CN110082499A - 一种土体性状测试装置及其测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种土体性状测试装置和方法，所述土体性状测试装置包括：第一水箱；第二水箱；试样容纳装置，设置在第一水箱内以容纳待测土体试样；重量传感器，用于连接所述试样容纳装置以测量所述待测土体试样的重量；导水管，用于连通所述第一水箱和第二水箱以调节所述第一水箱的水位。通过导水管连通所述第一水箱和第二水箱以调节所述第一水箱的水位，能够真实模拟“干湿”循环作用条件下土体崩解的状态，从而准确分析土体的崩解特性；避免了多次试验，有效地提高了实验效率，同时可以满足多种类型土体的检测需要。

Description

一种土体性状测试装置及其测试方法

技术领域

本发明涉及土体水理性能试验技术领域，具体地涉及一种土体性状测试装置及其测试方法。

背景技术

科研人员对消落带的岩土体在水位周期性作用下的崩解特性进行了大量的实验研究。现有的实验原理是通过排开水的体积来测定土体的崩解量，但现有实验方法仅将岩土体全部浸于水中，仅模拟了“湿”条件下岩土体的崩解状态，未能考虑到岩土体实际受到的“干湿”循环作用，无法真实地模拟出消落带的崩解特性。

发明内容

本发明实施例在于提供一种土体性状测试装置及其测试方法，解决无法真实模拟岩土体在“干湿”循环作用下崩解特性的问题。

在本发明实施例的一个方面，提供一种土体性状测试装置，所述土体性状测试装置包括：第一水箱；第二水箱；试样容纳装置，设置在第一水箱内以容纳待测土体试样；重量传感器，用于连接所述试样容纳装置以测量所述待测土体试样的重量；导水管，用于连通所述第一水箱和第二水箱以调节所述第一水箱的水位。

进一步的，所述导水管包括第一导水管和第二导水管。

进一步的，所述第一导水管上设置有控制所述第一水箱的水流入所述第二水箱的第一控制阀，所述第二导水管上设置有控制所述第二水箱的水流入所述第一水箱的第二控制阀。

进一步的，所述第一导水管的位于所述第一水箱的端部处设置过滤片。

进一步的，所述第一水箱的竖直方向上安装有竖直刻度盘。

进一步的，所述试样容纳装置包括：悬挂部；开设有若干通孔的网盘，用于放置所述待测土体试样；所述通孔的孔径大于所述待测土体试样的最大颗粒粒径；漏斗部，设置在所述网盘的下方，用于连通所述通孔及所述第一水箱；其中，所述悬挂部的一端与所述重量传感器连接，另一端与所述网盘和所述漏斗部连接。

进一步的，所述测试装置还包括：底盘，所述第一水箱和所述第二水箱置于所述底盘上；第一竖直螺纹杆与第二竖直螺纹杆，固定于所述底盘的相对两端；支杆，与所述第一竖直螺纹杆与所述第二竖直螺纹杆固定连接；所述重量传感器悬挂在所述支杆上；其中，所述底盘、第一竖直螺纹杆、第二竖直螺纹杆和支杆围成框架。

在本发明实施例的另一个方面，提供一种土体性状测试装置的测试方法，所述土体性状测试装置包括：第一水箱；第二水箱；试样容纳装置，设置在第一水箱内以容纳待测土体试样；重量传感器，用于连接所述试样容纳装置以测量所述待测土体试样的重量；第一导水管，用于将所述第一水箱内的水导入所述第二水箱；第二导水管，用于将所述第二水箱内的水导入所述第一水箱；所述测试方法包括：S1.记录所述待测土体试样的当前重量；S2.向所述第一水箱内注水，直至水面超过所述待测土体试样顶端，记录当前时刻的第一水位刻度；S3.向所述第二水箱内注水；S4.记录浸水时间；S5.打开所述第一导水管的开关，将所述第一水箱中的水导入所述第二水箱直至所述第一水箱的水面低于所述待测土体试样的底端，关闭所述第一导水管的开关；S6.记录所述待测土体试样的当前重量和非浸水时间；S7.打开所述第二导水管的开关，将所述第二水箱中的水导入所述第一水箱直至所述第一水箱的水面达到所述第一水位刻度。

进一步的，所述浸水时间可以和所述非浸水时间相等。

进一步的，循环执行步骤S4-S7若干次。

本发明实施例提供的土体性状测试装置，通过导水管连通所述第一水箱和第二水箱以调节所述第一水箱的水位，能够真实模拟“干湿”循环作用条件下土体崩解的状态，从而准确分析土体的崩解特性。

附图说明

图1为本发明实施例所述的土体性状测试装置的正视图；

图2为本发明实施例所述试样的结构正视图；

图3为本发明实施例所述网板的结构俯视图；

图4为本发明实施例土体性状测试方法的流程图；

图5为本发明实施例土体试样质量随浸水时间变化示意图；

图6为本发明实施例土体试样质量随干湿循环次数变化示意图。

附图标记说明：

1-重量传感器；2-待测土体试样；3-漏斗部；4-第一水箱；5-第一控制阀；6-过滤片；7-第二控制阀；8-第二水箱；9-第一导水管；10-第二导水管；11-竖直刻度盘；12-第一竖直螺纹杆；13-支杆；14-螺帽；15-螺帽；16-导水管固定杆；17-底盘；18-网板；19-悬挂部；20-第二竖直固定杆；21-导水管。

具体实施方式

为了能够更加详尽地了解本发明实施例的特点与技术内容，下面结合附图对本发明实施例的实现进行详细阐述，所附附图仅供参考说明之用，并非用来限定本发明。

本发明实施例中的土体性状测试装置和方法可以应用于研究土体性状，但不限于此。本领域技术人员应当知晓，在其他可降解或可崩解的非土体的类似形状研究实验中也可以采用本发明实施例的技术方案。

如图1所示，本发明实施例中的土体性状测试装置包括：第一水箱4和第二水箱8。水箱的外形可以为长方体，也可以为其他外形。一般来说，水箱只要能够满足应有的承重功能，可以采用对应材料制成。优选的，水箱由玻璃或亚克力材料制成，以拥有透光性佳、易清洁等特点，从而在实验过程中方便水位的调节和试样状态的观察，实验后易于清除污水及附着在水箱壁的土体，便于回收以进行日后的实验。

第一水箱4和第二水箱8通过导水管21相连通，通过控制导水管21的导通，使用第二水箱8中的水对第一水箱4的水位进行调节，从而可以模拟浸湿条件(“湿”)、非浸湿条件(“干”)以及“干湿”循环条件；同时避免了人为使用器皿加水、减水对实验精度的影响，降低了实验误差。第一水箱4中设置有试样容纳装置，以容纳待测土体试样2。需要说明的是，由于试样容纳装置需要承载待测土体试样2浸入水中，因此试样容纳装置的材质密度大于1g/cm³。试样容纳装置在支撑起待测土体试样2的同时，还要使试样2在实验过程中崩解的土体落入第一水箱4中。因此，试样容纳装置可以是具有一定中空结构的部件或其组合。

待测土体试样2根据实验设计的颗粒级配进行配料，做标准的击实功能击实试验，达到目标含水率和最大干密度。优选的，试样2为圆柱体，高200mm，直径200mm，为孔状布置，透水孔对称分布，共4竖排，每竖排5个孔，每个孔直径20mm，如图2所示。试样配置方法在此不再赘述。

试样容纳装置连接有重量传感器，重量传感器用于测量待测土体试样的重量。优选的，重量传感器与计算机信号采集系统相连，准确记录在实验过程中土体由饱和崩解至水下松散堆积的质量变化过程。

本发明实施例的土体性状测试装置，通过导水管连通第一水箱4和第二水箱8，以调节所述第一水箱4的水位，从而模拟浸湿条件(“湿”)、非浸湿条件(“干”)以及“干湿”循环条件，进而真实模拟“干湿”循环作用条件下土体崩解的状态，精准记录实验过程中的试样质量变化，以准确分析土体的崩解特性。并且采用本实施例的土体性状测试装置进行测试，可以分析浸水时间和“干湿”循环次数对土体崩解性状的影响，避免了多次试验，有效地提高了实验效率，同时可以满足多种类型土体的检测需要。

进一步的，如图1所示，所述导水管包括第一导水管9和第二导水管10。每个导水管的两端均分别位于第一水箱4和第二水箱8的相应高度位置。需要说明的是，第一导水管9和第二导水管10的位置不限于图上的位置，第一导水管9和第二导水管10的位置关系也不限于第二导水管10在第一导水管9的上方，第一导水管和第二导水管的状态也不限于图上的笔直状态，导水管的材质可以为塑料管，也可以是金属管或者塑料复合金属管。

进一步的，如图1所示，所述第一导水管9上设置有第一控制阀5，用于控制第一水箱4的水流入第二水箱8，所述第二导水管10上设置有第二控制阀7，用于控制第二水箱8的水流入第一水箱4。具体的，第一控制阀5和第二控制阀均可为单向阀，以确保水流只能单向流动，从而实现通过某个控制阀的开关控制向第一水箱4中注水或排水。控制阀的流量可以根据实验需要进行调节。

进一步的，如图1所示，所述第一导水管9的位于第一水箱4的端部处设置过滤片6。过滤片6与第一导水管9接触的端面的面积第一导水管9的截面积，用于阻止待测土体试样2崩解产生的土体颗粒随水流流入左侧的第二水箱8中，使崩解过程排水体积的测量更为精确，且不会因为土体流入第二水箱使第二水箱的水被“污染”。过滤片6的形状可以为圆盘形，也可以为其他形状；过滤片6可以为单层过滤片，也可以是双层或者多层过滤片；过滤片6可以为不锈钢制成，也可以为其他在水中不易被腐蚀的材料通过冲床经过特制模具加工而成。

进一步的，如图1所示，所述第一水箱4的竖直方向上安装有竖直刻度盘11。竖直刻度盘11用于记录第一水箱4的水位，也可以用其他具有一定精度的长度测量装置代替。

在一些实施例中，所述试样容纳装置包括使用状态下由上到下依次设置的悬挂部19，开设有若干通孔的网盘18和漏斗部3。网盘18用于放置所述待测土体试样2；网盘18的通孔孔径应大于待测土体试样2颗粒料的最大粒径，以使崩解的土体落入第一水箱4中。如图3所示，网盘的尺寸应大于待测土体试样2的尺寸，以完整的支撑待测土体试样2，避免由于试样受到的支撑不足而导致的非自然状态下的崩解。漏斗部3设置在网盘18的下方，用于连通网盘18的通孔及第一水箱4。那么在待测土体试样2中有土体崩解为土壤颗粒时，该土壤颗粒通过网片18的通孔由经由漏斗部3落入第一水箱4中。悬挂部19的一端(图1所示为上端)与所述重量传感器1连接，另一端(图1所示为下端)与网盘18和漏斗部3连接。从而通过重量传感器可以检测待测土体试样2在实验过程中重量的变化。需要说明的是，悬挂部19的连接方式可以是挂钩-丝线连接，也可以是其他连接方式。优选的，漏斗3和网盘18的材质为铸铁。

进一步的，如图1所示，所述测试装置还包括：底盘17、第一竖直螺纹杆12、第二竖直螺纹杆20和支杆13。第一水箱4和第二水箱8置于底盘17上，底盘17保证了整体装置的水平度和稳定度；第一竖直螺纹杆12与第二竖直螺纹杆20固定于底盘17的相对两端(图1所示为底盘的左右两端)，支杆13与第一竖直螺纹杆12和第二竖直螺纹杆20固定连接，连接方式可为多种，例如螺纹连接。底盘17、第一竖直螺纹杆12、第二竖直螺纹杆20和支杆13围成框架，以保证测试装置的平稳操作。优选的，支杆13为水平支杆，重量传感器1悬挂在支杆13上。可选地，支杆13上还固定有导水管固定件16，用于固定一些实施例中位置较高的导水管。

本发明实施例还提供了上述土体性状测试装置的测试方法，如图4所示，所述测试方法包括以下步骤：

实验开始前，需要做一些实验准备工作：在平整地面上放置装置，将底盘17、第一竖直螺纹杆12、第二竖直螺纹杆20和水平支杆13组装成型，调整螺帽14和15。放置第一透明水箱4和第二透明水箱8，调整重量传感器1、漏斗3和圆形网板18的位置，使重量传感器重心、圆形网板圆心和漏斗中心在同一竖直线上，但与透明水箱4的外边缘均无接触；安装过滤片6、第一导水管9、第二导水管10、导水管控制杆16、第一流量控制阀5、第二流量控制阀7。

S1，记录所述待测土体试样2的当前重量；将制备好的试样2平稳地放置在圆形网板18的圆心处，记录此时的重量m₀，同时可以选择利用重量传感器1通过计算机数据采集系统进行记录，并观察记录各阶段试样的崩解现象。

S2，向所述第一水箱4内注水，直至水面超过所述待测土体试样2顶端，记录当前时刻的第一水位刻度；该步骤是为了使试样2完全处于浸湿状态，同时观察土体在该条件下的崩解情况，同时需要记录开始浸湿的时间和此时第一水箱4内的水位高度，以便于进行重复浸湿过程。

S3，向所述第二水箱8内注水；使第二水箱8内具有一定容量的水，从而方便后续水位的调节。

S4，记录浸水时间。记录待测土体试样2被完全浸湿的时间，一般认为是从第一水箱4的水位达到第一水位刻度开始，打开第一控制阀5进行调节水位时结束。

S5，打开所述第一导水管9的第一控制阀5，将所述第一水箱4中的水导入所述第二水箱8直至所述第一水箱4的水面低于所述待测土体试样2的底端，关闭所述第一控制阀5；该步骤是为了使试样2处于非浸水状态，同时观察试样在“干”条件下的崩解状态，同时需要记录开始非浸水状态的时间和此时第一水箱4的水位。

S6，记录所述待测土体试样的当前重量和非浸水时间；即记录当前状态重量传感器1的示数。记录待测土体试样2未被浸湿的时间，一般认为是从第一水箱4的水位低于待测土体试样2的底端开始，打开第二控制阀10进行调节水位时结束。

S7，打开所述第二控制阀10，将所述第二水箱8中的水导入所述第一水箱4直至所述第一水箱4的水面达到所述第一水位刻度。该步骤需控制阀门的流量，使水流速度较为缓慢，以便于能较为准确地达到第一水位刻度，从而达到S2步骤下的浸湿状态。

需要说明的是，在绘制崩解曲线时，可以不考虑实验开始时试样吸水过程的数据。

通过本发明实施例的土体性状测试方法，可以根据实验结果绘制土体崩解量随浸水时间变化的崩解曲线，如图5所示，能够有效分析浸水时间对土体崩解性状的影响，避免了多次实验，节约了时间成本和实验成本，提升了实验效率。

在一些实施例中，实验设置浸水时间和所述非浸水时间相等，例如单次浸水时间和单次非浸水时间均为200秒，进而保证试样能够在均匀地“干湿”条件下发生崩解作用。

进一步的，循环执行步骤S4-S7若干次，可以使试样在均匀地“干湿”循环条件下发生崩解作用，从而根据实验数据绘制崩解量随“干湿”循环次数的崩解曲线，如图6所示，能够有效分析“干湿”循环次数对土体崩解性状的影响，从而推测涨落带的土体崩解特点。

本实施例提供的土体性状测试装置和方法，通过导水管连通所述第一水箱和第二水箱，使用流量控制阀调节所述第一水箱的水位，能够真实模拟处于第一水箱中的试样在“干湿”循环作用条件下土体崩解的状态，从而准确分析土体的崩解特性；实验装置排开水体积测量准确，精确度高，避免了多次试验，有效地提高了实验效率，同时可以满足多种类型土体的检测需要。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的改动和变型。倘若这些改动和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种土体性状测试装置，其特征在于，所述土体性状测试装置包括：

第一水箱；

第二水箱；

试样容纳装置，设置在第一水箱内以容纳待测土体试样；

重量传感器，用于连接所述试样容纳装置以测量所述待测土体试样的重量；

导水管，用于连通所述第一水箱和第二水箱以调节所述第一水箱的水位。

2.根据权利要求1所述的土体性状测试装置，其特征在于，所述导水管包括第一导水管和第二导水管。

3.根据权利要求2所述的土体性状测试装置，其特征在于，所述第一导水管上设置有控制所述第一水箱的水流入所述第二水箱的第一控制阀，所述第二导水管上设置有控制所述第二水箱的水流入所述第一水箱的第二控制阀。

4.根据权利要求3所述的土体性状测试装置，其特征在于，所述第一导水管的位于所述第一水箱的端部处设置过滤片。

5.根据权利要求1所述的土体性状测试装置，其特征在于，所述第一水箱的竖直方向上安装有竖直刻度盘。

6.根据权利要求1所述的土体性状测试装置，其特征在于，所述试样容纳装置包括：

悬挂部；

开设有若干通孔的网盘，用于放置所述待测土体试样；所述通孔的孔径大于所述待测土体试样的最大颗粒粒径；

漏斗部，设置在所述网盘的下方，用于连通所述通孔及所述第一水箱；

其中，所述悬挂部的一端与所述重量传感器连接，另一端与所述网盘和所述漏斗部连接。

7.根据权利要求1所述的土体性状测试装置，其特征在于，所述测试装置还包括：

底盘，所述第一水箱和所述第二水箱置于所述底盘上；

第一竖直螺纹杆与第二竖直螺纹杆，固定于所述底盘的相对两端；

支杆，与所述第一竖直螺纹杆与所述第二竖直螺纹杆固定连接；所述重量传感器悬挂在所述支杆上；

其中，所述底盘、第一竖直螺纹杆、第二竖直螺纹杆和支杆围成框架。

8.一种土体性状测试装置的测试方法，所述土体性状测试装置包括：第一水箱；第二水箱；试样容纳装置，设置在第一水箱内以容纳待测土体试样；重量传感器，用于连接所述试样容纳装置以测量所述待测土体试样的重量；第一导水管，用于将所述第一水箱内的水导入所述第二水箱；第二导水管，用于将所述第二水箱内的水导入所述第一水箱；其特征在于，所述测试方法包括：

S1.记录所述待测土体试样的当前重量；

S2.向所述第一水箱内注水，直至水面超过所述待测土体试样顶端，记录当前时刻的第一水位刻度；

S3.向所述第二水箱内注水；

S4.记录浸水时间；

S5.打开所述第一导水管的开关，将所述第一水箱中的水导入所述第二水箱直至所述第一水箱的水面低于所述待测土体试样的底端，关闭所述第一导水管的开关；

S6.记录所述待测土体试样的当前重量和非浸水时间；

S7.打开所述第二导水管的开关，将所述第二水箱中的水导入所述第一水箱直至所述第一水箱的水面达到所述第一水位刻度。

9.根据权利要求8所述的测试方法，其特征在于，所述浸水时间和所述非浸水时间相等。

10.根据权利要求9所述的测试方法，其特征在于，循环执行步骤S4-S7若干次。