CN107991339A - 一种土体冻胀力测量装置及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种土体冻胀力测量装置，包括测量箱和测量元件，测量箱被透水承载板和顶板从下至上分隔成水箱、载土箱和测量区三个区域；在水箱的一侧外壁上设有进水管，在水箱的另一侧外壁上设有出水管；载土箱用于放置测试土样，其下部的透水承载板上设置有若干透水孔并覆盖一张薄滤纸，水箱中的水通过透水孔浸入载土箱中的土样中；在测量区内对称设置两个钢筋杆，钢筋杆的底部与顶板固定连接，钢筋杆的顶部抵在箱盖上，箱盖封死在测量箱上；在载土箱和测量区所在区域的两相对侧壁上设有供顶板上下滑动的滑道；测量元件包括两个钢筋应力计，钢筋应力计设置在对应的钢筋杆上。本发明的测量装置结构简单，操作方便，能够准确的测量出土体冻胀力。

Description

一种土体冻胀力测量装置及测量方法

技术领域

本发明属于土工试验领域，尤其涉及一种土体冻胀力测量装置及测量方法。

背景技术

在冻土地区，冻害一直是铁路、公路路基中存在的主要问题，也是影响冻土地区铁路及公路各项技术指标及行驶稳定性的控制因素。土中由于含有水会发生冻胀，土冻胀的原因是水冻成冰使体积膨胀。同时，土在冻结过程中，非冻结区的水分向冻结区迁移，使冻结土层的含水量显著增加。路基土开始冻胀时，由于负温的作用，水分开始由下层向冻结封面集聚，形成冰晶体、夹冰层，一旦停止冻结，土体的温度上升，冻土开始融化时，土体将产生向下的位移。由于土体的这种冻胀融沉现象，很容易产生不均匀冻胀，从而导致路基高低不平，严重影响着行车安全。

季节性冻土广泛分布在世界各大洲和中国的大部分地区，我国季节性冻土约占国土面积的53.5％。随着我国的经济发展，在广泛分布有季节性冻土的地区，工程建设日趋频繁，这些都面临着季节性冻土区的冻胀问题。因此，认真分析研究冻土地基土体的冻胀力，具有重要的实用意义。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种土体冻胀力测量装置及测量方法，其结构简单、设计合理、测量结果精确、操作方便。

本发明提供一种土体冻胀力测量装置，包括测量箱和测量元件，所述测量箱的箱体被靠近箱体下部的透水承载板和靠近箱体上部的顶板从下至上分隔成水箱、载土箱和测量区三个区域；在所述水箱的一侧外壁上设有进水管，在水箱的另一侧外壁上设有出水管；所述载土箱用于放置测试土样，其下部的透水承载板上设置有若干透水孔并覆盖一张薄滤纸，水箱中的水通过透水孔浸入载土箱中的土样中；在测量区内对称设置两个钢筋杆，所述钢筋杆的底部与顶板固定连接，钢筋杆的顶部抵在箱盖上，箱盖封死在测量箱上；在所述载土箱和测量区所在区域的两相对侧壁上设有供所述顶板上下滑动的滑道；所述测量元件包括两个钢筋应力计，所述钢筋应力计设置在对应的钢筋杆上。

在本发明的土体冻胀力测量装置中，所述水箱内设有多个用于支撑所述透水承载板的支撑板，在所述支撑板上设有多个透水孔。

在本发明的土体冻胀力测量装置中，所述测量装置还包括与进水管相连接的体积恒定的水压槽。

在本发明的土体冻胀力测量装置中，所述箱体设有多个用于将箱盖锁紧的卡扣。

在本发明的土体冻胀力测量装置中，所述测量装置还包括：相互连接的采集仪和电脑，所述采集仪与钢筋应力计相连接。

在本发明的土体冻胀力测量装置中，所述测量箱的箱体、箱盖、透水承载板、顶板和支撑板均采用机玻璃制成。

在本发明的土体冻胀力测量装置中，所述支撑板和透水承载板上的透水孔的直径为2cm。

本发明还提供一种土体冻胀力测量方法，包括如下步骤：

步骤1：在透水承载板上覆盖一张薄滤纸，将土样从顶部自由滑落到测量装置的载土箱内；

步骤2：将顶板放置在载土箱内的土样上方，且与土样上表面紧密贴合，在顶板上安装钢筋杆及钢筋应力计，钢筋应力计通过导线与采集仪连接，采集仪与电脑连接；

步骤3：调整钢筋杆长度，使得钢筋杆顶部与箱盖紧密抵触，用箱盖进行封闭，并用卡扣将箱盖扣紧；

步骤4：向水箱内注水并使水充满整个水箱，水通过承载板的透水孔进入载土箱内的土样；

步骤5：当向土样内浸入设定的水量后，停止注水，打开出水口阀门，排出残留在水箱内多余的水；

步骤6：把测量装置放置在室外，在自然条件下使得土样发生冻胀，通过钢筋应力计对冻胀力进行实时测量；

步骤7：调整土样的浸水量，重复步骤1至步骤6的测量步骤。

本发明的有益效果：本发明的一种土体冻胀力测量装置及测量方法，能够准确测量不同含水量、不同温度下的土体冻胀力，其结构简单，原理清楚，操作方便，适用范围广泛。

附图说明

图1是本发明的一种土体冻胀力测量装置的结构立体图；

图2是本发明的一种土体冻胀力测量装置的结构主视图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的一种土体冻胀力测量装置及测量方法作进一步详细说明。

图1和图2所示本发明的一种土体冻胀力测量装置包括：测量箱19和由2个钢筋应力计9组成的测量元件。测量箱19被一块靠近箱体下部的透水承载板4和一块靠近箱体上部的顶板7从下至上分隔成三个区域。最底层区域为水箱1，中间区域为载土箱2，最顶层区域为测量区3。

如图1所示，在水箱1的一侧外壁上设有进水口15，与进水口15相连的进水管16终端与一体积恒定的水压槽相连接。通过水压槽的水量变化可调整土样的浸水量。在水箱1的另一侧外壁上设有出水管17。水箱1内设有多块支撑板5，所述支撑板5横纵交错设置在水箱1内用于支撑所述透水承载板4，在支撑板5上均设有多个透水孔14。通过进水口15进入水箱1中的水，可以通过水箱1内的支撑板5上的透水孔14充满整个水箱1。载土箱2用于放置测试土样，其下部的透水承载板4上设置有若干透水孔14并覆盖一张薄滤纸，当水箱1内充满水之后，水箱1内的水将通过设置于透水承载板4上的若干透水孔14浸入载土箱2中的土样内部。

沿着载土箱2和测量区3相对的两个内壁上，分别设置2条平行滑道18，顶板7可沿滑道18上下移动。

在顶板7上方的测量区3内，对称地设置两个钢筋杆8，每根钢筋杆8上均安装钢筋应力计9。钢筋杆8的底部与顶板7固定连接，钢筋杆8的顶部抵在箱盖12上。钢筋应力计9通过导线与采集仪10连接，最终连接在电脑11上。当固定好测量区3内的钢筋杆8和钢筋应力计9后，盖上箱盖12，并通过卡扣13将箱盖12扣紧即可开始进行测量。

具体实施时，所述测量箱19的箱体、箱盖12、透水承载板4、顶板7和支撑板5均采用机玻璃制成。

具体实施时，透水承载板4和支撑板5上的透水孔14的直径为2cm。

本发明还提供一种土体冻胀力测量方法，包括以下测量步骤：

步骤1：在透水承载板上覆盖一张薄滤纸，将土样从顶部自由滑落到测量装置的载土箱内；

步骤2：将顶板放置在载土箱内的土样上方，且与土样上表面紧密贴合，在顶板上安装钢筋杆及钢筋应力计，钢筋应力计通过导线与采集仪连接，采集仪与电脑连接；

步骤3：调整钢筋杆长度，使得钢筋杆顶部与箱盖紧密抵触，用箱盖进行封闭，并用卡扣将箱盖扣紧；

步骤4：打开进水口阀门，向水箱内注水并使水充满整个水箱，水通过承载板的透水孔进入载土箱内的土样；

步骤5：当向土样内浸入设定的水量后，停止注水，打开出水口阀门，排出残留在水箱内多余的水；

步骤6：把测量装置放置在室外，在自然条件下使得土样发生冻胀，通过钢筋应力计对冻胀力进行实时测量；

步骤7：调整土样的浸水量，重复步骤1至步骤6的测量步骤。

本装置能够准确测量不同含水量、不同温度下的土体冻胀力结构简单，原理清楚，操作方便且测量精度高。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明的思想，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种土体冻胀力测量装置，其特征在于，包括测量箱和测量元件，所述测量箱的箱体被靠近箱体下部的透水承载板和靠近箱体上部的顶板从下至上分隔成水箱、载土箱和测量区三个区域；在所述水箱的一侧外壁上设有进水管，在水箱的另一侧外壁上设有出水管；所述载土箱用于放置测试土样，其下部的透水承载板上设置有若干透水孔并覆盖一张薄滤纸，水箱中的水通过透水孔浸入载土箱中的土样中；在测量区内对称设置两个钢筋杆，所述钢筋杆的底部与顶板固定连接，钢筋杆的顶部抵在箱盖上，箱盖封死在测量箱上；在所述载土箱和测量区所在区域的两相对侧壁上设有供所述顶板上下滑动的滑道；所述测量元件包括两个钢筋应力计，所述钢筋应力计设置在对应的钢筋杆上。

2.如权利要求1所述的土体冻胀力测量装置，其特征在于，所述水箱内设有多个用于支撑所述透水承载板的支撑板，在所述支撑板上设有多个透水孔。

3.如权利要求1所述的土体冻胀力测量装置，其特征在于，所述测量装置还包括与进水管相连接的体积恒定的水压槽。

4.如权利要求1所述的土体冻胀力测量装置，其特征在于，所述箱体设有多个用于将箱盖锁紧的卡扣。

5.如权利要求1所述的土体冻胀力测量装置，其特征在于，所述测量装置还包括：相互连接的采集仪和电脑，所述采集仪与钢筋应力计相连接。

6.如权利要求2所述的土体冻胀力测量装置，其特征在于，所述测量箱的箱体、箱盖、透水承载板、顶板和支撑板均采用机玻璃制成。

7.如权利要求2所述的土体冻胀力测量装置，其特征在于，所述支撑板和透水承载板上的透水孔的直径为2cm。

8.一种土体冻胀力测量方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：在透水承载板上覆盖一张薄滤纸，将土样从顶部自由滑落到测量装置的载土箱内；

步骤2：将顶板放置在载土箱内的土样上方，且与土样上表面紧密贴合，在顶板上安装钢筋杆及钢筋应力计，钢筋应力计通过导线与采集仪连接，采集仪与电脑连接；

步骤3：调整钢筋杆长度，使得钢筋杆顶部与箱盖紧密抵触，用箱盖进行封闭，并用卡扣将箱盖扣紧；

步骤4：向水箱内注水并使水充满整个水箱，水通过承载板的透水孔进入载土箱内的土样；

步骤5：当向土样内浸入设定的水量后，停止注水，打开出水口阀门，排出残留在水箱内多余的水；

步骤6：把测量装置放置在室外，在自然条件下使得土样发生冻胀，通过钢筋应力计对冻胀力进行实时测量；

步骤7：调整土样的浸水量，重复步骤1至步骤6的测量步骤。