CN110082508A - 一种刚度约束条件下盐渍土盐胀特性试验装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种刚度约束条件下盐渍土盐胀特性试验装置，包括温控箱(1)，均置于温控箱(1)内部的支撑架(2)、试样桶(3)以及刚度约束机构和试验数据检测组件；通过不同刚度约束机构的选择，能够提供不同的刚度约束变化环境，配合顶杆的可移动性形成相应的刚度约束条件，温控箱对土样温度进行调节实现不同刚度约束条件下的冻融循环试验。本发明进一步增设注水口(27)、称重器(11)、加水组件(17)和空气干燥组件等部件，能够实现不同刚度约束条件下的干湿循环试验、干湿‑冻融耦合试验。本发明操作简易，装配方便，可同时测量试样盐胀过程中的盐胀量及盐胀力，监测试样的含水率及温度变化，且数据自动化采集程度高。

Description

一种刚度约束条件下盐渍土盐胀特性试验装置
技术领域
本发明涉及盐渍土盐胀特性测试技术领域，尤其涉及一种刚度约束条件下盐渍土盐胀特性试验装置。
背景技术
盐渍土是各类盐化、碱化土壤的总称。按分布主要分为内陆盐渍土、滨海盐渍土及高原盐渍土。我国盐渍土面积约20多万平方公里，居世界第四位。Na2SO4盐渍土广泛分布于我国内陆及高原地区，盐胀是其主要病害类型之一。以青藏高原为例，该区域土壤盐渍化严重，且该区域地理环境特殊，海拔高，温差大，太阳辐射强烈，冻融循环剧烈。与此同时，伴随降雨、太阳辐射等复杂的周期性气象条件，干湿循环频发。Na2SO4在结晶生成Na2SO4·10H2O的过程中体积膨胀3.18倍。在不断的干湿循环作用下，土体表层盐分逐渐累积，盐晶体不断失水和结合水，土体表层会发生显著的盐胀破坏(肖泽岸，赖远明.冻融和干湿循环下盐渍土水盐迁移规律研究[J].岩石力学与工程学报，2018,37(增1):3739-3746)。高含盐量的盐渍土在冻融循环及干湿循环的双重作用下，盐胀病害频发，严重威胁机场、道路、管线、房建等建(构)筑物的稳定性。因此，开展冻融循环，干湿循环及其综合影响下盐渍土盐胀性的研究具有深远的现实意义。
目前，学术界对盐渍土盐胀性的研究大多基于室内模型试验，主要在恒荷载条件下，对单次降温或冻融循环下的盐-冻胀量参数进行测试分析。比如，申请号201610824301.5的发明专利公开了“一种高精度盐胀试验设备”，该设备主要包括试样桶、温度调控系统和试样干湿度控制系统(包括加水容器、空压机)，试样桶包括外桶和设置在外桶内的内筒，内筒内壁上有风干单元，加水容器通过管道连接到内筒外壁并和内筒内腔连通。该设备虽然在一定程度上实现了试样的干湿循环，但仍然存在以下缺点与问题：
1、只能进行恒荷载约束条件下的盐胀试验，无法进行完全约束条件(刚度无穷大即恒体积)下的盐胀试验，同时也无法进行恒刚度或变刚度约束条件下的盐胀性测试。但是，在实际工程中，不同位置的土体具有的约束形式是多样的，因而其盐胀性也有所不同。例如，房建工程中，基础下部土体在发生盐胀时，其荷载可视作恒定，处于恒荷载约束条件；更深层的盐渍化土体在盐胀变形时，其上层土体可能会发生压缩变形，约束力处于变化之中，此时可将其约束简化为等刚度或变刚度约束条件；靠近坚硬岩层或完全刚性结构下的土体被完全限制，此时盐胀力最大，可将其简化为刚度无限大的完全约束条件。并且现实场地中的盐渍土处于干湿循环，冻融循环等复杂周期性气象条件下，单一试验条件下的试验结果，不能真实反映盐渍土实际的盐胀特性，对于实际具体工程的指导意义很有限。
2、测量参数单一，只能对试验过程中盐胀量进行测量，由于试验中的盐胀力始终等于上覆荷载，因此无法监测土体盐胀过程中的盐胀力演变机制，无法对盐胀力进行相关研究分析，且数据自动化采集程度低。
3、进行含水率递增时，从试样桶侧壁加水，水分横向迁移，进行含水率递减时，从试样桶侧壁吹气，这与实际自然工况下的地表接水、地表蒸发条件不符，且在试样桶内部吹气，在一定程度上造成了试样结构性的破坏。单侧吹气会导致试样含水率分布不均，干燥过程中，由于进风口处试样含水率较低，水盐不断向进风口迁移，极大地造成试样盐胀的不均匀性，且这种不均匀性会随着试验的推进而不断增大。
4、由于试验用土为硫酸盐渍土、氯盐渍土等，进行含水率监测所用的湿度传感器一般为基于时域反射原理的TDR传感器，其测量结果受易溶盐离子影响很大(特别是SO4 2-)，误差可达±5％以上，对于干湿循环试验来说，含水率测量误差应在±1％以内，这导致试验结果极度不可靠，且TDR传感器一般较大，安装过程中会对土样造成极大扰动。同时由于干燥过程中试样含水率分布不均匀，湿度传感器只能对土样某个区域的含水率进行监测，无法真实反映土样整体的实际含水率。
5、试样桶为桶中桶且分节的复杂结构，装配繁琐，并且无法实现试样桶的可视化。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种刚度约束条件下盐渍土盐胀特性试验装置。
为解决上述问题，本发明所述的一种刚度约束条件下盐渍土盐胀特性试验装置，包括：温控箱，均置于所述温控箱内部的支撑架、试样桶以及刚度约束机构和试验数据检测组件；所述温控箱用于对其内部温度进行调控；所述支撑架具有上顶板和下底板，试验过程中两者高度固定；所述试样桶置于所述下底板上，试验时所述试样桶内部放有土样，所述土样的顶面放置有直径与所述试样桶内径相适应的顶盘，所述顶盘的顶面设有顶杆，所述顶杆向上延伸穿过所述试样桶的上顶盖并且其能相对所述上顶盖上下移动；所述刚度约束机构包括等刚度约束机构或变刚度约束机构，根据实际刚度约束需求选择使用或者不使用，对应形成的刚度约束条件包括等刚度约束条件、变刚度约束条件或恒体积约束条件；所述刚度约束机构使用时设在所述顶杆顶部与所述上顶板之间，不使用时所述顶杆顶部直接与所述上顶板连接；所述试验数据检测组件用于对试验过程中试验数据进行检测并将其传输至监测终端。
优选的，所述试验数据检测组件包括位移检测探针和/或压力检测器，所述位移检测探针用于检测所述顶杆的竖向位移量，所述压力检测器设在所述顶杆顶部与所述刚性环底部之间。
优选的，所述位移检测探针一端通过固定块设在所述顶杆上，另一端向上延伸穿过所述试样桶的上顶盖设在支撑板上。
优选的，所述等刚度约束机构具体为刚性环或者柱状弹簧，所述变刚度约束机构具体为塔式弹簧。
优选的，所述等刚度约束机构的上下两端具有凸起柱或者凹陷柱，所述支撑架的上顶板的底部和所述顶杆的顶部具有相互配合实现插入连接的凹陷柱或凸起柱。
优选的，所述顶杆的顶部具有第一凹陷柱，所述等刚度约束机构的下端具有第一凸起柱；所述第一凹陷柱的空腔底部放置压力检测器，所述第一凸起柱从所述第一凹陷柱的顶部往下插入直接或间接顶到所述压力检测器的上表面。
优选的，该装置还包括温度检测探针，其探头经由所述上顶盖、所述顶盘插入所述土样中，用于检测所述土样在试验过程中的温度值；和/或，该装置还包括均布所述温控箱内壁上、位于所述试样桶附近的多个辐射灯。
优选的，所述试样桶的桶身为透明桶身，该装置还包括对所述试样桶内的所述土样进行拍摄的第一摄像机；和/或，该装置还包括至于所述温控箱内部的平行土样以及对其进行拍摄的第二摄像机。
优选的，所述顶盘上开设有透水孔，所述试样桶的上顶盖上设有多个注水口并且其与桶身上边缘之间的距离可进行微调；所述装置还包括称重器、加水组件和空气干燥组件，所述称重器置于所述支撑架下方，所述加水组件置于所述温控箱外部并通过穿入所述温控箱箱壁的水管向所述注水口提供水源，所述空气干燥组件包括进气口和出气口均与所述温控箱内部连通的通气管道以及设在所述通气管道上的空气循环器和空气除湿器。
优选的，所述试样桶包括桶身和设在其上下两端的所述上顶盖和下底盖，所述上顶盖与所述下底盖之间通过数根连杆实现连接，所述连杆穿出所述上顶盖的部分具有外螺纹，所述外螺纹外设有配合使用的螺母；所述连杆靠近所述上顶盖的底面的位置设有调节弹簧支撑块并且在所述弹簧支撑块与所述上顶盖之间套设有调节弹簧；所述上顶盖与所述桶身上边缘之间的间隙通过拧动所述螺母使所述调节弹簧撑起所述上顶盖实现。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、能够进行不同刚度约束条件下的冻融循环试验
本发明中，通过不同刚度约束机构的选择，能够为试样桶中土样提供不同的刚度约束变化环境，配合顶杆的可移动性形成相应的刚度约束条件(等刚度约束条件、变刚度约束条件或恒体积约束条件)，温控箱对其内部温度的调控实现对土样温度进行调节，进而实现不同刚度约束条件下的冻融循环试验，试验过程中土样温度、盐胀量、盐胀量等试验数据利用试验数据检测组件获得。
本发明中，试验数据检测组件进一步包括位移检测探针和/或压力检测器，位移检测探针检测到的顶杆的竖向位移量能够反映试验过程中土样的盐胀量，压力感测器检测到的压力值能够反映土样的盐胀应力。当然，在实际应用中还包括对土样温度进行实时检测的温度检测探针，对温控箱内部温度、湿度进行实时监控的温、湿度检测器等设备。
2、能够进行不同刚度约束条件下的干湿循环试验、干湿-冻融耦合试验
本发明中，进一步地，土样顶面的顶盘上具有透水孔，增设注水口、称重器、加水组件和空气干燥组件，并且试样桶上顶盖能够适当离开桶身上边缘留出空气对流的空间，用以实现不同刚度约束条件下的干湿循环试验、干湿-冻融耦合试验。
其中，通过称重器的实时称量可实时监测试样的质量含水率变化，与湿度传感器相比，其监测结果不受土体孔隙溶液中离子含量的影响，亦不受传感器本身测量精度的影响，测量精度高；试样干燥过程采用空气干燥组件，通过箱体内部的内循环来完成，不需要对循环气体进行温度控制，整个干燥过程不扰动土体结构，且更符合实际工况条件。
3、本发明试验装置结构简单，操作简易，装配方便，可同时测量试样盐胀过程中的盐胀量及盐胀力，监测试样的含水率及温度变化，且数据自动化采集程度高。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1为本发明实施例提供的试验装置的整体结构示意图。
图2为本发明实施例提供的刚度约束机构为刚性环情况下的结构示意图。
图3为本发明实施例提供的刚度约束机构为柱状弹簧情况下的结构示意图。
图4为本发明实施例提供的刚度约束机构为塔式弹簧情况下的结构示意图。
图5为本发明实施例提供的不使用刚度约束机构情况下的结构示意图。
图中：
1—温控箱，1a—温度控制器，1b—循环管，1c—温控箱顶盖，1d—转轴，1e—保温层；
2—支撑架，2a—上顶板，2b—下底板，2c—支杆；
3—试样桶，3a—上顶盖，3b—下底盖，3c—桶身，3d—连杆；
4—刚性环，5—位移传感器，6—压力检测器，7—监控电脑，8—温度检测器，9—湿度检测器，10—辐射灯，11—称重器，12—恒温箱，13—第一摄像机，14—第二摄像机，15—平行土样，16—水管；17—加水组件，18—支撑板，19—弹簧，20—弹簧支撑块，21—温度检测探针，22—土样，23—顶盘，24—固定块，25—顶杆，26—位移检测探针，27—注水口，28—第一凸起柱，29—第二凸起柱，30—柱状弹簧，31—塔式弹簧，32—助力减压杆。
具体实施方式
参考图1～5，本发明中，刚度约束机构包括等刚度约束机构、变刚度约束机构，通过不同刚度约束机构的选择(使用还是不使用，使用的情况下具体使用哪一种)，能够为试样桶3中土样22提供不同的刚度约束变化环境，配合顶杆25的可移动性形成相应的刚度约束条件。具体地，使用刚度约束机构的情况包括等刚度约束条件(图1～3)和变刚度约束条件两种有限刚度约束条件(图4)，不使用刚度约束机构的情况属于无限刚度约束条件即恒体积约束条件(图5)。
在实际应用中，等刚度约束机构可以采用如图1～2所示的刚性环4或者图3所示的柱状弹簧30实现。变刚度约束机构可以利用不同刚度变化形式(可以是线性增大或者线性减小，也可以是非线性的，呈某种函数形式变化)的弹簧，做到变刚度条件，比如图4所示的塔式弹簧31，其可以实现变刚度。在装配之前弹簧的函数变化形式是已知的，可以直接用来分析。此外，通过位移检测探针26和应力传感器6的读数画出应力-变形曲线后，根据曲线斜率也可以得到刚度系数的变化形式，然后与弹簧的固有刚度变化也可以进行比较。
等刚度约束机构的上下两端具有凸起柱或者凹陷柱，支撑架2的上顶板2a的底部和顶杆25的顶部具有相互配合实现插入连接的凹陷柱或凸起柱；配合使用的凹陷柱内径和凸起柱外径之间相互适应，保证连接的稳定性。这种简单、快速的连接方式方便等刚度约束机构的装卸和更换。可以理解的是，为了在不使用等刚度约束机构的情况下实现上顶板2a与顶杆25的连接，上顶板2a的底部和顶杆25的顶部的连接柱也要凹凸相互适应，必要时候可以将一个凸起柱的内部设置成中空结构，使其承担凹陷柱和凸起柱两种功能。
以下主要针对等刚度约束条件下的情况进行详细说明，其它条件下的内容类似，在实践中通过更换相应的刚度约束机构即可。
实施例1等刚度约束条件下冻融循环试验装置
参考图1～2，一种等刚度约束条件下盐渍土盐胀特性试验装置，其主要包括温控箱1，均置于温控箱1内部的支撑架2、试样桶3以及刚性环4和试验数据检测组件。
温控箱1用于对其内部温度进行调控。调控方式为热传导，温控箱1具体包括箱体，均匀铺设在箱体壁(除温控箱顶盖1c)内部的循环管1b，在循环管1b内的循环液以及置于箱体外对循环液温度进行调控的温度控制器1a；箱体具有通过转轴1d旋转开合的温控箱顶盖1c，温控箱顶盖1c内部以及箱壁内循环管1b周围铺设有保温层1e。
支撑架2具有上顶板2a和下底板2b，试验过程中两者高度始终保持固定。具体地，上顶板2a和下底板2b之间通过左右两根支杆2c支撑连接，组装时两者之间高度取决于两者之间刚性环4、试样桶3等部件装配后的高度，两者高度调整合适后拧紧支杆2c上的螺母使其紧抵上顶板2a上表面；此外，考虑到在恒体积约束条件下试验过程中上顶板2a和下底板2b之间会有较大应力，为缓解这种应力防止螺母松动，可以在上顶板2a上表面与螺母下表面之间的支杆2c上套设一根助力减压杆32，助力减压杆32上下两端采用外径扩大结构。进一步地，上顶板2a和下底板2b上非主要持力部分设置为中空结构，以对整个支撑架2进行轻量化。
试样桶3置于下底板2b上，试验时试样桶3内部放有土样22，土样22的顶面放置有直径与试样桶3内径相适应的顶盘23，顶盘23的顶面设有顶杆25，顶杆25向上延伸穿过试样桶3的上顶盖3a并且其能相对上顶盖3a上下移动。
试样桶3包括桶身3c和设在其上下两端的上顶盖3a和下底盖3b，其中，压紧的上顶盖3a主要对试样进行密封，增湿过程中防止水分蒸发。上顶盖3a与下底盖3b之间通过数根连杆3d实现连接，连杆3d穿出上顶盖3a的部分具有外螺纹，外螺纹外设有配合使用的螺母。试样桶3结构简单、组装方便。进一步地，下底盖3b上具有对桶身3c进行卡位的环形凹槽，连杆3d一端固定在下底盖3b上，另一端朝上，装配时，先将桶身3c放置于下底盖3b上的环形凹槽，然后将上顶盖3a上的开孔与连杆3d对应并插入、往下落在桶身3c上边缘，最后拧紧螺母进行压紧密封即可。
刚性环4设在顶杆25顶部与支撑架2的上顶板2a之间，其刚度系数根据试验需要进行选择和更换，参考范围为200N/mm～5000N/mm，通过选择和更换不同刚度系数的刚性环4能够为试验提供不同刚度系数的环境。在实际应用中，刚性环4具体可以采用单纯的刚性的环结构，也可以采用量力环。常见的量力环有显示力和显示位移两种，但在实现原理上都会用到位移传感器，比如图2所示，位移传感器5通过连接部件设在环结构的竖向直径上，其能够检测出环结构的竖向变形位移；实践中可以将量力环测出的位移能够与位移检测探针26所测位移进行对比和校验，以对试验结果的准确性判定做参考。
试验数据检测组件用于对试验过程中试验数据进行检测并将其自动传输至监测终端7，在实际应用中其具体可以包括位移检测探针26和/或压力检测器6，位移检测探针26用于检测顶杆25的竖向位移量，反映试验过程中土样22产生的盐胀量，压力检测器6设在顶杆25顶部与刚性环4底部之间，反映土样22在试验过程中产生的盐胀应力。
其中，假设土样22的总体高度为H，位移检测探针26所测变形量为h，则盐胀率ξ＝h/H。假设压力检测器6的读数为F，则盐胀力为σ＝F/A净，其中A净为试样桶3中土样22上表面的顶盘23的净面积；实际上，从理论上说，通过公式σ＝k*h/A净也能计算出盐胀力，其中，k为刚性环4的刚度系数，h仍为位移检测探针26所测变形量即盐胀量。
对于顶杆25、压力检测器6和刚性环4之间的具体连接结构，具体地，顶杆25的顶部具有第一凹陷柱(如图2所示的内径与顶杆25直径相等的空心筒)，刚性环4下端具有第一凸起柱28；压力检测器6置于空心筒的空腔底部，第一凸起柱28从空心筒的顶部往下插入直接或间接顶到压力检测器6的上表面。这种连接方式结构简单，组装方便，并且稳定性好。相应的，支撑架2的上顶板2a的下表面具有第二凸起柱29，刚性环4顶部具有配合使用的第二凹陷柱，第二凸起柱29插入第二凹陷柱实现两者的连接。
位移检测探针26的一端通过固定块24设在顶杆25上，另一端向上延伸穿过试样桶3的上顶盖3a设在支撑板18上且位置固定。试验过程中，随着顶杆25的竖向移动，位移检测探针26两端之间的长度会相应发生变化，产生相应的反映盐胀量的位移变化量。支撑板18水平设置，两端通过卡环套入附近的两个连杆3d伸出上顶盖3a的部分上。
进一步地，本发明试验装置还包括温度检测探针21，其探头经由上顶盖3a、顶盘23插入土样22中，用于检测土样22在试验过程中的温度值；可以理解的是，顶盘23具有供温度检测探针21穿过的通孔，而且试验过程中顶盘23的上下移动不影响温度检测探针21的位置。该装置还包括设在温控箱1上用于检测其内部温度的温度检测器8和用于检测其内部湿度的湿度检测器9。
本发明试验装置还包括均布温控箱1内壁上、位于试样桶3附近的多个辐射灯10，用于模拟太阳辐射环境。
本发明试验装置中，试样桶3的桶身3c为具备可视化功能的透明桶身，具体可采用亚克力材料制成；该装置还包括对试样桶3内的土样22进行拍摄的第一摄像机13，便于对试验过程中土样22的具体形态进行直观的监测。
本发明试验装置还包括置于温控箱1内部的平行土样15以及对其进行拍摄的第二摄像机14。平行土样15的设置用于与正式的土样22进行对比分析。
实施例2等刚度约束条件下干湿循环、干湿-冻融循环试验装置
基于上述实施例1公开的等刚度约束条件下冻融循环试验装置，参考图1～3，本发明还提供一种等刚度约束条件下干湿循环、干湿-冻融循环试验装置，具体地：顶盘23上开设有多个透水孔即为具有透水孔的多孔顶盘，试样桶3的上顶盖3a上均匀设有多个注水口27并且其与桶身3c上边缘之间的距离可进行微调；装置还包括称重器11、加水组件17和空气干燥组件。
这里需要说明的是，在实施例1中的冻融循环试验装置中，顶盘23可以为没有透水孔的实体顶盘，也可以为具有透水孔的多孔顶盘，都能完成冻融循环试验过程。不过，由于冻融循环试验本身并不需要透水孔，而且土样融化时可能存在土样从孔中被挤出的问题，从保证最佳试验效果的角度出发，冻融循环试验优选使用实体顶盘。
称重器11置于支撑架2下方，通过实时称量可实时监测土样22的质量含水率变化。进一步地，为避免温控箱1内温度变化对称重器11的精确度产生影响，可在称重器11设在恒温箱12内部，恒温箱12内部温度设置在常温即可。
加水组件17置于温控箱1外部并通过穿入温控箱1箱壁的水管16向注水口27提供水源。加水组件17具体包括依序连接的水箱、低压管、加水泵和高压管，高压管与水管16相连；其中，加水泵具体采用蠕动泵并且其能够控制加水间隔和每次的加水量，以实现加水量的自动化控制。
空气干燥组件(图中未示出)包括进气口和出气口均与温控箱1内部连通的通气管道以及设在通气管道上的空气循环器和空气除湿器。其中，空气循环器和空气除湿器的实现参考现有相关技术即可。
进一步地，对于试样桶3的上顶盖3a与桶身3c上边缘之间的距离可进行微调，实现手段可以如下：连杆3d靠近上顶盖3a的底面的位置设有调节弹簧19支撑块并且在弹簧支撑块20与上顶盖3a之间套设有调节弹簧19；上顶盖3a与桶身3c上边缘之间的间隙通过拧动螺母使调节弹簧19撑起上顶盖3a实现。
在上述实施例1和实施例2中，位移检测探针26、压力检测器6、温度检测器8、湿度检测器9、第一摄像机13、称重器11等试验数据检测组件均通过各自的数采仪最终汇集(优选通过无线通信方式传输数据)到监控终端7，实现试验数据的自动化采集和实时监控。
基于上述实施例公开的试验装置，本发明以下内容对其实际应用中的试验操作过程进行说明。其中，位移检测探针26使用量程为0～50mm，精度为±0.01mm的位移传感器；温度检测探针21和温度检测器8具体使用精度为±0.01℃的温度传感器；压力监测器6采用精度为±0.001kN的压力传感器，称重器11采用精度为±0.01g的压力传感器。
实施例3等刚度约束条件下的冻融循环试验流程
(1)制样：称量装样所需的土及易溶盐含量，将土样拌好后，置于养护盒中养护48h，然后利用千斤顶在制样器中将土样压实成型，形成土样22。
(2)装置组装：在试样桶3内壁涂抹一层凡士林，用于减小试样桶3内壁对土样膨胀的侧向约束，将土样22压入试样桶3中，基于实施例1公开的装置，完成整个装置的组装以及试验前准备工作。其中，试样桶3内土样22上表面的顶盘23优选为没有透水孔的实体顶盘，试样桶3的上顶盖3a与桶身3c之间始终保持压紧密封状态，将各试验数据采集端通过各自的数采仪连接至监控电脑7。
(3)冻融循环试验：利用温度控制器1a调节温控箱1内温度，进而对土样22的温度进行调节，进行冻融循环试验。
所设温度循环可为：26℃→21℃→16℃→11℃→6℃→1℃→-4℃→-9℃→-14℃→-19℃→-24℃→-19℃→-14℃→-9℃→-4℃→1℃→6℃→11℃→16℃→21℃→26℃。
在试验过程中，土样22的盐胀力通过压力检测器6进行监测，盐胀量通过位移检测探针26进行检测，试样温度由温度检测探针21测量，温控箱1内部的温、湿度由温度检测器8和湿度检测器9测量；各试验数据采集端的数据通过数采仪连接至电脑，进行实时监测。通过第一摄像机13和第二摄像机14观察土样22以及平行土样15在冻融循环作用下的具体形态。
(4)通过更换不同刚度系数的刚性环4，每组试验设置7～8组不同刚度系数的刚性环4，重复上述步骤，进行等刚度约束条件下盐渍土冻融循环盐胀特性试验。
实施例4等刚度约束条件下的干湿循环试验流程
(1)制样：同实施例3。
(2)装置组装：基于实施例2公开的装置，完成整个装置的组装以及试验前准备工作。其中，试样桶3内土样22上表面的顶盘23为具有透水孔的多孔顶盘，试样桶3的上顶盖3a通过拧紧连杆3d上的螺母使其与桶身3c压紧密封。其它同实施例3。
(3)干湿循环试验：等刚度约束条件下盐渍土干湿循环盐胀特性测试(温控条件下)分为两个阶段：定量增湿阶段及含水率递减阶段。
(31)定量增湿阶段：设置加水组件17中加水17c的加水量(例如一次加水量为试样含水率的1％)，设定温控箱1中温度控制器1a的温度(例如20℃，在恒温条件下进行)，稳定4h后,待温控箱1内温度恒定后，开始向土样中加水，水经由加水组件17、水管16流入上顶盖3a上的注水口27，然后通过多孔顶盘上的开孔流入土样22中。
(32)含水率递减阶段：使上顶盖3a与桶身3c上边缘之间具有适当间隙(拧松连杆3d上的螺母，利用调节弹簧19将上顶盖3a弹起)，关闭加水组件17，打开空气干燥组件，通过空气的对流循环，空气干燥组件不断对土样22中逸出的水分进行干燥，降低温控箱1内的空气湿度，从而对土样22的含水率进行递减。
在试验过程中，土样22的质量含水率通过称重器11进行监测，盐胀力通过压力检测器6进行监测，盐胀量通过位移检测探针26进行检测，并且各试验数据采集端的数据通过数采仪连接至电脑，进行实时监测。
(4)通过更换不同刚度系数的刚性环4，每组试验设置7～8组不同刚度系数的刚性环4，设置不同的环境温度(温度设置范围为0℃～38℃，重复步骤(1)～(3)，进行等刚度约束条件下盐渍土干湿循环盐胀特性试验。
实施例5等刚度约束条件下的干湿-冻融耦合试验流程
(1)制样：同实施例4。
(2)装置组装：基于实施例2公开的装置，完成整个装置的组装以及试验前准备工作。其中，试样桶3内土样22上表面的顶盘23为具有透水孔的多孔顶盘，试样桶3的上顶盖3a与桶身3c之间具有适当距离。其它同实施例4。
(3)干湿-冻融试验：利用温度控制器1a调节温控箱1内温度，利用加水组件17进行补水，利用空气干燥组件进行干燥，三者同时进行。
具体试验条件可为：含水率变化范围为：26％→24％→22％→20％→18％→16％→14％→12％→10％→8％→6％→8％→10％→12％→14％→16％→18％→20％→22％→24％→26％→28％；对应温度调节范围为：26℃→21℃→16℃→11℃→6℃→1℃→6℃→11℃→16℃→21℃→26℃。
试验过程中的监测过程同实施例4。
(4)通过更换不同刚度系数的刚性环4，每组试验设置7～8组不同刚度系数的刚性环4，重复上述步骤，进行等刚度约束条件下盐渍土干湿-冻融耦合盐胀特性试验。
以上对本发明所提供的技术方案进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的结构及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种刚度约束条件下盐渍土盐胀特性试验装置，其特征在于，该装置包括：
温控箱(1)，均置于所述温控箱(1)内部的支撑架(2)、试样桶(3)以及刚度约束机构和试验数据检测组件；
所述温控箱(1)用于对其内部温度进行调控；
所述支撑架(2)具有上顶板(2a)和下底板(2b)，试验过程中两者高度固定；
所述试样桶(3)置于所述下底板(2b)上，试验时所述试样桶(3)内部放有土样(22)，所述土样(22)的顶面放置有直径与所述试样桶(3)内径相适应的顶盘(23)，所述顶盘(23)的顶面设有顶杆(25)，所述顶杆(25)向上延伸穿过所述试样桶(3)的上顶盖(3a)并且其能相对所述上顶盖(3a)上下移动；
所述刚度约束机构包括等刚度约束机构或变刚度约束机构，根据实际刚度约束需求选择使用或者不使用，对应形成的刚度约束条件包括等刚度约束条件、变刚度约束条件或恒体积约束条件；所述刚度约束机构使用时设在所述顶杆(25)顶部与所述上顶板(2a)之间，不使用时所述顶杆(25)顶部直接与所述上顶板(2a)连接；
所述试验数据检测组件用于对试验过程中试验数据进行检测并将其传输至监测终端。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述试验数据检测组件包括位移检测探针(26)和/或压力检测器(6)，所述位移检测探针(26)用于检测所述顶杆(25)的竖向位移量，所述压力检测器(6)设在所述顶杆(25)顶部与所述刚性环(4)底部之间。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述位移检测探针(26)一端通过固定块(24)设在所述顶杆(25)上，另一端向上延伸穿过所述试样桶(3)的上顶盖(3a)设在支撑板(18)上。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述等刚度约束机构具体为刚性环(4)或者柱状弹簧(30)，所述变刚度约束机构具体为塔式弹簧(31)。
5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述等刚度约束机构的上下两端具有凸起柱或者凹陷柱，所述支撑架(2)的上顶板(2a)的底部和所述顶杆的顶部具有相互配合实现插入连接的凹陷柱或凸起柱。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述顶杆(25)的顶部具有第一凹陷柱，所述等刚度约束机构的下端具有第一凸起柱；所述第一凹陷柱的空腔底部放置压力检测器(6)，所述第一凸起柱从所述第一凹陷柱的顶部往下插入直接或间接顶到所述压力检测器(6)的上表面。
7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，该装置还包括温度检测探针(21)，其探头经由所述上顶盖(3a)、所述顶盘(23)插入所述土样(22)中，用于检测所述土样(22)在试验过程中的温度值；和/或，该装置还包括均布所述温控箱(1)内壁上、位于所述试样桶(3)附近的多个辐射灯(10)。
8.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述试样桶(3)的桶身(3c)为透明桶身，该装置还包括对所述试样桶(3)内的所述土样(22)进行拍摄的第一摄像机(13)；和/或，该装置还包括至于所述温控箱(1)内部的平行土样(15)以及对其进行拍摄的第二摄像机(14)。
9.如权利要求1至8任意一项所述的装置，其特征在于：所述顶盘(23)上开设有透水孔，所述试样桶(3)的上顶盖(3a)上设有多个注水口(27)并且其与桶身(3c)上边缘之间的距离可进行微调；所述装置还包括称重器(11)、加水组件(17)和空气干燥组件，所述称重器(11)置于所述支撑架(2)下方，所述加水组件(17)置于所述温控箱(1)外部并通过穿入所述温控箱(1)箱壁的水管(16)向所述注水口(27)提供水源，所述空气干燥组件包括进气口和出气口均与所述温控箱(1)内部连通的通气管道以及设在所述通气管道上的空气循环器和空气除湿器。
10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述试样桶(3)包括桶身(3c)和设在其上下两端的所述上顶盖(3a)和下底盖(3b)，所述上顶盖(3a)与所述下底盖(3b)之间通过数根连杆(3d)实现连接，所述连杆(3d)穿出所述上顶盖(3a)的部分具有外螺纹，所述外螺纹外设有配合使用的螺母；所述连杆(3d)靠近所述上顶盖(3a)的底面的位置设有调节弹簧(19)支撑块并且在所述弹簧支撑块(20)与所述上顶盖(3a)之间套设有调节弹簧(19)；所述上顶盖(3a)与所述桶身(3c)上边缘之间的间隙通过拧动所述螺母使所述调节弹簧(19)撑起所述上顶盖(3a)实现。
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