CN103776982B - 质量式岩土干湿循环实验装置及实验方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种质量式岩土干湿循环实验装置及实验方法，实验装置包括壳体、控制装置、干湿转换装置和称重装置，控制装置、干湿转换装置和称重装置设置在壳体内；干湿转换装置设有加湿装置和干燥装置，加湿装置、干燥装置和称重装置均通过模数转换器连接控制器，控制器连接数模转换器，数模转换器连接加湿、干燥装置和称重装置；所述干湿转换装置的下方为称重装置；控制装置接收称重装置质量信号，并进行干-湿判断，向干湿转换装置发出控制信号。本发明提供的这种实验装置及实验方法，专业用于岩土工程方面干湿循环实验，提高实验自动化程度及精度。

Description

质量式岩土干湿循环实验装置及实验方法

技术领域

本发明涉及一种质量式岩土干湿循环实验装置及实验方法，属于岩土工程技术领域。

背景技术

现有的岩土干湿循环仪器均是通过手工操作，自动化程度低，由于干湿循环试验耗时较长，试验量大，手工操作劳动量较大，且效率低。另外，干湿循环试验过程中增湿过程中水量的控制及干燥过程中试样的质量控制要求较精确，传统试验过程中由于专用仪器的缺失，增湿过程中，多个试样多次增湿水量很难做到精确、统一；干燥过程中，无法准确判断样品是否已经达到所需干燥程度，且增湿与干燥过程的转换，必须通过人工实现。通过传统试验装置得到的结果离散性大，只有通过增加试验组数减小误差，既费时又费力，增加试验成本。

发明内容

本发明提供一种实验装置及实验方法，专业用于岩土工程方面干湿循环实验，提高实验自动化程度及精度。

为解决以上技术问题，本发明提供如下技术方案：一种质量式岩土干湿循环实验装置，所述实验仪器包括壳体、控制装置、干湿转换装置和称重装置，控制装置、干湿转换装置和称重装置设置在壳体内；干湿转换装置设有加湿装置和干燥装置，加湿装置、干燥装置和称重装置均通过模数转换器连接控制器，控制器连接数模转换器，数模转换器连接加湿、干燥装置和称重装置；所述干湿转换装置的下方为称重装置；控制装置接收称重装置质量信号，并进行干-湿判断，向干湿转换装置发出控制信号。

进一步地，所述加湿装置包括储水箱、储水器、多孔塞、滴管和开关，所述储水箱的下方连接储水器，储水器下方配置多孔塞与滴管连接，滴管上安装开关。

进一步地，所述干燥装置包括干燥灯、灯罩和底座，所述干燥灯固定于灯罩壁顶上，灯罩固定于底座上，底座上放置试样，干燥灯设置在试样的正上方。干燥灯的控制装置连接数模转换装置，通过控制装置的信号发出，实现干燥装置的启动及根据干燥时间的设定执行干燥照射。

进一步地，所述称重装置为一称重台，称重台上方连接干燥装置的底座，底座为一上方敞口的容器，底部具有凸台，凸台与称重台中心处的凹陷嵌入连接；底座顶部外圆周台阶处支撑所述灯罩。

进一步地，所述壳体上设置有连接板，连接板有两块，设置在储水器的上下两端，用于固定储水器。

进一步地，所述储水器的出水口处设有多孔塞。

一种质量式岩土干湿循环实验方法，所述实验方法的具体步骤如下：

（1）将储水箱通过入水口与水源连接，多余的水通过溢流口排出仪器外部，将流量计、定量控制仪、干燥灯、称重台分别与模数转换器及数模转换器连接好；

（2）制样之前需通过土工实验得到试样初始含水量w ₀，初始质量m ₀。

（3）将仪器组装完毕后，在控制装置中将质量清零；

（4）设定增湿控制水量m，如需将试样增湿至含水量w ₁，需加水质量为：

；

（5）设定浸润时间T ₁，加水量至m后，开关接收控制模块信号，关闭阀门，加水停止，（13）试样充分浸润后进入干燥过程；

（6）设定由干燥过程进入增湿过程的判断值A，通过称重装置返回给控制装置的质量值，即干土质量值进行判断，实现干湿转换，判断值A的公式为：

  ；

（7）设定冷却时间T ₂，试样干燥后，需冷却一定时间后才能进行增湿；

（8）设定干湿循环次数N。

本发明涉及的这种质量式岩土干湿循环实验装置及实验方法，通过A/D模数转换器将称重装置电信号转为数字信号，传递给控制装置，控制装置接收信号并判断，并通过D/A数模转换器向干湿循环模块发出指令，进行增湿与干燥及其之间的转换。干湿转换装置与称重装置组成一体，标准化配件，配件之间可任意组合，形成一套装置。在多孔塞的连接下，可以实现同时多个、多组实验的进行。加湿过程与干燥过程均完成后为一个干湿循环，试样进行多次干湿循环实验时，只需要重复上一个循环的动作。

 附图说明

图1为本发明质量式岩土干湿循环实验装置结构图；

图2为图1I-I向剖面图；

图3为图1Ⅱ-Ⅱ向剖面图；

图4为图1Ⅲ-Ⅲ向剖面图；

图5为图1Ⅳ-Ⅳ向剖面图；

图6为本发明实验装置控制流程图；

附图标记说明：

1-控制装置；2-模数转化器；3-数模转换器；4-储水箱；5-入水口；6-溢流口；7-储水器；8-安装板；9-开关；10-滴管；11-干燥灯；12-灯罩；13-试样；14-底座；15-称重台；16-排气孔；17-多孔塞；18-壳体。

具体实施方式

如图1所示，加湿装置包括储水箱4、储水器7开关9、滴管10和多孔塞17，所述储水箱4的下方连接储水器7，储水器7下方通过多孔塞17与滴管10连接，滴管10上安装开关9。

干燥装置包括干燥灯11、灯罩12和底座14，所述干燥灯11固定于灯罩12内壁上，灯罩固定于底座14上，底座14上放置试样13，干燥灯设置在试样13的正上方。

称重装置为一称重台，称重台15上方连接干燥装置的底座14。

壳体18上设置有连接板8，连接板有两块，设置在储水器7的上下两端，用于固定储水器7。其中，储水箱4为一大容量水箱，顶部具有入水口，入水口连接水源；储水箱4上部、入水口的旁侧设有溢流口，用于储水箱4内水过多情况下进行溢流，溢流口一般连接接收装置，以免储水箱4内的水过多流出箱外。储水箱4的作用是形成自由水面，减小水压与流速，实现水量精确控制。储水器7为一相对容量较小的容器，储水器7由安装板8连接固定于壳体上。

储水器7的出水口处设有多孔塞17，用于连接多套装置同时进行实验。

储水器7主要是暂时性储水，同时减小水压，减小流速，其规格为2L~3L；开关9接收控制装置1的信号，进行断开与接通动作；滴管10为使水被试样充分吸收，滴管内径应尽可能小，滴管采用酸碱式滴定管。干燥灯11用于干燥试样，共6个，呈圆形均匀布置于灯罩12之上；灯罩12对称分割为独立的两个部分，使用圆环在中部将两个独立部分绑在一起。

称重装置主要有称重台15等组成。称重台产生压力电信号并传递给A/D模数转换器2；底座14用于盛放试样13，与称重台15是相互匹配，可拆卸的。

称重台15、底座14、灯罩12相互匹配，均是标准化配件，可以相互组合形成一套装置。如需做多个实验，只需增加一套装置，通过多孔塞17与储水器7连接即可。

图2-图5为图1的各个位置剖面图；

图6为实验装置控制流程图，图6为实验装置干-湿转换控制流程图，试样放置于称重装置顶部进行干燥并称重，控制装置根据称重结果与设定值m进行判断，若称重结果达到设定值，则控制装置向加湿装置发出加湿信号；若称重结果未达到设定值m，则控制装置向干燥装置发出信号，对试样进行干燥一定时间后，再由称重装置称重，控制装置根据称重结果进行判断，循环以上过程，以上为干燥-加湿的循环实验。本装置也可进行加湿-干燥的循环实验，试样放置于称重装置顶部进行加湿并称重，控制装置根据称重结果与设定值m进行判断，若称重结果等于设定值，则控制装置向干燥装置发出干燥信号；若称重结果未达到设定值m，则控制装置向加湿装置发出信号，对试样进行加湿一定时间后，再由称重装置称重，控制装置根据称重结果进行判断，循环以上过程。在干燥与加湿过程中，控制装置实时接收称重质量信号，当质量达到m，立即转入下一个过程，实现精确控制。

本发明是专门用于岩土干湿循环实验，相比以往实验仪器，具有自动增湿、自动干燥的功能，增湿与干燥的转换不需要手动调整，根据称重装置返回给控制装置的信号，增湿与干燥自动转换。增湿与干燥过程，土样实时称重，增湿与干燥是否达到设定要求，仪器自动判定。实验仪器标准化，可随意组合形成多套装置，实现多个试样同时进行实验，并能精确控制。该仪器能够实现实验过程的自动化，实验精度高，误差小。

本发明所述的具体实施方式并不构成对本申请范围的限制，凡是在本发明构思的精神和原则之内，本领域的专业人员能够作出的任何修改、等同替换和改进等均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种质量式岩土干湿循环实验装置，其特征在于，所述实验装置包括壳体、控制装置、干湿转换装置和称重装置，控制装置、干湿转换装置和称重装置设置在壳体内；干湿转换装置设有加湿装置和干燥装置，加湿装置、干燥装置和称重装置均通过模数转换器连接控制器，控制器连接数模转换器，数模转换器连接加湿、干燥装置和称重装置；所述干湿转换装置的下方为称重装置；控制装置接收称重装置质量信号，并进行干-湿判断，向干湿转换装置发出控制信号；所述加湿装置包括储水箱、储水器、多孔塞、开关和滴管，所述储水箱的下方与储水器连接，储水器下方通过多孔塞与滴管连接，滴管上安装开关；所述干燥装置包括干燥灯、灯罩和底座，所述干燥灯固定于灯罩顶壁上，灯罩固定于底座上，底座上放置试样，干燥灯设置在试样的正上方。

2.根据权利要求1所述的质量式岩土干湿循环实验装置，其特征在于，所述称重装置为一称重台，称重台上方连接干燥装置的底座。

3.根据权利要求1所述的质量式岩土干湿循环实验装置，其特征在于，所述壳体上设置有连接板，连接板有两块，设置在储水器的上下两端，用于固定储水器。

4.根据权利要求1所述的质量式岩土干湿循环实验装置，其特征在于，所述储水器的出水口处设有多孔塞。

5.根据权利要求1所述的质量式岩土干湿循环实验装置的实验方法，其特征在于，所述实验方法的具体步骤如下：

（1）将储水箱通过入水口与水源连接，多余的水通过溢流口排出仪器外部，将开关、干燥灯、称重台分别与模数转换器及数模转换器连接好；

（2）制样之前需通过土工实验得到试样初始含水量ω ₀，初始质量m ₀

（3）将仪器组装完毕后，在控制装置中将质量清零；

（4）设定增湿控制水量m ₀ ，如需将试样增湿至含水量ω ₁，需加水质量为：                                               ；

（5）设定浸润时间T ₁，加水量至m后，开关接收控制模块信号，关闭阀门，加水停止，试样充分浸润后进入干燥过程；

（6）设定由干燥过程进入增湿过程的判断值A，通过称重装置返回给控制装置的质量值，即干土质量值进行判断，实现干湿转换，判断值A的公式为：

  ；

（7）设定冷却时间T ₂，试样干燥后，需冷却一定时间后才能进行增湿；

（8）设定干湿循环次数N。