CN107632139B - 考虑各向围压的盐渍土盐胀力测试装置及用法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及考虑各向围压的盐渍土盐胀力测试装置及其用法，所述测试装置包括刚性压力桶和其内部的柔性橡胶压力室；柔性橡胶压力室位于刚性压力桶中央，柔性橡胶压力室上方设置有上部油压仓，下方设置有下部油压仓，侧面环套有侧面油压仓；上部油压仓、下部油压仓和侧面油压仓内充填液压油；柔性橡胶压力室顶面、底面和侧面均设置有内置力传感器。本发明可以模拟路基内部任一部位土体真实受力状态，同时施加试验要求的温度区，可以实现大温差控温，在路基土体各向不同围压情况下，同时测定盐渍土的盐胀力和盐胀量，所施加的压力状态、试验温度等试验条件与道路路基土体实际受力与温度环境一致，试验结果更接近实际。
Description
技术领域
本发明涉及一种盐渍土盐胀力的测试仪器，具体涉及一种考虑各向围压的盐渍土盐胀力测试装置及用法。
背景技术
在我国，盐渍土主要集中分布在西北内陆干旱地区，如新疆、青海、甘肃等省区，且盐渍化程度较高。在这些地区修建的铁路和公路工程，路基不可避免地发生次生盐渍化，在昼夜大温差和季节性大温差的极端环境下，地基和次生盐渍化路基发生盐胀等病害，从而导致道路路基的破坏，成为制约公路建设与影响公路运营质量的主要因素。公路路基发生盐胀病害（程度）与盐胀力有很大关系。
目前，我国对盐渍土地区道路研究处于起步阶段，公路与建筑等行业标准规范均未提出测试盐胀力的试验方法。通过国内外研究现状调查，文献《典型天然盐渍土多次冻融循环盐胀试验研究》等提出了盐渍土盐胀量测试方法，其试验方法主要是：将试样放置在上端无负荷的刚性容器内，在试样顶端放置百分表，测定试样冻结过程中的盐胀量。此种试验的缺点是：试样在侧面完全约束受限，上端自由活动（不承受压力）情况下测定其盐胀量，试验条件与道路路基土体实际受力情况不符。由土力学知识可知，实际道路路基内某一土体，其上、下与侧面各个方向压力（应力）不同。由相互作用力理论可知，盐渍土盐胀力与约束条件（约束力）有关。
发明内容
本发明的目的是提供一种考虑各向围压的盐渍土盐胀力测试装置及用法，可以有效地反映实际路基内任一部位土体受压情况下的盐胀力。
本发明所采用的技术方案为：
考虑各向围压的盐渍土盐胀力测试装置，其特征在于：
所述测试装置包括刚性压力桶和其内部的柔性橡胶压力室；
柔性橡胶压力室位于刚性压力桶中央，柔性橡胶压力室上方设置有上部油压仓，下方设置有下部油压仓，侧面环套有侧面油压仓；上部油压仓、下部油压仓和侧面油压仓内充填液压油；
柔性橡胶压力室顶面、底面和侧面均设置有内置力传感器。
柔性橡胶压力室顶面设置有位移传感器。
上部油压仓、下部油压仓和侧面油压仓均设置有油压管口并外接油压泵。
侧面油压仓外圆内壁环绕设置有铜管，铜管外接调温设备。
刚性压力桶和外露的铜管外包裹有保温棉。
调温设备为低温循环水浴箱。
刚性压力桶为亚克力材料；
柔性橡胶压力室为柔性橡胶膜材料，即柔性橡胶压力室与上部油压仓之间、柔性橡胶压力室与下部油压仓之间、以及柔性橡胶压力室与侧面油压仓之间均为柔性橡胶膜材料；
上部油压仓与侧面油压仓之间、下部油压仓与侧面油压仓之间均为亚克力材料的隔板。
考虑各向围压的盐渍土盐胀力测试装置的用法，其特征在于：
包括以下步骤：
步骤一：制备圆柱体试样；
步骤二：打开上部油压仓，将试样放入柔性橡胶压力室内，将上部油压仓复位并固定；
步骤三：根据路基内部土体所处部位，计算土体各向受力状态与水平；将上、下、侧面油压仓油压管口与外部油压泵相连，并施加计算或设计的各向油压；
步骤四：测读内置力传感器的压力值，上端、下端与侧面试样压力值分别记为N0上、N0下、N0侧；各向压力值稳定后，将位移传感器调零或记录初始读数；
步骤五：关闭各油压管口，稳压；调节调温设备，从+15℃～-15℃调节，每降温5℃保持恒温30～40min，量测该温度区压力值N1上、N1下、N1侧和位移值Δh1，Δh1即为该温度区的盐胀量；
步骤六：盐胀力ΔN与盐胀系数δ的计算：
ΔN(0-1)上=N1上-N0上，δ=Δh1/120。
本发明具有以下优点：
（1）本发明可以模拟路基内部任一部位土体真实受力状态，同时施加试验要求的温度区，可以实现大温差控温，在路基土体各向不同围压情况下，同时测定盐渍土的盐胀力和盐胀量。
（2）本发明试验所施加的压力状态、试验温度等试验条件与道路路基土体实际受力与温度环境一致，试验结果更接近实际。
（3）成型试件采用现行《公路土工试验规程》重型击实法成型，试件尺寸具有通用性，与其他试验具有可比性。成型试件尺寸较大，减少了试验尺寸效应，适用土样粒组范围更广。
（4）温度区可调幅度大。通过连接外部可调温设备，可以实现-40℃～100℃温度区（或其他温度区）多种温度梯度，实现对各种极端温度环境的模拟。
（5）本发明提出的测试仪器与使用方法填补公路与建筑等行业标准规范的空白。
附图说明
图1为本发明试验装置结构图。
图中，1—柔性橡胶压力室，2—刚性压力桶，3—上部油压仓，4—下部油压仓，5—侧面油压仓，6—调温设备（低温循环水浴箱），7—铜管，8—上部油压仓油压管口，9—下部油压仓油压管口，10—侧面油压仓油压管口，11—内置力传感器，12—位移传感器。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细的说明。
本发明涉及的考虑各向围压的盐渍土盐胀力测试装置，可有效地对土体上、下与侧面施加不同压力，以模拟路基内部任一部位土体真实受力情况，在各向不同围压下测定盐渍土的盐胀力。同时，可以测定盐渍土的盐胀量，从而计算出盐渍土的盐胀系数。试验装置简单，具有大温差控温、对试样施加不同围压、同时测定盐渍土盐胀力与盐胀量的特点。
所述测试装置包括刚性压力桶2和其内部的柔性橡胶压力室1。柔性橡胶压力室1内径152mm，高120mm。刚性压力桶2内径552mm，外径584mm，壁厚16mm，高552mm。柔性橡胶压力室1位于刚性压力桶2中央，柔性橡胶压力室1上方设置有上部油压仓3，可自由拆卸与安装，以便放置成型的试样，下方设置有下部油压仓4，侧面环套有侧面油压仓5，为圆环柱空腔体。上部油压仓3、下部油压仓4和侧面油压仓5内充填液压油，为试样提供围压。上部油压仓3和下部油压仓4的内径、外径、壁厚与刚性压力桶2相同，内仓高200mm。侧面油压仓5外圆直径552mm，內圆直径152mm，壁厚16mm，柱高120mm。
刚性压力桶2为亚克力材料；柔性橡胶压力室1为柔性橡胶膜材料，即柔性橡胶压力室1与上部油压仓3之间、柔性橡胶压力室1与下部油压仓4之间、以及柔性橡胶压力室1与侧面油压仓5之间均为柔性橡胶膜材料；上部油压仓3与侧面油压仓5之间、下部油压仓4与侧面油压仓5之间均为亚克力材料的环形隔板，内径152mm，外径552mm，壁厚16mm。
上部油压仓3、下部油压仓4和侧面油压仓5均设置有油压管口并外接油压泵。侧面油压仓5外圆内壁环绕设置有铜管7，用于热传导，铜管7外接调温设备6。调温设备6为低温循环水浴箱，调温范围-40℃～100℃。刚性压力桶2和外露的铜管7外包裹有保温棉。
柔性橡胶压力室1顶面、底面和侧面均设置有内置力传感器11。柔性橡胶压力室1顶面设置有位移传感器12。
上述考虑各向围压的盐渍土盐胀力测试装置的使用方法，包括以下步骤：
（1）通过试验确定土样的含盐类型、含盐量、含水率等，试样按照要求的压实度采用现行《公路土工试验规程》重型击实法成型，成型试件尺寸为内径152mm，高120mm的圆柱体。
（2）打开上部油压仓3，将试样小心放入柔性橡胶压力室1内，将上部油压仓3复位并固定。
（3）根据路基内部土体所处部位，计算土体（单元体）各向受力状态与水平。将上、下、侧面油压仓油压管口与外部油压泵相连，并施加计算或设计的各向油压。
（4）测读内置力传感器11的压力值，上端、下端与侧面试样压力值分别记为：N0上、N0下、N0侧。各向压力值稳定后，将位移传感器12调零或记录初始读数。
（5）关闭各油压管口，稳压。调节调温设备6（低温循环水浴箱），从+15℃～-15℃调节（可设置-40℃～100℃任意温度区），每降温5℃保持恒温30～40min，量测该温度区压力值N1上、N1下、N1侧（kPa）和位移值Δh1（mm），Δh1即为该温度区的盐胀量。
（6）盐胀力ΔN与盐胀系数δ的计算：
ΔN(0-1)上=N1上-N0上，δ=Δh1/120
本发明的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。
Claims (7)
1.考虑各向围压的盐渍土盐胀力测试装置，其特征在于：
所述测试装置包括刚性压力桶（2）和其内部的柔性橡胶压力室（1）；
柔性橡胶压力室（1）位于刚性压力桶（2）中央，柔性橡胶压力室（1）上方设置有上部油压仓（3），下方设置有下部油压仓（4），侧面环套有侧面油压仓（5）；上部油压仓（3）、下部油压仓（4）和侧面油压仓（5）内充填液压油；
柔性橡胶压力室（1）顶面、底面和侧面均设置有内置力传感器（11）；
柔性橡胶压力室（1）顶面设置有位移传感器（12）。
2.根据权利要求1所述的考虑各向围压的盐渍土盐胀力测试装置，其特征在于：
上部油压仓（3）、下部油压仓（4）和侧面油压仓（5）均设置有油压管口并外接油压泵。
3.根据权利要求1所述的考虑各向围压的盐渍土盐胀力测试装置，其特征在于：
侧面油压仓（5）外圆内壁环绕设置有铜管（7），铜管（7）外接调温设备（6）。
4.根据权利要求3所述的考虑各向围压的盐渍土盐胀力测试装置，其特征在于：
刚性压力桶（2）和外露的铜管（7）外包裹有保温棉。
5.根据权利要求4所述的考虑各向围压的盐渍土盐胀力测试装置，其特征在于：
调温设备（6）为低温循环水浴箱。
6.根据权利要求1所述的考虑各向围压的盐渍土盐胀力测试装置，其特征在于：
刚性压力桶（2）为亚克力材料；
柔性橡胶压力室（1）为柔性橡胶膜材料，即柔性橡胶压力室（1）与上部油压仓（3）之间、柔性橡胶压力室（1）与下部油压仓（4）之间、以及柔性橡胶压力室（1）与侧面油压仓（5）之间均为柔性橡胶膜材料；
上部油压仓（3）与侧面油压仓（5）之间、下部油压仓（4）与侧面油压仓（5）之间均为亚克力材料的隔板。
7.根据权利要求1所述的考虑各向围压的盐渍土盐胀力测试装置的用法，其特征在于：
包括以下步骤：
步骤一：制备圆柱体试样；
步骤二：打开上部油压仓（3），将试样放入柔性橡胶压力室（1）内，将上部油压仓（3）复位并固定；
步骤三：根据路基内部土体所处部位，计算土体各向受力状态与水平；将上、下、侧面油压仓油压管口与外部油压泵相连，并施加计算或设计的各向油压；
步骤四：测读内置力传感器（11）的压力值，上端、下端与侧面试样压力值分别记为N0上、N0下、N0侧；各向压力值稳定后，将位移传感器（12）调零或记录初始读数；
步骤五：关闭各油压管口，稳压；调节调温设备（6），从+15℃～-15℃调节，每降温5℃保持恒温30～40min，量测该温度区压力值N1上、N1下、N1侧和位移值Δh1，Δh1即为该温度区的盐胀量；
步骤六：盐胀力ΔN与盐胀系数δ的计算：
ΔN(0-1)上=N1上-N0上，δ=Δh1/120；ΔN(0-1)上为压力差。
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