CN101915717A - 滤纸法测土吸力的试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于滤纸法测土吸力的试验装置，该装置不仅可以做用滤纸法测土样吸力的试验而且可以作用饱和盐溶液率定吸力-含水量率定关系曲线的试验。其包括装置底座、装置上盖、玻璃套筒和隔片，玻璃套筒的上下端分别与装置底座和装置上盖相匹配，并且它们之间的连接处都垫有一层橡皮圈。装置底座的上表面和装置上盖的下表面均有套筒槽，与玻璃套筒相匹配，橡皮圈分别嵌入套筒槽中。橡皮圈可以防止装置密封后装置内的气体与外界发生交流以及测量滤纸吸力-含水量率定关系曲线的试验中，防止饱和盐溶液的外漏。本发明可以方便测定土中的总吸力或基质吸力，具有较好的测试精度，装置构造简单，操作方便，易于掌握，且测量吸力时滤纸的稳定性好。

Description

滤纸法测土吸力的试验装置

技术领域

本发明涉及一种土木工程土工试验领域的一种用滤纸法测非饱和土吸力的试验装置。

背景技术

土材料是由固相、液相和气相三种相体的组合，土材料的固体颗粒之间形成土骨架的孔隙，在这些孔隙中含有液体和气体。当土骨架的孔隙全部被水占满时，这种土称为饱和土；当土的孔隙中存在气体时，则此土称为非饱和土；非饱和土包括两相系和三相系，如当土骨架的孔隙仅含空气时，就成为干土；当土的孔隙中兼含空气和水，此时的土体属三相系，称为湿土。土的饱和度即定义为土中水的体积与孔隙体积的比值，即水充填土中孔隙的程度。非饱和土的物理力学性质在土工领域具有重要的现实意义。但目前由于量测手段和理论水平的局限，通常把土当作固相和液相的二相材料来处理，而实际工程中的土材料往往以非饱和状态存在，因而这也就大大增加了对土材料性质研究的误差。吸力是研究非饱和土工程性质的一项重要参数，吸力的变化直接影响着非饱和土的渗透系数、抗剪强度和变形特性，目前在实验室测量吸力的方法主要有滤纸法、热电偶干湿计法、张力计法、热传导传感器法等。现有的一些仪器如张力计、热偶湿度计等，不是设备比较复杂、耗时长，就是对实验环境要求高，而且量测范围有一定的限制，从而限制了吸力在解决非饱和土工程实际问题中的应用。

滤纸法是一种既简单又有效的方法，是建立在滤纸含水量与土中的水分可以在相同吸力条件下不出现水分迁移而达到平衡的理论基础上，根据滤纸的吸力-含水量率定关系曲线，推算出土的吸力。滤纸可视为一个传感器，将滤纸与土样直接贴放在一起，水分会在土样和滤纸间迁移，直到平衡为止，从而推算出土的基质吸力；同样，把滤纸放置在土样上方，而不与土样直接接触，二者也会通过水蒸气的迁移达到平衡，从而推算出土的总吸力。滤纸的率定是通过建立滤纸的含水率与吸力之间的关系来确定的。一方法是利用已知渗透吸力的盐溶液与滤纸达到平衡时的含水率来加以建立；另一种方法则是借助压力板吸力仪、密封的容器和高精度天平等设备来确定的。滤纸法作为一种间接的吸力测量方法，其精度必定要受到多种因素的影响：滤纸率定时环境水汽的变化、滤纸与土样接触程度的好坏、滤纸的稳定性、滤纸的摆放方式等。此外，量测过程中由于技术要求高而产生的人为误差也限制了它的应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种滤纸法测土吸力的试验装置，可以方便测定土的总吸力或基质吸力，具有较好的测试精度，装置构造简单，操作方便，易于掌握，且测量吸力时滤纸的稳定性好。

为达到上述发明目的，解决其技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种滤纸法测土吸力的试验装置，包括装置底座、装置上盖、玻璃套筒和隔片，玻璃套筒的上下端分别与装置底座和装置上盖相匹配，并且它们之间的连接处都垫有一层橡皮圈。装置底座的上表面和装置上盖的下表面均有套筒槽，与玻璃套筒相插配，橡皮圈分别嵌入套筒槽中。橡皮圈可以防止装置密封后装置内的气体与外界发生交流以及测量滤纸吸力-含水量率定关系曲线的试验中，防止饱和盐溶液的外漏。

玻璃套筒的外围设置带有螺纹的拉杆，拉杆穿过装置上盖的通孔，拉杆的螺纹和装置底座上表面的带有内螺纹的沉孔相配合。

在滤纸法测土的吸力的试验中，最重要的就是要保证土样与滤纸的紧密接触，以及在测量滤纸的吸力-含水量率定关系曲线的试验中，保证滤纸的稳定性，本发明用几块网格状的隔片以及螺帽可以充分实现这一点。本发明不仅可以做滤纸法测量土样吸力，而且可以做用饱和盐溶液率定滤纸的吸力-含水量率定关系曲线。

本发明的装置底座的试验平台上有带螺纹的固定杆，隔片是网状型的，隔片的外缘设有与固定杆的位置相匹配的通孔，每个固定杆分别与两个螺母相配合，螺母分别固定于装置隔片上下两侧。

本发明中装置底座和装置上盖的厚度均为20mm±1mm，并且均有一个套筒槽，深度为6mm±0.5mm，与玻璃套筒相匹配。

本发明中玻璃套管的高度为92mm±5mm，内径为100mm±5mm，厚度为5mm±0.5mm。

本发明中装置底座的试验平台上最好设有三个带螺纹的固定杆，其直径为5mm±1mm，用于固定隔片的位置，从而固定土样以及滤纸的位置。隔片是网状型的，最外围有三个孔洞，内孔径为6mm±1mm，三孔洞的位置与三固定杆的位置相匹配，隔片的厚度为3mm±0.5mm。

本发明中整个装置外围最好设有三个拉杆，直径为5mm±1mm，使整个装置密封紧密。

本发明中的装置上盖靠近套筒槽有一个输液孔，输液孔带有内螺纹，与螺栓形成配合。输液孔的内孔径为8mm±5mm。在测量滤纸吸力-含水量率定关系曲线的试验中，可以通过输液孔导入橡皮管，向装置内注入饱和盐溶液。

本发明与现有技术相比，具有如下显而易见的实质性特点和优点：

本滤纸法测土吸力的试验装置可以做滤纸法测量土吸力的试验和饱和盐溶液率定滤纸吸力-含水量率定关系曲线的试验两种试验。本发明用几块网格状的隔片将土样和滤纸隔离并固定，可以将滤纸与土样紧密接触和滤纸更加稳定，从而得出更加准确的实验结果。本发明的玻璃套筒与装置底座和装置上盖之间垫有一层橡皮圈，并且装置外围有三个拉杆相固定，因而可以更加紧密地密封实验装置，防止试验装置内与外界发生水汽交流，这样可以排除外界因素对吸力测量的影响，提高试验的准确度。另外，本发明还具有构造简单，操作方便，易于掌握的优点。

附图说明

图1是本发明用于滤纸法测土吸力试验的装置结构示意图。

图2是本发明用于饱和盐溶液率定滤纸吸力-含水量率定关系曲线试验装置结构示意图。

图3是沿图1中A-A线的剖视图。

图4是滤纸法测土吸力试验装置的内部结构图。

图5是本发明用于饱和盐溶液率定滤纸吸力-含水量率定关系曲线试验装置内部结构图。

图6是装好试样的试验装置图。

图7是本发明装置底座的结构图。

图8是本发明装置上盖的结构图。

图9是本发明滤纸法测吸力试验装置的隔片的构造图。

具体实施方式

本发明的一个优选的实施例结合附图详述如下：参见图1～6，本发明滤纸法测土吸力试验装置包括装置底座3、装置上盖1、玻璃套筒2和隔片9，玻璃套筒2的上下端分别与装置底座3和装置上盖1相匹配，并且它们之间的连接处都垫有一层橡皮圈15。装置底座3的上表面和装置上盖1的下表面均有套筒槽6，与玻璃套筒2相匹配，橡皮圈15分别嵌入套筒槽6中。本发明的外围设置带有螺纹的拉杆8，拉杆8穿过装置上盖1的通孔16，拉杆8的螺纹和装置底座3上表面的带有内螺纹的沉孔7相配合。

参见图7～9，本发明的装置底座3的试验平台10上有带螺纹的固定杆5，隔片9是网状型的，隔片9的外缘设有与固定杆5的位置相匹配的通孔，每个固定杆5分别与两个螺母11相配合，螺母11分别固定于装置隔片9上下两侧。装置上盖1靠近套筒槽6有一个输液孔4，输液孔4带有内螺纹，与螺栓形成配合。

装置底座3和装置上盖1的厚度均为20mm±1mm；玻璃套筒2的高度为92mm±5mm，内径为100mm±5mm，厚度为5mm±0.5mm；套筒槽6的深度为6mm±0.5mm；输液孔4的内孔径为8mm±5mm。

本发明的拉杆8、装置上盖1的通孔16、装置底座3上表面的内螺纹沉孔7最好各设有三个，拉杆的直径为5mm±1mm。

本发明的固定杆5、隔片9的外缘设有的通孔都最好为三个，隔片9的外缘设有的通孔内径为6mm±1mm，隔片(9)的厚度为3mm±0.5mm。

本发明用于滤纸法测土吸力的试验，结合附图说明如下：

本发明装置适于测量直径61.8mm×高20mm的土样吸力，具体装样过程如下：

1)在装置底座3的实验平台10的正中央放上三片滤纸14；

2)将试验土样12平放在三片滤纸14的正上方；

3)将三块隔片9和两片滤纸14，依次按照隔片-滤纸-隔片-滤纸-隔片的顺序放在土样12的正上方，三块隔片9必须要套进固定杆5上，然后用螺帽11将其拧紧；

4)把与套筒相匹配的橡皮圈15放入套筒槽6中，然后把玻璃套筒2插入套筒槽6中；

5)再取一条橡皮圈15放在玻璃套筒2的上面，然后安装上盖1；

6)用螺栓把输液孔4堵死；

7)将三个带有螺纹的拉杆8穿过装置上盖1的通孔16，插入装置底座3上表面的带有内螺纹的沉孔7中，并将其拧紧。

本发明用于饱和盐溶液率定滤纸吸力-含水量率定关系曲线试验结合附图说明如下：

具体装样过程如下：

1)把六个螺帽11分别拧至固定杆5的相对应的同一高度上；

2)取两块隔片9和一片滤纸14按照隔片-滤纸-隔片的顺序套进固定杆5上，然后用螺帽11将其拧紧；

3)把与套筒相匹配的橡皮圈15放入套筒槽6中，然后把玻璃套筒2插入套筒槽6中；

4)再取一条橡皮圈15放在玻璃套筒2的上面，然后安装上盖1；

5)将三个带有螺纹的拉杆8穿过装置上盖1的通孔16，插入装置底座3上表面的带有内螺纹的沉孔7中，并将其拧紧。

6)在输液孔4中插入一个橡皮管，向试验装置内注入一定量的饱和盐溶液13；

7)拨出橡皮管，用螺栓把输液孔4堵死；

8)插入三个带有螺纹的拉杆8，并将其拧紧。

Claims (10)

1.一种滤纸法测土吸力的试验装置，包括装置底座(3)、装置上盖(1)、玻璃套筒(2)和隔片(9)，其特征在于，所述玻璃套筒(2)的上下端分别与所述装置底座(3)和装置上盖(1)相匹配，并且它们之间的连接处都垫有一层橡皮圈(15)；所述装置底座(3)的处于玻璃套筒(2)内的试验平台(10)上有带螺纹的竖直固定杆(5)，所述隔片(9)是网状型的，隔片(9)的外缘设有与固定杆(5)的位置相匹配的通孔，所述每个固定杆(5)分别与两个螺母(11)相配合，所述螺母(11)分别固定于装置隔片(9)上下两侧。

2.根据权利要求1所述的滤纸法测土吸力的试验装置，其特征在于，所述装置底座(3)的上表面和装置上盖(1)的下表面均有套筒槽(6)，该套筒槽(6)与玻璃套筒(2)相插配；所述橡皮圈(15)分别嵌入套筒槽(6)中。

3.根据权利要求1或2所述的滤纸法测土吸力的试验装置，其特征在于，所述玻璃套筒(2)的外围设置带有螺纹的拉杆(8)，拉杆(8)穿过所述装置上盖(1)的通孔(16)，拉杆(8)的螺纹和所述装置底座(3)上表面的带有内螺纹的沉孔(7)相旋合。

4.根据权利要求1或2所述的滤纸法测土吸力的试验装置，其特征在于，所述装置上盖(1)靠近套筒槽(6)内侧有一个输液孔(4)，该输液孔(4)带有内螺纹，与一个螺栓形成配合。

5.根据权利要求1或2所述的滤纸法测土吸力的试验装置，其特征在于，所述装置底座(3)和装置上盖(1)的厚度均为20mm±1mm。

6.根据权利要求1或2所述的滤纸法测土吸力的试验装置，其特征在于，所述玻璃套筒(2)的高度为92mm±5mm，内径为100mm±5mm，厚度为5mm±0.5mm。

7.根据权利要求2所述的滤纸法测土吸力的试验装置，其特征在于，所述套筒槽(6)的深度为6mm±0.5mm。

8.根据权利要求3所述的滤纸法测土吸力的试验装置，其特征在于，所述拉杆(8)、装置上盖(1)的通孔(16)、装置底座(3)上表面的内螺纹沉孔(7)各有三个，拉杆的直径为5mm±1mm。

9.根据权利要求1所述的滤纸法测土吸力的试验装置，其特征在于，所述隔片(9)的外缘设有的通孔为三个，该通孔内径为6mm±1mm，所述隔片(9)的厚度为3mm±0.5mm。

10.根据权利要求4所述的滤纸法测土吸力的试验装置，其特征在于，所述输液孔(4)的内孔径为8mm±5mm。

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