CN103175949A - 一种直接测试粗粒土橡皮膜嵌入量的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种直接测试粗粒土橡皮膜嵌入量的装置及方法。所述装置主要由试验槽、顶部盖板和端部盖板等组成，试验槽被隔板分成填料区和注水区两个区域。所述方法是通过有隔板（橡皮膜与隔板接触时无嵌入）、无隔板（橡皮膜与试样接触时有嵌入）来实现橡皮膜嵌入量的量测。本发明实现了直接测量粗粒土试验橡皮膜嵌入量，解决了现行橡皮膜嵌入测量困难的难题，为试验结果的校正提供了根据，为进一步分析橡皮膜嵌入对试验结果影响奠定了基础，为试验结果的校正提供了重要条件和保障。

Description

一种直接测试粗粒土橡皮膜嵌入量的装置及方法

技术领域

本发明属岩土工程测试技术领域，具体涉及一种测试粗粒土试样橡皮膜嵌入量的装置及方法。

背景技术

目前，室内测定粗粒土橡皮膜嵌入常用的有等向固结试验和在试样周围填充细砂的方法来消除橡皮膜嵌入试验。等向固结试验间接的测量橡皮膜的嵌入，试验方法简单，其认为试样的排水量等于土骨架变形（固结排水量）与橡皮膜嵌入引起的排水量之和，在对试验成果的校正中运用较多。但是其存在以下一些问题：①土骨架的变形与因土骨架变形引起的固结排水量在通常情况下并不相等，这是因为试样内部半封闭、封闭气泡的存在，使得其饱和度通常达不到100%；②试样的饱和过程中，橡皮膜与试样之间通常会存在一定量的积水，此时测定的固结排水量与土骨架变形不可能相等。虽然试验中采用小围压饱和的方法加以改善，但是不可能根本上消除。③为了确定土骨架的变形与轴向变形的关系，其假定试样为各向同性的土体，这与实际并不相符，试样采用分层制作而成，具有明显的层状结构而表现出一定的各向异性特性。因此,试验测定的粗粒土橡皮膜的嵌入量并不一定可靠，用其来对试验成果进行校正的有效性值得商榷,其相关成果也很难应用于工程实践。

利用在试样周围填充细砂的方法来填平试样表面凹凸不平，阻止橡皮膜的嵌入，这一方法在试验中使用较多。但是该方法存在如下问题：①在试样周围填充细砂后，饱和过程中，砂土浸水变湿产生收缩，对试样形成附加的箍力，变相的提高了试样的围压，对试样的应力变形产生影响；②填充细砂后，试验过程中，试样内部的渗流场变得复杂，如果土体颗粒较大，一方面用于填充试样表面的细砂用量会增大，另一方面细砂在试样内部可能会发生迁移，对试验结果产生较大影响。

发明内容

本发明旨在克服现有技术的不足，提供一种用于直接测定粗粒土橡皮膜嵌入量的装置和方法。

为了达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

所述直接测试粗粒土橡皮膜嵌入量的装置包括一端开口的试验槽、盖在试验槽上的顶部盖板和装于试验槽开口端的端部盖板；所述试验槽由隔板分成填料区和注水区，注水区与试验槽的开口端连通；所述端部盖板上设有注水孔和加压孔；所述隔板与试验槽之间通过可拆卸连接件连接；所述端部盖板与试验槽的开口端之间通过密封机构密封；所述注水区中设有与其体积相等且一端开口的橡皮膜；所述橡皮膜开口端边缘通过端部盖板压固。

其中，所述顶部盖板上对应注水区的位置设有排气孔；所述加压孔上装有压力控制阀门；所述可拆卸连接件为螺栓；所述密封机构包括设于试验槽开口端端面上的U型凹槽，设于顶部盖板同端部盖板连接的端面上的顶部盖板凹槽；所述U型凹槽和顶部盖板凹槽构成闭合的方形凹槽；所述方形凹槽内设有橡皮圈；所述试验槽顶部设有顶部螺栓孔；所述试验槽的端部开口上设有端部翼缘，端部翼缘上设有试验槽端部螺栓孔；所述顶部盖板上设有与顶部螺栓孔对应的顶部固定螺栓；所述顶部盖板同端部盖板连接的端面上设有顶部盖板翼缘，顶部盖板翼缘上设有顶部盖板端部螺栓孔；所述端部盖板上设有与试验槽端部螺栓孔和顶部盖板端部螺栓孔对应的端部盖板螺栓；所述橡皮膜开口端的边缘宽度大于端部翼缘和顶部盖板翼缘的宽度；所述装置由不锈钢材料制作而成。

本发明还提供了一种直接测试粗粒土橡皮膜嵌入量的方法，包括如下步骤：

（1）用隔板将一端开口的试验槽分成填料区和注水区，注水区与试验槽开口端连通，在填料区内制作试样，试样的高度与试验槽的深度一致，制好试样后调整隔板使隔板紧贴试样；

（2）将顶部盖板固定在试验槽上；

（3）在注水区内放置一个与其体积相等的一端开口的橡皮膜，使橡皮膜底部紧贴隔板； 

（4）将端部盖板固定在试验槽的开口端并密封，同时压紧橡皮膜开口端的边缘，在橡皮膜内形成一个密封的压力室；

（5）从注水孔往压力室内注水，待水溢出时，将注水孔堵住，然后通过加压孔向压力室内加压，压力稳定后记录加压器的出水量；

（6）做一个平行试验：在填料区内制作好试样后取出隔板，固定顶部盖板，在注水区内安放橡皮膜，使橡皮膜底部紧贴试样，再用端部盖板封闭端部开口并压紧橡皮膜的开口边缘，然后按照步骤（5）记录加压器的出水量；

（7）将步骤（5）和（6）所得的出水量相减，其绝对值即为橡皮膜的嵌入量。

其中，所述步骤（3）和步骤（6）中，在注水区内安放橡皮膜后，通过排气孔吸出橡皮膜与注水区内壁间隙中的气体；所述步骤（5）中，向压力室内加压时打开压力控制阀门，加压完毕后关闭压力控制阀门。

下面结合附图、设计原理对本发明作进一步说明：

参见图1至图4，本发明的直接测定粗粒土橡皮膜嵌入量的装置主要由试验槽1、顶部盖板11、端部盖板18等组成。其中，通过螺栓5与试验槽1连接的隔板4将该装置分隔成填料区2和注水区10；在试验槽1端部处设计了U型凹槽8，其与顶部盖板凹槽15组成一个闭合的方形凹槽，凹槽内放置橡皮圈，在注水区10加压时起到密封作用；顶部盖板11对应于注水区靠近端部位置处设计一个排气孔13，在注水区10安置橡皮膜6时起到排气作用，能使橡皮膜6紧贴注水区的四壁；端部盖板18设计了注水孔19和加压孔21，加压孔21处安装压力压力控制阀门20，用来对注水区进行压力控制。隔板4的作用主要有两个，一是将填料区2与注水区10分割开来，另外一个是在制作试样时起约束作用。具体来说，在制作试样时，通过预设的螺栓5将隔板4固定，试样制好后将螺栓5拧出，使隔板4可以在试验槽1内左右移动，也可以将其取出。试验槽1的大小可以根据实际情况来定，一般可取粗颗粒最大直径的4—5倍，凹槽深度可取30-40cm,试验槽壁厚2-3cm，顶部盖板11、端部盖板18也可取2-3cm。

试验时分两步来实现对橡皮膜嵌入量的测量。试样制好后，拧出固定隔板4的螺栓5保证隔板4可以左右移动；将顶部盖板11盖好并拧紧，在注水区套上橡皮膜6，橡皮膜6的顶部按试验槽的端部形状，设计成一个带有外边缘的杯口形状，其外边缘超过端部翼缘7和顶部盖板翼缘14的宽度。然后盖上端部盖板18并拧紧，将注水区10注满水。打开压力压力控制阀门20，采用三轴围压器通过加压孔21往注水区10加压到某一水平，测定围压器的出水量。接下来做一平行试验，具体是试样制好后，将隔板4取出，让橡皮膜6底面直接接触试样表面，记录此时的出水量，不考虑隔板以及试验槽的变形，两次出水量之差就是某一压力下橡皮膜的嵌入量。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明设计了一个测定粗粒土试验橡皮膜嵌入量的试验装置，其由不锈钢制作而成，变形量很小。该装置实现了直接测量粗粒土试验橡皮膜嵌入量。

本发明方法通过有隔板（橡皮膜与隔板接触时无嵌入）、无隔板（橡皮膜与试样接触时有嵌入）来实现橡皮膜嵌入量的量测，解决了橡皮膜嵌入直接量测困难的难题，为进一步分析橡皮膜嵌入对试验结果的影响奠定了基础，为试验结果的校正提供了重要条件和保障。

总之，本发明在一个长方形的箱型容器内，将容器分成填料区与注水区两个区域，然后分两步来测量橡皮膜的嵌入量。第一步用钢制隔板将填料区与注水区隔开，在注水区套上一个橡皮膜并密封，形成压力室。通过预留的注水孔往注水区橡皮膜内注满水，然后将压力加到预设的压力值，记下此时的进水量；第二步去掉钢制隔板，让橡皮膜直接接触试样表面，注满水后开始加压到设定值，并记录此时的进水量，两步进水量的差值就是橡皮膜嵌入粗粒土试样表面的嵌入量，从而可以求得一定压力下粗粒土单位表面积橡皮膜的嵌入量。该发明用来测量粗粒土橡皮膜的嵌入量既简单又直接，克服了现行采用等向固结试验间接计算橡皮膜嵌入量理论上的缺点，也解决了通过在试样周围填充细砂的方法来消除橡皮膜嵌入试验设计上的缺陷。适用于粗粒土试样橡皮膜嵌入量的确定，当然粘土和砂土也同样适用。

附图说明

图1为本发明装置的结构示意图；

图2为本发明装置中试验槽的结构示意图；

图3为本发明装置中顶部盖板的结构示意图；

图4为本发明装置中端部盖板的结构示意图。

图中：1.试验槽   2. 填料区   3.顶部螺栓孔   4.隔板   5.螺栓   6. 橡皮膜   7.端部翼缘   8.U型凹槽   9.试验槽端部螺栓孔   10.注水区   11.顶部盖板   12. 顶部固定螺栓   13. 排气孔   14.顶部盖板翼缘   15.顶部盖板凹槽   16.顶部盖板端部螺栓孔   17.端部盖板螺栓   18.端部盖板   19.注水孔   20. 压力控制阀门  21.加压孔。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

实施例1

下面结合附图，对本发明的技术方案作进一步的说明：

参见图1至图4，所述直接测试粗粒土橡皮膜嵌入量的装置包括一端开口的试验槽1、盖在试验槽1上的顶部盖板11和装于试验槽1开口端的端部盖板18；所述试验槽1由隔板4分成填料区2和注水区10，注水区10与试验槽1的开口端连通；所述端部盖板18上设有注水孔19和加压孔21；所述隔板4与试验槽1之间通过可拆卸连接件连接；所述端部盖板18与试验槽1的开口端之间通过密封机构密封；所述注水区10中设有与其体积相等且一端开口的橡皮膜6；所述橡皮膜6开口端边缘通过端部盖板18压固。

其中，所述顶部盖板11上对应注水区10的位置设有排气孔13；所述加压孔21上装有压力控制阀门20；所述可拆卸连接件为螺栓5；所述密封机构包括设于试验槽1开口端端面上的U型凹槽8，设于顶部盖板11同端部盖板18连接的端面上的顶部盖板凹槽15；所述U型凹槽8和顶部盖板凹槽15构成闭合的方形凹槽；所述方形凹槽内设有橡皮圈；所述试验槽1顶部设有顶部螺栓孔3；所述试验槽1的端部开口上设有端部翼缘7，端部翼缘7上设有试验槽端部螺栓孔9；所述顶部盖板11上设有与顶部螺栓孔13对应的顶部固定螺栓12；所述顶部盖板11同端部盖板18连接的端面上设有顶部盖板翼缘14，顶部盖板翼缘14上设有顶部盖板端部螺栓孔16；所述端部盖板18上设有与试验槽端部螺栓孔9和顶部盖板端部螺栓孔16对应的端部盖板螺栓17；所述橡皮膜（6）开口端的边缘宽度大于端部翼缘（7）和顶部盖板翼缘（14）的宽度；所述装置由不锈钢材料制作而成。

实施例2

一种基于实施例1所述装置直接测试粗粒土橡皮膜嵌入量的方法，包括如下步骤：

（1）将隔板4通过螺栓5固定在试验槽1内，在填料区2内制作试样，试样的高度与试验槽1的深度一致，制好试样后将螺栓5拧出，调整隔板4，使隔板4紧贴试样，并保证隔板4在来自注水区10的压力下可以在试验槽1内左右移动；

（2）通过顶部固定螺栓12和顶部螺栓孔3将顶部盖板11固定在试验槽1上，在试验槽1U型凹槽8和顶部盖板凹槽15构成的闭合方形凹槽内放置橡皮圈；

（3）在注水区10内放置一个与注水区10体积相等的一端开口的橡皮膜6，用吸球通过排气孔13吸出橡皮膜6与注水区内壁间隙中的气体；

（4）通过端部盖板螺栓17将端部盖板18固定在试验槽1的开口端，同时压紧橡皮膜6的开口边缘，在橡皮膜6内形成一个密封的压力室；

（5）从注水孔19往压力室内注水，待水溢出时，将注水孔19堵住；然后打开压力控制阀门20，通过加压孔21往压力室内加压，压力稳定后记录加压器的出水量；

（6）做一个平行试验：在填料区2内制作好试样后取出隔板4，以步骤（2）和（3）同样的方法固定顶部盖板11，安放橡皮膜6，使橡皮膜6底部紧贴试样，通过排气孔吸出橡皮膜与注水区内壁间隙中的气体，再用端部盖板18封闭端部开口并压紧橡皮膜6的开口边缘，然后按照步骤（5）记录加压器的出水量；

（7）将步骤（5）和（6）所得的出水量相减，其绝对值即为橡皮膜的嵌入量。 

Claims (9)

1.一种直接测试粗粒土橡皮膜嵌入量的装置，其特征在于，所述装置包括一端开口的试验槽（1）、盖在试验槽（1）上的顶部盖板（11）和装于试验槽（1）开口端的端部盖板（18）；所述试验槽（1）由隔板（4）分成填料区（2）和注水区（10），注水区（10）与试验槽（1）的开口端连通；所述端部盖板（18）上设有注水孔（19）和加压孔（21）；所述隔板（4）与试验槽（1）之间通过可拆卸连接件连接；所述端部盖板（18）与试验槽（1）的开口端之间通过密封机构密封；所述注水区（10）中设有与其体积相等且一端开口的橡皮膜（6）；所述橡皮膜（6）开口端边缘通过端部盖板（18）压固。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述顶部盖板（11）上对应注水区（10）的位置设有排气孔（13）。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述加压孔（21）上装有压力控制阀门（20）。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述可拆卸连接件为螺栓（5）。

5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述密封机构包括设于试验槽（1）开口端端面上的U型凹槽（8），设于顶部盖板（11）同端部盖板（18）连接的端面上的顶部盖板凹槽（15）；所述U型凹槽（8）和顶部盖板凹槽（15）构成闭合的方形凹槽；所述方形凹槽内设有橡皮圈。

6.如权利要求1所述装置，其特征在于，所述试验槽（1）顶部设有顶部螺栓孔（3）；所述试验槽（1）的端部开口上设有端部翼缘（7），端部翼缘（7）上设有试验槽端部螺栓孔（9）；所述顶部盖板（11）上设有与顶部螺栓孔（13）对应的顶部固定螺栓（12）；所述顶部盖板（11）同端部盖板（18）连接的端面上设有顶部盖板翼缘（14），顶部盖板翼缘（14）上设有顶部盖板端部螺栓孔（16）；所述端部盖板（18）上设有与试验槽端部螺栓孔（9）和顶部盖板端部螺栓孔（16）对应的端部盖板螺栓（17）。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述橡皮膜（6）开口端的边缘宽度大于端部翼缘（7）和顶部盖板翼缘（14）的宽度。

8.如权利要求1至7任一项所述的装置，其特征在于，所述装置由不锈钢材料制作而成。

9.一种直接测试粗粒土橡皮膜嵌入量的方法，包括如下步骤：

（1）用隔板将一端开口的试验槽分成填料区和注水区，注水区与试验槽开口端连通，在填料区内制作试样，试样的高度与试验槽的深度一致，制好试样后调整隔板使隔板紧贴试样；

（2）将顶部盖板固定在试验槽上；

（3）在注水区内放置一个与其体积相等的一端开口的橡皮膜，使橡皮膜底部紧贴隔板； 

（4）将端部盖板固定在试验槽的开口端并密封，同时压紧橡皮膜开口端的边缘，在橡皮膜内形成一个密封的压力室；

（5）从注水孔往压力室内注水，待水溢出时，将注水孔堵住，然后通过加压孔向压力室内加压，压力稳定后记录加压器的出水量；

（6）做一个平行试验：在填料区内制作好试样后取出隔板，固定顶部盖板，在注水区内安放橡皮膜，使橡皮膜底部紧贴试样，再用端部盖板封闭端部开口并压紧橡皮膜的开口边缘，然后按照步骤（5）记录加压器的出水量；

（7）将步骤（5）和（6）所得的出水量相减，其绝对值即为橡皮膜的嵌入量。

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