一種凍脹儀的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明屬于路基測(cè)量設(shè)備。具體涉及一種凍脹儀。
【背景技術(shù)】
[0002]凍脹是由于土中水的凍結(jié)和冰體(特別是凸鏡狀冰體)的增長(zhǎng)引起土體膨脹、地表不均勻隆起的作用。由于我國(guó)北方覆蓋了大量季節(jié)性凍土，隨著工程建設(shè)飛速發(fā)展與規(guī)模不斷擴(kuò)大，鐵路以及公路路基凍脹已經(jīng)成為一個(gè)不可忽視亟待解決的工程問(wèn)題，凍脹現(xiàn)象嚴(yán)重?fù)p害工程質(zhì)量甚至危機(jī)到結(jié)構(gòu)安全，研究?jī)雒浀膯?wèn)題的實(shí)質(zhì)即為研究土中水分遷移以及結(jié)凍過(guò)程。研究表明，在冬季外界溫度足夠低的情況下，列車通過(guò)路基時(shí)會(huì)產(chǎn)生一定頻率(10-30HZ)的動(dòng)荷載，動(dòng)荷載施加在路基土體時(shí)會(huì)產(chǎn)生超孔隙水壓，使得土體中水份往上遷移至凍結(jié)鋒面(溫度為0° C的位置)與冰透鏡體接觸完成凍結(jié)過(guò)程，進(jìn)一步加深凍脹。其中現(xiàn)有理論已經(jīng)完善地論證了循環(huán)動(dòng)荷載與超空隙水壓的數(shù)值關(guān)系(盛岱超，張升，李?！案咚倭熊嚺c路基凍脹相互作用機(jī)理” [J].《巖土工程學(xué)報(bào)》，2013，35(12):2186-2191)，即可將循環(huán)動(dòng)荷載折算為對(duì)應(yīng)的地下水位水頭高度。一般認(rèn)為土體的凍脹力大小、凍脹位移等力學(xué)參數(shù)與土壤種類，外界環(huán)境溫度，上覆壓力，以及水頭高度(等價(jià)于循環(huán)動(dòng)荷載產(chǎn)生的超空隙水壓作用)有關(guān)。因此，在鐵路特別是高速鐵路施工中需要借助專門測(cè)量設(shè)備獲取沿線路基凍脹以及水分遷移的情況，為工程實(shí)踐提供理論支撐與可靠依據(jù)?，F(xiàn)有測(cè)量路基凍脹的設(shè)備存在功能少、精度不高、適用性不廣、使用不方便等不足，已不能適應(yīng)鐵路快速發(fā)展的需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，提供一種功能多、精度高、適用性廣、使用方便的凍脹儀。
[0004]本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
本發(fā)明提供的凍脹儀，包括支撐部分、溫度控制部分、土工試驗(yàn)部分和數(shù)據(jù)采集部分；所述支撐部分包括底板、固定在底板上的兩根導(dǎo)向柱、設(shè)在所述導(dǎo)向柱上部的連接板、設(shè)在連接板上的限位部件；所述土工試驗(yàn)部分包括土樣裝置和砝碼加載裝置，其中土樣裝置包括設(shè)在所述底板上的下溫盤、設(shè)在下溫盤上的玻璃試樣筒、設(shè)在玻璃試樣筒頂上的上溫盤、設(shè)在玻璃試樣筒外圍的保溫罩、通入下溫盤內(nèi)的補(bǔ)水裝置，砝碼加載裝置包括位于所述限位部件下方且套在所述兩根導(dǎo)向柱上可上下運(yùn)動(dòng)的活動(dòng)板、與所述活動(dòng)板連接的砝碼盤；所述溫度控制部分包括分別與上溫盤和下溫盤連接的溫度控制系統(tǒng)；所述數(shù)據(jù)采集部分包括設(shè)在所述玻璃試樣筒上的溫度探頭和含水率探頭、設(shè)在所述上溫盤與所述活動(dòng)板之間的壓力傳感器、設(shè)在所述砝碼加載裝置和所述支撐部分之間的位移傳感器。
[0005]所述保溫罩為鉸接在所述導(dǎo)向柱上的兩片弧形罩。
[0006]所述玻璃試樣筒外側(cè)設(shè)有凹槽。
[0007]所述補(bǔ)水裝置采用可調(diào)節(jié)高度的馬氏瓶量筒。
[0008]所述連接板和活動(dòng)板上分別設(shè)有相互配合的掛鉤和吊環(huán)。
[0009]所述玻璃試樣筒上設(shè)有豎直布置的若干溫度測(cè)量孔和含水率測(cè)量孔、與溫度測(cè)量孔和含水率測(cè)量孔配套的插銷，所述溫度探頭和含水率探頭的數(shù)量及尺寸分別與所述溫度測(cè)量孔和含水率測(cè)量孔相適配。
[0010]所述位移傳感器采用磁環(huán)傳感器，包括設(shè)在所述導(dǎo)向柱上的固定部分和設(shè)在所述活動(dòng)板上的活動(dòng)部分。
[0011]所述壓力傳感器采用S形壓力傳感器。
[0012]本發(fā)明的有益效果:
本發(fā)明能真實(shí)地反映凍結(jié)與融化全過(guò)程中路基土層的水分遷移及凍脹與融沉規(guī)律，可設(shè)置不同的溫度梯度、上覆壓力以及水位高度等外界條件以此觀察土樣在其不同環(huán)境下的凍脹力大小或者凍脹位移及探究土樣中水分遷移情況，且能實(shí)時(shí)測(cè)出相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，包括凍脹位移、凍脹力大小、土樣各點(diǎn)含水率以及土樣的溫度分布，可由PC機(jī)及編譯程序?qū)崟r(shí)繪制出相關(guān)曲線。具有功能多、測(cè)量精度高、適用性廣、使用方便等優(yōu)點(diǎn)。其特點(diǎn)如下:
1、更高的溫度控制范圍與控制精度，通過(guò)溫度控制系統(tǒng)可使上溫盤和下溫盤的溫度各自在-30至90度范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，精度為0.1° C。
[0013]2、通過(guò)砝碼加載裝置加載砝碼，可現(xiàn)實(shí)上覆壓力的模擬，探究不同上覆壓力條件下對(duì)土的凍脹力及凍脹位移的影響。
[0014]3、可以通過(guò)壓力傳感器測(cè)出凍脹力的大小。
[0015]4、保溫罩能夠保持玻璃試樣筒內(nèi)土樣溫度的穩(wěn)定性。
[0016]5、通過(guò)補(bǔ)水裝置可模擬調(diào)節(jié)土樣中地下水位高度，探究不同地下水位高度條件下對(duì)土的凍脹力及凍脹位移的影響。
[0017]6、通過(guò)含水率探測(cè)器可測(cè)出土中各點(diǎn)的含水率,觀察出溫度梯度下含水率變化的情況，從而探究水分遷移的過(guò)程。
[0018]7、通過(guò)位移傳感器可測(cè)出凍脹位移量。
[0019]8、玻璃試樣筒在裝土樣前先在溫度測(cè)量孔中插上插銷，裝樣壓實(shí)等工作完成后，將插銷抽出，再插入溫度探頭，這樣防止了土樣被擊實(shí)后，溫度探頭無(wú)法插入的情況。
[0020]9、可通過(guò)玻璃試樣筒兩側(cè)的凹槽，在試驗(yàn)結(jié)束后，較為方便地將玻璃試樣筒從底座撬出。
[0021]10、可在上溫盤和下溫盤設(shè)置目標(biāo)溫度時(shí)間曲線，溫度控制系統(tǒng)在既定溫度曲線下工作。
[0022]11、試驗(yàn)過(guò)程中溫度，含水率，凍脹力，凍脹位移均可實(shí)時(shí)記錄，用于繪制圖標(biāo)。
[0023]下面結(jié)合附圖進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案。
【附圖說(shuō)明】
[0024]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖2是本發(fā)明中的數(shù)據(jù)采集部分示意圖。
[0026]圖3是本發(fā)明中的補(bǔ)水裝置示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]如圖1一圖3所示，凍脹儀包括支撐部分、溫度控制部分、土工試驗(yàn)部分和數(shù)據(jù)采集部分；所述支撐部分包括固定在實(shí)驗(yàn)裝置A上的底板22、通過(guò)螺母25固定在底板22上的左右兩根導(dǎo)向柱14、通過(guò)螺母9固定在導(dǎo)向柱14上部的連接板11、設(shè)在連接板11上的限位螺桿10和掛鉤12 ;所述土工試驗(yàn)部分包括土樣裝置和砝碼加載裝置，所述土樣裝置包括下溫盤23、上溫盤15、玻璃試樣筒20、保溫罩4和補(bǔ)水裝置27，下溫盤23通過(guò)過(guò)支撐腳24固定在底板22上，下溫盤23中間設(shè)有一圈凹槽2301，玻璃試樣筒20設(shè)在下溫盤23的凹槽2301內(nèi)位于下溫盤23和上溫盤15之間，通過(guò)壓環(huán)16及三套蝶形螺母6和螺桿6'將玻璃試樣筒20與下溫盤23固定成一體,上溫盤15從壓環(huán)16內(nèi)放在玻璃試樣筒20的頂部,保溫罩4設(shè)在玻璃試樣筒20外圍，采用兩片弧形罩鉸接在導(dǎo)向柱14上，保溫罩4內(nèi)填充有保溫棉，保持溫度穩(wěn)定，玻璃試樣筒20與下溫盤23之間設(shè)有橡皮密封圈2303，實(shí)驗(yàn)完后為便于拿出玻璃試樣筒20，在玻璃試樣筒20外側(cè)設(shè)有凹槽2302，所述補(bǔ)水裝置27包括固定在實(shí)驗(yàn)裝置A上的高度調(diào)節(jié)滑軌2701和馬氏瓶量筒2703，高度調(diào)節(jié)滑軌2701上設(shè)有滑動(dòng)槽孔2702，馬氏瓶量筒2703固定在滑塊2706上，滑塊2706通過(guò)螺釘2704固定在高度調(diào)節(jié)滑軌2701的滑動(dòng)槽孔2702上，并通過(guò)水管2705通入下溫盤23內(nèi)；所述砝碼加載裝置包括位于所述限位螺桿10下方且套在所述兩根導(dǎo)向柱14上可上下滑動(dòng)的活動(dòng)板8、設(shè)在活動(dòng)板8上的吊環(huán)13、通過(guò)連接桿17與活動(dòng)板8連接的橫桿I和設(shè)在橫桿I上的砝碼盤2 ;所述溫度控制部分包括分別與上溫盤15和下溫盤23連接的溫度控制系統(tǒng)28、29 ;所述數(shù)據(jù)采集部分包括