一種巖土干濕循環(huán)試驗(yàn)裝置及其使用方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種巖土干濕循環(huán)試驗(yàn)裝置及其使用方法，其特征在于，包括設(shè)置于稱重裝置（2）上的加載裝置（1）和用于給所述加載裝置（1）內(nèi)的試樣裝置加熱的加熱裝置（3）；所述加載裝置（1）包括水平設(shè)置于所述稱重裝置（2）上的底座（4），所述底座（4）上從左到右依次垂直設(shè)置有固定擋板（5）和活動(dòng)擋板（6），所述固定擋板（5）底端固定設(shè)置于所述底座（4）上，所述活動(dòng)擋板（6）底端搭接于所述底座（4）上，所述底座（4）上設(shè)置有用于限定所述活動(dòng)擋板（6）位置的擋坎（12）。本發(fā)明提供的一種巖土干濕循環(huán)試驗(yàn)裝置及其使用方法，可以對(duì)土體施加荷載，并能夠?qū)崟r(shí)精確監(jiān)控土體含水率和變形。
【專利說明】
一種巖土干濕循環(huán)試驗(yàn)裝置及其使用方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種巖土干濕循環(huán)試驗(yàn)裝置及其使用方法，具體涉及一種在有荷情況下可以實(shí)時(shí)監(jiān)控巖土含水率與變形的干濕循環(huán)試驗(yàn)裝置及其使用方法。
【背景技術(shù)】
[0002]我國(guó)因邊坡失穩(wěn)而導(dǎo)致巨大的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡事例已經(jīng)屢見不鮮，引起邊坡失穩(wěn)的因素眾多，其中大量研究表明干濕循環(huán)作用引起巖土土體強(qiáng)度降低是邊坡失穩(wěn)的內(nèi)在因素和決定因素。
[0003]土體經(jīng)過干濕循環(huán)后，土體的強(qiáng)度以及細(xì)觀結(jié)構(gòu)發(fā)生變化?，F(xiàn)有的巖土干濕循環(huán)試驗(yàn)裝置主要分為兩類，有荷條件下的干濕循環(huán)試驗(yàn)裝置及無荷條件下的干濕循環(huán)試驗(yàn)裝置。有荷條件下干濕循環(huán)試驗(yàn)裝置(如CN102944481A)雖然能對(duì)土體進(jìn)行有荷條件下的干濕循環(huán)試驗(yàn)，但是卻不能精準(zhǔn)的控制試樣的含水率，且干濕循環(huán)試驗(yàn)周期較長(zhǎng)。一種巖土樣加速干濕循環(huán)的試驗(yàn)裝置(CN201510405434.4)能夠提高干濕循環(huán)試驗(yàn)周期，但是仍然不能準(zhǔn)確的控制試樣的含水率，且試驗(yàn)裝置較為復(fù)雜，難以實(shí)現(xiàn)。無荷條件下的干濕循環(huán)試驗(yàn)裝置(如CN103776982A)，雖然能夠較為精準(zhǔn)的控制了試樣的含水率，但是卻不能模擬有荷條件下的干濕循環(huán)試驗(yàn)，且控制程序較為復(fù)雜，難以實(shí)現(xiàn)。
[0004]由于傳統(tǒng)的土樣干濕循環(huán)試驗(yàn)主要依靠人工不斷稱量試樣的質(zhì)量或根據(jù)試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)估算的方法來控制試樣的含水率，過程繁瑣，且對(duì)試樣干擾較大，甚至試樣實(shí)際含水率與設(shè)計(jì)含水率偏差很大，導(dǎo)致試驗(yàn)結(jié)果的離散性較大。因此精準(zhǔn)的控制干濕循環(huán)過程中試樣的含水率對(duì)于試驗(yàn)有著至關(guān)重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種可以對(duì)土體施加荷載，并能夠?qū)崟r(shí)精確監(jiān)控土體含水率和變形的巖土干濕循環(huán)試驗(yàn)裝置，并公開其使用方法。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
一種巖土干濕循環(huán)試驗(yàn)裝置，其特征在于，包括設(shè)置于稱重裝置上的加載裝置和用于給所述加載裝置內(nèi)的試樣裝置加熱的加熱裝置;所述加載裝置包括水平設(shè)置于所述稱重裝置上的底座，所述底座上從左到右依次垂直設(shè)置有固定擋板和活動(dòng)擋板，所述固定擋板底端固定設(shè)置于所述底座上，所述活動(dòng)擋板底端搭接于所述底座上，所述底座上設(shè)置有用于限定所述活動(dòng)擋板位置的擋坎，所述固定擋板和活動(dòng)擋板之間活動(dòng)式夾有壓桿;所述固定擋板的左側(cè)面上對(duì)稱式固定設(shè)置有兩個(gè)恒力彈簧支架，每個(gè)所述恒力彈簧支架上均上下式均勻設(shè)置有兩個(gè)恒力彈簧，所述恒力彈簧與拉桿末端相連，所述拉桿前端依次穿過所述固定擋板和活動(dòng)擋板后由螺栓固定;所述試樣裝置夾于所述固定擋板和活動(dòng)擋板之間；所述固定擋板與活動(dòng)擋板上均設(shè)置有用于加速脫水的開孔;所述活動(dòng)擋板右端的所述底座上設(shè)置有位移檢測(cè)裝置。
[0007]所述試樣裝置包括試樣，所述試樣兩端均設(shè)置有圓柱形透水石，所述試樣和透水石之間設(shè)置有過濾裝置，所述試樣、透水石和過濾裝置均設(shè)置于圓柱形的三瓣模內(nèi)，所述三瓣模外部緊箍有圓環(huán)。
[0008]所述加熱裝置包括取暖器;所述稱重裝置包括電子秤。
[0009]所述過濾裝置包括濾紙。
[0010]所述三瓣模和圓環(huán)的材質(zhì)均包括鋼。
[0011]所述位移檢測(cè)裝置包括千分表，所述千分表的頭部抵住所述活動(dòng)擋板右側(cè)面，所述千分表與電腦相連。
[0012]所述拉桿的末端為擴(kuò)大端，所述擴(kuò)大端與所述恒力彈簧相連，所述拉桿的前端為螺栓固定端，所述螺栓固定端上設(shè)置有螺紋。
[0013]拉桿的末端位于恒力彈簧支架外部，4根拉桿均為水平設(shè)置。
[0014]4根所述拉桿均勻分布于所述固定擋板和活動(dòng)擋板的四角處。
[0015]所述電子秤與電腦相連。
[0016]一種巖土干濕循環(huán)試驗(yàn)裝置的使用方法，其特征在于:包括以下步驟:
步驟一:調(diào)整恒力彈簧使其拉力達(dá)到試驗(yàn)要求；
步驟二:將活動(dòng)擋板拉至擋坎右側(cè)，使擋坎卡住活動(dòng)擋板底端，并用壓桿撐住活動(dòng)擋板頂端；
步驟三:將試樣、依次位于試樣兩端的過濾裝置和透水石放入三瓣模內(nèi)后用圓環(huán)緊箍三瓣模外部，形成試樣裝置，然后將試樣裝置放于固定擋板和活動(dòng)擋板之間，并使透水石與固定擋板或活動(dòng)擋板相對(duì)應(yīng);取下壓桿，將活動(dòng)擋板拉至擋坎左側(cè)，使活動(dòng)擋板在恒力彈簧的拉力下壓緊試樣，然后將千分表歸零；
步驟四:加濕過程:根據(jù)干濕循環(huán)最大含水率計(jì)算出試樣需要加入的水量，將試樣裝置整體取下并垂直放置，用注射器沿透水石向試樣緩慢地加水至計(jì)算水量;如果試樣含水率需要達(dá)到飽和狀態(tài)，則直接將試樣裝置浸泡在水中直至飽和；加濕完成后將試樣裝置放回至加載裝置進(jìn)行干濕循環(huán)試驗(yàn)；
步驟五:干燥過程:首先將千分表進(jìn)行清零，將加載裝置連同試樣裝置直接放在電子稱上，根據(jù)最小含水率計(jì)算出試樣的質(zhì)量，打開取暖器直接照射試樣，同時(shí)打開電腦進(jìn)行質(zhì)量及變形數(shù)據(jù)采集，電腦根據(jù)試樣質(zhì)量變化計(jì)算出試樣的含水率變化；當(dāng)試樣達(dá)到最低含水率時(shí)，電腦發(fā)出信號(hào)，至此干燥過程結(jié)束。
[0017]本發(fā)明實(shí)時(shí)精確監(jiān)測(cè)含水率的原理是:在土樣(即試樣)干燥的過程中，水分逐漸喪失，土樣的質(zhì)量也逐漸減小，因此可以通過測(cè)量土樣質(zhì)量來監(jiān)測(cè)其含水率。然而，常規(guī)加載方式為對(duì)土樣施加豎直荷載，并不能直接稱量土樣質(zhì)量。本發(fā)明提出一種水平施加荷載的方式對(duì)土樣施加荷載。荷載施加方式為恒力彈簧(即發(fā)條彈簧)，在施加荷載過程中既可以適應(yīng)土樣的形變而荷載基本不變，又可以不將荷載傳遞到電子秤。由于恒力彈簧及試樣裝置總重量并不大，因此可以采用精度較高的電子秤對(duì)其檢測(cè)。因此，本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有巖土干濕循環(huán)試驗(yàn)裝置具有以下優(yōu)勢(shì):
第一，加載裝置置于與電腦相連的電子秤上，可以實(shí)時(shí)精確監(jiān)測(cè)土樣質(zhì)量變化，從而監(jiān)測(cè)其含水率變化。
[0018]第二，采用水平施加荷載方式，使得荷載并不會(huì)通過試樣裝置傳遞到電子秤，不需要量程太大的電子秤，因此可以采用精度較高的電子稱，使含水率的控制更加精確。
[0019]第三，通過恒力彈簧對(duì)土樣施加荷載，使得在土樣干燥過程中，荷載可以基本保持不變。
[0020]說明書附圖
圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明中加載裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3為圖2的圖左視圖；
圖4為圖2的俯視圖；
圖5為本發(fā)明中試樣裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖6為本發(fā)明中試驗(yàn)前活動(dòng)擋板位置示意圖；
圖7為本發(fā)明中試驗(yàn)時(shí)活動(dòng)擋板位置示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021 ]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作更進(jìn)一步的說明。
[0022]如圖1?圖7所示，一種巖土干濕循環(huán)試驗(yàn)裝置，由加載裝置I，稱重裝置2和加熱裝置3組成。加載裝置I包括底座4，固定擋板5和活動(dòng)擋板6，活動(dòng)擋板6可以沿著四根拉桿9進(jìn)行移動(dòng)。固定擋板5上焊有兩個(gè)恒力彈簧支架7，每個(gè)恒力彈簧支架7上安裝上下兩個(gè)恒力彈簧8，每個(gè)恒力彈簧8與一根拉桿9相連。拉桿9兩端分別為擴(kuò)大端10與螺栓固定端U。試驗(yàn)前，加載裝置I底座4上的擋坎12與頂部的壓桿13共同起到固定活動(dòng)擋板6作用。固定擋板5與底座4焊接固定，恒力彈簧支架7與固定擋板5由螺絲固定。拉桿9自擴(kuò)大端10依次穿過恒力彈簧8、固定擋板5和活動(dòng)擋板6，并緊拉活動(dòng)擋板6。底座4右端固定有一個(gè)位移檢測(cè)裝置14，位移檢測(cè)裝置14為千分表，其頭部抵住活動(dòng)擋板6，用來觀測(cè)活動(dòng)擋板6的位移，即土樣的變形，并與電腦相連，實(shí)時(shí)采集變形數(shù)據(jù)。試樣15位于兩個(gè)擋板之間，試樣15兩端為兩塊圓柱形透水石16，試樣15與透水石16之間夾有一層過濾裝置17，過濾裝置17為濾紙，鋼制三瓣模18和鋼制圓環(huán)19包裹透水石16和試樣15。固定擋板5與活動(dòng)擋板6中央開孔以加速脫水。稱重裝置2為電子秤，電子秤與電腦相連實(shí)時(shí)輸出加載裝置I和試樣裝置的總重量，由電腦計(jì)算出土樣含水率。加熱裝置3為日常小太陽取暖器。
[0023]一種巖土干濕循環(huán)試驗(yàn)裝置的使用方法，調(diào)整恒力彈簧8使拉力達(dá)到試驗(yàn)要求，將活動(dòng)擋板6拉至擋坎12，使擋坎12卡住活動(dòng)擋板6，并用壓桿13撐住活動(dòng)擋板6，然后分別將試樣15及透水石16放入三瓣模18內(nèi)，并在試樣15與透水石16之間放入一片濾紙。取下壓桿13，松開活動(dòng)擋板6使其在恒力彈簧8的拉力下，壓緊試樣15，然后將千分表歸零。加濕過程:根據(jù)干濕循環(huán)最大含水率計(jì)算出試樣15需要加入的水量，將試樣裝置整體取下(試樣仍處在有荷條件下)并垂直放置，用注射器沿透水石16向試樣15緩慢地加水，如果試樣15含水率需要達(dá)到飽和狀態(tài)，則直接將試樣裝置浸泡在水中直至飽和。干燥過程:首先將千分表進(jìn)行清零將加載裝置I連同試樣裝置直接放在電子稱上，根據(jù)最小含水率計(jì)算出試樣15的質(zhì)量，打開小太陽取暖器直接照射試樣15，同時(shí)打開電腦進(jìn)行質(zhì)量、變形數(shù)據(jù)采集，電腦根據(jù)試樣15質(zhì)量變化計(jì)算出試樣的含水率變化。當(dāng)試樣達(dá)到最低含水率時(shí)，電腦會(huì)發(fā)出信號(hào)，至此干燥過程結(jié)束。
[0024]本實(shí)施例提供了該巖土干濕循環(huán)試驗(yàn)裝置的一種常見使用方式，除上述實(shí)施例夕卜，本發(fā)明還可以有其他實(shí)施方式，主要涉及了巖土干濕循環(huán)試驗(yàn)過程中的含水率與變形實(shí)時(shí)觀測(cè)方法和水平施加荷載的方法，凡采用等同替換或等效變換形成的技術(shù)方案，均在本發(fā)明要求的保護(hù)范圍。
[0025]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出:對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種巖土干濕循環(huán)試驗(yàn)裝置，其特征在于，包括設(shè)置于稱重裝置(2)上的加載裝置(I)和用于給所述加載裝置(I)內(nèi)的試樣裝置加熱的加熱裝置(3);所述加載裝置(I)包括水平設(shè)置于所述稱重裝置(2)上的底座(4)，所述底座(4)上從左到右依次垂直設(shè)置有固定擋板(5)和活動(dòng)擋板(6)，所述固定擋板(5)底端固定設(shè)置于所述底座(4)上，所述活動(dòng)擋板(6)底端搭接于所述底座(4)上，所述底座(4)上設(shè)置有用于限定所述活動(dòng)擋板(6)位置的擋坎(12)，所述固定擋板(5)和活動(dòng)擋板(6)之間活動(dòng)式夾有壓桿(13);所述固定擋板(5)的左側(cè)面上對(duì)稱式固定設(shè)置有兩個(gè)恒力彈簧支架(7)，每個(gè)所述恒力彈簧支架(7)上均上下式均勻設(shè)置有兩個(gè)恒力彈簧(8)，所述恒力彈簧(8)與拉桿(9)末端相連，所述拉桿(9)前端依次穿過所述固定擋板(5)和活動(dòng)擋板(6)后由螺栓固定;所述試樣裝置夾于所述固定擋板(5)和活動(dòng)擋板(6)之間;所述固定擋板(5)與活動(dòng)擋板(6)上均設(shè)置有用于加速脫水的開孔;所述活動(dòng)擋板(6)右端的所述底座(4)上設(shè)置有位移檢測(cè)裝置(14)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種巖土干濕循環(huán)試驗(yàn)裝置，其特征在于:所述試樣裝置包括試樣(15 )，所述試樣(15 )兩端均設(shè)置有圓柱形透水石(16 )，所述試樣(15 )和透水石(16 )之間設(shè)置有過濾裝置(17)，所述試樣(15)、透水石(16)和過濾裝置(17)均設(shè)置于圓柱形的三瓣模(18)內(nèi)，所述三瓣模(18)外部緊箍有圓環(huán)(19)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種巖土干濕循環(huán)試驗(yàn)裝置，其特征在于:所述加熱裝置(3)包括取暖器;所述稱重裝置(2)包括電子秤。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種巖土干濕循環(huán)試驗(yàn)裝置，其特征在于:所述過濾裝置(17)包括濾紙。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種巖土干濕循環(huán)試驗(yàn)裝置，其特征在于:所述三瓣模(18)和圓環(huán)(19 )的材質(zhì)均包括鋼。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種巖土干濕循環(huán)試驗(yàn)裝置，其特征在于:所述位移檢測(cè)裝置(14)包括千分表，所述千分表的頭部抵住所述活動(dòng)擋板(6)右側(cè)面，所述千分表與電腦相連。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種巖土干濕循環(huán)試驗(yàn)裝置，其特征在于:所述拉桿(9)的末端為擴(kuò)大端(10)，所述擴(kuò)大端(10)與所述恒力彈簧(8)相連，所述拉桿(9)的前端為螺栓固定端(11)，所述螺栓固定端(11)上設(shè)置有螺紋。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種巖土干濕循環(huán)試驗(yàn)裝置，其特征在于:4根所述拉桿(9)均勻分布于所述固定擋板(5)和活動(dòng)擋板(6)的四角處。9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種巖土干濕循環(huán)試驗(yàn)裝置，其特征在于:所述電子秤與電腦相連。10.采用權(quán)利要求1?9任一項(xiàng)所述的一種巖土干濕循環(huán)試驗(yàn)裝置的使用方法，其特征在于:包括以下步驟: 步驟一:調(diào)整恒力彈簧(8)使其拉力達(dá)到試驗(yàn)要求； 步驟二:將活動(dòng)擋板(6)拉至擋坎(12)右側(cè)，使擋坎(12)卡住活動(dòng)擋板(6)底端，并用壓桿(13)撐住活動(dòng)擋板(6)頂端； 步驟三:將試樣(15)、依次位于試樣(15)兩端的過濾裝置(17)和透水石(16)放入三瓣模(18)內(nèi)后用圓環(huán)(19)緊箍三瓣模(18)外部，形成試樣裝置，然后將試樣裝置放于固定擋板(5)和活動(dòng)擋板(6)之間，并使透水石(16)與固定擋板(5)或活動(dòng)擋板(6)相對(duì)應(yīng);取下壓桿(13)，將活動(dòng)擋板(6)拉至擋坎(12)左側(cè)，使活動(dòng)擋板(6)在恒力彈簧(8)的拉力下壓緊試樣(15)，然后將千分表歸零； 步驟四:加濕過程:根據(jù)干濕循環(huán)最大含水率計(jì)算出試樣(15)需要加入的水量，將試樣裝置整體取下并垂直放置，用注射器沿透水石(16)向試樣(15)緩慢地加水至計(jì)算水量;如果試樣(15)含水率需要達(dá)到飽和狀態(tài)，則直接將試樣裝置浸泡在水中直至飽和;加濕完成后將試樣裝置放回至加載裝置(I)進(jìn)行干濕循環(huán)試驗(yàn)； 步驟五:干燥過程:首先將千分表進(jìn)行清零，將加載裝置(I)連同試樣裝置直接放在電子稱上，根據(jù)最小含水率計(jì)算出試樣(15)的質(zhì)量，打開取暖器直接照射試樣(15)，同時(shí)打開電腦進(jìn)行質(zhì)量及變形數(shù)據(jù)采集，電腦根據(jù)試樣(15)質(zhì)量變化計(jì)算出試樣(15)的含水率變化;當(dāng)試樣(15)達(dá)到最低含水率時(shí)，電腦發(fā)出信號(hào)，至此干燥過程結(jié)束。
【文檔編號(hào)】G01N33/24GK105891445SQ201610218172
【公開日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2016年4月8日
【發(fā)明人】賈凡, 王建磊, 王雅華, 劉斯宏, 魯洋, 宗佳敏, 宋迎俊, 許雷, 樊科偉
【申請(qǐng)人】河海大學(xué)