CN105910867B - 一种快速制备不同含水率岩土试样的简便装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及室内岩土试样制备装置，更具体涉及可快速制备不同含水率岩土试样的简便装置，属于岩土工程技术领域。该制备装置由通气管路、通气泵、湿气瓶、补水管、补水泵、补水阀门、湿气流速控制阀门、干气流速控制阀门、试样皿、湿度计、电子秤组成，本发明的快速制备不同含水率岩土试样的简便装置解决了目前室内试验中预制的不同含水率岩土试样存在含水率里外不均、易崩解土样不易制备的难题，快速制备不同含水率岩土试样的简便装置结构合理、简单，易于制造，操作简单，实用性强，可普遍用于不同含水率岩土试样的快速制备。

Description

一种快速制备不同含水率岩土试样的简便装置
技术领域
本发明涉及室内岩土试样制备装置，更具体涉及可快速制备不同含水率岩土试样的简便装置，属于岩土工程技术领域。
背景技术
岩土工程中，干燥条件或自然条件下的岩土体强度满足施工要求，但当施工条件变化时，如暴雨、突涌水等，岩土体在含水条件下强度降低，同时发生不均匀大变形，极易诱发滑坡、围岩或周围土体失稳，给地基处理、基坑开挖、隧道施工、坡面加固等岩土工程施工带来许多问题。因此，水环境下的岩土体施工存在安全隐患，亟需揭示水作用下岩土体力学性质弱化机理。
含水率(含水率为水的质量与干燥试样质量的百分比)指标可反映岩土试样的干湿程度。为研究水对岩土体强度和变形的影响，一般开展对不同含水率的岩土试样进行不同应力路径的室内力学试验，试验前需先制备不同含水率的岩土试样。目前，不同含水率岩土试样的制备方法主要有：1)先将岩土试样用水饱和，再用烘干方法，强行失水不同时间而得；2)将烘干的岩样浸水不同时间，浸水时间不同导致岩土试样吸水程度有差异，从而得到不同含水率的岩土试样。以上两种制备方法较为简单，且制备时间较短，但是，由于岩土试样均有一定的几何形状和大小，在烘干失水或浸泡渗水过程中，水是按热传导的原理而动态变化的，因受几何形状限制，岩土试样内含水的分布不是均匀的，即若用烘干法制备则得到的是外干内湿的岩土试样，若用浸泡法得到的是外湿内干的岩土试样，这种不均匀程度随岩土材料的密实程度而异，对于致密的岩石试样，不均匀程度更为明显，试样内部的各向异性较为突出，力学试验过程中易出现局部应力集中，力学试验结果离散性尤为明显；另外，若土样遇水易崩解，制备过程不能接触液态水，不适用于现有制备方法和设备。
综上所述，目前制备不同含水率岩土试样存在含水率里外不均、易崩解土样无法制备等问题，研发一种可快速制备不同含水率岩土试样的简便装置制备里外含水率均匀一致的岩土试样，可为准确揭示水与岩土体耦合作用提供重要的技术支撑。
发明内容
本发明的目的是在于提供一种结构简单，使用方便，实用性强，可快速制备不同含水率岩土试样，且制备的试样里外含水率均匀程度高的简便装置。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术措施：
一种快速制备不同含水率岩土试样的简便装置，该制备装置由通气管路、通气泵、湿气瓶、补水管、补水泵、补水阀门、湿气流速控制阀门、干气流速控制阀门、试样皿、湿度计、电子秤组成，通气管路由第一通气管、第一T型管、第二通气管、第三通气管、第四通气管、第二T型管、第五通气管、第六通气管构成，第一通气管的一端连接通气泵，第一通气管的另一端与第一T型管的一个端口连通，第一T型管的另两个端口分别连接第二通气管的一端和第三通气管的一端，第二通气管沿第一密封塞中心线穿过，第一密封塞固紧于湿气瓶的上端，湿气瓶内装有蒸馏水，第二通气管的另一端位于蒸馏水底部，补水管和第四通气管竖直穿过第一密封塞，补水管和第四通气管的一端位于湿气瓶的顶部，补水管的另一端连接补水泵，补水管装有补水阀门，补水阀门位于补水泵与第一密封塞之间，第四通气管的另一端连接第二T型管的一个端口，第四通气管装有湿气流速控制阀门，湿气流速控制阀门位于第二T型管与第一密封塞之间，第二T型管的另两个端口分别连接第三通气管的另一端和第五通气管的一端，第三通气管装有干气流速控制阀门，干气流速控制阀门位于第一T型管和第二T型管之间，第二密封塞固紧于试样皿的上端，试样皿的下部开有凹槽型台阶，多孔隔板放置于凹槽型台阶上，多孔隔板开有通气孔，第五通气管竖直穿过第二密封塞的中心和多孔隔板的通气孔，第五通气管的另一端位于试样皿的底部，第六通气管穿过第二密封塞，第六通气管的一端位于试样皿的顶部，多孔隔板上放置湿度计和电子秤，电线的一端连接电子秤，电线的另一端穿过第二密封塞与电源连接，岩土试样放置于电子秤上。
所述的第二通气管、第三通气管、第四通气管的内径大小相等。
所述的第二通气管的中轴线与湿气瓶的中轴线共线。
所述的第五通气管的中轴线与试样皿的中轴线共线。
由于采用了以上技术方案，该快速制备不同含水率岩土试样的简便装置有以下优点：
1本制备装置由通气泵向通气管路输送干气，干气经第一T型管后分为两路，一路由第二通气管进入湿气瓶，通过湿气瓶蒸馏水的气体相对湿度为100％，此湿气通过第四通气管，另一路通过第三通气管，且仍为干气，两路气体在第二T型管处汇合，汇合气体通过第五通气管进入试样皿，汇合气体的相对湿度介于干气与湿气之间，由化学热力学单组分双向平衡理论，岩土试样在水组分气液双向化学势平衡过程中含水率指标将趋于定值，由于试样皿中的气体处于流动状态，所以制备过程较为快捷，可获得内外含水率均匀一致的岩土试样，且解决了遇水崩解土不易制备含水率试样的问题。
2由于第二通气管、第三通气管和第四通气管的内径大小相等，通过调节湿气流速控制阀门和干气流速控制阀门，可控制单位时间内通过第四通气管和第三通气管气体流量，也即控制湿气与干气流速比，达到调节汇合气体相对湿度的目的，因此，可通过调节湿气流速控制阀门和干气流速控制阀门得到不同含水率的岩土试样，控制过程简单快捷。
3当湿气瓶中的蒸馏水液面降低时，打开补水阀门，通过补水泵向湿气瓶中输送蒸馏水，可防止第二通气管位于湿气瓶中的管口高于蒸馏水液面，待蒸馏水补充完毕后，关闭补水阀门，整个补水过程操作简单。
4第二通气管的中轴线与湿气瓶的中轴线共线，第五通气管的中轴线与试样皿的中轴线共线，湿气瓶与试样皿中气体扩散均匀。
5试样皿中内置湿度计和电子秤，通过湿度计读数可方便获取试样皿中气体的相对湿度，通过电子秤读数可快速获得岩土试样的质量，计算岩土试样的含水率的过程方便快捷。
本发明的快速制备不同含水率岩土试样的简便装置解决了目前室内试验中预制的不同含水率岩土试样存在含水率里外不均、易崩解土样不易制备的难题，快速制备不同含水率岩土试样的简便装置结构合理、简单，易于制造，操作简单，实用性强，可普遍用于不同含水率岩土试样的快速制备。
附图说明
图1为本发明的快速制备不同含水率岩土试样的简便装置结构示意图；
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步说明，见附图。
一种快速制备不同含水率岩土试样的简便装置，该制备装置由通气管路、通气泵1、湿气瓶7、补水管4、补水泵3、补水阀门5、湿气流速控制阀门13、干气流速控制阀门11、试样皿19、湿度计22、电子秤23组成。
通气管路由第一通气管2、第一T型管9、第二通气管12、第三通气管10、第四通气管14、第二T型管15、第五通气管16、第六通气管17构成。
第一通气管2的一端连接通气泵1，第一通气管2的另一端与第一T型管9的一个端口连通，第一T型管9的另两个端口分别连接第二通气管12的一端和第三通气管10的一端，由通气泵向第一通气管2输送干气，干气经第一T型管9后分为两路，由于第二通气管12和第三通气管10的内径大小相等，单位时间内进入第二通气管12和第三通气管10的气体流量相等。
第二通气管12沿第一密封塞6中心线穿过，第一密封塞6固紧于湿气瓶7的上端，湿气瓶7内装有蒸馏水8，第二通气管12的另一端位于蒸馏水8底部，由于第二通气管12的中轴线与湿气瓶7的中轴线共线，经第二通气管12的干气通过蒸馏水8后，干气转为相对湿度为100％的湿气，并在湿气瓶7中均匀扩散。
补水管4和第四通气管14竖直穿过第一密封塞6，补水管4和第四通气管14的一端位于湿气瓶7的顶部，补水管4的另一端连接补水泵3，补水管4装有补水阀门5，补水阀门5位于补水泵3与第一密封塞6之间，当湿气瓶7中的蒸馏水8液面降低时，可打开补水阀门5，通过补水泵3向湿气瓶7中输送蒸馏水8，第四通气管14的另一端连接第二T型管15的一个端口，第四通气管14装有湿气流速控制阀门13，湿气流速控制阀门13位于第二T型管15与第一密封塞6之间，第二T型管15的另两个端口分别连接第三通气管10的另一端和第五通气管16的一端，第三通气管10装有干气流速控制阀门11，干气流速控制阀门11位于第一T型管9和第二T型管15之间，由于第三通气管10和第四通气管14的内径大小相等，单位时间内进入第三通气管10和第四通气管14的气体流量相等，通过调节干气流速控制阀门11和湿气流速控制阀门13，可控制单位时间内经第三通气管10和第四通气管14进入第二T型管15的干气与湿气的流量比，得到某一含水率的汇合气体。
第二密封塞18固紧于试样皿19的上端，试样皿19的下部开有凹槽型台阶，多孔隔板21放置于凹槽型台阶上，多孔隔板21开有通气孔，第五通气管16竖直穿过第二密封塞18的中心和多孔隔板21的通气孔，第五通气管16的另一端位于试样皿19的底部，由于第五通气管16的中轴线与试样皿19的中轴线共线，汇合气体经第五通气管16在试样皿19中均匀扩散，第六通气管17穿过第二密封塞18，第六通气管17的一端位于试样皿19的顶部，多孔隔板21上放置湿度计22和电子秤23，电线25的一端连接电子秤23，电线25的另一端穿过第二密封塞18与电源20连接，岩土试样24放置于电子秤23上，通过湿度计22读数可方便获取试样皿19中气体的相对湿度，通过电子秤23读数可快速获得岩土试样24的质量，方便计算岩土试样的含水率。
本发明的工作原理为：
(1)连接通气泵1与第一通气管2的一端，第一通气管2的另一端与第一T型管9的一个端口连接，第一T型管9的另两个端口分别连接第二通气管12的一端和第三通气管10的一端，湿气瓶7内装入蒸馏水8，第二通气管12沿第一密封塞6中心线穿过，第一密封塞6固紧于湿气瓶7的上端，第二通气管12的另一端伸入蒸馏水8底部。
(2)补水管4和第四通气管14的一端竖直穿过第一密封塞6至湿气瓶7的顶部，补水管4的另一端连接补水泵3，第四通气管14的另一端连接第二T型管15的一个端口，第二T型管15的另两个端口分别连接第三通气管10的另一端和第五通气管16的一端。
(3)第二密封塞18固紧于试样皿19的上端，多孔隔板21放置于试样皿19的下部的凹槽型台阶上，第五通气管16竖直穿过第二密封塞18的中心和多孔隔板21的通气孔，多孔隔板21上放置湿度计22和电子秤23，电线25的一端连接电子秤23，电线25的另一端穿过第二密封塞18与电源20连接，制备干燥岩土试样24，将岩土试样24放置于电子秤23上，读取电子秤23读数m1。
(4)关闭补水阀门5，调节湿气流速控制阀门13和干气流速控制阀门11，控制湿气与干气的流速比，湿度计22稳定至某一读数，待电子秤23的读数稳定后，读取电子秤23的读数m2。
(5)当湿气瓶7中的蒸馏水8液面降低时，可打开补水阀门5，通过补水泵3向湿气瓶7中输送蒸馏水8，蒸馏水补充完毕后，关闭补水阀门5。
(6)计算含水率w1＝(m2-m1)/m1×100％。
(7)将制备完毕的含水率w1的岩土试样24取出并保存，试样皿19放入新的一组干燥岩土试样24，调节湿气流速控制阀门13和干气流速控制阀门11，变换湿气与干气的流速比，湿度计22稳定至另一个读数，待电子秤23的读数稳定后读取电子秤23的读数，根据含水率公式计算含水率w2。
(8)取出岩土试样24并置换为新的一组干燥岩土试样24，不断重复以上工作，制得不同含水率的岩土试样24。

Claims (4)

1.一种快速制备不同含水率岩土试样的简便装置，其特征在于：该制备装置由通气管路、通气泵（1）、湿气瓶（7）、补水管（4）、补水泵（3）、补水阀门（5）、湿气流速控制阀门（13）、干气流速控制阀门（11）、试样皿（19）、湿度计（22）、电子秤（23）组成，通气管路由第一通气管（2）、第一T型管（9）、第二通气管（12）、第三通气管（10）、第四通气管（14）、第二T型管（15）、第五通气管（16）、第六通气管（17）构成，第一通气管（2）的一端连接通气泵（1），第一通气管（2）的另一端与第一T型管（9）的一个端口连通，第一T型管（9）的另两个端口分别连接第二通气管（12）的一端和第三通气管（10）的一端，第二通气管（12）沿第一密封塞（6）中心线穿过，第一密封塞（6）固紧于湿气瓶（7）的上端，湿气瓶（7）内装有蒸馏水（8），第二通气管（12）的另一端位于蒸馏水（8）底部，补水管（4）和第四通气管（14）竖直穿过第一密封塞（6），补水管（4）和第四通气管（14）的一端位于湿气瓶（7）的顶部，补水管（4）的另一端连接补水泵（3），补水管（4）装有补水阀门（5），补水阀门（5）位于补水泵（3）与第一密封塞（6）之间，第四通气管（14）的另一端连接第二T型管（15）的一个端口，第四通气管（14）装有湿气流速控制阀门（13），湿气流速控制阀门（13）位于第二T型管（15）与第一密封塞（6）之间，第二T型管（15）的另两个端口分别连接第三通气管（10）的另一端和第五通气管（16）的一端，第三通气管（10）装有干气流速控制阀门（11），干气流速控制阀门（11）位于第一T型管（9）和第二T型管（15）之间，第二密封塞（18）固紧于试样皿（19）的上端，试样皿（19）的下部开有凹槽型台阶，多孔隔板（21）放置于凹槽型台阶上，多孔隔板（21）开有通气孔，第五通气管（16）竖直穿过第二密封塞（18）的中心和多孔隔板（21）的通气孔，第五通气管（16）的另一端位于试样皿（19）的底部，第六通气管（17）穿过第二密封塞（18），第六通气管（17）的一端位于试样皿（19）的顶部，多孔隔板（21）上放置湿度计（22）和电子秤（23），电线（25）的一端连接电子秤（23），电线（25）的另一端穿过第二密封塞（18）与电源（20）连接，岩土试样（24）放置于电子秤（23）上。
2.根据权利要求1所述的一种快速制备不同含水率岩土试样的简便装置，其特征在于：所述的第二通气管（12）、第三通气管（10）、第四通气管（14）的内径大小相等。
3.根据权利要求1所述的一种快速制备不同含水率岩土试样的简便装置，其特征在于：所述的第二通气管（12）的中轴线与湿气瓶（7）的中轴线共线。
4.根据权利要求1所述的一种快速制备不同含水率岩土试样的简便装置，其特征在于：所述的第五通气管（16）的中轴线与试样皿（19）的中轴线共线。
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