mm，螺帽外接圓直徑為6 士 1mm，螺帽的高度為3 士 1mm。
13.根據(jù)權(quán)利要求5所述的溫控式非飽和土固結(jié)儀，其特征在于所述螺栓(22)采用內(nèi)六角螺栓，其螺桿直徑為15士 1mm，螺桿高度為120士 1mm，其螺帽外徑為18士 1mm，螺帽的高度為8 士 1mm，螺帽內(nèi)嵌六邊形外接圓直徑12 士 1mm，高度為5 士 Imm ；所述底座(4)上的沉孔(25)直徑為15士 1mm，深度為15士 Imm; 所述支架底座(5 )的厚度為7 士 1mm，寬度為30 士 1mm，長(zhǎng)度為60 士 5mm。
14.根據(jù)權(quán)利要求6所述的溫控式非飽和土固結(jié)儀，其特征在于所述注油孔(36)直徑為 8 士 1mm，深度為 20 士 Imm ；所述注油孔(36)設(shè)有內(nèi)螺紋，所述密封塞(35)設(shè)有外螺紋，所述密封塞(35)采用內(nèi)六角螺栓，其螺桿直徑為8 士 1mm，螺桿高度為20 士 Imm ；所述密封塞(35)的螺帽外徑為12士 1mm，螺帽的高度為5士 1mm，螺帽內(nèi)嵌六邊形外接圓直徑6 士 1_，高度為3 士 1_。
15.根據(jù)權(quán)利要求7所述的溫控式非飽和土固結(jié)儀，其特征在于，所述熱電偶(28)的線徑為1. 2mm，伸入高度為25 士 Imm ；所述加熱棒(29)伸入高度為35士 1mm，直徑為3mm。
16.根據(jù)權(quán)利要求8所述的溫控式非飽和土固結(jié)儀，其特征在于，所述隔片(34)的直徑為 40 士 1_，厚度為 2 士 0. 5_。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種溫控式非飽和土固結(jié)儀，可用于巖土工程測(cè)量?jī)x器制造。該裝置包括帶雙向運(yùn)動(dòng)加載壓力活塞的組合式壓力腔室、導(dǎo)流系統(tǒng)、位移計(jì)和激光測(cè)量裝置，在組合式壓力腔室外側(cè)和外層透明套筒之間的夾層腔室內(nèi)注有導(dǎo)熱油，并設(shè)有熱電偶和加熱棒，控制壓力腔室內(nèi)部的溫度。使用該儀器可以用濾紙法測(cè)吸力技術(shù)測(cè)量非飽和試樣在不同溫度下的吸力；可進(jìn)行吸力控制下的非飽和土干濕循環(huán)試驗(yàn)和恒定吸力下的壓縮試驗(yàn)，得到溫度對(duì)非飽和土土水特性及力學(xué)特性的影響規(guī)律；可進(jìn)行不同溫度下的浸水膨脹變形試驗(yàn)和膨脹壓力試驗(yàn)，分別通過位移計(jì)或荷載傳感器得到非飽和土的膨脹變形和膨脹力的變化規(guī)律。該裝置功能齊全，構(gòu)造簡(jiǎn)單，操作方便，測(cè)試精度高。
文檔編號(hào)G01N33/24GK102221601SQ20111015091
公開日2011年10月19日 申請(qǐng)日期2011年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月8日
發(fā)明者孫德安, 孫文靜 申請(qǐng)人:上海大學(xué)