CN103487564A - 双室冻土体积冻胀率测定仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双室冻土体积冻胀率测定仪，包括保温室、试样管、隔热座、试样容器、压差传感器和冷浴；试样管上设有进水管，且该试样管设置在保温室内，试样管的底部管口与隔热座之间密封连接；试样容器设置在试样管内，且置于隔热座上；压差传感器的一端通过导水管与试样管连通，另一端连接有参考水管；冷浴分别连通保温室和试样管；试样容器内设有用于盛放待测试样的腔室；保温室和试样管内均设有冷冻液。本发明只需打开冷浴设定好冷冻温度，就可以给保温室和试样管内的冷冻液降温，操作简便；同时由于试样的外侧包裹有可伸缩的弹性橡皮套，当试样冻结时，试样可以不受约束地在三维空间内膨胀，从而得出准确的冻土体积冻胀率。

Description

双室冻土体积冻胀率测定仪

技术领域

本发明涉及一种土工试验仪器，特别涉及一种冻土体积冻胀率测定仪。

背景技术

土壤冻结过程中，土中的水分包括土中原孔隙水和外界向冻结锋面迁移、补给的水冻结成冰，并生成许多冰夹层、冰透镜体，从而引起土颗粒的相对位移，发生土体膨胀，称为冻涨。冻胀量是土壤的冻胀特性值，是衡量土冻结时冻胀变形大小的尺度，是研究土冻胀时最重要、最基本的参数。

目前，通常的测定冻胀率的试验仪器由供水装置、百分表、试样盒等组成。其试验过程是将试样装入试样盒内，使试样与顶板和底板接触紧密。将盛有试样的试样盒放入恒温箱内，该恒温箱内设置有冷浴，打开供水装置向试样中供水，百分表测量顶板的位移量，然后开启冷浴后依次间隔一段时间记录百分表的读数，计算出冻胀率。但是，由于试验方法所测定的变形为试样竖直方向的变形，在试样径向变形受到限制的条件下，将试样竖直方向的变形视为试样体积的总体变形不够准确，从而计算出的冻土体积冻胀率也是不精确的。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种双室冻土体积冻胀率测定仪；该测定仪不仅操作简便，而且能够测量出三维立体空间内的冻土体积的变形量，从而得出精确的冻土体积冻胀率。

为解决上述技术问题，本发明采用下述技术方案：

一种双室冻土体积冻胀率测定仪包括保温室、试样管、隔热座、试样容器、压差传感器和冷浴；

所述试样管上设有进水管，且该试样管设置在保温室内，所述试样管的底部管口与所述隔热座之间密封连接；所述试样容器设置在试样管内，且置于隔热座上；

所述压差传感器的一端通过导水管与所述试样管连通，另一端连接有参考水管；

所述冷浴通过导水管分别与所述保温室、试样管连通；

所述试样容器内设有用于盛放待测试样的腔室；

所述保温室和试样管内均设有冷冻液。

采用这样的结构后，只要打开冷浴设定好冷冻温度，就可以给保温室和试样管内的冷冻液降温，从而使试样冻结，操作起来非常的简便。同时由于试样的外侧包裹有可伸缩的弹性橡皮套，当冷冻液温度降低试样冻结时，该试样可以不受约束地在三维空间内膨胀，从而引起冷冻液压力的变化，该冷冻液压力变化值可以通过压差传感器准确地测量出来，经过计算就可以得出准确的冻土体积冻胀率了。

进一步的，所述试样容器包括顶盖、底座和橡皮套；所述橡皮套的上口与顶盖密封连接，所述橡皮套的下口与底座密封连接；所述顶盖的底面上设有上层透水石，所述底座的顶面上设有下层透水石；

上层透水石与下层透水石之间为用于盛放待测试样的腔室。

进一步的，所述试样容器上设有补水管，该补水管穿过所述隔热座和所述试样容器的底座向所述下层透水石补水。

采用这样的结构后，打开补水管的开关后，水流到下层透水石上，通过下层透水石，试样可以均匀地吸水，从而可以测定出试样不同含水率下的体积冻胀率。

进一步的，试样瓶顶端上设置有与其相连通的观察管。

进一步的，所述保温室的材质为透明材质。采用这样的结构后，便于试验员观察试样冻胀的过程，从而确定试验的终点时刻。

进一步的，所述保温室底部设有排水管。

进一步的，所述双室冻土体积冻胀率测定仪还包括一气泵，该气泵与保温室密封连接。采用这样的结构后，当打开气泵向保温室内充入一定的空气时，将使保温室内具有一定的压力，从而模拟出试样在地下受到压力时的情形，能够得出更准确的冻土体积冻胀率来。

附图说明

图1为本发明双室冻土体积冻胀率测定仪的结构图。

具体实施方式

下面结合附图说明本发明的具体实施方式。

如图1所示种双室冻土体积冻胀率测定仪包括试样管1、隔热座2、压差传感器3、导水管4、参考水管5、试样容器6、补水管7、进水管8、保温室9和冷浴10，试样管1顶端上设置有与其相连通的观察管11，试样管1的底端与隔热座2密封连接，该试样管1内盛装有冷冻液，试样管1的侧壁上开有一孔，通过导水管4与压差传感器3的一端连接，压差传感器3的另一端连接参考水管5；试样容器6位于所述试样管1内，放置于所述隔热座2上，该试样容器6包括：顶盖61、上层透水石62、下层透水石63、底座64和橡皮套65，橡皮套65的上口和下口分别与顶盖61和底座64密封连接，中间形成的腔室用于盛放待测试样；补水管7一端穿过所述隔热座2和试样容器的底座64向下层透水石63补水；进水管8与试样管1连通，用于向试样管1内注入冷冻液。所述保温室9设有一密封连接的盖91，该保温室9内部盛装有冷冻液，其底端设有排水管92，所述试样管1和隔热座2置于该保温室9内，冷浴10的一端连通保温室9，另一端连通试样管1。

双室冻土体积冻胀率测定仪还包括气泵12，该气泵12与保温室9密封连接。

试验开始时，首先把隔热座2放置在保温室9内，然后在待测试样上表面放置与其大小相匹配的顶盖61、上层透水石62、在待测试样下表面放置与其大小相匹配的下层透水石63和底座64，然后把它们全部装进弹性橡皮套65内，弹性橡皮套65的上口和下口分别与顶盖61和底座64用橡皮筋扎紧密封连接好，接着将处理好的待测试样放置在隔热座2上，使底座64和隔热座2上的孔对准，插入补水管7到下层透水石63的下表面。接着把试样管1与隔热座2密封安装起来，将导水管4与压差传感器3的一端连接上，压差传感器3的另一端连接上参考水管5。把冷浴10通过管路与保温室9和试样管1连通上，然后通过进水管8向试样管1中注入常温冷冻液直到其液面到达观察管11内，然后关闭进水管8。接着向保温室9中注入常温冷冻液，使观察管11的端头在保温室9冷冻液液面的上方，接着向参考水管5注入常温的冷冻液，向补水管7中注入常温的水，接着盖好保温室9的盖子91，使保温室9密封，然后接通和保温室9密封连接的气泵，为模拟试样的受力状态，打开气泵向保温室9里面施加相应的围压，打开补水管7的开关向试样中补入一定比率的水，然后读取压差传感器3测定的参考水管5和试样管1中液压的差值μ₁，接下来打开冷浴10，使保温室9和试样管1中的冷冻液的温度下降到设定温度-15°C，然后查看观察管11中的液面，直到其不再上升为止，记录下这时压差传感器3的读数μ₂。

根据压强公式，得出：

μ₁＝ρgΔh₁

μ₂＝ρgΔh₂

则试样管1中的液面变化量Δh＝Δh₂-Δh₁

则试样的冻胀率为：

式中ρ为冷冻液的密度，D为观察管11的直径，v₀为试样的原始体积。

需要说明的是，根据补水量的多少和冷浴设定温度的不同，可以测定试样不同含水率和不同温度下的冻胀率。

综上所述，本发明所述的实施方式仅提供一种最佳的实施方式，本发明的技术内容及技术特点已揭示如上，然而熟悉本项技术的人士仍可能基于本发明所揭示的内容而作各种不背离本发明创作精神的替换及修饰；因此，本发明的保护范围不限于实施例所揭示的技术内容，故凡依本发明的形状、构造及原理所做的等效变化，均涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种双室冻土体积冻胀率测定仪，其特征在于：所述测定仪包括保温室、试样管、隔热座、试样容器、压差传感器和冷浴；

所述试样管上设有进水管，且该试样管设置在保温室内，所述试样管的底部管口与所述隔热座之间密封连接；所述试样容器设置在试样管内，且置于隔热座上；

所述压差传感器的一端通过导水管与所述试样管连通，另一端连接有参考水管；

所述冷浴通过管路分别与所述保温室、试样管连通；

所述试样容器内设有用于盛放待测试样的腔室；

所述保温室和试样管内均设有冷冻液。

2.根据权利要求1所述的一种双室冻土体积冻胀率测定仪，其特征在于：所述试样容器包括顶盖、底座和橡皮套；所述橡皮套的上口与顶盖密封连接，所述橡皮套的下口与底座密封连接；所述顶盖的底面上设有上层透水石，所述底座的顶面上设有下层透水石；上层透水石与下层透水石之间为用于盛放待测试样的腔室。

3.根据权利要求1所述的一种双室冻土体积冻胀率测定仪，其特征在于：所述试样容器上设有补水管，该补水管穿过所述隔热座和所述试样容器的底座向所述下层透水石补水。

4.根据权利要求1所述的一种双室冻土体积冻胀率测定仪，其特征在于：试样管顶端上设置有与其相连通的观察水管。

5.根据权利要求1所述的一种双室冻土体积冻胀率测定仪，其特征在于：所述保温室的材质为透明材质。

6.根据权利要求1所述的一种双室冻土体积冻胀率测定仪，其特征在于：所述保温室底部设有排水管。

7.根据权利要求1所述的一种双室冻土体积冻胀率测定仪，其特征在于：所述双室冻土体积冻胀率测定仪还包括一气泵，该气泵与保温室密封连接。

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