CN110632278A - 一种不同流速条件下土体崩解特性的实验测定装置和方法 - Google Patents

一种不同流速条件下土体崩解特性的实验测定装置和方法 Download PDF

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刘青灵
吴文灿
张俊翔
李兵磊
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    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/24—Earth materials

Abstract

本发明涉及一种不同流速条件下土体崩解特性的实验测定装置和方法，包括两套测定模块，每个测定模块均包括固定支架、量筒、用以承载样品的多孔滤板、进水管、出水管、设置在进水管上的第一调速阀与第一流量计、设置在出水管上的第二调速阀与第二流量计、收集容器、测力单元以及上位机。采用本发明的装置与方法能够模拟不同水体流速，测定出花岗岩残积土等土体的崩解特性，同时本发明综合运用测力计和电子天平精细量测设备，从力和质量两个维度测定土体的崩解特性指标，并得出土体崩解特性曲线，具有精度高的特点。

Description

一种不同流速条件下土体崩解特性的实验测定装置和方法
技术领域
本发明涉及土木工程设计领域，特别是一种不同流速条件下土体崩解特性的实验测定装置和方法。
背景技术
土体的崩解性，又称土体湿化性，是指土样遇水湿化后，由于土粒间的结构联结和强度丧失，使土体崩散解体的特性，一般采用土体崩解特性曲线进行衡量土体崩解所需时间、崩解速度、崩解量。
土体的崩解特性，尤其是东南沿海沉积丘陵地貌赋存的大量花岗岩沉积土的崩解特征，关系到工程结构与土体的长期稳定性，以及台风降雨条件下形成不同速度的地表径流导致表层花岗岩沉积土的大范围量崩解，进而发生土体滑坡地质灾害。
然而土体的崩解特性由于实地量测难等问题一直不能够精确地测量，现有的实验装置还原性均不强，不能够与实地的水流速度保持一致，导致测量结果均不准确。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提出一种不同流速条件下土体崩解特性的实验测定装置和方法，从土体的工程性质出发，模拟不同水体流速，测定出花岗岩残积土的崩解特性。
本发明采用以下方案实现：一种不同流速条件下土体崩解特性的实验测定装置，包括两套测定模块，每个测定模块均包括固定支架、量筒、用以承载样品的多孔滤板、进水管、出水管、设置在进水管上的第一调速阀与第一流量计、设置在出水管上的第二调速阀与第二流量计、收集容器、测力单元以及上位机；
所述测力单元通过固定支架架设于量筒的上方，所述测力单元的测力端与所述多孔滤板相连，信号输出端与上位机相连，用以测量多孔滤板及其承载物的重量，并将测量结果传输至上位机；
所述第一调速阀与第二调速阀用以根据设定的流速保持量筒的中的水位固定并完全淹没样品，所述收集容器与出水管相连，用以收集实验废水。
进一步地，还包括设置在量筒底部的净化装置。
进一步地，所述净化装置为吸附材料，包括但不限于反渗滤网或聚丙烯酰胺。
进一步地，两套测定模块中的测力单元分别为测力计与电子天平。
本发明还提供了一种基于上文所述的不同流速条件下土体崩解特性的实验测定装置的方法，包括以下步骤：
获取测量地的土体样本，确定测量地在不同降雨条件下的不同地表径流流速V1，V2，……，Vn，对于每一个流速Vi，分别采用两套测定模块进行一次测定，分别定义为测定一与测定二；
所述测定一为：
测力单元采用测力计，将土体样本放置在多孔滤板上，通过测力计得到放入土体样本前后测力值的变化值ΔF以及放入土体样本后试验开始时的测力值F0；打开第一调速阀与第二调速阀，并通过调整第一调速阀与第二调速阀的水流速度保持量筒的上部水面为恒定水位，对应量筒内流速Vi；按一定的时间间隔，上位机实时记录t时刻测力计的读数Ft，直至土体样本完全通过多孔滤板；
计算得出土体样本在当前测定单元中t时刻对应流速Vi的实验崩解量At：
Figure BDA0002248537770000031
所述测定二为：
测力单元采用电子天平，将土体样本放置在多孔滤板上，通过电子天平得到放入土体样本前后电子天平读数的变化值ΔM以及放入土体样本后试验开始时的电子天平读数M0；打开第一调速阀与第二调速阀，并通过调整第一调速阀与第二调速阀的水流速度保持量筒的上部水面为恒定水位，对应量筒内流速Vi；按一定的时间间隔，上位机实时记录t时刻电子天平的读数Mt，直至土体样本完全通过多孔滤板；
计算得出土体样本在当前测定单元中t时刻对应流速Vi的实验崩解量Bt：
Figure BDA0002248537770000032
流速Vi所对应的土体崩解量为：
Figure BDA0002248537770000033
进一步地，在量筒的底部放置吸附净化材料，一方面对实验过程中产生的污水进行将化，另一方面防止水中的含泥量堵塞出水管并干扰调速阀的正常工作。
进一步地，所述多孔滤板为一圆形平板，该圆形平板上开有圆孔。
与现有技术相比，本发明有以下有益效果：
1、采用本发明的装置与方法能够模拟不同水体流速，测定出花岗岩残积土等土体的崩解特性
2、本发明综合运用测力计和电子天平精细量测设备，从力和质量两个维度测定土体的崩解特性指标，并得出土体崩解特性曲线，具有精度高的特点。
3、本发明采用吸附材料用以净化实验污水，具有净度高的特点。
附图说明
图1为本发明实施例测定一中测定模块结构示意图。
图2为本发明实施例测定二中测定模块结构示意图。
图中，1为固定支架，2为进水管，3为第一调速阀或第二调速阀，4为第一流量计或第二流量计，5为测力计，6为上位机，7为量筒，8为土体试样，9为多孔滤板，10为吸附材料，11为出水管，12为收集容器，13为电子电平。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
本实施例提供了一种不同流速条件下土体崩解特性的实验测定装置，包括两套测定模块，每个测定模块均包括固定支架、量筒、用以承载样品的多孔滤板、进水管、出水管、设置在进水管上的第一调速阀与第一流量计、设置在出水管上的第二调速阀与第二流量计、收集容器、测力单元以及上位机；
所述测力单元通过固定支架架设于量筒的上方，所述测力单元的测力端与所述多孔滤板相连，信号输出端与上位机相连，用以测量多孔滤板及其承载物的重量，并将测量结果传输至上位机；
所述第一调速阀与第二调速阀用以根据设定的流速保持量筒的中的水位固定并完全淹没样品，所述收集容器与出水管相连，用以收集实验废水。
在本实施例中，还包括设置在量筒底部的净化装置。
在本实施例中，所述净化装置为吸附材料，包括但不限于反渗滤网或聚丙烯酰胺。
在本实施例中，两套测定模块中的测力单元分别为测力计与电子天平。
较佳的，在本实施例中，所述多孔滤板为为一圆形平板，平板上开有圆孔。收集容器为一个塑料容器或者玻璃容器。量筒为直立量筒。上位机为计算机。
本实施例还提供了一种基于上文所述的不同流速条件下土体崩解特性的实验测定装置的方法，包括以下步骤：
获取测量地的土体样本，确定测量地在不同降雨条件下的不同地表径流流速V1，V2，……，Vn(特别的，本实施例根据东南沿海气象站历史降雨统计数据，对应不同的丘陵地貌地表径流流速来确定上述一组流速)，对于每一个流速Vi，分别采用两套测定模块进行一次测定，分别定义为测定一与测定二；
如图1所示，所述测定一为：
测力单元采用测力计来获取实验过程中力的大小，将土体样本放置在多孔滤板上，通过测力计得到放入土体样本前后测力值的变化值ΔF以及放入土体样本后试验开始时的测力值F0；打开第一调速阀与第二调速阀，并通过调整第一调速阀与第二调速阀的水流速度保持量筒的上部水面为恒定水位，对应量筒内流速Vi；按一定的时间间隔(30s或1min)，上位机实时记录t时刻测力计的读数Ft，直至土体样本完全通过多孔滤板；
计算得出土体样本在当前测定单元中t时刻对应流速Vi的实验崩解量At：
Figure BDA0002248537770000061
如图2所示，所述测定二为：
测力单元采用电子天平来获取实验过程中质量的大小，将土体样本放置在多孔滤板上，通过电子天平得到放入土体样本前后电子天平读数的变化值ΔM以及放入土体样本后试验开始时的电子天平读数M0；打开第一调速阀与第二调速阀，并通过调整第一调速阀与第二调速阀的水流速度保持量筒的上部水面为恒定水位，对应量筒内流速Vi；按一定的时间间隔(30s或1min)，上位机实时记录t时刻电子天平的读数Mt，直至土体样本完全通过多孔滤板；
计算得出土体样本在当前测定单元中t时刻对应流速Vi的实验崩解量Bt：
Figure BDA0002248537770000071
流速Vi所对应的土体崩解量为：
Figure BDA0002248537770000072
在本实施例中，在量筒的底部放置吸附净化材料，一方面对实验过程中产生的污水进行将化，另一方面防止水中的含泥量堵塞出水管并干扰调速阀的正常工作。
较佳的，在本实施例中，多孔滤板为一圆形平板，该圆形平板上开有圆孔。
特别的，本实施例中，所述土体样本的制作具体为：取东南沿海工程场地丘陵地貌的原位土，取样后立即通过薄膜密封，保持土体的天然特性。在实验室通过切土刀制备边长为5cm的立方体试样。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (7)

1.一种不同流速条件下土体崩解特性的实验测定装置，其特征在于，包括两套测定模块，每个测定模块均包括固定支架、量筒、用以承载样品的多孔滤板、进水管、出水管、设置在进水管上的第一调速阀与第一流量计、设置在出水管上的第二调速阀与第二流量计、收集容器、测力单元以及上位机；
所述测力单元通过固定支架架设于量筒的上方，所述测力单元的测力端与所述多孔滤板相连，信号输出端与上位机相连，用以测量多孔滤板及其承载物的重量，并将测量结果传输至上位机；
所述第一调速阀与第二调速阀用以根据设定的流速保持量筒的中的水位固定并完全淹没样品，所述收集容器与出水管相连，用以收集实验废水。
2.根据权利要求1所述的一种不同流速条件下土体崩解特性的实验测定装置，其特征在于，还包括设置在量筒底部的净化装置。
3.根据权利要求2所述的一种不同流速条件下土体崩解特性的实验测定装置，其特征在于，所述净化装置为吸附材料，包括但不限于反渗滤网或聚丙烯酰胺。
4.根据权利要求2所述的一种不同流速条件下土体崩解特性的实验测定装置，其特征在于，两套测定模块中的测力单元分别为测力计与电子天平。
5.一种基于权利要求1-4任一条所述的不同流速条件下土体崩解特性的实验测定装置的方法，其特征在于：
获取测量地的土体样本，确定测量地在不同降雨条件下的不同地表径流流速V1，V2，……，Vn，对于每一个流速Vi，分别采用两套测定模块进行一次测定，分别定义为测定一与测定二；
所述测定一为：
测力单元采用测力计，将土体样本放置在多孔滤板上，通过测力计得到放入土体样本前后测力值的变化值ΔF以及放入土体样本后试验开始时的测力值F0；打开第一调速阀与第二调速阀，并通过调整第一调速阀与第二调速阀的水流速度保持量筒的上部水面为恒定水位，对应量筒内流速Vi；按一定的时间间隔，上位机实时记录t时刻测力计的读数Ft，直至土体样本完全通过多孔滤板；
计算得出土体样本在当前测定单元中t时刻对应流速Vi的实验崩解量At：
Figure FDA0002248537760000021
所述测定二为：
测力单元采用电子天平，将土体样本放置在多孔滤板上，通过电子天平得到放入土体样本前后电子天平读数的变化值ΔM以及放入土体样本后试验开始时的电子天平读数M0；打开第一调速阀与第二调速阀，并通过调整第一调速阀与第二调速阀的水流速度保持量筒的上部水面为恒定水位，对应量筒内流速Vi；按一定的时间间隔，上位机实时记录t时刻电子天平的读数Mt，直至土体样本完全通过多孔滤板；
计算得出土体样本在当前测定单元中t时刻对应流速Vi的实验崩解量Bt：
流速Vi所对应的土体崩解量为：
Figure FDA0002248537760000031
6.根据权利要求5所述的一种不同流速条件下土体崩解特性的测定方法，其特征在于，在量筒的底部放置吸附净化材料，一方面对实验过程中产生的污水进行将化，另一方面防止水中的含泥量堵塞出水管并干扰调速阀的正常工作。
7.根据权利要求6所述的一种不同流速条件下土体崩解特性的测定方法，其特征在于，所述多孔滤板为一圆形平板，该圆形平板上开有圆孔。
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