CN101592574B - 非饱和土三轴蠕变试验仪 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种非饱和土三轴蠕变试验仪，涉及土工试验仪器，通过在压力室的底座镶嵌有一块具有高进气值陶土板，让土试样中的水可以通过而施加的气体不能通过，从而达到既可控制基质吸力而又可排水的目的。陶土板上部为套橡皮膜的试样，试样上部为透水板和试样帽，试样帽与一套能够控制气压的管路相连，从而向试样施加和控制孔隙气压力，陶土板底部分别与冲水管和排水管相连，分别起冲刷陶土板底部的气泡和排水之用。试样压力室采用双层压力室，为双层有机玻璃圆筒。内压力室充满无气水从而给试样施加围压，外压力室施加等围压值的气压可以消除内压力室的变形对体变值产生的影响。
Description
技术领域
本发明涉及土工试验仪器，特别是一种非饱和土三轴蠕变试验仪。
背景技术
目前，饱和三轴蠕变仪主要由台架子部件、杠杆加荷部件、砝码部件、试样压力室部件、孔压测量仪、围压和吸力控制器等组成。它主要用于对土体试样进行饱和三轴蠕变试验。由于饱和三轴蠕变试验不需要考虑基质吸力的影响，因此，饱和三轴蠕变仪不存在控制基质吸力的仪器部件，故其不能对土体的非饱和状态流变行为进行模拟，也不能更进一步建立非饱和土流变的数学模型等。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种非饱和土三轴蠕变试验仪，可以控制基质的吸力，既可开展饱和土流变试验又可开展非饱和土流变试验。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种非饱和土三轴蠕变试验仪，包括压力室，压力室上设有载荷框，载荷框上设有位移传感器，外压力室围压控制器与压力室外腔连接，内压力室围压控制器与压力室内腔连接，压力室上设有注水孔，载荷框通过传力杆与试样帽接触，试样帽上设有吸力管，试样帽下设有透水板，压力室下设有压力室排水管和冲水管，压力室排水管和冲水管上设有陶土板。
所述的透水板上层为带孔铜板，下层为透水石。
所述的压力室排水管上设有排水阀。
所述的冲水管通过三通阀与储水缸和排水管连接。
所述的吸力管通过水洗器与吸力控制器连接。
所述的水洗器中储存有净水，其进口与吸力管连接，进水端在液面以下，其出口与吸力控制器连接，出口端在液面以上。
所述的水洗器材质为有机玻璃。
所述的陶土板下设有螺旋槽。
所述的陶土板的通气压力值为3～15Bar。
本发明提供的一种非饱和土三轴蠕变试验仪，通过在压力室的底座镶嵌有一块具有高进气值陶土板，陶土板属于一种功能材料，它有很细的微孔，在实验前把陶土板用水进行饱和，当施加气压力时，由于水气在微孔处可以形成一个弯液面，水分子对气体分子的拖拽作用，因此，气体与水分子相比很难通过微孔，从而达到隔气不隔水的作用。让土试样中的水可以通过而施加的气体不能通过，从而达到既可控制基质吸力而又可排水的目的。当施加的气压力小于通气压力值3～15Bar时，陶土板正常工作，气体分子不通过陶土板，超过临界值就失去效用，陶土板可以过气。
陶土板上部为套橡皮膜的试样，试样上部为透水板和试样帽，透水板包含两个部分：多孔铜板和透水石，其中透水石与土样直接接触，因其空隙密土颗粒不会压入到孔隙内，但透水石属于脆性材料，加压力不均容易破碎，因此加多孔铜板可以使其受力均匀，且能过水。
试样帽与一套能够控制气压的管路相连，从而向试样施加和控制孔隙气压力，陶土板底部分别与冲水管和排水管相连，分别起冲刷陶土板底部的气泡和排水之用；试样帽凹槽与传力杆接触，传力杆与荷载架上的压力螺钉接触，通过放置砝码来给试样施加轴压，传力杆与压力室之间用“O”型圈密封；位移传感器固定在荷载架上且与压力室顶部接触，从而测量试样在蠕变阶段每时刻的变形。试样压力室采用双层压力室，为双层有机玻璃圆筒。内压力室充满无气水从而给试样施加围压，外压力室施加等围压值的气压可以消除内压力室的变形对体变值产生的影响。
与现有的技术相比，本发明的有益效果是：1.能够通过施加气压力来控制基质吸力，从而可以开展非饱和土的蠕变试验；2.施加气压的管路中间安装一个水洗器，可以有效避免因操作不当引起带有泥土的水分倒流破坏吸力控制器；3.结构简单，便于操作。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1是本发明中压力室结构示意图；
图2是本发明整体结构示意图；
具体实施方式
一种非饱和土三轴蠕变试验仪，包括压力室9，压力室9上设有载荷框4，载荷框4上设有位移传感器，外压力室围压控制器13与压力室9外腔连接，内压力室围压控制器14与压力室9内腔连接，压力室9上设有注水孔1，载荷框4通过传力杆5与试样帽6接触，试样帽6上设有吸力管8，试样帽6下设有透水板7，压力室9下设有压力室排水管3和冲水管12，压力室排水管3和冲水管12上设有陶土板11。
所述的透水板7上层为带孔铜板，下层为透水石。
所述的压力室排水管3上设有排水阀20。
所述的冲水管12通过三通阀19与储水缸15和排水管17连接。
所述的吸力管8通过水洗器16与吸力控制器18连接。
所述的水洗器16中储存有净水，其进口与吸力管8连接，进水端在液面以下，其出口与吸力控制器18连接，出口端在液面以上。
所述的水洗器16材质为有机玻璃。
所述的陶土板11下设有螺旋槽。
所述的陶土板11的通气压力值为3～15Bar。
试验步骤如下：
1、制备试样：按照土工实验标准制备试样10。
2、饱和陶土板11：
1)不装试样，陶土板11用湿布覆盖；
2)冲洗陶土板11下积聚的气泡，打开排水阀20，将三通阀19箭头指向“冲水”一端，让无气水流过陶土板11下的螺旋槽，冲洗30s；
3)关闭排水阀20，利用储水缸15的水头压力差饱和陶土板11，直到陶土板11冒出连续水珠为止。
3.装试样：
1)准备好试样10；
2)排完压力室9中的水；
3)取下压力室上罩；
4)用湿毛巾擦除陶土板11顶面余水；
5)放好土试样10并在试样顶上放置透水板7；
6)套两层橡皮膜2，用橡皮筋扎好下端；
7)安放试样帽6，并使试样帽6的孔与透水板7上层铜板上的孔对齐；
8)用橡皮筋扎好上端；
9)安装压力室上罩。
4、利用计算机进行试验：
1)关闭排水阀20，打开三通阀19，三通阀19箭头指向“排水”，通过外压力室围压控制器13和内压力室围压控制器14对压力室9施加5kPa的室压力(σ3)，待试样变形和排水稳定后记录相应的数值，并以它们为变形和排水的零点；
2)同时分步施加等量室压和孔隙气压到顶点的吸力值，使二者差值始终保持5kPa，直到变形和排水量稳定，稳定标准是：体变连续2h不超过0.01cm3，排水连续2h不超过0.01cm3且历时不少于48h；
3)施加第一级净围压力，使σ3-Ua＝预定值，直到变形和排水量稳定，稳定标准同上；
4)施加下级净围压力，使σ3-Ua＝预定值，直到变形和排水量稳定，稳定标准同上；
5)在试验过程中每隔6～8h，对陶土板11底面冲洗一次，冲洗方法如下：首先打开排水阀20；然后，将三通阀19箭头指向“冲水”一端，让无气水流过陶土板11下的螺旋槽，冲洗30s，直到排水阀门2有连续不断的水流出确定无气泡时为止，先关闭排水阀20，再关闭三通阀19；
6)剪切阶段时，先将载荷框4上的杠杆调校平衡，将杠杆头部抬至最上端后，将压力螺钉对准传力杆5中心，拧定螺钉，直至确定试样帽6与传力杆5接触；
7)剪切时，先选好第一级应加砝码的个数，加上砝码至载荷框4后直至排水和体变稳定，稳定标准是：体变连续2h不超过0.01cm3，排水连续2h不超过0.01cm3且历时不少于48h。再加第二级砝码至稳定，如此类推，至(σ1-σ3)□ε1曲线出现峰值，或轴向应变ε1达到15％为止，剪切过程中每隔8h冲洗陶土板11底部空气一次，冲洗方法同上；
8)结束试验后，存储数据，拆除试样，测量上中下三部分含水量，用无气水清洗陶土板11表面，再次饱和陶土板11，供下次试验使用。
Claims (8)
1.一种非饱和土三轴蠕变试验仪，包括压力室(9)，压力室(9)上设有载荷框(4)，载荷框(4)上设有位移传感器，外压力室围压控制器(13)与压力室(9)外腔连接，内压力室围压控制器(14)与压力室(9)内腔连接，压力室(9)上设有注水孔(1)，载荷框(4)通过传力杆(5)与试样帽(6)接触，其特征在于：试样帽(6)上设有吸力管(8)，试样帽(6)下设有透水板(7)，压力室(9)下设有压力室排水管(3)和冲水管(12)，压力室排水管(3)和冲水管(12)上设有陶土板(11)；
所述的吸力管(8)通过水洗器(16)与吸力控制器(18)连接。
2.根据权利要求1所述的一种非饱和土三轴蠕变试验仪，其特征在于：所述的透水板(7)上层为带孔铜板，下层为透水石。
3.根据权利要求1所述的一种非饱和土三轴蠕变试验仪，其特征在于：所述的压力室排水管(3)上设有排水阀(20)。
4.根据权利要求1所述的一种非饱和土三轴蠕变试验仪，其特征在于：所述的冲水管(12)通过三通阀(19)与储水缸(15)和排水管(17)连接。
5.根据权利要求1所述的一种非饱和土三轴蠕变试验仪，其特征在于：所述的水洗器(16)中储存有净水，其进口与吸力管(8)连接，进水端在液面以下，其出口与吸力控制器(18)连接，出口端在液面以上。
6.根据权利要求5所述的一种非饱和土三轴蠕变试验仪，其特征在于：所述的水洗器(16)材质为有机玻璃。
7.根据权利要求1所述的一种非饱和土三轴蠕变试验仪，其特征在于：所述的陶土板(11)下设有螺旋槽。
8.根据权利要求1或7所述的一种非饱和土三轴蠕变试验仪，其特征在于：所述的陶土板(11)的通气压力值为3～15Bar。
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20110803 Termination date: 20140630 |
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| EXPY | Termination of patent right or utility model |