CN105891445B - 一种岩土干湿循环试验装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种岩土干湿循环试验装置及其使用方法，其特征在于，包括设置于称重装置（2）上的加载装置（1）和用于给所述加载装置（1）内的试样装置加热的加热装置（3）；所述加载装置（1）包括水平设置于所述称重装置（2）上的底座（4），所述底座（4）上从左到右依次垂直设置有固定挡板（5）和活动挡板（6），所述固定挡板（5）底端固定设置于所述底座（4）上，所述活动挡板（6）底端搭接于所述底座（4）上，所述底座（4）上设置有用于限定所述活动挡板（6）位置的挡坎（12）。本发明提供的一种岩土干湿循环试验装置及其使用方法，可以对土体施加荷载，并能够实时精确监控土体含水率和变形。

Description

一种岩土干湿循环试验装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及一种岩土干湿循环试验装置及其使用方法，具体涉及一种在有荷情况下可以实时监控岩土含水率与变形的干湿循环试验装置及其使用方法。

背景技术

我国因边坡失稳而导致巨大的经济损失和人员伤亡事例已经屡见不鲜，引起边坡失稳的因素众多，其中大量研究表明干湿循环作用引起岩土土体强度降低是边坡失稳的内在因素和决定因素。

土体经过干湿循环后，土体的强度以及细观结构发生变化。现有的岩土干湿循环试验装置主要分为两类，有荷条件下的干湿循环试验装置及无荷条件下的干湿循环试验装置。有荷条件下干湿循环试验装置（如CN102944481A）虽然能对土体进行有荷条件下的干湿循环试验，但是却不能精准的控制试样的含水率，且干湿循环试验周期较长。一种岩土样加速干湿循环的试验装置（CN201510405434.4）能够提高干湿循环试验周期，但是仍然不能准确的控制试样的含水率，且试验装置较为复杂，难以实现。无荷条件下的干湿循环试验装置（如CN103776982A），虽然能够较为精准的控制了试样的含水率，但是却不能模拟有荷条件下的干湿循环试验，且控制程序较为复杂，难以实现。

由于传统的土样干湿循环试验主要依靠人工不断称量试样的质量或根据试验经验估算的方法来控制试样的含水率，过程繁琐，且对试样干扰较大，甚至试样实际含水率与设计含水率偏差很大，导致试验结果的离散性较大。因此精准的控制干湿循环过程中试样的含水率对于试验有着至关重要的意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种可以对土体施加荷载，并能够实时精确监控土体含水率和变形的岩土干湿循环试验装置，并公开其使用方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种岩土干湿循环试验装置，其特征在于，包括设置于称重装置上的加载装置和用于给所述加载装置内的试样装置加热的加热装置；所述加载装置包括水平设置于所述称重装置上的底座，所述底座上从左到右依次垂直设置有固定挡板和活动挡板，所述固定挡板底端固定设置于所述底座上，所述活动挡板底端搭接于所述底座上，所述底座上设置有用于限定所述活动挡板位置的挡坎，所述固定挡板和活动挡板之间活动式夹有压杆；所述固定挡板的左侧面上对称式固定设置有两个恒力弹簧支架，每个所述恒力弹簧支架上均上下式均匀设置有两个恒力弹簧，所述恒力弹簧与拉杆末端相连，所述拉杆前端依次穿过所述固定挡板和活动挡板后由螺栓固定；所述试样装置夹于所述固定挡板和活动挡板之间；所述固定挡板与活动挡板上均设置有用于加速脱水的开孔；所述活动挡板右端的所述底座上设置有位移检测装置。

所述试样装置包括试样，所述试样两端均设置有圆柱形透水石，所述试样和透水石之间设置有过滤装置，所述试样、透水石和过滤装置均设置于圆柱形的三瓣模内，所述三瓣模外部紧箍有圆环。

所述加热装置包括取暖器；所述称重装置包括电子秤。

所述过滤装置包括滤纸。

所述三瓣模和圆环的材质均包括钢。

所述位移检测装置包括千分表，所述千分表的头部抵住所述活动挡板右侧面，所述千分表与电脑相连。

所述拉杆的末端为扩大端，所述扩大端与所述恒力弹簧相连，所述拉杆的前端为螺栓固定端，所述螺栓固定端上设置有螺纹。

拉杆的末端位于恒力弹簧支架外部，4根拉杆均为水平设置。

4根所述拉杆均匀分布于所述固定挡板和活动挡板的四角处。

所述电子秤与电脑相连。

一种岩土干湿循环试验装置的使用方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一：调整恒力弹簧使其拉力达到试验要求；

步骤二：将活动挡板拉至挡坎右侧，使挡坎卡住活动挡板底端，并用压杆撑住活动挡板顶端；

步骤三：将试样、依次位于试样两端的过滤装置和透水石放入三瓣模内后用圆环紧箍三瓣模外部，形成试样装置，然后将试样装置放于固定挡板和活动挡板之间，并使透水石与固定挡板或活动挡板相对应；取下压杆，将活动挡板拉至挡坎左侧，使活动挡板在恒力弹簧的拉力下压紧试样，然后将千分表归零；

步骤四：加湿过程：根据干湿循环最大含水率计算出试样需要加入的水量，将试样装置整体取下并垂直放置，用注射器沿透水石向试样缓慢地加水至计算水量；如果试样含水率需要达到饱和状态，则直接将试样装置浸泡在水中直至饱和；加湿完成后将试样装置放回至加载装置进行干湿循环试验；

步骤五：干燥过程：首先将千分表进行清零，将加载装置连同试样装置直接放在电子称上，根据最小含水率计算出试样的质量，打开取暖器直接照射试样，同时打开电脑进行质量及变形数据采集，电脑根据试样质量变化计算出试样的含水率变化；当试样达到最低含水率时，电脑发出信号，至此干燥过程结束。

本发明实时精确监测含水率的原理是：在土样（即试样）干燥的过程中，水分逐渐丧失，土样的质量也逐渐减小，因此可以通过测量土样质量来监测其含水率。然而，常规加载方式为对土样施加竖直荷载，并不能直接称量土样质量。本发明提出一种水平施加荷载的方式对土样施加荷载。荷载施加方式为恒力弹簧（即发条弹簧），在施加荷载过程中既可以适应土样的形变而荷载基本不变，又可以不将荷载传递到电子秤。由于恒力弹簧及试样装置总重量并不大，因此可以采用精度较高的电子秤对其检测。因此，本发明相对于现有岩土干湿循环试验装置具有以下优势：

第一，加载装置置于与电脑相连的电子秤上，可以实时精确监测土样质量变化，从而监测其含水率变化。

第二，采用水平施加荷载方式，使得荷载并不会通过试样装置传递到电子秤，不需要量程太大的电子秤，因此可以采用精度较高的电子称，使含水率的控制更加精确。

第三，通过恒力弹簧对土样施加荷载，使得在土样干燥过程中，荷载可以基本保持不变。

说明书附图

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明中加载装置的结构示意图；

图3为图2的图左视图；

图4为图2的俯视图；

图5为本发明中试样装置的结构示意图；

图6为本发明中试验前活动挡板位置示意图；

图7为本发明中试验时活动挡板位置示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图1~图7所示，一种岩土干湿循环试验装置，由加载装置1，称重装置2和加热装置3组成。加载装置1包括底座4，固定挡板5和活动挡板6，活动挡板6可以沿着四根拉杆9进行移动。固定挡板5上焊有两个恒力弹簧支架7，每个恒力弹簧支架7上安装上下两个恒力弹簧8，每个恒力弹簧8与一根拉杆9相连。拉杆9两端分别为扩大端10与螺栓固定端11。试验前，加载装置1底座4上的挡坎12与顶部的压杆13共同起到固定活动挡板6作用。固定挡板5与底座4焊接固定，恒力弹簧支架7与固定挡板5由螺丝固定。拉杆9自扩大端10依次穿过恒力弹簧8、固定挡板5和活动挡板6，并紧拉活动挡板6。底座4右端固定有一个位移检测装置14，位移检测装置14为千分表，其头部抵住活动挡板6，用来观测活动挡板6的位移，即土样的变形，并与电脑相连，实时采集变形数据。试样15位于两个挡板之间，试样15两端为两块圆柱形透水石16，试样15与透水石16之间夹有一层过滤装置17，过滤装置17为滤纸，钢制三瓣模18和钢制圆环19包裹透水石16和试样15。固定挡板5与活动挡板6中央开孔以加速脱水。称重装置2为电子秤，电子秤与电脑相连实时输出加载装置1和试样装置的总重量，由电脑计算出土样含水率。加热装置3为日常小太阳取暖器。

一种岩土干湿循环试验装置的使用方法，调整恒力弹簧8使拉力达到试验要求，将活动挡板6拉至挡坎12，使挡坎12卡住活动挡板6，并用压杆13撑住活动挡板6，然后分别将试样15及透水石16放入三瓣模18内，并在试样15与透水石16之间放入一片滤纸。取下压杆13，松开活动挡板6使其在恒力弹簧8的拉力下，压紧试样15，然后将千分表归零。加湿过程：根据干湿循环最大含水率计算出试样15需要加入的水量，将试样装置整体取下（试样仍处在有荷条件下）并垂直放置，用注射器沿透水石16向试样15缓慢地加水，如果试样15含水率需要达到饱和状态，则直接将试样装置浸泡在水中直至饱和。干燥过程：首先将千分表进行清零将加载装置1连同试样装置直接放在电子称上，根据最小含水率计算出试样15的质量，打开小太阳取暖器直接照射试样15，同时打开电脑进行质量、变形数据采集，电脑根据试样15质量变化计算出试样的含水率变化。当试样达到最低含水率时，电脑会发出信号，至此干燥过程结束。

本实施例提供了该岩土干湿循环试验装置的一种常见使用方式，除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式，主要涉及了岩土干湿循环试验过程中的含水率与变形实时观测方法和水平施加荷载的方法，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均在本发明要求的保护范围。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种岩土干湿循环试验装置，其特征在于，包括设置于称重装置（2）上的加载装置（1）和用于给所述加载装置（1）内的试样装置加热的加热装置（3）；所述加载装置（1）包括水平设置于所述称重装置（2）上的底座（4），所述底座（4）上从左到右依次垂直设置有固定挡板（5）和活动挡板（6），所述固定挡板（5）底端固定设置于所述底座（4）上，所述活动挡板（6）底端搭接于所述底座（4）上，所述底座（4）上设置有用于限定所述活动挡板（6）位置的挡坎（12），所述固定挡板（5）和活动挡板（6）之间活动式夹有压杆（13）；所述固定挡板（5）的左侧面上对称式固定设置有两个恒力弹簧支架（7），每个所述恒力弹簧支架（7）上均上下式均匀设置有两个恒力弹簧（8），所述恒力弹簧（8）与拉杆（9）末端相连，所述拉杆（9）前端依次穿过所述固定挡板（5）和活动挡板（6）后由螺栓固定；所述试样装置夹于所述固定挡板（5）和活动挡板（6）之间；所述固定挡板（5）与活动挡板（6）上均设置有用于加速脱水的开孔；所述活动挡板（6）右端的所述底座（4）上设置有位移检测装置（14）。

2.根据权利要求1所述的一种岩土干湿循环试验装置，其特征在于：所述试样装置包括试样（15），所述试样（15）两端均设置有圆柱形透水石（16），所述试样（15）和透水石（16）之间设置有过滤装置（17），所述试样（15）、透水石（16）和过滤装置（17）均设置于圆柱形的三瓣模（18）内，所述三瓣模（18）外部紧箍有圆环（19）。

3.根据权利要求1所述的一种岩土干湿循环试验装置，其特征在于：所述加热装置（3）是取暖器；所述称重装置（2）是电子秤。

4.根据权利要求2所述的一种岩土干湿循环试验装置，其特征在于：所述过滤装置（17）是滤纸。

5.根据权利要求2所述的一种岩土干湿循环试验装置，其特征在于：所述三瓣模（18）和圆环（19）的材质均是钢。

6.根据权利要求1所述的一种岩土干湿循环试验装置，其特征在于：所述拉杆（9）的末端为扩大端（10），所述扩大端（10）与所述恒力弹簧（8）相连，所述拉杆（9）的前端为螺栓固定端（11），所述螺栓固定端（11）上设置有螺纹。

7.根据权利要求1所述的一种岩土干湿循环试验装置，其特征在于：4根所述拉杆（9）均匀分布于所述固定挡板（5）和活动挡板（6）的四角处。

8.根据权利要求3所述的一种岩土干湿循环试验装置，其特征在于：所述电子秤与电脑相连。

9.根据权利要求8所述的一种岩土干湿循环试验装置，其特征在于：所述位移检测装置（14）是千分表，所述千分表的头部抵住所述活动挡板（6）右侧面，所述千分表与电脑相连。

10.采用权利要求9所述的一种岩土干湿循环试验装置的使用方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一：调整恒力弹簧（8）使其拉力达到试验要求；

步骤二：将活动挡板（6）拉至挡坎（12）右侧，使挡坎（12）卡住活动挡板（6）底端，并用压杆（13）撑住活动挡板（6）顶端；

步骤三：将试样（15）、依次位于试样（15）两端的过滤装置（17）和透水石（16）放入三瓣模（18）内后用圆环（19）紧箍三瓣模（18）外部，形成试样装置，然后将试样装置放于固定挡板（5）和活动挡板（6）之间，并使透水石（16）与固定挡板（5）或活动挡板（6）相对应；取下压杆（13），将活动挡板（6）拉至挡坎（12）左侧，使活动挡板（6）在恒力弹簧（8）的拉力下压紧试样（15），然后将千分表归零；

步骤四：加湿过程：根据干湿循环最大含水率计算出试样（15）需要加入的水量，将试样装置整体取下并垂直放置，用注射器沿透水石（16）向试样（15）缓慢地加水至计算水量；如果试样（15）含水率需要达到饱和状态，则直接将试样装置浸泡在水中直至饱和；加湿完成后将试样装置放回至加载装置（1）进行干湿循环试验；

步骤五：干燥过程：首先将千分表进行清零，将加载装置（1）连同试样装置直接放在电子称上，根据最小含水率计算出试样（15）的质量，打开取暖器直接照射试样（15），同时打开电脑进行质量及变形数据采集，电脑根据试样（15）质量变化计算出试样（15）的含水率变化；当试样（15）达到最低含水率时，电脑发出信号，至此干燥过程结束。