CN103399140A - 一种岩土崩解试验装置及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种岩土崩解试验装置及使用方法，底座与支杆连接，竖直伸缩阀分别与支杆连接，支杆上装有水平伸缩阀，支杆上悬挂第二挂钩，弹簧测力计一端与第二挂钩相连，弹簧测力计另一端下部与挂钩相连，在金属网格网的四个边角绑系铜丝，在另一端将铜丝拧成一股挂在挂钩上，岩土试样放在金属网格上浸入烧杯中。其步骤是：（1）空载试验：在烧杯中倒入蒸馏水，记录弹簧测力计上读数F₀；（2）制作岩土试样：用环刀和切割机分别制作土壤试样和岩石试样；（3）崩解试验：将岩土试样放在金属网格网上浸入水中，试验结束；（4）数据处理。结构简单，易于装配和调试，成本低廉，精度高，稳定性好，适用性强，可广泛用于岩土工程科学研究。

Description

一种岩土崩解试验装置及使用方法

技术领域

本发明涉及岩土崩解试验装置及使用方法，具体涉及一种测定岩土崩解性的工程试验装置，还涉及一种测定岩土崩解性的工程试验装置的使用方法。

背景技术

岩土的崩解性是指岩石或土由于浸水而发生碎裂、散体的现象。崩解产生的原因是由于岩土体没入水中后，水进入孔隙或裂隙中的情况不平衡，引起粒间扩散层增厚的速度也不平衡，以致粒间斥力超过吸力的情况也不平衡，产生应力集中，使岩土体沿着斥力超过吸力最大的面崩落下来。目前岩土的崩解性试验研究尚处于研究探讨阶段，崩解试验尤其是定量测试尚无统一的量化标准。

早期的岩土的崩解试验是将试样放入静水中，观察并描述试样在静水中的崩解反应，记录试样完全崩解时间。这是一种定性评价崩解性的试验方法，显然无法满足准确的定量的测试方法。为此，中国专利报道了一些新型的岩土崩解试验仪器及使用方法，例如：一种岩土崩解试验仪（201120002728.X，CN201965067U）、一种土壤崩解仪（200910273061.4，CN101710115B）、大型花岗岩残积土崩解仪（201110392742.X，CN1024435719A）、黄土大试块崩解仪（200920032423.6，CN201397328Y）。然而，这几种方法普遍存在着一些弊端，如前两种试验仪器与方法需要人为判定试验没入水中的稳定状态，并且要保持浮筒的直立；后两种方法则对内筒的材质要求非常高。而且这几种方法都是根据排水量来测定，进而计算岩土的崩解性相关参数，测量排水装置的精度要求非常高，导致出现试验结果精度不高，试验结果处理不理想等问题。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种岩土崩解试验装置，其主要优点与效果是，依据阿基米德定律和静力学平和原理，原理成熟、直观；结构简单，易于装配和调试，降低了试验成本；数据直接从弹簧测力计直接读出，精度高，误差小，稳定性好。

本发明的另一个是在于提供了一种测定岩土崩解性的工程试验装置的使用方法，其主要优点与效果是，可对土壤和岩石的崩解率、崩解速度进行测定；可观测试验过程土壤和岩土的崩解现象；操作简单，试验结果准确定提高。

为了达到上述的目的，本发明采用以下技术措施：

一种岩土崩解试验装置，包括支撑系统、数据采集系统、测量系统。其中，支撑系统包括：挂钩、第一支杆、第二支杆、水平伸缩阀、竖直伸缩阀、底座；数据采集系统包括弹簧测力计；测量系统包括：大烧杯、金属网格网、岩土试样、四根铜丝、挂钩。各部分部件连接方式是，其特征在于：支撑系统包括第二挂钩、第一支杆、第二支杆、水平伸缩阀、竖直伸缩阀、底座，底座与第二支杆连接，竖直伸缩阀分别与第二支杆、第一支杆连接，第一支杆上装有水平伸缩阀，第一支杆上悬挂第二挂钩，数据采集系统包括弹簧测力计，弹簧测力计一端与第二挂钩相连，弹簧测力计另一端下部与第一挂钩相连，测量系统包括烧杯、金属网格网、岩土试样、第一铜丝、第一挂钩，在金属网格网的四个边角绑系第一铜丝、第二铜丝、第三铜丝、第四铜丝，在金属网格网的四个边角另一端将第一铜丝、第二铜丝、第三铜丝、第四铜丝拧成一股挂在第一挂钩上，岩土试样放在金属网格上浸入容积为2000ml的烧杯中。

所述的水平伸缩阀与竖直伸缩阀的作用时调节第一支杆与第二支杆位置可以调整支撑系统的高度与位置。

所述的金属网格网尺寸为10cm×10cm，网眼大小为1.0cm×1.0cm。

所述的大烧杯容积为2000ml。

一种测定岩土崩解性的工程试验装置的使用方法，其步骤是：

（1）空载试验：

在大烧杯中倒入1500ml的蒸馏水，将金属网格网跟四根铜丝以空载方式放入蒸馏水中，调节水平伸缩阀与竖直伸缩阀位置，是弹簧测力计呈垂直状态，使金属网格网位于大烧杯的中部，待金属网格网处于悬浮静止状态时，记录弹簧测力计上读数F₀。

（2）制作岩土试样：

用内径为61.8mm，高40mm的环刀和切割机分别制作土壤试样和岩石试样，试样尺寸为61.8mm，高40mm。

（3）崩解试验：

将岩土试样放在金属网格网上浸入水中，当全部浸入水中后立即记录弹簧测力计数值F₁，按照时间间隔为5s、10s、20s、40s、1min、2min、5min、10min、20min、30min、1h记录弹簧测力计的数值，此后，一小时后每隔1h读数一次，在不同时刻记录的弹簧测力计读数为F_t，同时观察不同时段的岩土崩解现象。当岩土试样全部崩解完毕，或1h内弹簧测力计读数不变，试验结束。

（4）数据处理：

采用风干法（根据土工试验方法标准GB/T50123-1999）对大烧杯1中崩解物的质量、崩解物粒径指标分析。

利用下式计算岩土的崩解率

$A_t=\left(\frac{F_1-F_t}{F_1-F_0}\right)\×100\%$

式中，A_t为岩土试样3在t时刻的崩解率（%）；F₁为岩土试样3全部浸入水中的瞬时的弹簧测力计5的读数（N）；F_t为岩土试样3浸入水中在时间t时弹簧测力计5的读数（N）；F₀为金属网格网2和第一铜丝4a、第二铜丝4b、第三铜丝4c、第四铜丝4d以空载方式浸入水中的弹簧测力计5的读数（N）。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：

本发明的原理主要依据阿基米德定律和静力学平和原理，原理成熟、直观；本发明结构简单，易于装配和调试，降低了试验成本和复杂性；本发明可对土壤和岩石的崩解率、崩解速度进行测定，利于推广使用；本发明采用数据直接从弹簧测力计直接读出，精度高，误差小，稳定性好。

附图说明

图1为一种测定岩土崩解性的工程试验装置的结构示意图。

图2为利用本发明的岩土崩解试验装置及使用方法测得崩解率与时间关系曲线。

其中：

1－大烧杯（体积有多大？）；2－金属网格网；3－岩土试样；4a－第一铜丝a；4b－第二铜丝b；4c－第三铜丝c；4d－第四铜丝d；5－弹簧测力计；6a－第一挂钩a；6b－第二挂钩b；7a－第一支杆；7b－第二支杆；8－水平伸缩阀；9－竖直伸缩阀；10－底座。

具体实施方式

为使发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

本发明岩土崩解试验装置及使用方法的原理主要依据阿基米德定律和静力学平和原理。

实施例1：

如图1所示，一种测定岩土崩解性的工程试验装置，该装置包括：支撑系统、数据采集系统、测量系统。

如所述的支撑系统包括：第二挂钩6b、第一支杆7a、第二支杆7b、水平伸缩阀8、竖直伸缩阀9、底座10。其特征在于：底座10作用为固定支撑系统，底座10与第二支杆7b连接，竖直伸缩阀9分别与第二支杆7b、第一支杆7a连接，第一支杆7a上装有水平伸缩阀8。通过调节水平伸缩阀8与竖直伸缩阀9位置可以调整支撑系统的高度与位置。在第一支杆7a上悬挂第二挂钩6b，第二挂钩6b下面与弹簧测力计5连接。

如所示的数据采集系统包括：弹簧测力计5，弹簧测力计5一端（上部）与第二挂钩6b相连，弹簧测力计5另一端（下部）与第一挂钩6a相连。

如所述的测量系统包括：大烧杯1、金属网格网2、岩土试样3、第一铜丝4a、第二铜丝4b、第三铜丝4c、第四铜丝4d、第一挂钩6a。金属网格网2尺寸为10cm×10cm，网眼大小为1.0cm×1.0cm。其特征在于：在金属网格网的四个边角绑系第一铜丝4a、第二铜丝4b、第三铜丝4c、第四铜丝4d，在金属网格网的四个边角另一端将第一铜丝4a、第二铜丝4b、第三铜丝4c、第四铜丝4d拧成一股挂在第一挂钩6a上，将第一挂钩6a与弹簧测力计5相连。测量时将岩土试样放在金属网格2上浸入容积为2000ml的大烧杯1中。

实施例2：

一种测定岩土崩解性的工程试验装置的使用方法，其步骤是：

A、将大烧杯1中倒入1500ml的蒸馏水，将金属网格网2和第一铜丝4a、第二铜丝4b、第三铜丝4c、第四铜丝4d以空载方式放入蒸馏水中，通过调整水平伸缩阀8与竖直伸缩阀9位置，保持弹簧测力计5呈垂直状态，使金属网格网2位于大烧杯1中的中部，待金属网格网2处于悬浮静止状态时，记录弹簧测力计上读数F₀。

B、用内径61.8mm，高40mm的环刀切取土样，将土样推出作为待测土壤试样3；岩石试样3采用切割机利用干法制样，尺寸同样为61.8mm，高40mm。

C、将金属网格网2去除擦净水分后，将岩土试样3放在金属网格网2上浸入水中，当全部浸入水中后立即记录弹簧测力计5数值F₁。岩土试样3在水中崩解，随着崩解过程进行，金属网格网2上的岩土试样3重量逐渐减轻，岩土试样3受到浮力大于重力，弹簧测力计5读数逐渐减小，按照时间间隔为5s、10s、20s、40s、1min、2min、5min、10min、20min、30min、1h记录弹簧测力计5的数值，此后一小时后每隔1h读数一次，在时间间隔为t时刻时记录的弹簧测力计读数为F_t。试验过程中记录弹簧测力计5读数时观察不同时段的岩土崩解现象。当岩土试样3全部崩解完毕，或一小时内弹簧测力计5读数不变，试验结束。

D、试验结束后，可以将金属网格网2从大烧杯1中拿出，采用风干法（或烘干法）对大烧杯1中崩解物的质量、崩解物粒径指标分析。

岩土崩解率的计算公式为：

$A_t=\left(\frac{F_1-F_t}{F_1-F_0}\right)\×100\%$

式中，A_t为岩土试样3在t时刻的崩解率（%）；F₁为岩土试样3全部浸入水中的瞬时的弹簧测力计5的读数（N）；F_t为岩土试样3浸入水中在时间t时弹簧测力计5的读数（N）；F₀为金属网格网2和第一铜丝4a、第二铜丝4b、第三铜丝4c、第四铜丝4d以空载方式浸入水中的弹簧测力计5的读数（N）。

如图2所示的利用本发明的岩土崩解试验装置及使用方法测得崩解率与时间关系曲线，结合试验过程中观察到的现象可知，原状样在数分钟内开始局部隐微裂隙张开，随着裂隙发展扩大出现块体崩裂或片状体开裂，在24h时崩解率为75%～80%，崩解物为碎块状；经过干湿循环后的土样浸入水中立即有絮状、粉末状颗粒崩落，数10分钟土样崩解完毕，崩解物为粒状、手搓为泥，且随着干湿循环次数增高，崩解速率增大，干湿循环3次后，崩解时间为10min，崩解物为细小粉末，悬浮于水中；原状样重塑后的全部崩解完为720min，崩解物为碎屑状。试验结果表明，扰动会扩大崩解程度与崩解速率，而温度、湿度循环作用亦会加速崩解，即含水量的交替变化对土的崩解性有重要影响。利用本发明的岩土崩解试验装置及使用方法得到的崩解试验结果与实际崩解情况基本吻合，具有较高的准确性。

如上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明实质对以上实施例做任何简单修改、变更以及等效结构变换，均仍属本发明技术方案的保护范围内。

Claims (3)

1.一种测定岩土崩解性的工程试验装置，包括支撑系统、数据采集系统、测量系统，其特征在于：支撑系统包括第二挂钩（6b）、第一支杆（7a）、第二支杆（7b）、水平伸缩阀（8）、竖直伸缩阀（9）、底座（10），底座（10）与第二支杆（7b）连接，竖直伸缩阀（9）分别与第二支杆（7b）、第一支杆（7a）连接，第一支杆（7a）上装有水平伸缩阀（8），第一支杆（7a）上悬挂第二挂钩（6b），数据采集系统包括弹簧测力计（5），弹簧测力计（5）一端与第二挂钩（6b）相连，弹簧测力计（5）另一端下部与第一挂钩（6a）相连，测量系统包括烧杯（1）、金属网格网（2）、岩土试样（3）、第一铜丝（4a）、第一挂钩（6a），在金属网格网的四个边角绑系第一铜丝（4a）、第二铜丝（4b）、第三铜丝（4c）、第四铜丝（4d），在金属网格网的四个边角另一端将第一铜丝（4a）、第二铜丝（4b）、第三铜丝（4c）、第四铜丝（4d）拧成一股挂在第一挂钩（6a）上，岩土试样（3）放在金属网格（2）上浸入容积为2000ml的烧杯（1）中。

2.根据权利要求1所述的一种测定岩土崩解性的工程试验装置，其特征在于：所述的金属网格网（2）尺寸为10cm×10cm，网眼大小为1.0cm×1.0cm。

3.权利要求1所述的一种测定岩土崩解性的工程试验装置的使用方法，其步骤是：

（1）空载试验：

在烧杯中倒入1500ml的蒸馏水，将金属网格网跟四根铜丝以空载放入蒸馏水中，调节水平伸缩阀与竖直伸缩阀位置，弹簧测力计呈垂直，使金属网格网位于烧杯的中部，金属网格网处于悬浮静止，记录弹簧测力计上读数F₀；

（2）制作岩土试样：

用内径为61.8mm，高40mm的环刀和切割机分别制作土壤试样和岩石试样，试样尺寸为61.8mm，高40mm；

（3）崩解试验：

将岩土试样放在金属网格网上浸入水中，全部浸入水中后记录弹簧测力计数值F₁，按照时间间隔为5s、10s、20s、40s、1min、2min、5min、10min、20min、30min、1h记录弹簧测力计的数值，一小时后每隔1h读数一次，在不同时刻记录的弹簧测力计读数为F_t，同时观察不同时段的岩土崩解，岩土试样全部崩解完毕，或1h内弹簧测力计读数不变，试验结束；

（4）数据处理：

采用风干法对烧杯（1）中崩解物的质量、崩解物粒径指标分析；

利用下式计算岩土的崩解率

$A_t=\left(\frac{F_1-F_t}{F_1-F_0}\right)\×100\%$

式中，A_t为岩土试样（3）在t时刻的崩解率%；F₁为岩土试样（3）全部浸入水中的瞬时的弹簧测力计（5）的读数N；F_t为岩土试样（3）浸入水中在时间t时弹簧测力计（5）的读数N；F₀为金属网格网（2）和第一铜丝（4a）、第二铜丝（4b）、第三铜丝（4c）、第四铜丝（4d）以空载方式浸入水中的弹簧测力计（5）的读数N。

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