CN103940975A - 一种用于张力计饱和的简易装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于张力计饱和的简易装置，由饱和室11、饱和室密封盖6、张力计固定盘7三部分组成；饱和室是由圆柱形不锈钢块体5加工而成的圆锥型腔体；圆锥型腔体上部设置有抽气管孔2；圆锥型腔体左、右部分别设置有一个抽气管孔1和一个灌水管管孔3；所述三个管孔等径并带内螺纹；饱和室密封盖6覆盖联接在饱和室底端，密封盖中部插设有张力计固定盘7；张力计固定盘7上设置有张力计安装孔。本发明装置采用“抽真空、填充水、饱和渗水石和填满水”共四步骤进行张力计饱和，具有节约材料、经济实用、结构简单、拆装方便、饱和效果良好的优点。

Description

一种用于张力计饱和的简易装置

技术领域

本发明涉及一种室内土力学实验抽气饱和装置，尤其是一种用于张力计饱和的简易装置。

背景技术

非饱和土中由于气压力的存在，使土体中存在吸力，吸力等于孔隙气压力u_a减去孔隙水压力u_w。因此，在非饱和土力学中，吸力是影响土体性质的一个核心因素，吸力测量也是非饱和土力学研究的一个核心问题。在现有的测量技术中，张力计测量吸力是一种比较广泛的技术。

值得注意的是，张力计在生产制作过程中，只能保证张力计的密封性和坚固性，却不能保证张力计永久的正常工作。究其原因，是因为在张力计中，量测系统和渗水石之间是一个蓄水层，如果蓄水层中存在空气，张力计将会在一个远远小于最大量程的吸力作用下产生气穴作用，导致张力计不能继续正常工作。因此，在使用前，需要使张力计达到饱和，也就是渗水石和蓄水层的共同饱和。

目前张力计的饱和普遍采用两阶段饱和法：初始抽真空和预压循环稳定。初始抽真空的目的在于将腔体和渗水石中的空气除去，预压循环稳定则可迫使气压水溶解，达到饱和的效果。但是，在初始抽真空完成开始浸润的过程中，空气会从新进入饱和室，在预压过程中空气再次溶解于水中，影响饱和效果。另外，大部分的张力计饱和装置设计都比较复杂繁琐，或者设计得过于庞大臃肿，在使用过程中费时费力；有的饱和装置甚至存在漏气漏水等致命缺陷，影响张力计的饱和效果。

本发明本着简单实用、操作简易、饱和效果良好的原则，在遵循上述两阶段饱和法的原理的基础上，尽可能节省材料而达到良好的饱和效果，设计并使用此用于张力计饱和的简易装置。本发明的特点在于：节约材料、经济实用、结构简单、拆装方便、饱和效果良好。

发明内容

本发明的目的在于提供一种节约材料、经济实用、结构简单、拆装方便、饱和效果良好的用于张力计饱和的简易装置，本着简单实用、操作简易、饱和效果良好的原则，在遵循两阶段饱和法的原理的基础上，设计并使用此用于张力计饱和的简易装置。

本发明解决上述技术问题的技术方案是：

一种用于张力计饱和的简易装置，由饱和室11、饱和室密封盖6、张力计固定盘7三部分组成；饱和室是由圆柱形不锈钢块体5加工而成的圆锥型腔体；圆锥型腔体上部设置有抽气管孔2；圆锥型腔体左、右部分别设置有一个抽气管孔1和一个灌水管管孔3；所述三个管孔等径并带内螺纹；饱和室密封盖6覆盖联接在饱和室底端，密封盖中部插设有张力计固定盘7；张力计固定盘7上设置有张力计安装孔。

饱和室密封盖6由一块圆形不锈钢板加工而成；外圈圆周均匀地钻有六个用于和饱和室紧固的M5螺纹孔。

饱和室及其密封盖交界面上设置有用以保证饱和室密封性的橡胶垫圈8。

张力计固定盘7中央具有用于和密封盖紧固台阶结构，台阶的顶部插接在饱和室和密封盖中部形成与密封盖密合；固定盘7外圈圆周均匀设置有三个用于和密封盖紧固的M4螺纹。

采用如上的结构本发明装置简单实用、操作简单、饱和效果良好，摒弃了传统的饱和装置体积臃肿、密封性不好的缺陷，力求饱和原理通俗易懂、整套装置加工简单、拆装操作方便、实用性强。在多项关于非饱和土力学的课题研究中，经多次实验验证，此用于张力计饱和的简易装置具有很好的饱和效果。

下面结合附图和具体的实施方式，以实验中常用的Imperial College类型张力计为例，对本发明作详细的说明。

附图说明

图1是简易张力计饱和器的结构示意图。

图2是简易张力计饱和器的平面图。

图3是简易张力计饱和器密封盖平面图。

图4是张力计固定盘平面图。

图5是本实施例中张力计饱和过程图。其中图5(a)是饱和过程第一步的状态图；图5(b)是饱和过程第二步的状态图；图5(c)是饱和过程第三步的状态图；图5(d)是饱和过程第四步的状态图。

图中：1、2是抽气管，3是灌水管，4是Imperial College类型张力计，5是饱和器壁，6是饱和室密封盖，7是张力计固定盘，8是橡胶垫圈，9是M5内六角螺栓，用于密封盖与饱和器之间的紧固螺栓，10是M4内六角螺栓，用于密封盖与张力计固定盘之间的紧固螺栓，11是饱和室，12是M5螺纹孔，13是M4螺纹孔，14是适用于Imperial College类型张力计安装孔。

具体实施方式

图1至图4给出了本发明的整体结构示意图和各个主要部件的平面图。一种用于张力计饱和的简易装置，它是由一个金属制圆柱体、一个可以固定张力计的孔洞和三个抽气和灌水的管道组成。其主要由饱和室、饱和室密封盖、张力计固定盘三部分组成。其中饱和室为圆形不锈钢加工而成，在上部和左右各钻带内管螺纹孔，右边和上部孔各安装抽气管1和2，左边孔安装灌水管3，饱和室底部圆周上均匀的开有与密封盖6紧固用的6个M5螺纹孔9；饱和室密封盖也是由不锈钢加工而成，安装时在饱和室和密封盖之间加橡胶垫圈8以保证不漏气漏水，盖子正中间留有张力计安装孔11，周围圆周则均匀的开有3个与张力计固定盘用的3个M4螺纹孔10。其中橡胶垫圈8形状为环形，紧箍在密封盖6的底端，使饱和室和密封盖保持良好的密封性。

安装使用时，由上至下依次联接饱和室、橡胶垫圈、饱和室密封盖，拧紧密封盖外圈的六个紧固螺栓M5，然后联接张力计固定盘，拧紧固定板外圈的三个紧固螺栓M4，最后将张力计固定在张力计安装孔内，方可进行张力计的饱和。

在进行饱和之前，1、2、3三根管道内插入与管径等大的渗水石，在饱和和过程中使渗水石和张力计共同达到饱和，具体的操作步骤如下。第一步：如图5(a)所示，通过抽气管2抽真空2h，尽可能地抽出干燥的渗水石中的空气；第二步:如图5(b)所示，通过灌水管3灌入脱了气的水，当水面达到抽气管1的高度时停止灌入，依然保持渗水石干燥；第三步:如图5(c)所示，顺时针转动整个饱和室大约100°，渗水石与水相接触，但只有一部分没入水中，通过抽气管1继续抽真空1h，在压力差的作用下，水会逐渐地由下而上地饱和渗水石；第四步：如图5(d)所示，渗水石完全没入水中，继续抽真空1h后停止，整个小室用脱了气的水填满。最后，用数字式压力-体积控制仪，通过灌水管3对小室中的水施加2MPa的压力，压力施加采用阶梯式递增的方式，每一步增加200kPa，达到2MPa后保持48h。这样，张力计就完成了第一次饱和过程。张力计完成了它的第一次饱和后，可以用来测量吸力了。在每次测量结束后，必须将张力计放入饱和室中重新进行饱和，但过程可以简化，只需要在2MPa水压力作用下保持48h即可。

Claims (4)

1.一种用于张力计饱和的简易装置，由饱和室（11）、饱和室密封盖（6）、张力计固定盘（7）三部分组成；饱和室是由圆柱形不锈钢块体（5）加工而成的圆锥型腔体；圆锥型腔体上部设置有抽气管孔（2）；圆锥型腔体左、右部分别设置有一个抽气管孔（1）和一个灌水管管孔（3）；所述三个管孔等径并带内螺纹；饱和室密封盖（6）覆盖联接在饱和室底端，密封盖中部插设有张力计固定盘（7）；张力计固定盘（7）上设置有张力计安装孔。

2.根据权利要求1所述之用于张力计饱和的简易装置，其特征在于，饱和室密封盖（6）由一块圆形不锈钢板加工而成；外圈圆周均匀地钻有六个用于和饱和室紧固的M5螺纹孔。

3.根据权利要求1所述之用于张力计饱和的简易装置，饱和室及其密封盖交界面上设置有用以保证饱和室密封性的橡胶垫圈（8）。

4.根据权利要求1所述之用于张力计饱和的简易装置，其特征在于，张力计固定盘（7）中央具有用于和密封盖紧固台阶结构，台阶的顶部插接在饱和室和密封盖中部形成与密封盖密合；固定盘（7）外圈圆周均匀设置有三个用于和密封盖紧固的M4螺纹孔。