一種可模擬浸泡-風(fēng)干循環(huán)作用的土體膨脹多參數(shù)試驗(yàn)裝置的制造方法
【專利摘要】一種可模擬浸泡?風(fēng)干循環(huán)作用的土體膨脹多參數(shù)試驗(yàn)裝置包括水盒，及與水盒連通的蓄水箱、氣水交換器、廢水箱；水盒包括設(shè)在其底部的多孔套環(huán)、及設(shè)在多孔套環(huán)內(nèi)的下透水石，下透水石上設(shè)有環(huán)刀，環(huán)刀中間為土樣，土樣上設(shè)有上透水石，上透水石上設(shè)有多孔蓋板，多孔蓋板伸出的傳壓桿穿過(guò)連接在水盒上的帶翼盒蓋，多孔蓋板伸出的傳壓桿的頂部設(shè)有上壓板，上壓板頂部，分別固定有測(cè)試膨脹應(yīng)力的荷載傳感器和測(cè)量膨脹變形的位移傳感器，荷載傳感器和位移傳感器通過(guò)電纜分別與電阻應(yīng)變儀相連接，電阻應(yīng)變儀與計(jì)算機(jī)連接。本試驗(yàn)裝置可以在水盒內(nèi)直接進(jìn)行土樣的干濕循環(huán)操作和相關(guān)膨脹試驗(yàn)，避免了手工操作的繁瑣，提高了試驗(yàn)效率，減小了由于人工操作而帶來(lái)的誤差。
【專利說(shuō)明】
一種可模擬浸泡-風(fēng)干循環(huán)作用的土體膨脹多參數(shù)試驗(yàn)裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種試驗(yàn)裝置，具體涉及一種可模擬浸泡-風(fēng)干循環(huán)作用的土體膨脹多參數(shù)試驗(yàn)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，干濕循環(huán)對(duì)特定地區(qū)的膨脹土的土體強(qiáng)度的影響研究已取得一些進(jìn)展，但是相關(guān)庫(kù)岸邊坡消落帶土體的干濕循環(huán)作用下研究目前仍然很少。典型的三峽工程竣工后，三峽庫(kù)區(qū)的庫(kù)水位大幅提升并且在145?175m之間循環(huán)變化，庫(kù)區(qū)的水文地質(zhì)環(huán)境也隨之發(fā)生了巨大的變化，這必然會(huì)影響岸坡的穩(wěn)定性。三峽庫(kù)區(qū)蓄水后，庫(kù)岸邊坡消落帶巖土體在水庫(kù)周期性升降作用下處于一種“風(fēng)干一浸泡”交替狀態(tài)?，F(xiàn)有土體干濕循環(huán)作用模擬試驗(yàn)中，一般是將所取的土樣用靜水浸泡24h后，然后將土樣先放置在干燥箱中進(jìn)行烘干，然后放入真空飽和缸內(nèi)進(jìn)行抽真空飽和，該過(guò)程作為一次干濕循環(huán)。此過(guò)程不能真實(shí)模擬庫(kù)岸邊坡消落帶土體的浸泡風(fēng)干循環(huán)過(guò)程，在試驗(yàn)過(guò)程中各環(huán)節(jié)需要人工操作，過(guò)程繁瑣，耗時(shí)長(zhǎng)，試驗(yàn)精度低;而且現(xiàn)有土體膨脹儀，只能做最基本的自然吸水膨脹試驗(yàn)，無(wú)法模擬浸泡-風(fēng)干循環(huán)作用下的膨脹試驗(yàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的在于，提供一種可模擬浸泡-風(fēng)干循環(huán)作用的土體膨脹應(yīng)力測(cè)試試驗(yàn)裝置，該裝置在現(xiàn)有膨脹儀的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)創(chuàng)新，能夠?qū)崿F(xiàn)以下兩種實(shí)驗(yàn)過(guò)程:第一，可以進(jìn)行最基礎(chǔ)的自然吸水膨脹試驗(yàn)，也是目前的膨脹儀的主要功能，從而測(cè)試土體的膨脹應(yīng)力;第二，安裝好相關(guān)試件后，在一的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)模擬浸泡-風(fēng)干循環(huán)作用下的膨脹試驗(yàn)，從而測(cè)試土體的膨脹應(yīng)力。改進(jìn)后的土體膨脹應(yīng)力測(cè)試試驗(yàn)裝置包括了現(xiàn)有膨脹儀的基本試驗(yàn)功能，更重要的是對(duì)浸泡-風(fēng)干循環(huán)作用進(jìn)行了試驗(yàn)?zāi)M，而且此二種過(guò)程均實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，簡(jiǎn)化了試驗(yàn)流程，控制了人為因素對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。
[0004]為了實(shí)現(xiàn)上述任務(wù)，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn):一種可模擬浸泡-風(fēng)干循環(huán)作用的土體膨脹多參數(shù)試驗(yàn)裝置包括水盒，及與水盒連通的蓄水箱、氣水交換器、廢水箱；
所述水盒包括設(shè)在其底部的多孔套環(huán)、及設(shè)在多孔套環(huán)內(nèi)的下透水石，下透水石上設(shè)有環(huán)刀，所述環(huán)刀內(nèi)設(shè)有分隔板，至少將環(huán)刀內(nèi)部分隔成二個(gè)獨(dú)立的空間，試驗(yàn)時(shí)將制作的半圓形(或者扇形)的土樣分別裝入不同的獨(dú)立空間里，不同獨(dú)立空間的土樣可以是同一種土樣，也可以是不同類型的土樣，不同獨(dú)立空間的土樣上各分設(shè)一個(gè)上透水石；
至少其中一個(gè)上透水石上設(shè)有多孔蓋板，多孔蓋板伸出的傳壓桿穿過(guò)連接在水盒上的帶翼盒蓋，多孔蓋板伸出的傳壓桿的頂部設(shè)有上壓板，上壓板頂部通過(guò)接頭固定荷載傳感器，荷載傳感器通過(guò)電纜與電阻應(yīng)變儀相連接；
至少其中一個(gè)上透水石上設(shè)有平推板，平推板上設(shè)有透水孔，平推板伸出的傳壓桿穿過(guò)連接在水盒上的帶翼盒蓋，平推板伸出的傳壓桿的頂部設(shè)有承壓板，承壓板與位移傳感器相接觸，位移傳感器通過(guò)電纜與電阻應(yīng)變儀相連接；
電阻應(yīng)變儀與計(jì)算機(jī)相連接；
進(jìn)一步講，環(huán)刀外壁纏繞螺旋加熱管，螺旋加熱管外接溫度控制儀。
[0005]進(jìn)一步講，應(yīng)力試驗(yàn)裝置還包括門式框架，門式框架與底座通過(guò)固定螺栓固定，水盒設(shè)在底座上；
手柄設(shè)在門式框架上，荷載傳感器與手柄相接觸。
[0006]進(jìn)一步講，底座底部設(shè)有可以調(diào)節(jié)水平的水平調(diào)節(jié)螺栓。
[0007]本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)在于，試樣安裝好之后，可以按照設(shè)定要求先進(jìn)行自然吸水膨脹試驗(yàn)，而后在加壓的狀態(tài)下，進(jìn)行模擬浸泡-風(fēng)干循環(huán)作用下的膨脹試驗(yàn)；結(jié)束之后進(jìn)行土體的膨脹變形與應(yīng)力的測(cè)試試驗(yàn)。
[0008]本裝置將土樣的干燥和浸濕過(guò)程均簡(jiǎn)化為在水盒內(nèi)進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)了土樣浸泡-風(fēng)干循環(huán)作用的全自動(dòng)化控制，包括水壓力的大小和施加的過(guò)程、時(shí)間，同時(shí)可以控制風(fēng)干的時(shí)間和溫度，避免將土樣移出水盒再進(jìn)行干燥和飽和的操作，避免手工操作的繁瑣，加快了試驗(yàn)進(jìn)程，有效控制了由于人工操作而帶來(lái)的誤差。
【附圖說(shuō)明】
[0009]圖1是膨脹參數(shù)試驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0010]圖2是膨脹參數(shù)試驗(yàn)裝置供、排水結(jié)構(gòu)示意圖圖3是膨脹參數(shù)試驗(yàn)裝置供氣結(jié)構(gòu)示意圖。
[0011 ]圖4是膨脹參數(shù)試驗(yàn)裝置加熱結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012]圖5是環(huán)刀優(yōu)選結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖6是膨脹參數(shù)試驗(yàn)裝置設(shè)置門式框架結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]如圖中，1-手柄，2_門式框架，3_上壓板，4-多孔蓋板，5_環(huán)刀，6_帶翼盒蓋，7_透水石，8-水盒，9-底座，10-水平調(diào)節(jié)螺栓，13-多孔套環(huán)，14-螺旋加熱管，15-出氣孔，16-密封橡膠圈，17-精密數(shù)顯壓力器，18-精密調(diào)壓器，19-氣水交換器，20-氣水交換器接口，21-氣水交換器開(kāi)關(guān)，22-壓力計(jì)，23-土樣，24-接頭，25-荷載傳感器，26-電纜，27-電阻應(yīng)變儀，28-進(jìn)水口，29A-進(jìn)水閥門，29B-出水閥門，30-進(jìn)水管，31-蓄水箱，32-出水口，33-出水管，34-廢水箱，35-溫度控制儀，39-上透水石，40-分隔板，43-平推板，44-承壓板，45-位移傳感器，46-計(jì)算機(jī)。
[0015]以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明具體內(nèi)容作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
【具體實(shí)施方式】
[0016]以下給出本發(fā)明的具體實(shí)施例，需要說(shuō)明的是本發(fā)明并不局限于以下具體實(shí)施例，凡在本申請(qǐng)技術(shù)方案基礎(chǔ)上做的等同變換均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0017]如圖1所示，一種可模擬浸泡-風(fēng)干循環(huán)作用的土體膨脹多參數(shù)試驗(yàn)裝置包括水盒8，及與水盒8連通的蓄水箱31、氣水交換器19、廢水箱34，優(yōu)選的，水盒8設(shè)有出氣孔15，水盒8上還設(shè)有壓力計(jì)22;
所述水盒8包括設(shè)在其底部的多孔套環(huán)13、及設(shè)在多孔套環(huán)13內(nèi)的下透水石7，下透水石7上設(shè)有環(huán)刀5，環(huán)刀5內(nèi)設(shè)有分隔板40，至少將環(huán)刀5內(nèi)部分隔成二個(gè)獨(dú)立的空間，試驗(yàn)時(shí)將制作的半圓形(或者扇形)的土樣23分別裝入不同的獨(dú)立空間里，不同獨(dú)立空間的土樣23可以是同一種土樣，也可以是不同類型的土樣，不同獨(dú)立空間的土樣23上各分設(shè)一個(gè)上透水石39;
其中一個(gè)上透水石39上設(shè)有多孔蓋板4，多孔蓋板4伸出的傳壓桿穿過(guò)連接在水盒8上的帶翼盒蓋6，多孔蓋板4伸出的傳壓桿的頂部設(shè)有上壓板3，上壓板3頂部通過(guò)接頭24固定荷載傳感器25，荷載傳感器25通過(guò)電纜26與電阻應(yīng)變儀27相連接；
其中一個(gè)上透水石39上設(shè)有平推板43，平推板43上設(shè)有透水孔，平推板43伸出的傳壓桿穿過(guò)連接在水盒8上的帶翼盒蓋6，平推板43伸出的傳壓桿的頂部設(shè)有承壓板44，承壓板44與位移傳感器45相接觸，位移傳感器45通過(guò)電纜26與電阻應(yīng)變儀27相連接；
電阻應(yīng)變儀27與計(jì)算機(jī)46相連接；
如圖2所述，蓄水箱31通過(guò)進(jìn)水管30與水盒8的進(jìn)水口 28連通，進(jìn)水管30上設(shè)有進(jìn)水閥門29A，廢水箱34通過(guò)出水管33與水盒8的出水口 32連通，出水管33上設(shè)有出水閥門29B，工作時(shí)，打開(kāi)進(jìn)水閥門29A，蓄水箱31內(nèi)的水通過(guò)進(jìn)水管30進(jìn)入水盒8內(nèi)，排水時(shí)，打開(kāi)出水閥門29B，水盒8內(nèi)的水通過(guò)出水管33排入廢水箱34;
如圖3中，氣水交換器19通過(guò)精密調(diào)壓器18與氣源連通，精密調(diào)壓器18上設(shè)有精密數(shù)顯壓力器17，工作時(shí)，通過(guò)精密調(diào)壓器18、精密數(shù)顯壓力器17可以精確控制水盒8內(nèi)的氣壓。
[0018]優(yōu)選的，如圖4中，環(huán)刀5外壁纏繞螺旋加熱管14，螺旋加熱管14外接溫度控制儀35ο
[0019]優(yōu)選的，如圖6中，應(yīng)力試驗(yàn)裝置還包括門式框架2，門式框架2與底座9通過(guò)固定螺栓固定，水盒8設(shè)在底座9上，底座9底部設(shè)有可以調(diào)節(jié)水平的水平調(diào)節(jié)螺栓10;
手柄I設(shè)在門式框架2上，荷載傳感器25與手柄I相接觸。
[0020]工作步驟
步驟1:首先將水盒8放在底座9上，在水盒8底部的多孔套環(huán)13中放入透水石7，再放置環(huán)刀5，環(huán)刀5內(nèi)設(shè)有分隔板40，至少將環(huán)刀5內(nèi)部分隔成二個(gè)獨(dú)立的空間，試驗(yàn)時(shí)將制作的半圓形(或者扇形)的土樣23分別裝入不同的獨(dú)立空間里，不同獨(dú)立空間的土樣23可以是同一種土樣，也可以是不同類型的土樣，不同獨(dú)立空間的土樣23上各分設(shè)一個(gè)上透水石39，然后在其中一個(gè)土樣上面依次放入上透水石39、多孔蓋板4;在另一個(gè)土樣上面依次放入上透水石39、平推板43，隨后將帶翼盒蓋與水盒在翼緣處通過(guò)密封橡膠圈及密封螺栓連接，并打開(kāi)各出氣孔的閥門，隨后安裝壓力計(jì)及在上壓板頂部安裝荷載傳感器、位移傳感器，荷載傳感器與多孔蓋板4相接觸，位移傳感器與平推板43相接觸。
[0021]步驟2:將蓄水箱和廢水箱分別通過(guò)進(jìn)水管和出水管與水盒相連通，保證管道的暢通以及閥門連接的效果良好，方便后續(xù)入水和出水。
[0022]步驟3:將氣水交換器與水盒通過(guò)連接管連接起來(lái)，保證連接管兩端的氣水交換器接頭和加壓盒接頭連接效果良好，便于后續(xù)對(duì)儲(chǔ)水盒內(nèi)水進(jìn)行加壓操作。
[0023]步驟4:土樣的飽水處理，為了更加真實(shí)模擬庫(kù)岸邊坡消落帶土體的浸泡飽水過(guò)程，在本裝置中采用自由浸水法飽和試樣，先通過(guò)蓄水箱向水盒注水至試樣高度1/4處，水盒底部設(shè)置的多孔套環(huán)將水盒中的水通過(guò)下透水石輸送給土樣，土樣中的氣體通過(guò)多孔蓋板出氣孔排出土樣，然后每隔2h分別注水至試樣高度的1/2處和3/4處，6h后全部浸泡試樣，然后浸泡48h，土樣達(dá)到自由飽水狀態(tài)。
[0024]步驟5:水壓力的施加，通過(guò)蓄水箱向水盒注滿水，直到水盒上出氣孔不再冒出氣泡為止，關(guān)上各出氣孔閥門。打開(kāi)氣水交換器開(kāi)關(guān)，設(shè)定氣水壓力，通過(guò)控制氣水交換器的氣壓并將氣壓轉(zhuǎn)化為水壓，可按照設(shè)計(jì)要求施加相應(yīng)的水壓力，具體加壓和穩(wěn)壓時(shí)間根據(jù)試驗(yàn)方案具體設(shè)定。
[0025]步驟6:土樣的干燥處理，打開(kāi)加壓盒接頭和水盒底部的出水閥門，通過(guò)出水管將水盒中的水排出到廢水箱中，當(dāng)水盒中的水排完之后，然后打開(kāi)螺旋加熱管的控制開(kāi)關(guān)，并對(duì)溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)控制，從而對(duì)土樣進(jìn)行加熱烘干，具體的烘干溫度和時(shí)間，根據(jù)試驗(yàn)方案具體設(shè)定。
[0026]步驟7:重復(fù)上述步驟4?6，按此循環(huán)規(guī)律繼續(xù)循環(huán)操作，具體循環(huán)次數(shù)依據(jù)不同試驗(yàn)要求進(jìn)行具體的設(shè)定，最后干濕循環(huán)試驗(yàn)結(jié)束，進(jìn)行后續(xù)相關(guān)的試驗(yàn)操作和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的測(cè)定。
[0027]在進(jìn)行自然吸水膨脹試驗(yàn)時(shí)，可只需對(duì)步驟1、2、4進(jìn)行操作，無(wú)需加壓操作。
[0028]在上述過(guò)程中，位移傳感器45通過(guò)靜態(tài)電阻應(yīng)變儀27讀出土樣23膨脹變形，荷載傳感器25通過(guò)靜態(tài)電阻應(yīng)變儀27讀出土樣23膨脹應(yīng)力，電阻應(yīng)變儀27與計(jì)算機(jī)46相連接，計(jì)算機(jī)顯示記錄試驗(yàn)數(shù)據(jù)和曲線；
還可以將環(huán)刀5分成三個(gè)獨(dú)立的空間，或是如圖5中，將環(huán)力5分成四個(gè)獨(dú)立的空間，每個(gè)空間的所裝土樣可以是不一樣的，即可以進(jìn)行相同條件下不同土樣應(yīng)力的變化測(cè)定。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種可模擬浸泡-風(fēng)干循環(huán)作用的土體膨脹多參數(shù)試驗(yàn)裝置，其特征是:所述應(yīng)力試驗(yàn)裝置包括水盒(8)，及與水盒(8)連通的蓄水箱(31)、氣水交換器(19)、廢水箱(34); 所述水盒(8)包括設(shè)在其底部的多孔套環(huán)(13)、及設(shè)在多孔套環(huán)(13)內(nèi)的下透水石(7)，下透水石(7)上設(shè)有環(huán)刀(5)，所述環(huán)刀(5)內(nèi)設(shè)有分隔板，至少將環(huán)刀(5)內(nèi)部分隔成二個(gè)獨(dú)立的空間，試驗(yàn)時(shí)將制作半圓形或者扇形的土樣(23)分別裝入不同的獨(dú)立空間里，不同獨(dú)立空間的土樣(23)上各分設(shè)一個(gè)上透水石(39); 至少其中一個(gè)上透水石(39)上設(shè)有多孔蓋板(4)，多孔蓋板(4)伸出的傳壓桿穿過(guò)連接在水盒(8)上的帶翼盒蓋(6)，多孔蓋板(4)伸出的傳壓桿的頂部設(shè)有上壓板(3)，上壓板(3)頂部通過(guò)接頭(24)固定荷載傳感器(25)，荷載傳感器(25)通過(guò)電纜(26)與電阻應(yīng)變儀(27)相連接； 至少其中一個(gè)上透水石(39)上設(shè)有平推板(43)，平推板(43)上設(shè)有透水孔，平推板(43)伸出的傳壓桿穿過(guò)連接在水盒(8)上的帶翼盒蓋(6)，平推板(43)伸出的傳壓桿的頂部設(shè)有承壓板(44)，承壓板(44)與位移傳感器(45)相接觸，位移傳感器(45)通過(guò)電纜(26)與電阻應(yīng)變儀(27)相連接； 電阻應(yīng)變儀(27)與計(jì)算機(jī)(46)相連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可模擬浸泡-風(fēng)干循環(huán)作用的土體膨脹多參數(shù)試驗(yàn)裝置，其特征是:所述的環(huán)刀(5)外壁纏繞螺旋加熱管(14)，螺旋加熱管(14)外接溫度控制儀(35)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可模擬浸泡-風(fēng)干循環(huán)作用的土體膨脹多參數(shù)試驗(yàn)裝置，其特征是:所述應(yīng)力試驗(yàn)裝置還包括門式框架2，門式框架2與底座(9)通過(guò)固定螺栓固定，水盒(8)設(shè)在底座(9)上； 手柄(I)設(shè)在門式框架(2)上，荷載傳感器(25)與手柄(I)相接觸。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可模擬浸泡-風(fēng)干循環(huán)作用的土體膨脹多參數(shù)試驗(yàn)裝置，其特征是:所述底座(9)底部設(shè)有可以調(diào)節(jié)水平的水平調(diào)節(jié)螺栓(10)。
【文檔編號(hào)】G01N33/24GK105891446SQ201610223069
【公開(kāi)日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2016年4月11日
【發(fā)明人】鄧華鋒, 方景成, 肖瑤, 李建林, 張恒賓, 王晨璽杰, 王哲, 張小景, 胡玉
【申請(qǐng)人】三峽大學(xué)