CN104165981B - 一种固结试验中吸力量测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种固结试验中吸力量测装置，整体由四个圆形不锈钢部件制成，从上到下依次为：试样盒、试验装置底座、张力计固定板和垫块。试样盒和试验装置底座交界面之间垫一环形橡胶垫圈以保证试样盒的密封性。张力计固定板中央加工成阶梯型，垫块支承上部荷载，其下部预留张力计布线孔。本发明装置实现了在非饱和土的固结试验中共同进行固结参数和吸力参数量测；使土体与张力计紧密贴合以及采用橡胶膜防止水分蒸发保证量测结果准确性，具有经济实用、操作简便、使用方便、量测结果可靠的优点。

Description

一种固结试验中吸力量测装置

技术领域

本发明专利涉及一种室内非饱和土力学实验中用于测量土体基质吸力的装置，尤其是公开一种在非饱和土固结试验中既量测固结参数又量测土体吸力参数的装置及其使用方法。

背景技术

在吸力量测技术中，目前应用较多的主要如下四种：轴平移法、张力计法、滤纸法和电热传导传感器法。其中张力计技术可以直接测量负孔隙水压力，当孔隙气压力等于大气压力时负孔隙水压力等于基质吸力。张力计测量结果的精确度取决于土体与张力计之间是否接触良好。因此在实际的室内试验中，欲测量土体中的吸力，一般是将张力计(已充水饱和)的陶瓷头直接插入土体中。

然而，将张力计的陶瓷头直接插入土中并保证两者接触良好并非易事。首先，张力计上的陶瓷头比较脆弱，容易破碎，在插入过程中稍不注意便有可能损坏，这一点在野外试验中更容易出现。其次，如果土体和陶瓷头接触不良好，测量范围将会受到“气蚀”现象的影响。因此，有必要设计一种装置或者采用一种方法，在既保证不用将张力计插入土中便能保证土体和张力计接触良好的基础上，又能保证装置的气密性和水密性良好，不会出现“气蚀”现象。

如果要在非饱和土的固结试验中用张力计量测土体吸力，同时得到固结参数和吸力参数，直接将张力计插入尺寸有限的土样内必将影响量测结果：张力计插入土体中，其作用相当于桩插入土中，直接影响固结试验结果；固结试验轴向荷载通过土体传递至张力计，其作用效果将直接影响吸力量测值。

基于以上所述张力计的局限性和非饱和土固结试验中吸力量测的需要，设计此固结试验吸力量测装置及其使用方法。

发明内容

本发明旨在于提供一种简易实用、操作简便、量测准确的的吸力量测装置。在结合现有吸力量测技术的基础上，对现有技术进行优化与改进，以达到经济实用、操作简便、使用方便、量测结果可靠的目的。

本专利解决上述吸力量测技术的方案是：

一种固结试验中吸力量测装置，整体由四个圆形不锈钢构件制成，从上到下依次为：试样盒1、试验装置底座2、张力计固定板4和垫块6；各部分之间用内六角螺栓连接紧固；试样盒1中间为内表面光滑平直的用于盛放待检测土样的圆柱形空腔，。试样盒周围均匀地钻六个用于和装置底座连接紧固的M5螺纹孔。

所述试验装置底座，由圆柱形不锈钢加工而成。根据所选用的张力计类型和尺寸的不同，中间加工成适应于选定的张力计的安装孔，以插入张力计。本实施例中将张力计安装孔加工成适用于安装ImperialCollege类型张力计的尺寸。装置底座起承上启下的作用，通过螺栓将吸力量测装置四部分连接成整体。

所述张力计固定板，由圆柱形不锈钢板加工而成，外径宜比张力计安装孔稍大并便于和密封盖固定为宜。张力计固定板中央加工成阶梯型，形成与密封盖密合的形状；外圈圆周均匀的钻三个M4螺纹孔，用于和试验装置底座紧固。

所述试验装置底座和张力计固定板用M4螺栓进行紧固，密合后形成的张力计安装孔，用于安装张力计。

所述垫块，由圆柱形不锈钢加工而成，其主要作用是支承上部荷载。为节约材料和减轻重量，中间可加工成空心，下部预留张力计布线孔。

所述试验装置底座和垫块用三个M5螺栓紧固，使上部构建全部支承于垫块上，承受试验过程中的上部荷载。轴向荷载通过固结仪的加载装置(如杠杆加载，液压加载等)实现。

本发明固结试验中吸力量测装置，使用时用一块黑色橡胶膜在土体上方形成一个高度约1.5cm的空间，防止试验过程中水分蒸发以及空气压力影响孔隙气压力，从而可能影响试验结果。

本发明装置通过土样底部张力计上表面的严密接合，保证量测结果的准确性，避免了室内试验中将张力计插入土中引起的量测结果不准确。

本发明装置结合现有吸力量测技术进行优化与改进，经济实用、操作简便、量测结果可靠。在多项关于非饱和土力学的课题研究中，经多次实验验证，用此固结试验中吸力量测装置及其使用方法测得的室内土体吸力值结果较准确。

本发明实现了非饱和土的固结试验中共同进行固结试验和吸力参数量测，其优点主要体现在：一是通过土样底部张力计上表面的严密接合，保证量测结果的准确性，避免了室内试验中将张力计插入土中引起的量测结果不准确；二是用一块黑色橡胶膜在土体上方形成一个高度约1.5cm的空间，防止试验过程中水分蒸发以及空气进入影响试验结果。

附图说明

图1是固结试验中吸力量测装置结构示意图。

图2是试样盒的立面图；图3是试样盒的平面图。

图4是装置底座的立面图；图5是装置底座的平面图。

图6是张力计固定板立面图；图7是张力计固定板的平面图。

图8是垫块的立面图；图9是垫块的平面图。

图10是本实施例中使用此固结试验中吸力量测装置测量吸力的示意图。

图中：1是试样盒，2是量测装置底座，3是橡胶垫圈，4是张力计固定板，5是ImperialCollege类型张力计，6是垫块，7是M5内六角螺栓，用于试样盒、垫块与装置底座之间的紧固螺栓，8是M4内六角螺栓，用于装置底座与张力计固定板之间的紧固螺栓，9是布线孔，10是黑色橡胶膜，11是M5螺纹孔，12是M4螺纹孔，13是适用于ImperialCollege类型张力计安装孔,14待检测土样。

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施方式，以此类型的吸力量测装置中安装ImperialCollege类型张力计为例，对本发明及其使用方法作详细的说明。

图1至图9给出了固结试验中吸力量测装置的结构示意图及各细部构件的立面图和平面图。一种固结试验中吸力量测装置，主要由四个不锈钢部件组装而成，这四个主要部件为：试样盒、装置底座、张力计固定板、垫块。其中装置底座起联接试样盒、张力计固定板和垫块的作用，后者通过内六角螺栓与前者联接成整体。

所述试样盒1，中间加工成圆柱形空腔，用于盛放待检测土样14。试样盒周围均匀地钻六个M5螺纹孔11，用于和装置底座2连接紧固。在安装试样盒1和装置底座2时，为保证装置内待检测土样14的气密性和保水性，应在底座2上开环形槽，以安装橡胶垫圈3。同时加工装置底座时，应严格控制与土样接触面的平整性，这样才能保证张力计5的表面与土样14的表面完全贴合，从而确保测试的准确性。

所述张力计固定板4，外径宜比张力计安装孔13稍大并便于和底座2固定为宜。张力计固定板4中央加工成阶梯型，形成与底座密合的形状；外圈圆周均匀的钻三个M4螺纹孔12，用于和底座紧固。

所述垫块6，其主要作用是支承上部部件与加载荷载。为节约材料和减轻重量，中间可加工成空心，下部预留张力计布线孔9。装置底座2和垫块6用三个M5螺栓紧固连接。

进行吸力量测前，要对各个部件进行安装：先将张力计固定板4安装好，与装置底座2形成密合的张力计安装孔13；其次将张力计5(张力计使用前应进行饱和)插入安装孔内，张力计的电源线和测试线通过布线孔9与外部仪器相接，并保证张力计上表面与底座底面无缝接合，防止漏水漏气；然后安装橡胶垫圈3和试样盒1；最后将安装好的以上诸部件安放到垫块上，通过六个M5螺栓连接紧固垫块6和底座2，整个吸力量测装置安装完成。

进行吸力量测时，其实施方法可如图10所示。其中竖向荷载通过固结仪的竖向加载杆施加。将待检测土样14放置在试样盒1内，然后把一个自重较轻的盖子置于其上，并且保证盖子可以在试样盒内自由地上下滑动。随后将施加竖向荷载的活塞固定在盖子上，最后将一块黑色橡胶膜10罩住土和盖子，其主要作用是避免土中水分蒸发而造成的吸力变化而导致测量结果的不准确。值得注意的是：黑色橡胶膜并非紧贴盖子，而是在周围留有一个高约1.5cm的“气袋”空间。若实验过程中土试验中的孔隙空气压力大于大气压，气体将会被挤到此“气袋”中，土中的空气压力值能够继续保持零值，保证张力计测量到的数值就是土的吸力。实施过程中，对土体进行分级加载，当试样盒内土体14达到一定的变形标准时，等待吸力值稳定，记录读数后，再施加下一级荷载。

在此发明中，保证量测结果准确性的措施主要有两个：一是通过土样底部张力计上表面的严密接合，保证量测结果的准确性，避免了室内试验中将张力计插入土中引起的量测结果不准确；二是用一块黑色橡胶膜在土体上方形成一个高度约1.5cm的空间，防止试验过程中水分蒸发以及空气进入影响试验结果。

Claims (3)

1.一种固结试验中吸力量测装置，其特征在于，整体由四个圆形不锈钢构件制成，从上到下依次为：试样盒(1)、试验装置底座(2)、张力计固定板(4)和垫块(6)；各部分之间用内六角螺栓连接紧固；

所述试样盒(1)中间为内表面光滑平直的用于盛放待检测土样的圆柱形空腔，试样盒周围均匀地钻六个用于和试验装置底座连接紧固的M5螺纹孔。

2.根据权利要求1所述之固结试验中吸力量测装置，其特征在于，试样盒和试验装置底座两者交界面上垫有一环形橡胶垫圈以保证试样盒的密封性；试样盒和试验装置底座采用均匀分布的六个内六角M5螺栓进行无缝紧固。

3.根据权利要求1所述之固结试验中吸力量测装置，其特征在于，所述张力计固定板外径比张力计安装孔稍大以便于和试验装置底座固定；张力计固定板中央加工成阶梯型，形成与试验装置底座密合的形状，其外圈圆周均匀的钻三个用于和试验装置底座紧固M4螺纹孔。