CN114965947A - 土样分段浸湿下膨胀率和膨胀力的测量装置及测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种土样分段浸湿下膨胀率和膨胀力的测量装置，包括：包括压力活塞、渗透装置、蓄水箱、注水池和电子秤；渗透装置顶部设有压力活塞，渗透装置放置在蓄水箱中并密封。本发明的有益效果是：本发明涉及的测量装置可在试验中测得土样分段浸湿下的膨胀力和膨胀率，更加准确的得到土样含水率逐渐增大过程中动态变化的膨胀率和膨胀力；可以通过仪器顶部的压力活塞外接压力传感器和位移传感器来测量土体的膨胀力和体积变化量；在膨胀力试验中可以更加直观显示土体膨胀力作用，在膨胀率试验中可直接读取土体的体积变化量；本发明适用于各种土体的膨胀率及膨胀力试验，可以广泛应用于测量土体膨胀率与膨胀力试验中。
Description
技术领域
本发明属于岩土工程技术领域，尤其涉及一种土样分段浸湿下膨胀率和膨胀力的测量装置及测试方法。
背景技术
膨胀土是一种对环境变化，特别是对于湿度状态的变化非常敏感的土；膨胀土在有约束的情况下会发生吸水膨胀或失水收缩反应，产生膨胀压力；膨胀土的吸水膨胀或失水收缩与一般黏土相比具备不同的工程性质，给人类工程活动带来了巨大的危害。因此如何测量土的膨胀率和膨胀力在工程中具有重大意义。
然而在传统的膨胀率和膨胀力试验过程中，大多将土体直接浸泡在水中达到饱和含水率，再进行试验，得到饱和含水率下的膨胀率和膨胀力；但这样无法模拟土体真实的渗透过程，即无法得到土体在含水率逐渐增大过程中动态变化的膨胀率和膨胀力。
为了解决上述问题，测得土样在分段浸湿条件下动态变化的膨胀率和膨胀力，模拟土体真实的渗透过程，研发一种土样分段浸湿下膨胀率和膨胀力的测量装置及测试方法就非常重要。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种土样分段浸湿下膨胀率和膨胀力的测量装置及测试方法；
这种土样分段浸湿下膨胀率和膨胀力的测量装置，包括压力活塞、渗透装置、蓄水箱、注水池和电子秤；渗透装置顶部设有压力活塞，渗透装置放置在蓄水箱中并密封；蓄水箱设有带阀门的进水管和出水管，进水管一端连接注水池的出水口，进水管另一端接入蓄水箱底部的进水口；测量装置底部设有电子秤；
其中渗透装置包括底座、顶座、钢板和透水板；底座上装有两块钢板；每块钢板中部均内嵌有与钢板同样厚度的透水板；两块钢板围成的区域内部左右两侧各设有一块玻璃板，每块玻璃板均固定于前后两块钢板之间，便于观察试验过程中土体膨胀变化情况；
压力活塞上设有压力传感器和显示屏，可直接读取土体膨胀变化量；或者压力活塞上设有位移传感器和显示屏，可直接读取土体的膨胀力。
作为优选，压力活塞通过插销固定于渗透装置顶部。
作为优选，压力活塞上设有传力杆，传力杆上设有刻度，可在试验时用于观察土样的高度。
作为优选，渗透装置通过密封条密封于蓄水箱中。
作为优选，每块玻璃板均通过螺钉固定于前后两块钢板之间。
作为优选，电子秤的精度为0.1g。
这种土样分段浸湿下膨胀率和膨胀力的测量装置的测试方法，包括以下步骤：
步骤1、测试土样的自由膨胀率；
步骤1.1、获取土样并烘干，将土样装入渗透装置，并读取电子秤的读数；将位移传感器接到渗透装置顶部的压力活塞上，压力活塞与土样上表面接触；将渗透装置放置在蓄水箱中，关闭进水管及出水管上的阀门，记下此刻电子秤的读数m1作为初读数；
步骤1.2、打开进水管上的阀门，由注水池通过进水管向蓄水箱内注入纯水，水自下而上进入土样直至水面高出透水板；将土样浸泡设定时长后，关闭进水管上的阀门，打开出水管上的阀门，将水排干；读取电子秤的读数m2，得到此刻土样的含水率；
步骤1.3、待位移传感器读数稳定后，记录稳定后的读数，通过显示屏读取步骤1.2所得土样含水率对应的自由膨胀率；记录完成后打开进水管上的阀门并关闭出水管上的阀门；
步骤1.4、继续注水，重复步骤1.1至步骤1.3，继续测量试验土样含水率并得到土样分段浸湿下的自由膨胀率，直至土样含水率达到100％时，土样的自由膨胀率测试试验结束，将土样取出，将仪器洗净并擦干；
步骤2、测试土样的膨胀力；
步骤2.1、获取土样并烘干，将土样放入渗透装置，并读取电子秤的读数；将压力传感器接到渗透装置顶部的压力活塞上，压力活塞与土样上表面接触；将渗透装置放置在蓄水箱中；记下此刻电子秤的读数m1作为初读数；
步骤2.2、打开进水管上的阀门，由注水池通过进水管向蓄水箱内注入纯水，水自下而上进入土样直至水面高出透水板；将土样浸泡设定时长后，关闭进水管上的阀门，打开出水管上的阀门，将水排干；读取电子秤的读数m2，得到此刻土样的含水率；
步骤2.3、待压力传感器读数稳定后，记录稳定后的读数，通过显示屏读取土样含水率对应的膨胀力；记录完成后，打开进水管上的阀门，并关闭出水管上的阀门；
步骤2.4、继续注水，重复步骤2.1至步骤2.3，继续测量试验土样含水率并得到土样分段浸湿下的膨胀力，直至土样含水率达到100％时，土样的膨胀力测试试验结束，将土样取出，将仪器洗净并擦干。
作为优选，步骤1.2和步骤2.2中土样的含水率的计算方式均为：
其中，w为土样的含水率，单位为％。
本发明的有益效果是：
本发明设置有蓄水箱，还设有透水板用于模拟土体真实的渗透过程以及模拟不同渗透水压，蓄水箱上设有进水管和出水管以便于蓄水箱内的水可以自由充满，或流出至放干，用于分段模拟土体逐渐膨胀到不同含水率的情况，使结果更加精确；设有电子秤，用于直接获得土体质量变化情况；测量装置设有玻璃板，便于观察试验过程中土体膨胀变化情况；压力活塞上设有压力传感器、位移传感器和显示屏用于直接读取土体膨胀变化量和直接读取土体的膨胀力；压力活塞上设有传力杆，传力杆上设有刻度，在试验时用于观察土样的高度；
本发明涉及的测量装置可在试验中测得土样分段浸湿下的膨胀力和膨胀率，更加准确的得到土样含水率逐渐增大过程中动态变化的膨胀率和膨胀力；可以通过仪器顶部的压力活塞外接压力传感器和位移传感器来测量土体的膨胀力和体积变化量；在膨胀力试验中可以更加直观显示土体膨胀力作用，在膨胀率试验中可直接读取土体的体积变化量；本发明适用于各种土体的膨胀率及膨胀力试验，可以广泛应用于测量土体膨胀率与膨胀力试验中。
附图说明
图1为土样分段浸湿下膨胀率和膨胀力的测量装置整体结构示意图；
图2为渗透装置侧视图；
图3为渗透装置剖视示意图；
图4为外接的压力传感器示意图；
图5为外接的位移传感器示意图。
附图标记说明：压力活塞1、顶座2、钢板3、玻璃板4、透水板5、底座6、阀门7、进水管8、注水池9、蓄水箱10、出水管11、电子秤12、压力传感器13、显示屏14、位移传感器15、密封条16、插销17。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步描述。下述实施例的说明只是用于帮助理解本发明。应当指出，对于本技术领域的普通人员来说，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。
实施例一
本申请实施例一提供了一种如图1所示土样分段浸湿下膨胀率和膨胀力的测量装置，包括压力活塞1、渗透装置、蓄水箱10、注水池9和电子秤12；渗透装置顶部设有压力活塞1，压力活塞1通过插销17固定于渗透装置顶部；如图3所示，压力活塞1上设有传力杆，传力杆上设有刻度，可在试验时用于观察土样的高度；渗透装置放置在蓄水箱10中并通过密封条16密封；蓄水箱10设有带阀门7的进水管8和出水管11，进水管8一端连接注水池9的出水口，进水管8另一端接入蓄水箱10底部的进水口；测量装置底部设有电子秤12，电子秤12的精度为0.1g；
其中渗透装置包括底座6、顶座2、钢板3和透水板5；底座6上装有两块钢板3；每块钢板3中部均内嵌有与钢板3同样厚度的透水板5；如图2所示，两块钢板3围成的区域内部左右两侧各设有一块玻璃板4，每块玻璃板4均通过螺钉固定于前后两块钢板3之间，便于观察试验过程中土体膨胀变化情况；
如图4所示，压力活塞1上设有压力传感器13和显示屏14，可直接读取土体膨胀变化量；如图5所示，或者压力活塞1上设有位移传感器15和显示屏14，可直接读取土体的膨胀力。
实施例二
在实施例一的基础上，本申请实施例二提供了实施例一中土样分段浸湿下膨胀率和膨胀力的测量装置的测试方法：
1)土样的自由膨胀率：①获取原状土样并烘干，土样装入渗透装置中；②将位移传感器15接到渗透装置顶部的压力活塞1上，然后将渗透装置放置在蓄水箱10中并关闭进水管8及出水管11的阀门7，记录此刻电子秤12的读数m1；③打开进水管8阀门7至水位高于渗透装置透水板5，待水渗入试验土样浸泡给定时间后，关闭进水管8阀门打开出水管11阀门，待水完全排空后记录电子秤12的读数m2即可得到此刻土样的含水率；④待位移传感器15读数稳定后记录读数即可得到土样此刻含水率的自由膨胀率；⑤记录完成后打开进水管8阀门并关闭出水管11阀门，浸泡给定时间后继续测量试验土样含水率及读取位移传感器15稳定读数并记录即可得到土样不同含水率下的自由膨胀率，直至土样含水率达到100％时试验结束。
其中，w为土样的含水率，单位为％。
试验完成后，将土样取出，仪器洗净并擦干。
(2)土样的膨胀力：①获取原状土样并烘干，土样装入渗透装置中；②将压力传感器13接到渗透装置顶部的压力活塞1上，然后将渗透装置放置在蓄水箱10中并关闭进水管8及出水管11的阀门7，记录此刻电子秤12的读数m1；③打开进水管8阀门7至水位高于渗透装置透水板5，待水渗入试验土样浸泡给定时间后，关闭进水管8阀门打开出水管11阀门，待水完全排空后记录电子秤12的读数m2即可得到此刻土样的含水率；④待压力传感器13读数稳定后记录读数即可得到土样此刻含水率的膨胀力；⑤记录完成后打开进水管8阀门并关闭出水管11阀门，浸泡给定时间后继续测量试验土样含水率及读取压力传感器13稳定读数并记录即可得到土样不同含水率下的膨胀力，直至土样含水率达到100％时试验结束。
试验完成后，将土样取出，仪器洗净并擦干。
Claims (8)
1.土样分段浸湿下膨胀率和膨胀力的测量装置，其特征在于，包括压力活塞(1)、渗透装置、蓄水箱(10)、注水池(9)和电子秤(12)；渗透装置顶部设有压力活塞(1)，渗透装置放置在蓄水箱(10)中并密封；蓄水箱(10)设有带阀门(7)的进水管(8)和出水管(11)，进水管(8)一端连接注水池(9)的出水口，进水管(8)另一端接入蓄水箱(10)底部的进水口；测量装置底部设有电子秤(12)；
其中渗透装置包括底座(6)、顶座(2)、钢板(3)和透水板(5)；底座(6)上装有两块钢板(3)；每块钢板(3)中部均内嵌有与钢板(3)同样厚度的透水板(5)；两块钢板(3)围成的区域内部左右两侧各设有一块玻璃板(4)，每块玻璃板(4)均固定于前后两块钢板(3)之间；
压力活塞(1)上设有压力传感器(13)和显示屏(14)；或者压力活塞(1)上设有位移传感器(15)和显示屏(14)。
2.根据权利要求1所述土样分段浸湿下膨胀率和膨胀力的测量装置，其特征在于：压力活塞(1)通过插销(17)固定于渗透装置顶部。
3.根据权利要求1所述土样分段浸湿下膨胀率和膨胀力的测量装置，其特征在于：压力活塞(1)上设有传力杆，传力杆上设有刻度。
4.根据权利要求1所述土样分段浸湿下膨胀率和膨胀力的测量装置，其特征在于：渗透装置通过密封条(16)密封于蓄水箱(10)中。
5.根据权利要求1所述土样分段浸湿下膨胀率和膨胀力的测量装置，其特征在于：每块玻璃板(4)均通过螺钉固定于前后两块钢板(3)之间。
6.根据权利要求1所述土样分段浸湿下膨胀率和膨胀力的测量装置，其特征在于：电子秤(12)的精度为0.1g。
7.一种如权利要求1至6任一项所述土样分段浸湿下膨胀率和膨胀力的测量装置的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、测试土样的自由膨胀率；
步骤1.1、获取土样并烘干，将土样装入渗透装置，并读取电子秤(12)的读数；将位移传感器(15)接到渗透装置顶部的压力活塞(1)上，压力活塞(1)与土样上表面接触；将渗透装置放置在蓄水箱(10)中，关闭进水管(8)及出水管(11)上的阀门(7)，记下此刻电子秤的读数m1作为初读数；
步骤1.2、打开进水管(8)上的阀门(7)，由注水池(9)通过进水管(8)向蓄水箱(10)内注入纯水，水自下而上进入土样直至水面高出透水板(5)；将土样浸泡设定时长后，关闭进水管(8)上的阀门(7)，打开出水管(11)上的阀门(7)，将水排干；读取电子秤(12)的读数m2，得到此刻土样的含水率；
步骤1.3、待位移传感器(15)读数稳定后，记录稳定后的读数，通过显示屏(14)读取步骤1.2所得土样含水率对应的自由膨胀率；记录完成后打开进水管(8)上的阀门(7)并关闭出水管(11)上的阀门(7)；
步骤1.4、继续注水，重复步骤1.1至步骤1.3，继续测量试验土样含水率并得到土样分段浸湿下的自由膨胀率，直至土样含水率达到100％时，土样的自由膨胀率测试试验结束，将土样取出，将仪器洗净并擦干；
步骤2、测试土样的膨胀力；
步骤2.1、获取土样并烘干，将土样放入渗透装置，并读取电子秤(12)的读数；将压力传感器(13)接到渗透装置顶部的压力活塞(1)上，压力活塞(1)与土样上表面接触；将渗透装置放置在蓄水箱(10)中；记下此刻电子秤的读数m1作为初读数；
步骤2.2、打开进水管(8)上的阀门(7)，由注水池(9)通过进水管(8)向蓄水箱(10)内注入纯水，水自下而上进入土样直至水面高出透水板；将土样浸泡设定时长后，关闭进水管(8)上的阀门(7)，打开出水管(11)上的阀门(7)，将水排干；读取电子秤(12)的读数m2，得到此刻土样的含水率；
步骤2.3、待压力传感器(13)读数稳定后，记录稳定后的读数，通过显示屏(14)读取土样含水率对应的膨胀力；记录完成后，打开进水管上(8)的阀门(7)，并关闭出水管(11)上的阀门(7)；
步骤2.4、继续注水，重复步骤2.1至步骤2.3，继续测量试验土样含水率并得到土样分段浸湿下的膨胀力，直至土样含水率达到100％时，土样的膨胀力测试试验结束，将土样取出，将仪器洗净并擦干。
8.根据权利要求7所述土样分段浸湿下膨胀率和膨胀力的测量装置的测试方法，其特征在于，步骤1.2和步骤2.2中土样的含水率的计算方式均为：
其中，w为土样的含水率，单位为％。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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