CN106018743A - 一种可测体变的土水特征曲线测试装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可测体变的土水特征曲线测试装置，包括第一压力室、第二压力室、试样安装室和流量计，所述第一压力室和所述第二压力室之间通过管路连通，所述流量计安装在所述管路上，所述试样安装室设置在所述第一压力室内，所述试样安装室侧壁为弹性结构，传力杆底端从所述第一压力室顶板上插入所述第一压力室内并作用于所述试样安装室上。本发明可以实现在非饱和土土水特征曲线测试中精确测试试样的体积变化，不仅可以测试试样轴向的变形和应力，同时可以测试试样的体积变化。

Description

一种可测体变的土水特征曲线测试装置
技术领域
本发明涉及实验器材制造技术领域，尤其是一种可测体变的土水特征曲线测试装置。
背景技术
土水特征曲线是反映非饱和土基本性质的重要参数之一。目前对于土水特征曲线的测试技术相对较为成熟，现场可以通过张力计以及热电偶干湿计等装置进行测量；室内主要通过压力板仪以及滤纸法等方法进行测量。目前室内试验中使用较多的方法是通过压力板仪进行非饱和土土水特征曲线的测试，压力板仪基于轴平移技术，通过施加一定的气压利用陶土板分离空气和水进而达到土水特征曲线测试的目的。
目前的压力板仪不断在改进，由前期仅可以测试非饱和土脱湿曲线的压力板仪向可以同时进行脱湿曲线和增湿曲线测试的全自动型压力板仪发展。且目前的压力板仪可以实现非饱和土土水特征曲线测试中土体变形和应力的监测，大大提高了试验设备的推广性。通过在试样的顶部施加一个很小的预应力进行轴向变形的测试，也有学者利用该项技术进行土水特征曲线测试中试样体变的测试。
非饱和土力学中，试样的体积变化对于非饱和土的力学性质将会产生重要影响，因此，土水特征曲线测试中试样体变的精确测试对于非饱和土力学研究有着重要意义。
现有技术的主要缺点是在测试非饱和土土水特征曲线过程中对于试样的体积变化无法实现精确测量。已有技术中通过试样的轴向变形反映试样的体积变化，对于砂土以及粉土适用，因为此类岩土体在土水特征曲线测试中不会产生较大的径向收缩问题。但是对于粘土含量超过50%以上的岩土体，土水特征曲线测试中试样往往产生较大的径向收缩，不能够简单利用试样的轴向变形来反映试样的体积变化，这种方法在测试中存在一定的局限性。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提出一种可测体变的土水特征曲线测试装置，可以实现在非饱和土土水特征曲线测试中精确测试试样的体积变化，不仅可以测试试样轴向的变形和应力，同时可以测试试样的体积变化。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
一种可测体变的土水特征曲线测试装置，包括第一压力室、第二压力室、试样安装室和流量计，
所述第一压力室和所述第二压力室之间通过管路连通，所述流量计安装在所述管路上，
所述试样安装室设置在所述第一压力室内，所述试样安装室侧壁为弹性结构。传力杆底端从所述第一压力室顶板上插入所述第一压力室内并作用于所述试样安装室试样顶帽上。
进一步地，所述管路两端分别安装在所述第一压力室和第二压力室底板上。
进一步地，气源通过一条进气管路与所述第一压力室和第二压力室顶盖连接，并与所述第一压力室和所述第二压力室内部连通，通过另一条进气管路与所述试样安装室的试样顶帽连接并与所述试样安装室试样顶帽连通。
进一步地，在两条进气管路上均安装有阀门，所述阀门包括气压粗调阀门和气压细调阀门。
进一步地，还包括数据采集器，所述流量计与所述数据采集器通讯。
进一步地，还包括体积/应力控制器，所述体积/应力控制器与所述试样安装室的底座连接且与所述数据采集器通讯。
进一步地，在所述试样安装室的底座内上设置有两个通孔，所述体积/应力控制器有两个，分别通过两个所述通孔与所述试样安装室连通，两个所述通孔之间在试样底座陶土板下通过S形管路连接。
进一步地，还包括荷重传感器，所述荷重传感器安装在所述传力杆顶端并与所述数据采集器通讯。
进一步地，还包括位移传感器，所述位移传感器竖向设置且一端安装在所述第一压力室顶板上，滑杆一端固定在所述传力杆上、另一端与所述位移传感器滑动配合，所述位移传感器与所述数据采集器通讯。
本发明一种可测体变的土水特征曲线测试装置， 可以实现在非饱和土土水特征曲线测试中精确测试试样的体积变化，不仅可以测试试样轴向的变形和应力，同时可以测试试样的体积变化；而且大大拓展了土水特征曲线的测试范围，可以测试砂土、粉土以及粘土，对于收缩性土以及膨胀土的土水特征曲线的测试也有一定的有益效果；同时，此种试验设备测试到的体积变化数据能够更加真实反应野外岩土体在增湿和脱湿过程中的体积变化规律。
附图说明
图1为本发明所述一种可测体变的土水特征曲线测试装置的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。
如图1所示的一种可测体变的土水特征曲线测试装置，包括第一压力室1、第二压力室2、试样安装室7和流量计8，
第一压力室1和第二压力室2之间通过管路连通，流量计8安装在管路上，流量计8为高精度流量计，
试样安装室7设置在第一压力室1内，其内安装试样，试样安装室7侧壁为弹性结构，该侧壁可由橡皮膜制成。三维体变测量装置主要由橡皮膜和底座以及试样顶帽等组成，柔性橡皮膜包封的试样在测试中发生体积变化会及时反映到橡皮膜的变化上，橡皮膜的形变会引起压力室中水体积变化，其变化值会被流量计精确监测到，该变化值即为试样土水特征曲线试验中的体积变化值。具体测试过程：装样结束后进行试样的土水特征曲线试验，脱湿过程中，首先施加一定的气压力，加压后试样开始通过陶土板脱水，该过程中应力/体积控制器会精确测定试样的排水量，排水过程中试样体积会发生变化，该变化引起橡皮膜形变，橡皮膜形变引起压力室中水体积变化，水的体积变化会引起压力室1和压力室2中水产生流动，该变化会被高精度流量计监测到，该值为体变值。增湿过程试样表现为吸水过程，体变测试过程与脱湿过程相似。
传力杆底端从第一压力室1顶板上插入第一压力室1内，并通过其底端安装的传力板作用于试样安装室7的试样顶帽上。测试中两个压力室中所用水均为去气蒸馏水。
管路两端分别安装在第一压力室底板4和第二压力室底板4上。
气源12通过一条进气管路与第一压力室顶盖3和第二压力室顶盖16连接，并与第一压力室1和第二压力室2内部连通，通过另一条进气管路与试样安装室7的试样顶帽连接并与试样安装室7连通。两个压力室均通过顶板和底板以及密封圈由固定螺栓进行固定。
在两条进气管路上均安装有阀门，阀门包括气压粗调阀门9和气压细调阀门10。气压经过阀门调节之后同时提供给压力第一压力室1和第二压力室2，使两个压力室里的压力相同，当第一压力室1内部试样在土水特征曲线测试中出现体积的变化，便会引起第一压力室1内部去气水体积的变化，该变化会通过第一压力室1和第二压力室2之间的流量计记录。
还包括数据采集器18，流量计8与数据采集器18通讯。
还包括体积/应力控制器15，体积/应力控制器15安装在控制器放置台17上，体积/应力控制器15与试样安装室7的底座连接且与数据采集器18通讯。
在所述试样安装室7的底座内上设置有两个通孔，所述体积/应力控制器15有两个，分别通过两个所述通孔与所述试样安装室7连通，两个所述通孔之间在试样底座陶土板下通过S形管路连接。通过该S形管路可以进行增湿曲线的测试以及进行土水特征曲线测试中的排气操作。所述试样安装室7的底座为陶土板，使用前经过去气蒸馏水饱和24h以上，实验开始之前需对底座所有的管路进行排气充水操作。
还包括荷重传感器6，荷重传感器6安装在传力杆11顶端并与数据采集器18通讯。
还包括位移传感器5，位移传感器5竖向设置且一端安装在第一压力室1顶板上，滑杆一端固定在传力杆11上、另一端与位移传感器5滑动配合，位移传感器5与数据采集器18通讯。还可以在压力传感器外部设置体变传感器对试样的体积变化进行测试。
本发明一种可测体变的土水特征曲线测试装置，可以实现在非饱和土土水特征曲线测试中精确测试试样的体积变化，不仅可以测试试样轴向的变形和应力，同时可以测试试样的体积变化；而且大大拓展了土水特征曲线的测试范围，可以测试砂土、粉土以及粘土，对于收缩性土以及膨胀土的土水特征曲线的测试也有一定的有益效果；同时，此种试验设备测试到的体积变化数据能够更加真实反应野外岩土体在增湿和脱湿过程中的体积变化规律。

Claims (9)

1.一种可测体变的土水特征曲线测试装置，其特征在于，包括第一压力室、第二压力室、试样安装室和流量计，
所述第一压力室和所述第二压力室之间通过管路连通，所述流量计安装在所述管路上，
所述试样安装室设置在所述第一压力室内，所述试样安装室侧壁为弹性结构，
传力杆底端从所述第一压力室顶板上插入所述第一压力室内并作用于所述试样安装室试样顶帽上。
2.如权利要求1所述一种可测体变的土水特征曲线测试装置，其特征在于，所述管路两端分别安装在所述第一压力室和第二压力室底板上。
3.如权利要求1所述一种可测体变的土水特征曲线测试装置，其特征在于，气源通过一条进气管路与所述第一压力室和第二压力室顶盖连接，并与所述第一压力室和所述第二压力室内部连通，通过另一条进气管路与所述试样安装室的试样顶帽连接并与所述试样安装室连通。
4.如权利要求3所述一种可测体变的土水特征曲线测试装置，其特征在于，在两条进气管路上均安装有阀门，所述阀门包括气压粗调阀门和气压细调阀门。
5.如权利要求1所述一种可测体变的土水特征曲线测试装置，其特征在于，还包括数据采集器，所述流量计与所述数据采集器通讯。
6.如权利要求5所述一种可测体变的土水特征曲线测试装置，其特征在于，还包括体积/应力控制器，所述体积/应力控制器与所述试样安装室的底座连接且与所述数据采集器通讯。
7.如权利要求6所述一种可测体变的土水特征曲线测试装置，其特征在于，在所述试样安装室的底座内上设置有两个通孔，所述体积/应力控制器有两个，分别通过两个所述通孔与所述试样安装室连通，两个所述通孔之间通过S形管路连接。
8.如权利要求5所述一种可测体变的土水特征曲线测试装置，其特征在于，还包括荷重传感器，所述荷重传感器安装在所述传力杆顶端并与所述数据采集器通讯。
9.如权利要求5所述一种可测体变的土水特征曲线测试装置，其特征在于，还包括位移传感器，所述位移传感器竖向设置且一端安装在所述第一压力室顶板上，滑杆一端固定在所述传力杆上、另一端与所述位移传感器滑动配合，所述位移传感器与所述数据采集器通讯。
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