本發(fā)明涉及一種凍脹試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法，尤其涉及一種對于土進(jìn)行凍脹試驗(yàn)的自平衡土體凍脹試驗(yàn)桶，以及使用這種試驗(yàn)桶對土進(jìn)行凍脹特性試驗(yàn)的試驗(yàn)方法。

背景技術(shù)：

凍土是一種溫度低于0℃且含有冰的土巖。根據(jù)凍結(jié)狀態(tài)持續(xù)時間不同，可把凍土劃分為三類，即瞬時凍土、季節(jié)性凍土和多年凍土。季節(jié)凍土廣泛分布在世界各大洲和中國的大部分國土，我國季節(jié)性凍土占國土面積的53.5％。國內(nèi)外已有的大量工程實(shí)踐和研究結(jié)果表明，凍脹作用是季節(jié)凍土區(qū)各種工程產(chǎn)生凍害的重要原因，特別是對鐵路、公路等線性工程，季節(jié)性凍土的凍脹引起工程的破壞會更加劇烈。一方面降低鐵路、公路等工程的使用質(zhì)量，減少其使用壽命。另一方面，凍脹引起的路基變形將嚴(yán)重影響鐵路、公路的安全運(yùn)營，帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失，并對社會產(chǎn)生不良的影響。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種自平衡土體凍脹試驗(yàn)桶及其試驗(yàn)方法，利用該裝置進(jìn)行土體的凍脹特性試驗(yàn)，不需要單獨(dú)的加壓裝置，操作方便，適用范圍廣泛。

本發(fā)明的目的是通過如下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種自平衡土體凍脹試驗(yàn)桶，包括有桶體，桶體中心處安裝有圓柱形錨索測力計(jì)通道，在桶體頂端設(shè)置與桶體壁緊密接觸且可上下滑動的有機(jī)玻璃頂板，頂板與桶體底板中心均留設(shè)孔洞，用于穿插并錨固錨索測力計(jì)，錨索測力計(jì)通過導(dǎo)線與采集儀相連，沿桶壁高度方向上留設(shè)五個測溫孔，用于連接埋設(shè)在土體中的熱電偶溫度傳感器，熱電偶溫度傳感器通過導(dǎo)線與采集儀相連；在靠近桶體底部且高于固定支座上邊緣處的桶壁上，沿周長方向均設(shè)有五個補(bǔ)水口，與補(bǔ)水口相連的補(bǔ)水管路終端與一體積恒定的水壓槽相連接，在每個補(bǔ)水管路上均安裝液體渦輪流量計(jì)，在桶體底板上設(shè)置五個排氣口，桶體底部與固定支座嵌套。

所述桶體為有機(jī)玻璃材質(zhì)，桶壁設(shè)置五個熱偶測溫孔，用于安放電熱偶溫度傳感器。

所述的圓柱形錨索測力計(jì)通道是由有機(jī)玻璃材質(zhì)制作，與桶體等高。

所述的頂板和底板均是由有機(jī)玻璃材料制作，頂板和底板中心留設(shè)孔洞用于錨固錨索測力計(jì)。

在靠近桶體底部且高于底座上邊緣高度處的桶壁上，沿桶體周長均勻地設(shè)有五個補(bǔ)水口。每個補(bǔ)水口通過補(bǔ)水管路與水壓槽相連接，補(bǔ)水管路由橡膠材質(zhì)制成，連接液體渦輪流量計(jì)。

所述的固定支座上預(yù)留有孔洞；固定支座上設(shè)有四個螺栓孔，用以連接四個固定螺桿作為固定支撐。

所述的凍脹試驗(yàn)桶的試驗(yàn)方法，包括以下試驗(yàn)步驟：

（1）在桶體底部放置一張圓形薄濾紙，將土樣從頂部裝入試驗(yàn)桶內(nèi)，使其自由滑落到底部；

（2）將錨索從桶體中心穿過，在底端和頂端錨固，錨索測力計(jì)安裝在錨墊座上，錨索從試驗(yàn)桶中心孔中穿過，測力計(jì)置于錨墊座和工作錨之間，并使錨索測力計(jì)的軸線與待測索軸線平行；

（3）沿桶壁留設(shè)孔插入熱電偶溫度傳感器，接通桶壁上的補(bǔ)水管路，供水并排除底板內(nèi)氣泡，調(diào)節(jié)供水裝置；

（4）根據(jù)液體渦輪流量計(jì)記錄土體含水量，并通過電腦終端記錄凍脹力與溫度數(shù)據(jù)。

所述的步驟（2）安裝時錨索測力計(jì)上下面與承壓面之間應(yīng)清理干凈，錨索測力計(jì)應(yīng)放置平穩(wěn)。

本發(fā)明的有益效果：有效解決了季節(jié)性凍結(jié)土壤的凍脹力測試問題。方便

對土體在室外自然溫度下凍脹力的實(shí)時測量，具有良好的推廣價值。本發(fā)明的試驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)簡單，不需要單獨(dú)的加壓裝置，操作方便，適用范圍廣泛。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一種自平衡土體凍脹試驗(yàn)桶的正視圖：

圖2為桶體的主視圖；

圖3為固定支座的主視圖：

圖4為固定支座的仰視圖。

其中：1桶體、2頂板、3底板、4錨索測力計(jì)通道、5錨索測力計(jì)、6熱偶測溫孔、7固定支座、8固定支撐、9補(bǔ)水口、10排氣口、11補(bǔ)水管路、12液體渦輪流量計(jì)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳述：

如圖1、2所示，一種自平衡土體凍脹試驗(yàn)桶。包括有機(jī)玻璃材質(zhì)輕質(zhì)高強(qiáng)的桶體1與固定支座7。桶體1頂端設(shè)有與桶壁緊密接觸且可上下滑動的有機(jī)玻璃頂板2。頂板2與桶體底板3中心均留設(shè)孔洞，對中設(shè)置與孔洞直徑相等的錨索測力計(jì)通道4，用于穿插并錨固錨索測力計(jì)5。在桶壁右側(cè)不同高度上留設(shè)五個熱偶測溫孔6，用于埋設(shè)在土體中的熱電偶溫度傳感器通過導(dǎo)線與外部采集儀連接。在靠近桶體底部的桶壁上均勻設(shè)有五個補(bǔ)水口9，補(bǔ)水口9與補(bǔ)水管路11連接，在補(bǔ)水管路11上設(shè)有液體渦輪流量計(jì)12。桶體底板上留有排氣口10，桶體底部嵌套在固定支座7中。固定支座7預(yù)留有部分孔洞，以便當(dāng)桶體與支座嵌固時排氣口的通過。固定支座上還設(shè)有四個螺栓孔，連接四個固定支撐8，用以穩(wěn)定該試驗(yàn)桶。

所述桶體及錨索測力計(jì)通道均為有機(jī)玻璃材質(zhì)，桶體的外徑為800mm，高度為2000mm，桶壁厚30mm。在桶體中心處設(shè)置的錨索測力計(jì)通道，外徑為100mm，高度與桶體高度相等，壁厚30mm。

所述有機(jī)玻璃桶體的側(cè)壁上，自底部向上1600mm范圍內(nèi)每隔400mm設(shè)置一個熱偶測溫孔，用于熱電偶溫度傳感器導(dǎo)線穿過，并與外部采集儀連接。

在桶體的頂板與底板中心均留設(shè)孔洞，孔洞直徑與錨索測力計(jì)通道對中，且直徑相同，以便錨索測力計(jì)穿過并錨固。

在靠近桶體底部且高于底座上邊緣高度處的桶壁上，沿桶體周長，均勻設(shè)有5個直徑50mm的補(bǔ)水口，每個補(bǔ)水口通過補(bǔ)水管路與水壓槽相連接。在補(bǔ)水管路上連接液體渦輪流量計(jì)，用以控制桶體的進(jìn)水量。

所述桶體底板上沿圓周均勻地留設(shè)5個直徑為10mm的排氣孔。

如圖3、4所示，所述固定支座采用普通鋼材制成，其內(nèi)徑與桶體外徑相同，側(cè)壁厚度為10mm，高度為200mm。固定支座底部中心處留有孔洞，以便錨索測力端部錨頭穿過。固定支座7預(yù)留有部分孔洞，以便當(dāng)通體與支座嵌固時排氣口的通過。固定支座上還設(shè)有四個螺栓孔，用以連接四個固定支撐。

所述固定支撐為固定螺桿，固定螺桿和支座的直徑均為50mm。固定螺桿具有足夠的強(qiáng)度來保證固定支座和試驗(yàn)桶體之間不產(chǎn)生相對位移，支座能夠支撐整個試驗(yàn)桶和土樣的總重量，并使得桶體離開地面一定高度。

所述凍脹試驗(yàn)桶適用于砂土凍脹試驗(yàn)，具體試驗(yàn)過程包括：

（1）在桶體底部放置一張圓形薄濾紙，將土樣從頂部裝入試驗(yàn)桶內(nèi)，使其自由滑落到底部。

（2）將錨索從桶體中心穿過，在底端和頂端錨固，錨索測力計(jì)安裝在錨墊座上，錨索從試驗(yàn)桶中心孔中穿過，測力計(jì)置于錨墊座和工作錨之間，并使錨索測力計(jì)的軸線與待測索軸線平行。安裝時錨索測力計(jì)上下面與承壓面之間應(yīng)清理干凈，不能有砂粒，否則會影響測值。錨索測力計(jì)應(yīng)放置平穩(wěn)，如發(fā)現(xiàn)幾何偏心過大，應(yīng)及時予以調(diào)整。

（3）沿桶壁留設(shè)孔插入熱電偶溫度傳感器。接通桶壁上的補(bǔ)水管路，供水并排除底板內(nèi)氣泡，調(diào)節(jié)供水裝置。

（4）根據(jù)液體渦輪流量計(jì)記錄土體含水量，并通過電腦終端記錄凍脹力與溫度數(shù)據(jù)。

本發(fā)明所述的具體實(shí)施方式并不構(gòu)成對本申請范圍的限制，凡是在本發(fā)明構(gòu)思的精神和原則之內(nèi)，本領(lǐng)域的專業(yè)人員能夠做出的任何修改、等同替換和改進(jìn)等均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。