CN104897876A - 膨胀土二维膨胀仪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及膨胀土二维膨胀仪，可有效解决膨胀仪同时测得竖向和侧向两个方向的膨胀变形和膨胀力的问题，技术方案是，包括试验台和设置在试验台上的压力室，压力室是由上下相间设置的底板、顶板和前、后相间设置的前夹板、后夹板围成的左右两端开口的方形管状结构，两侧压板、加压板、底板、前夹板和后夹板之间共同围成的空间构成试验土样的容纳空间，滑动机构经柔性绳与设置在试验台上的加载机构相连，传压板上设置有用于测量其竖向位移的第一位移传感器，传力杆上设置有用于测量其水平位移的第二位移传感器；本发明结构新颖独特，简单合理，易生产，易操作，成本低，一台仪器即可进行膨胀变形或膨胀力试验，使用方便，效果好。

Description

膨胀土二维膨胀仪

技术领域

本发明涉及试验仪器，特别是一种膨胀土二维膨胀仪。

背景技术

膨胀土是一种遇水膨胀的特殊土，其膨胀性会对周围的工程造成危害。因此测定膨胀土在恒定荷载作用下的膨胀变形，以及恒定体积下的膨胀力，有助于指导工程实践。

传统的膨胀土膨胀仪是在一维固结仪的基础上发展起来的，它仅能测得有侧限条件下的竖向膨胀变形或膨胀力，无法得到侧向的膨胀变形或膨胀力。而通过常规三轴仪改装的三轴膨胀仪仅能测得体积变形，无法直接测得侧向变形，更不能测得膨胀力。基于此原因，探索一种能够同时测得竖向和侧向两个方向的膨胀变形和膨胀力的仪器来进行膨胀试验，是本领域技术人员渴望解决的技术问题。

发明内容

针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本发明之目的就是提供一种膨胀土二维膨胀仪，可有效解决膨胀仪同时测得竖向和侧向两个方向的膨胀变形和膨胀力的问题。

本发明解决的技术方案是，

一种膨胀土二维膨胀仪，包括试验台和设置在试验台上的压力室，压力室是由上下相间设置的底板、顶板和前、后相间设置的前夹板、后夹板围成的左右两端开口的方形管状结构，底板上开有上下贯通的进水孔，进水孔上方在顶板上开有上下贯通的加载通道，进水孔下方在试验台下部设置有固定板，固定板上经转轴装有杠杆，杠杆的两端分别设置有平衡锤和砝码盘，砝码盘与转轴之间在杠杆上经轴承装有竖直的加压杆，加压杆经试验台上的通孔向上伸出试验台上端面，通孔处的加压杆上设置有螺纹段，试验台上方和下方在加压杆的螺纹段上分别设置有固定螺母，加载通道上方在加压杆上部装有水平的传压板，传压板上固定装有竖直向下经加载通道伸入压力室内的螺杆，伸入一端的下端部设置有水平的加压板，加压板与传压板之间的螺杆上设置有第一应力传感器，加压板左右两侧在底板、顶板之间设置有沿压力室内腔左右滑动的侧压板，两侧压板、加压板、底板、前夹板和后夹板之间共同围成的空间构成试验土样的容纳空间，两侧压板外侧分别经传力杆与设置在试验台上的滑动机构相连，传力杆上分别设置有第二应力传感器和可拆卸的销钉，试验台上设置有与销钉相对应的固定孔，构成侧压板的定位结构，滑动机构经柔性绳与设置在试验台上的加载机构相连，传压板上设置有用于测量其竖向位移的第一位移传感器，传力杆上设置有用于测量其水平位移的第二位移传感器。

本发明结构新颖独特，简单合理，易生产，易操作，成本低，一台仪器即可进行膨胀变形或膨胀力试验，使用方便，效果好，是膨胀土试验装置上的创新。

附图说明

图1为本发明的剖面主视图。

图2为本发明的俯视图。

图3为本发明加压杆与试验台连接位置的局部剖面示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。

由图1-3给出，本发明包括试验台1和设置在试验台上的压力室，压力室是由上下相间设置的底板5、顶板10和前、后相间设置的前夹板3、后夹板4围成的左右两端开口的方形管状结构，底板5上开有上下贯通的进水孔29，进水孔上方在顶板上开有上下贯通的加载通道11，进水孔29正下方在试验台上同样开有的通孔，该通孔与进水孔相连通，共同形成试验空间的进水通道，进水孔46下方在试验台下部设置有固定板23，固定板23上经转轴22装有杠杆20，杠杆20的两端分别设置有平衡锤24和砝码盘25，砝码盘25与转轴22之间在杠杆20上经轴承21装有竖直的加压杆19，加压杆19经试验台上的通孔1a向上伸出试验台上端面，通孔处的加压杆上设置有螺纹段19a，试验台上方和下方在加压杆的螺纹段上分别设置有固定螺母45，用于将加压杆与试验台固定或分离，加载通道11上方在加压杆19上部装有水平的传压板16，传压板16上固定装有竖直向下经加载通道伸入压力室内的螺杆14，伸入一端的下端部设置有水平的加压板12，加压板12与传压板16之间的螺杆上设置有第一应力传感器13，加压板12左右两侧在底板5、顶板10之间设置有沿压力室内腔左右滑动的侧压板7，两侧压板、加压板、底板、前夹板和后夹板之间共同围成的空间构成试验土样47的容纳空间，两侧压板7外侧分别经传力杆26与设置在试验台上的滑动机构相连，传力杆26上分别设置有第二应力传感器28和可拆卸的销钉30，试验台上设置有与销钉相对应的固定孔，构成侧压板的定位结构，滑动机构经柔性绳40a与设置在试验台上的加载机构相连，传压板16上设置有用于测量其竖向位移的第一位移传感器17，第一位移传感器17由第一传感器支架18固定，传力杆26上设置有用于测量其水平位移的第二位移传感器44，第二位移传感器44由第二传感器支架43固定。

为保证使用效果，所述的进水孔29处在底板5上开有槽，槽内设置有上端面与底板上表面齐平的底座6，底座上均布有上下贯通的通水孔6a，通水孔6a与进水孔29相连通，构成过水通道，试验土样47放置在底座6上，试验土样47与其正上方的加压板12之间设置有顶帽8，顶帽上均布有上下贯通的透气孔；

所述的滑动机构有两个，分别与两侧压板7一一对应，每个滑动机构均包括刚性杆33a、33b，装在所述刚性杆两端的主动轴34a、34b、从动轴31a、31b，主动轴上装有主动轮、从动轴上装有从动轮，如图2所示，主动轴34a上装有主动轮35a，从动轴31a上装有从动轮35b，主动轴34b上装有主动轮32a，从动轴31b上装有从动轮32b，主动轮和从动轮均置于试验台两侧的承台42上，传力杆26的一端与侧压板7固定在一起，另一端与主动轴固定在一起，从动轴上装有柔性绳，柔性绳与设置在试验台上的加载机构相连，构成侧压板的驱动结构，两滑动机构交叉重叠处可在轴上设置穿孔36，刚性杆可从穿孔内穿过，以保证两滑动机构位于同一水平高度；

所述的加载机构包括大直径轮39和与所述大直径轮同心并排装在一起的小直径轮37，大直径轮经轮架38设置在试验台上，柔性绳40a与小直径轮相连，大直径轮上绕装有加载用柔性绳40b，加载用柔性绳40b的自由端装有托盘41，托盘41上放置砝码会带动大直径轮39转动，从而使小直径轮37转动，小直径轮37上的柔性绳40a对从动轴施加拉力，拉力通过刚性杆传递至主动轴，进而主动轴将力通过传力杆传递给侧压板7，最终施加于试样上，大直径轮39的直径大于小直径轮37，使得在托盘41上施加较小的荷载就可以施加试样侧面以较大作用力；

所述的侧压板7上、下端面均装有两个以上滚轮27，滚轮27分别与底板5、顶板10接触，侧压板7可在顶板与底板间滑动，滚轮的安装可减少侧压板与顶板、底板间的摩擦，且保持侧压板的稳定性；

所述的顶板与底板的间距大于试验土样47的高度，使得试样在竖向、侧向可充分膨胀，侧压板7高度大于试验土样高度，当试样膨胀后，侧压板仍可以对试样整个侧面施加作用力；

所述的试验台下部有支撑腿2；所述的螺杆14上端经固定螺母15与传压板16固定在一起；

所述的试验土样47截面的长度同底座6的长度相等，试验土样的高度与宽度相等，试样的厚度与前夹板3、后夹板4间距离相等，试样的高度大于厚度五倍以上，从而保证试样近似处于平面变形状态。

使用时，先将前夹板3卸下，将已经制好的方形试验土样放置于底座6上，安装前夹板3，试样上部放置顶帽8，将加压板12与顶帽8接触，将左右两侧板7与试样接触，在砝码盘25及托盘41上同时放置荷载，荷载最终通过两侧压板7及顶帽8施加于试验土样，在荷载作用下试验土样变形稳定后，通过与底座6连接的管路向试样通水，试样吸水发生膨胀后产生的竖向及侧向变形将通过第一位移传感器17与第二位移传感器44测定；即可测得在固定荷载下膨胀土的竖向和侧向两个方向的膨胀变形情况；进行膨胀力试验时，将加压杆19通过旋装在其螺纹段19a上的固定螺母45与试验台固定在一起，使加压杆19固定，同时将销钉30插入承台42的孔中使传力杆26固定于承台上，使得侧压板7、加压板12、顶帽8固定，进而限制试样的变形，使其保持恒定体积，向试样通水后，试样的膨胀变形被限制，将对侧板及顶帽产生作用力，这些作用力通过第一应力传感器及第二应力传感器测得，即可测得在固定体积下膨胀土的竖向和侧向两个方向的膨胀力；与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、可利用同一台仪器进行膨胀变形或膨胀力试验；

2、底板与顶板间距离大于试样高度，使得试样在竖向、侧向可充分膨胀；

3、侧压板尺寸大于试样高度，当试样膨胀后，侧压板仍可以对试样整个侧面施加作用力；

4、侧压板上下面各装有两个以上滑轮，可减少侧板与顶板、底板间的摩擦，且保持侧板的稳定性；

5、侧向加载滑轮分为大、小滑轮，在托盘上施加较小的荷载就可以施加试样侧面以较大作用力；

6、主动滚轮轴、从动滚轮轴上安装滚轮，且位与同一水平高度，可使试验过程更加稳定。

申请人要指出的是，本申请上述指出的仅仅是一种实施例，并不是用于限制本申请的保护范围，凡是用等同或等同替代手段所做出与本申请技术方案本质上相同的技术方案均属于本申请的保护范围。

Claims (6)

1.一种膨胀土二维膨胀仪，包括试验台（1）和设置在试验台上的压力室，其特征在于，压力室是由上下相间设置的底板（5）、顶板（10）和前、后相间设置的前夹板（3）、后夹板（4）围成的左右两端开口的方形管状结构，底板（5）上开有上下贯通的进水孔（29），进水孔上方在顶板上开有上下贯通的加载通道（11），进水孔（46）下方在试验台下部设置有固定板（23），固定板（23）上经转轴（22）装有杠杆（20），杠杆（20）的两端分别设置有平衡锤（24）和砝码盘（25），砝码盘（25）与转轴（22）之间在杠杆（20）上经轴承（21）装有竖直的加压杆（19），加压杆（19）经试验台上的通孔（1a）向上伸出试验台上端面，通孔处的加压杆上设置有螺纹段（19a），试验台上方和下方在加压杆的螺纹段上分别设置有固定螺母（45），加载通道（11）上方在加压杆（19）上部装有水平的传压板（16），传压板（16）上固定装有竖直向下经加载通道伸入压力室内的螺杆（14），伸入一端的下端部设置有水平的加压板（12），加压板（12）与传压板（16）之间的螺杆上设置有第一应力传感器（13），加压板（12）左右两侧在底板（5）、顶板（10）之间设置有沿压力室内腔左右滑动的侧压板（7），两侧压板、加压板、底板、前夹板和后夹板之间共同围成的空间构成试验土样（47）的容纳空间，两侧压板（7）外侧分别经传力杆（26）与设置在试验台上的滑动机构相连，传力杆（26）上分别设置有第二应力传感器（28）和可拆卸的销钉（30），试验台上设置有与销钉相对应的固定孔，构成侧压板的定位结构，滑动机构经柔性绳（40a）与设置在试验台上的加载机构相连，传压板（16）上设置有用于测量其竖向位移的第一位移传感器（17），传力杆（26）上设置有用于测量其水平位移的第二位移传感器（44）。

2.根据权利要求1所述的膨胀土二维膨胀仪，其特征在于，所述的进水孔（29）处在底板（5）上开有槽，槽内设置有上端面与底板上表面齐平的底座（6），底座上均布有上下贯通的通水孔（6a），试验土样（47）放置在底座（6）上，试验土样（47）与其正上方的加压板（12）之间设置有顶帽（8），顶帽上均布有上下贯通的透气孔。

3.根据权利要求1所述的膨胀土二维膨胀仪，其特征在于，所述的滑动机构有两个，分别与两侧压板（7）一一对应，每个滑动机构均包括刚性杆（33a、33b），装在所述刚性杆两端的主动轴（34a、34b）、从动轴（31a、31b），主动轴上装有主动轮、从动轴上装有从动轮，主动轮和从动轮均置于试验台两侧的承台（42）上，传力杆（26）的一端与侧压板（7）固定在一起，另一端与主动轴固定在一起，从动轴上装有柔性绳，柔性绳与设置在试验台上的加载机构相连，构成侧压板的驱动结构。

4.根据权利要求1所述的膨胀土二维膨胀仪，其特征在于，所述的加载机构包括大直径轮（39）和与所述大直径轮同心并排装在一起的小直径轮（37），大直径轮经轮架（38）设置在试验台上，柔性绳（40a）与小直径轮相连，大直径轮上绕装有加载用柔性绳（40b），加载用柔性绳（40b）的自由端装有托盘（41）。

5.根据权利要求1所述的膨胀土二维膨胀仪，其特征在于，所述的侧压板（7）上、下端面均装有两个以上滚轮（27），滚轮（27）分别与底板（5）、顶板（10）接触。

6.根据权利要求1所述的膨胀土二维膨胀仪，其特征在于，所述的顶板与底板的间距大于试验土样（47）的高度，侧压板（7）高度大于试验土样高度。