CN103308429B - 一种测定溶液离子在土体中扩散系数的仪器 - Google Patents
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Abstract
一种测定溶液离子在土体中扩散系数的仪器，属于岩土工程技术领域。该仪器包括带有内部腔体的外壳以及一侧带孔的土样容器；其中，该土样容器固定于外壳内部腔体中的底部，外侧与外壳的内壁无缝接触，且土样容器带孔的一侧朝向外壳的内部腔体。该仪器不仅能够将溶液和土样分离，而且使得一些吸水会膨胀的特殊土样吸水之后产生的巨大膨胀压力不会作用于外部仪器上，避免了对整体试验仪器的过高受力要求，同时可以保证离子从上往下进入试验土体中进行单一方向的扩散，且整个仪器的构造较为简单。此外，该仪器不仅可进行饱和土试验，而且可以进行非饱和土试验。
Description
技术领域
本发明属于岩土工程技术领域，涉及一种测量扩散系数的仪器，尤其涉及一种测量溶液离子在高压实膨胀性土体中扩散系数的仪器。
背景技术
为了研究溶液离子在土体中的扩散特性，需要测定其扩散系数。现有技术中用以测定离子在土体中扩散系数的试验仪器中，有些没有将溶液和土样分离，即将溶液和土样直接装入仪器的上下两侧，这样不仅使得整个仪器在进行特殊膨胀土的试验时要考虑较大的压力承受能力，而且不便于在进行饱和土试验还是非饱和土试验上进行选择；此外，难以实现要求离子从单一方向扩散的试验过程。现有技术中也有一些仪器可以将溶液和土样进行分离，但是土样和溶液之间仍会通过若干管道进行联系，这在保证溶液和土样的充分接触以及试验的密封性上均有欠缺。
发明内容
本发明的目的在于提供一种简便测定溶液离子在土体中扩散系数的试验仪器。
为了达到上述目的，本发明的解决方案是：
一种测定溶液离子在土体中扩散系数的仪器，包括带有内部腔体的外壳以及一侧带孔的土样容器；其中，所述土样容器固定于所述外壳内部腔体的底部，外侧与所述外壳的内壁无缝接触，且所述土样容器带孔的一侧朝向所述外壳的内部腔体。
所述外壳的材料为有机玻璃；优选的，所述土样容器的材料为不锈钢。
所述外壳包括带孔的顶盖、底板以及中间外壳，其中所述中间外壳为柱体侧面，所述顶盖构成所述柱体的上表面，所述底板构成所述柱体的下表面。
所述外壳的外形为圆柱状；所述土样容器的外形为圆柱状。
所述顶盖与所述中间外壳通过螺丝连接；所述底板与所述中间外壳通过螺丝连接；优选的，所述顶盖与所述中间外壳之间、所述底板与所述中间外壳之间垫有O型圈进行密封。
所述土样容器包括三个重叠安置的圆环，依次为上侧圆环、中部圆环和下侧圆环；其中，所述上侧圆环和所述下侧圆环还包括填满中间空腔的实壁，所述实壁中包含有透水孔；所述中间圆环预留中间空腔。
所述上侧圆环与所述下侧圆环带有透水孔的实壁中朝向所述中部圆环的一侧设有凹槽，所述凹槽中装有透水石；优选的，所述透视石面向所述中部圆环的一侧设有滤纸。
所述上侧圆环与所述下侧圆环的内外侧中均含有O型圈凹槽，以放置O型圈进行密封；优选的，所述三个圆环相互之间通过螺丝固定。
所述外壳带有从所述外壳内壁向内部腔体延伸的挡板，所述挡板所在位置与所述外壳底端间的距离等于所述土样容器的高度；所述外壳被所述挡板隔离的上下空间连通。
所述顶盖与所述底板上均设有用螺丝密封的开孔。
由于采用上述方案，本发明的有益效果是：该仪器采用不锈钢试样环单独装取试验土样，不仅能够将溶液和土样分离，而且使得一些吸水会膨胀的特殊土样（如膨润土）吸水之后产生的巨大膨胀压力单独由不锈钢试样环来承担而不会作用于外部仪器上，避免了对整体试验仪器的过高受力要求，同时可以保证离子从上往下进入试验土体中进行单一方向的扩散，且整个仪器的构造较为简单。此外，该仪器采用整体有机玻璃外壳能够使得溶液离子和土样充分接触，采用O型圈保证了试验过程的密封性，尤其是在两侧圆环的内外侧均装有O型圈，从而不仅保证了试样环整体的密封性，还可保证试样环与有机玻璃之间的密封性。最后，由于顶盖和底板上均有可用螺丝完全密封的小孔，因此该仪器既可进行饱和土试验也可以进行非饱和土试验。
附图说明
图1本发明实施例中测定溶液离子在土体中扩散系数的仪器的结构示意图；
图2本发明实施例中测定溶液离子在土体中扩散系数的仪器的有机玻璃外壳的结构示意图；
图3本发明实施例中测定溶液离子在土体中扩散系数的仪器的中间试样环的结构示意图；
图4本发明实施例中测定溶液离子在土体中扩散系数的仪器的两侧试样环的俯视图；
图5本发明实施例中测定溶液离子在土体中扩散系数的仪器的中间试样环的俯视图。
附图中：1、有机玻璃外壳；2、土样试样环；3、顶盖；4、中间外壳；5、底板；6、挡板；701、上侧试样环；702、下侧试样环；703、中部试样环；8、O型圈凹槽；9、透水石凹槽；10、透水小孔；11、第一螺丝孔；12、装取土样凹槽；13、第二螺丝孔。
具体实施方式
以下结合附图所示实施例对本发明作进一步的说明。
由于现有技术中测定溶液离子在土样中扩散系数的仪器要么未将溶液和土样进行分离，使得整个仪器在进行特殊膨胀土的试验时需要承受较大压力，且不便于选择进行饱和土试验还是非饱和土试验，同时难以保证溶液离子严格按照单一方向扩散；要么虽然实现了溶液和土样的分离，但是溶液和土样之间仍然可以通过若干管道进行联系，不利于保证溶液和土样的充分接触及试验的密封性。鉴于此，本发明提出了一种能够将溶液和土样进行分离，保证溶液离子按照单一方向扩散的测量仪器。
本发明中用于测定溶液离子在土体中扩散系数的仪器包括有机玻璃外壳1和土样试样环2，如图1所示。为了避免死角，在压样时土样能够压实均匀，保证扩散试验过程中溶液离子的浓度均匀，有机玻璃外壳1和土样试样环2均为圆形。
有机玻璃外壳1包括顶盖3、中间外壳4和底板5，中间外壳4为一个筒形结构，顶盖3和底板5分别位于其上下侧面，从而构成一个带有内部腔体的圆柱体壳体。其中，顶盖3中开有小孔；中间外壳4用于放置溶液和土样试样环2。顶盖3和中间外壳4上均有螺纹孔，两者可通过螺纹连接，且装有O型圈以保证密封性，因此顶盖3可以独立取下，以便于清洗使得仪器可以重复进行多次试验并保证其密封性。同样，底板5和中间外壳4之间同样可通过螺丝完全固定，且装有O型圈以保证密封。此外，在顶盖3和底板5上均设有可用螺丝完全密封的小孔，使得仪器既可以进行饱和土试验又可以进行非饱和土试验。如图2所示为有机玻璃外壳1组装后的结构示意图。
土样试样环2由不锈钢制成，用于放置试验土样并与外壳1中的溶液进行接触，该土样试样环2由三个叠加放置的圆环构成，分别为上侧试样环701、下侧试样环702和中部试样环703。其中，上侧试样环701和下侧试样环702的空心部分被一个实壁填满，该实壁上开有大量透水小孔10以使得溶液能够进入试样环2中接触土样；同时为了保证溶液和土样接触均匀，在该实壁的内侧（面向中部试样环703的一侧）设有透水石凹槽9，该透水石凹槽9中放置有透水石。中部试样环703则预留其空心部分，与上侧试样环701和下侧试样环702相连后构成装取土样凹槽12，以放置土样。为了防止土样堵塞透水石，在透水石下面对土样的一侧还设有滤纸。
为了保证密封性，防止漏液，上侧试样环701与下侧试样环702的内外侧均设有O型圈凹槽8，在这两个试样环的内外侧均垫有O型圈。此外，上侧试样环701和下侧试样环702中均设有第一螺丝孔11，在中部试样环703中设有第二螺丝孔13，三个试样环通过在这些螺丝孔中拧入螺丝完全固定，图3所示为该不锈钢土样试样环2组装后的结构示意图，而图4所示为两侧试样环的俯视图，图5所示为中部试样环的俯视图。
上述中间外壳4带有从其内壁向内部腔体延伸的挡板6，该挡板6所在位置到中间外壳4与底板5相接端的距离等于土样试样环2的高度，从而在装上底板5后能够将土样试样环2夹紧在挡板6和底板5之间。同时，为了保证中间外壳4上部的溶液能够流入到土样试样环2中的土样中，该挡板6并未布满整个中间外壳4的截面，从而中间外壳4被该挡板6隔离的上下两个空间之间连通。
该仪器中，中间外壳4为一个整体，其上部用于装取溶液的部分尺寸根据装液体积而定，下部用于放置土样试样环2的部分尺寸根据土样试样环2的尺寸而定，而中部试样环703的尺寸根据需要的土样尺寸设定。
该仪器在使用时，应按照图1所示竖直放置。具体步骤为：首先将土样装入中部试样环703的空心腔体中；然后用螺丝完全固定密封中部试样环703和两侧试样环，从而完成了土样试样环2整体的安装；再将安装好的整体土样试样环2从下部装入有中间外壳4中，盖上底板5旋好螺丝保证完全密封；最后从中间外壳4的上部装入溶液并盖上顶盖3以保证密封；此外，在试验过程中应定期搅拌溶液保证浓度均匀，顶盖3中的小孔即可用于该搅拌操作。
利用该仪器进行饱和土试验，即试验土样为完全饱和土样时可将顶盖3和底板5上的小孔用螺丝完全密封；而在进行非饱和土试验，即试验土样为非饱和土样时则将顶盖3和底板5上的小孔敞开，使得土样试样环2中的空间与外部大气连通，以避免产生负压，便于试验的进行。
该仪器采用不锈钢试样环单独装取试验土样，不仅能够将溶液和土样分离，而且使得一些吸水会膨胀的特殊土样（如膨润土）吸水之后产生的巨大膨胀压力单独由不锈钢试样环来承担而不会作用于外部仪器上，避免了对整体试验仪器的过高受力要求，同时可以保证离子从上往下进入试验土体中进行单一方向的扩散，同时整个仪器的构造较为简单。此外，该仪器采用整体有机玻璃外壳能够使得溶液离子和土样充分接触，采用O型圈保证了试验过程的密封性，尤其是在两侧试样环的内外侧均装有O型圈，从而不仅保证了试样环整体的密封性，还可保证试样环与有机玻璃之间的密封性。最后，由于顶盖3和底板5上均有可用螺丝完全密封的小孔，因此该仪器既可进行饱和土试验也可以进行非饱和土试验。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种测定溶液离子在土体中扩散系数的仪器，其特征在于：包括带有内部腔体的外壳以及一侧带孔的土样容器；其中，所述土样容器固定于所述外壳内部腔体的底部，外侧与所述外壳的内壁无缝接触，且所述土样容器带孔的一侧朝向所述外壳的内部腔体；
所述外壳的材料为有机玻璃；所述土样容器的材料为不锈钢；
所述外壳包括带孔的顶盖、底板以及中间外壳，其中所述中间外壳为柱体侧面，所述顶盖构成所述柱体的上表面，所述底板构成所述柱体的下表面；
所述土样容器包括三个重叠安置的圆环，依次为上侧圆环、中部圆环和下侧圆环；其中，所述上侧圆环和所述下侧圆环还包括填满中间空腔的实壁，所述实壁中包含有透水孔；所述中间圆环预留中间空腔。
2.根据权利要求1所述的测定溶液离子在土体中扩散系数的仪器，其特征在于：所述外壳的外形为圆柱状；所述土样容器的外形为圆柱状。
3.根据权利要求1所述的测定溶液离子在土体中扩散系数的仪器，其特征在于：所述顶盖与所述中间外壳通过螺丝连接；所述底板与所述中间外壳通过螺丝连接。
4.根据权利要求3所述的测定溶液离子在土体中扩散系数的仪器，其特征在于：所述顶盖与所述中间外壳之间、所述底板与所述中间外壳之间垫有O型圈进行密封。
5.根据权利要求1所述的测定溶液离子在土体中扩散系数的仪器，其特征在于：所述上侧圆环与所述下侧圆环带有透水孔的实壁中朝向所述中部圆环的一侧设有凹槽，所述凹槽中装有透水石。
6.根据权利要求5所述的测定溶液离子在土体中扩散系数的仪器，其特征在于：所述透水石面向所述中部圆环的一侧设有滤纸。
7.根据权利要求1所述的测定溶液离子在土体中扩散系数的仪器，其特征在于：所述上侧圆环与所述下侧圆环的内外侧中均含有O型圈凹槽，以放置O型圈进行密封。
8.根据权利要求1所述的测定溶液离子在土体中扩散系数的仪器，其特征在于：所述三个圆环相互之间通过螺丝固定。
9.根据权利要求1所述的测定溶液离子在土体中扩散系数的仪器，其特征在于：所述外壳带有从所述外壳内壁向内部腔体延伸的挡板，所述挡板所在位置与所述外壳底端间的距离等于所述土样容器的高度；所述外壳被所述挡板隔离的上下空间连通。
10.根据权利要求1所述的测定溶液离子在土体中扩散系数的仪器，其特征在于：所述顶盖与所述底板上均设有用螺丝密封的开孔。
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