CN117232982B - 一种用于土样变形试验的测试设备及其测试方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种用于土样变形试验的测试设备及其测试方法，涉及土样变形试验技术领域，其包括机架，机架上设置有试样筒，试样筒上设置有橡皮膜，橡皮膜套设在试样筒上。此外，机架上设置有限位组件、加压组件、排水组件以及测量组件，限位组件对试样的侧面进行限位，加压组件对试样的底面进行加压，实验变形后压出的溶液通过排水组件排出试样筒，最后测量组件对试样变形的数值进行测量。在试样被压缩的过程中，本申请能够减小试样侧面的摩擦力，使得试样能够真实的模拟试样在地下的变形情况，减小试样变形试验产生的误差，使得工作人员能够对试样情况进行精准的判断。

Description

一种用于土样变形试验的测试设备及其测试方法

技术领域

本申请涉及土样变形试验技术领域，尤其是涉及一种用于土样变形试验的测试设备及其测试方法。

背景技术

目前，土样变形试验是一种用于研究土壤的力学特性和变形行为的试验。这些试验旨在测量土壤在受到外部应力时的变形响应，以了解土壤的强度、刚度和变形特性。而土样变形试验包括三轴试验、直剪试验、压缩试验、扭剪试验。

而压缩试验用于测定土壤的压缩性和变形特性。土样通常在一个封闭的容器中施加垂直应力，然后测量土样的压缩位移和应力，以了解土壤的压缩行为和固结特性。

现有公开号为CN114018700A的中国专利，其公开了一种大型土石混合土样室内压缩仪与填土变形、稳定性计算方法，其压缩仪包括加载与测试系统和试样容纳装置，其中试样容纳装置包括容纳试样的护环，以及与试样连接的定量加湿器，以及沿试样环向设置的多个压力盒；加载与测试系统包括加压于试样顶部的千斤顶，以及与千斤顶控制连接的自动控制与记录装置，还包括与自动控制与记录装置双向连接的压力传感器，并在试样的顶部还设置有多个位移传感器。

使用上述压缩仪对土样进行变形测试前，将环刀装入护环内，然后在环刀内装好试样，试样上依次放上薄型滤纸、上透水钢板和加压盖板，并将其置于加压框架正中，使加压盖板与框架中心对准，安装位移传感器。之后通过试样上方的千斤顶对试样施加竖向压力向土样施加预压力使试样与仪器上下各部件之间接触，随后测读位移传感器的位移值。

针对上述中的相关技术，目前在环刀内加入土样进行土样变形试验时，土样与环刀的内壁之间存在摩擦力，不能真实的模拟土样在地下的变形情况，进而导致土样变形试验产生误差，影响工作人员对土样的判断。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于：提供一种用于土样变形试验的测试设备及其测试方法，它解决了在环刀内加入土样进行土样变形试验时，土样与环刀的内壁之间存在摩擦力，不能真实的模拟土样在地下的变形情况，进而导致土样变形试验产生误差，影响工作人员对土样判断的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种用于土样变形试验的测试设备及其测试方法，包括机架，所述机架上安装有试样筒，所述试样筒内套设有橡皮膜，所述橡皮膜与所述试样筒之间形成有限位腔，且所述橡皮膜背离所述限位腔的内侧形成有试样腔，试样放置在所述试样腔内，且试样与所述橡皮膜抵触；所述机架上设置有限位组件、加压组件、排水组件以及测量组件；限位组件，所述限位组件通过所述限位腔对试样的侧面进行限位；加压组件，所述加压组件通过所述试样腔对试样的底面进行加压；排水组件，试样经过加压变形后，试样内的溶液通过所述排水组件排出所述试样筒；测量组件，所述测量组件对试样加压变形后的变形数值进行测量。

通过上述技术方案，将橡皮膜套设在试样筒上，然后将试样放置在橡皮膜内侧形成的试样腔内，之后限位组件通过限位腔对试样的侧面进行限位，随后加压组件对试样的底面两侧进行加压，随着加压组件对试样进行加压，由于限位组件已对试样的侧面进行限位，因此，试样在加压的过程中，试样仅会在轴线方向上发生压缩，随着试样逐渐被压缩，试样内存在的溶液被压出，压出的溶液通过排水组件排出，最后测量组件对试样变形的数值进行测量。通过橡皮膜对试样的侧面进行限位，能够减小试样在被压缩过程中，试样侧面的摩擦力，使得试样能够真实的模拟试样在地下的变形情况，减小试样变形试验产生的误差，使得工作人员能够对试样情况进行精准的判断。

进一步的，所述限位组件包括注水管与出水管，所述注水管与出水管均与所述试样筒的限位腔连通，所述注水管上设置有第一开关阀，所述出水管上设置有第二开关阀，所述第一开关阀与第二开关阀控制所述注水管与出水管的打开或关闭。

通过上述技术方案，将注水管的第一开关阀打开，出水管上的第二开关阀关闭，然后通过注水管向试样筒与橡皮膜之间的限位腔进行注水，待限位腔内注满液态水后，关闭第一开关阀，通过液态水对试样的侧面进行限位，进而减小试样在向底面加压的过程中，试样侧面发生形变量。

进一步的，所述限位组件还包括可收缩的储水袋，所述机架上安装有抽液泵，所述抽液泵与所述注水管之间设置有第一导管，所述第一导管的一端与储水袋连接，另一端连接在所述抽液泵上，且所述抽液泵与所述注水管之间设置有第二导管，所述第二导管的一端与所述抽液泵连接，另一端与所述注水管连接。

通过上述技术方案，将无气水装入储水袋中，然后抽液泵通过第一导管与第二导管将无气水注入到试样筒的限位腔内，一方面能够防止无气水在限位腔内被压缩，另一方面，将无气水装入可收缩的储水袋中，能够防止无气水在储存的过程中空气溶解到无气水中。

进一步的，所述试样筒的两侧分别设置有支撑座与压盖，所述试样筒位于所述支撑座与所述压盖之间，且所述压盖上设置有固定螺栓，所述固定螺栓的一端穿过所述压盖，且所述固定螺栓的一端与所述支撑座连接，所述橡皮膜夹紧在所述支撑座与所述压盖之间。

通过上述技术方案，支撑座与压盖将试样筒的两端抵紧，使得橡皮膜被夹紧在试样筒与支撑座、压盖之间，然后固定螺栓的一端穿过压盖并与支撑座连接，进而使得橡皮膜套设在试样筒上的稳定性得以提升。

进一步的，所述加压组件包括加压座，所述加压座内形成有加压腔，所述加压座上设置有固定座，且所述加压座与所述固定座之间设置有顶膜，所述加压座上设置有连接螺栓，所述连接螺栓的一端穿过所述加压座，且所述连接螺栓穿过所述加压座的一端与所述固定座连接；所述固定座上设置有第一基板，所述第一基板与所述顶膜呈间隔设置，且所述第一基板滑移安装在所述固定座上，所述第一基板的一侧设置有第二基板，所述第一基板与第二基板之间设置有连杆，所述连杆连接所述第一基板与第二基板，所述第二基板与所述支撑座抵触。

通过上述技术方案，向加压座的加压腔内通入气体，随着加压腔内气体的增加，顶膜将第一基板顶起，随着第一基板被顶起，由于第二基板通过连杆连接在第一基板上，因此，第二基板将试样筒抬起，通过顶膜缓慢的将试样筒抬起，能够模拟试样在地下的受力情况，防止突然的加压对试样造成破坏。

进一步的，所述机架上设置有立杆，所述立杆上设置有压杆，所述压杆位于所述试样筒靠近所述压盖的一侧，且所述压盖上设置有压块，所述压块的一端穿过所述压盖并向所述试样腔内延伸；所述压杆上设置有抵紧螺栓，所述抵紧螺栓螺纹连接在所述压杆上，且所述抵紧螺栓的一端与所述压块抵触。

通过上述技术方案，将压块的一端穿过压盖，使压块抵紧在试样上，然后转动抵紧螺栓，使抵紧螺栓的一端抵紧在压块上，使得压块抵紧在试样上的稳定性得以提升。

进一步的，所述支撑座内形成有第一透水腔，所述支撑座上开设有第一透水孔，所述第一透水孔连通所述试样腔与第一透水腔，且所述支撑座的第一透水孔上覆盖有第一透水石，所述支撑座上还开设有第一出水孔，所述第一出水孔连通所述第一透水腔与所述支撑座的外侧。

通过上述技术方案，试样在被压缩的过程中，试样内的溶液通过第一透水石流向第一透水孔，然后溶液通过第一透水孔流向第一透水腔，之后溶液通过第一出水孔流出支撑座，进而防止试样压出后的溶液影响试样的变形实验。

进一步的，所述排水组件包括排水箱，所述支撑座上设置有第一排水管，所述出水管上设置有第二排水管，所述第一排水管的一端与所述第一出水孔连通，另一端与所述排水箱连通，所述第二排水管的一端与所述出水管连通，另一端与所述排水箱连通。

通过上述技术方案，第一排水管与第二排水管的一端分别与第一出水孔、出水管连接，另一端均与排水箱连接，进而使得试样变形实验过程中流出的溶液能够被收集，一方面，防止流出的溶液影响设备整体的整洁，另一方面，收集的废水在经过过滤处理后还能再次进行实用，减少水资源的浪费。

进一步的，所述测量组件包括安装板，所述安装板的一端连接在所述第二基板上，另一端向远离所述第二基板的一侧延伸；所述安装板上连接有支撑杆，所述支撑杆的一端与所述安装板连接，另一端向靠近压杆的一侧延伸，且所述支撑杆上安装有滑杆，所述滑杆滑移安装在所述支撑杆上，且所述滑杆上设置有百分表，所述百分表包括表盘与量杆，所述量杆的一端抵紧在所述压杆上。

通过上述技术方案，调节滑杆在支撑杆上的位置，使百分表的一端抵紧在压杆上，使用时，随着第二基板将试样筒抬起，由于支撑杆是通过安装板安装在第二基板上的，因此，第二基板向上抬起的间距即为试样变形的间距，工作人员通过百分表即可观察到试样具体的变形数值。

本发明还请求保护上述土样变形试验的测试方法，具体步骤如下所述：

步骤一：采集具有代表性的土样，使用环刀来采样土壤，以获得圆柱形的试样，然后将试样从环刀内推出；

步骤二：将橡皮膜套设在试样筒上，然后将试样放置在橡皮膜试样腔内；

步骤三：将放置有试样的试样筒连同支撑座放置在第二基板上，然后将压块穿过压盖，使压块抵紧在试样上，之后转动抵紧螺栓，随着抵紧螺栓的转动，抵紧螺栓抵紧在压块上；

步骤四：打开抽液泵与第一开关阀，抽液泵通过第一导管与第二导管将储水袋内的液态水注入到橡皮膜与试样筒之间的限位腔内，待限位腔内注满液态水后，则关闭第一开关阀；

步骤五：调节滑杆在支撑杆上的位置，使百分表上的量杆抵紧在压杆上；

步骤六：向加压座的加压腔内进行通气，随着加压腔内压强变大，加压座与固定座之间的顶膜将第一基板顶起，顶膜向第一基板施加一个恒定的压力，随着第一基板被顶起，第二基板将支撑座抬起，支撑座在抬起的过程中，试验筒内的试样发生变形；

步骤七：支撑座在抬起的过程中，试样被压缩后渗出的液体从第一透水石与第二透水石渗出，最后流到排水箱内；

步骤八：当百分表的读数变化量每小时小于0.005mm时，工作人员读取百分表上的读数。

综上所述，本申请包括以下至少一种用于土样变形试验的测试设备及其测试方法有益技术效果：

使用时，将橡皮膜套设在试样筒上，然后将试样放置在橡皮膜内侧形成的试样腔内，之后限位组件通过限位腔对试样的侧面进行限位，随后加压组件对试样的底面两侧进行加压，随着加压组件对试样进行加压，由于限位组件已对试样的侧面进行限位，因此，试样在加压的过程中，试样仅会在轴线方向上发生压缩，随着试样逐渐被压缩，试样内存在的溶液被压出，压出的溶液通过排水组件排出，最后测量组件对试样变形的数值进行测量。通过橡皮膜对试样的侧面进行限位，能够减小试样在被压缩过程中，试样侧面的摩擦力，使得试样能够真实的模拟试样在地下的变形情况，减小试样变形试验产生的误差，使得工作人员能够对试样情况进行精准的判断。

附图说明

图1是本申请主要体现一种用于土样变形试验的测试设备整体结构示意图；

图2是本申请主要体现柜体打开结构示意图；

图3是本申请主要体现排水箱结构示意图；

图4是本申请主要体现试样筒结构爆炸示意图；

图5是本申请主要体现试样筒结构的剖视图；

图6是本申请主要体现支撑座结构的剖视图；

图7是本申请主要体现压块结构的剖视图；

图8是本申请主要体现水箱结构示意图；

图9是本申请主要体现固定座与加压座结构爆炸示意图；

图10是本申请主要体现固定座与加压座结构剖视图；

图11是本申请主要体现压杆结构示意图；

图12是本申请主要体现百分表结构示意图；

图13是本申请主要体现一种用于土样变形试验测试方法的流程示意图；

图14是本申请主要体现天然状态土的物理性指标；

图15是本申请主要体现使用环刀对试样限位而进行变形实验时的记录数据；

图16是本申请主要体现使用橡皮膜对试样限位而进行变形实验时的记录数据。

附图标记：

1、机架；11、柜体；12、底座；

2、试样筒；21、橡皮膜；22、限位腔；23、试样腔；24、支撑座；241、第一安装槽；242、橡胶槽；243、橡胶圈；244、第一透水腔；245、支撑环；246、第一透水孔；247、第一出水孔；248、第一透水石；249、限位槽；2491、导向斜面；25、压盖；251、第二安装槽；252、固定螺栓；253、压块；254、第二透水腔；255、第二透水孔；256、第二透水石；257、第二出水孔；258、导向块；2581、安装螺栓；2582、导向孔；

3、限位组件；31、注水管；311、第一开关阀；32、出水管；321、第二开关阀；322、传感器；33、储水袋；331、抽液泵；332、第一导管；333、第二导管；

4、加压组件；41、固定座；411、压槽；42、加压座；421、加压腔；422、加压孔；423、加压管；424、压环；43、连接螺栓；44、顶膜；441、弯折部；45、第一基板；451、连杆；452、第二基板；46、立杆；461、压杆；462、抵紧螺栓；463、限位螺母；

5、排水组件；51、排水箱；52、第一排水管；53、第二排水管；54、第三排水管；55、连接块；56、排水总管；

6、测量组件；61、安装板；62、支撑杆；63、滑杆；631、夹槽；64、百分表；641、表盘；642、量杆；65、夹紧螺栓；651、夹紧螺母。

具体实施方式

为了对本发明的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。

以下结合图1-图13对本申请作进一步详细说明。

本申请公开一种用于土样变形试验的测试设备及其测试方法。

参照图1-图2，一种用于土样变形试验的测试设备，包括机架1，机架1上设置有试样筒2，试样筒2上设置有橡皮膜21，橡皮膜21套设在试样筒2上。此外，机架1上设置有限位组件3、加压组件4、排水组件5以及测量组件6，限位组件3对试样的侧面进行限位，加压组件4对试样的底面进行加压，实验变形后压出的溶液通过排水组件5排出试样筒2，最后测量组件6对试样变形的数值进行测量。

参照图3-图4，机架1包括柜体11，试样筒2安装在柜体11的顶部。试样筒2整体呈圆柱状，且试样筒2内形成空心结构。进一步的，橡皮膜21整体呈圆柱状，且橡皮膜21的两端呈敞开设置。使用时，将橡皮膜21从试样筒2中穿过，然后将橡皮膜21的两端向试样筒2的一侧进行翻折。橡皮膜21翻折后，将橡皮膜21的两端拉紧在试样筒2上，使得处于试样筒2内的橡皮膜21处于张紧状态。

参照图5，橡皮膜21与试样筒2之间形成有限位腔22，而橡皮膜21的内侧形成有试样腔23。使用时，将试样放置在试样腔23内，然后限位组件3通过限位腔22对试样进行限位。

参照图8，限位组件3包括注水管31与出水管32，注水管31与出水管32的一端均连接在试样筒2上，且注水管31与出水管32均与限位腔22连接。此外，注水管31与出水管32上分别设置有第一开关阀311与第二开关阀321，第一开关阀311控制注水管31的打开或关闭，第二开关阀321控制控制出水管32的打开或关闭。

在使用时，工作人员将试样放置在试样筒2内，然后打开第一开关阀311，关闭第二开关阀321，之后通过注水管31向试样筒2的限位腔22内注入液态水，随着液态水的注入，橡皮膜21贴紧在试样的侧面。

在使用液态水对试样进行限位的过程中，若液态水内存在气体，则试样在压缩的过程中，限位腔22内的水容易被压缩，进而导致试样在对地面压缩的过程中，使用容易向侧面变形，进而影响试样的变形实验。

因此，需要使用无气的液态水注入到限位腔22内，而无气的液态水在收集的过程中，需要对液态水进行加热，随着液态水的加热，液态水产生的水蒸气发生冷凝，工作人员对冷凝后的蒸馏水进行收集，即可获得含氧量较少的液态水。将蒸馏后的液态水注入到限位腔22内，能够减少试样在压缩的过程中向侧面变形。

进一步的，限位组件3还包括可收缩的储水袋33，使用的过程中，储水袋33能够随着储水袋33内液态水的增加或减少进而改变体积。柜体11的内侧设置有抽液泵331，抽液泵331与储水袋33之间设置有第一导管332，第一导管332的一端与抽液泵331连接，另一端通过螺母拧紧在储水袋33上，且抽液泵331与注水管31之间设置有第二导管333，第二导管333的一端与抽液泵331连接，另一端通过螺母拧紧在注水管31上。

使用时，抽液泵331通过第一导管332、第二导管333以及注水管31将储水袋33内的液态水注入到试样筒2的试样腔23内。随着储水袋33内的液态水减少，储水袋33发生收缩，进而防止储水袋33在对液态水进行储存的过程中，空气融入到液态水中，进而减少液态水中的空气，防止试样在试验的过程中向侧面变形。

在使用的过程中，若限位腔22内的液态水未充满，此时部分橡皮膜21未贴紧试样，进而导致试样在压缩的过程中容易发生变形。因此，设计人员改进后，出水管32远离试样筒2的一端设置有传感器322，传感器322安装在出水管32上，且传感器322对试样腔23内的压力进行检测，由于传感器322能够对试样腔23的压力进行检测，因此传感器322也能够反应试样的侧向压力。因此，在试样被压紧的过程中，传感器322能够将试样的侧向压力传输给电脑进行采集。在使用的过程中，工作人员将第一开关阀311完全打开，然后将第二开关阀321仅打开1/3。随着液态水从注水管31注入的过程中，限位腔22内原有的空气与部分液态水通过出水管32排出限位腔22。工作人员发现传感器322的数值在液态水注入的过程中，传感器322的数值不会发生明显的变化。限位腔22内的液态水被注满后，传感器322的数值则会明显的变大，当传感器322的数值增大后，同时关闭第一开关阀311与第二开关阀321。

参照图6-图7，在对试样腔23内的使用进行压缩的过程中，试样腔23内的液体容易从橡皮膜21与试样筒2之间的间隙流出。因此，试样筒2轴线方向的两侧分别是设置有支撑座24与压盖25，支撑座24上开设有第一安装槽241，压盖25靠近支撑座24的一侧开设有第二安装槽251。使用时，试样筒2摆放在支撑座24与压盖25之间，且试样筒2的两端分别嵌设在支撑座24的第一安装槽241与压盖25的第二安装槽251上，同时第一安装槽241与第二安装槽251的内部与橡皮膜21抵紧。

进一步的，压盖25上设置有固定螺栓252，固定螺栓252在压盖25上间隔设置有四个，四个固定螺栓252的一端均穿过压盖25，且固定螺栓252穿过压盖25的一端均与支撑座24螺纹连接，随着固定螺栓252拧紧，进行使得橡皮膜21套设在试样筒2上的稳定性得以提升，防止液态水从试样筒2与橡皮膜21之间的间隙流出。

在进行试样的变形试验时，试样内的溶液会从试样腔23内流出，而大部分的溶液由于重力的作用，则会流向支撑座24。因此，为了防止溶液从试验筒与支撑座24之间的间隙流出，支撑座24的第一安装槽241开设有橡胶槽242，且橡胶槽242内嵌设有橡胶圈243，橡胶圈243嵌设在橡胶槽242内，且橡胶圈243的一侧与试样筒2靠近支撑座24一侧的橡皮膜21抵触，进而防止溶液从试样筒2与支撑座24之间的间隙流出。

进一步的，支撑座24内形成有第一透水腔244，且支撑座24靠近试样筒2的一侧设置有支撑环245，支撑环245的一端与支撑座24连接，另一端向试样筒2内的试样腔23内延伸。而支撑环245内侧的支撑座24上开设有第一透水孔246，第一透水孔246在支撑环245的范围内均匀间隔开设有若干个，若干个第一透水孔246均与第一透水腔244连通。此外，支撑座24上开设有第一出水孔247，第一出水孔247的一端与第一透水嵌连通，另一端与支撑座24的外侧连通。

使用时，试样压出的溶液通过第一透水孔246流向第一透水腔244，最后溶液通过第一透水孔246流出支撑座24。

此外，支撑座24上设置有第一透水石248，第一透水石248嵌设在支撑环245内。使用时，试样的下底面与第一透水石248抵触。而试样压出的溶液通过第一透水石248流向第一透水孔246，进而防止第一透水孔246堵塞，使试验内的溶液能够很好的流出。

进一步的，压盖25上设置有压块253，压块253整体呈圆柱状，且压块253的一端穿过压盖25并向试样筒2内的试样腔23延伸，且压块253的一端抵紧在试样的上底面。

在使用的过程中，由于压块253需要穿过压盖25，然而在压块253对试样压紧时，压块253会沿压盖25滑动。当压块253的轴线方向垂直与压盖25的表面时，此时，压块253的端面与试样的上底面贴紧。若压块253在滑动的过程中，压块253的轴线方向与压盖25发生偏移时，此时压块253的端面则会发生倾斜，进而影响试样的压紧效果。

因此，设计人员改进后，压盖25上设置有导向块258，导向块258上设置有安装螺栓2581，安装螺栓2581在导向块258上均匀间隔设置有四个，四个安装螺栓2581的一端均穿过导向块258，且安装螺栓2581穿过导向块的一端均与压盖25螺纹连接。

进一步的，导向块258上形成有导向孔2582，导向孔2582贯穿导向块258。使用时，压块253的一端从导向块258的导向孔2582中穿过，然后压块253再穿过压盖25伸入试样筒2的试样腔23内。当压块253穿过导向块258时，压块253的侧壁与导向块258的导向孔2582内壁抵触，进而使得压块253在滑动过程中的稳定性得以提升，使得压块253在压紧试样的过程中，始终保持竖直状态。

试样在变形的过程中，部分溶液会从试样的上底面流出，为了使溶液能够正常的流出试样筒2，因此压块253内形成有第二透水腔254，且压块253靠近试样筒2的一侧开设有第二透水孔255，第二透水孔255在压块253上均匀间隔开设有若干个，且若干个第二透水孔255均与第二透水腔254连通。此外，压块253靠近第二透水孔255的一侧设置有第二透水石256，第二透水石256覆盖在第二透水孔255上，当试样的溶液定上底面被压出后，溶液通过第二透水石256流向第二透水孔255。

进一步的，压块253上开设有第二出水孔257，第二出水孔257的一端与第二透水腔254连通，另一端与压块253的外侧连通。试样从上底面流出的溶液通过第二透水孔255流向第二透水腔254，最后溶液通过第二出水孔257从压块253内流出。

在使用的过程中，为了防止试样压出的溶液低落在柜体11上，因此，排水组件5包括排水箱51，排水箱51安装在柜体11内。此外，支撑座24上设置有第一排水管52，出水管32上设置有第二排水管53，压块253上设置有第三排水管54，且柜体11上设置有连接块55，第一排水管52、第二排水管53以及第三排水管54的一端均与连接块55连接，且第一排水管52插设在支撑块的第一透水孔246上，第二排水管53通过螺母连接在出水管32上，第三排水管54插设在压块253的第二透水孔255上。此外，连接块55上设置有排水总管56，排水总管56的一端连接在连接块55上，且排水总管56的另一端通过螺母连接在排水箱51上。使用时，从第一排水孔、第二排水孔以及出水管32流出的溶液通过第一排水管52、第二排水管53以及第三排水管54流向连接块55，溶液汇聚到连接块55后，通过排水总管56流向排水箱51。使用一端时间以后，工作人员将排水箱51内的溶液进行收集，溶液经过处理后，再次装入到储水袋33中进行使用。

参照图9，在对试样进行加压的过程中，为了提升试样加压的便捷性，因此柜体11上设置有底座12，底座12摆放在柜体11上。底座12整体呈空心结构，而加压组件4包括固定座41与加压座42，固定座41安装在底座12的内部，且加压座42上设置有连接螺栓43，连接螺栓43在加压座42上均匀间隔设置有若干个，且若干个连接螺栓43的一端均穿过加压座42，且若干个连接螺栓43穿过加压座42的一端均与固定座41螺纹连接。

进一步的，加压座42靠近固定座41的一侧形成有加压腔421，且加压腔421朝向靠近加压座42的一侧。进一步的，加压座42靠近加压腔421的一侧开设有加压孔422，加压孔422在加压座42上均匀间隔开设有若干个，且若干个加压孔422均与加压腔421连通。此外，加压座42的一侧设置有加压管423，加压管423的一端连接在加压座42上，且加压管423的另一端穿出底座12与外部供气设备连接。使用时，外部供气设备通过加压管423向加压座42供气，气体通过加压管423进入到加压座42内，最后气体通过加压孔422吹向加压腔421。

参照图10，此外，加压座42与固定座41之间设置有顶膜44，顶膜44的边缘处为圆形。进一步的，固定座41靠近加压座42的一侧开设有压槽411，而加压座42靠近固定座41的一侧设置有压环424，压环424的一端与加压座42一体成型，另一端向靠近固定座41的一侧延伸。使用时，顶膜44的边缘处嵌设在压槽411内，当加压腔421与固定座41连接在一起时，加压座42上的压环424将顶膜44抵紧在压槽411内。

进一步的，顶膜44上形成有弯折部441，初始状态下，顶膜44从弯折部441处向靠近加压座42的一侧弯折。此外，固定座41上设置有第一基板45，第一基板45滑移安装在固定座41内，且第一基板45上设置有连杆451，连杆451的一端与第一基板45连接，另一端穿出底座12，且连杆451远离第一基板45的一端设置有第二基板452，第二基板452连接在连杆451上，且第一基板45与第二基板452之间呈平行间隔设置。

使用时，气体从加压孔422吹向加压腔421，由于加压腔421被顶膜44封闭，因此，当加压腔421内气压变大时，顶膜44从弯折部441处向靠近固定座41的一侧被顶起，顶膜44顶起后，顶膜44与第一基板45接触，随着不断的向加压腔421内供气，顶膜44将第一基板45向上顶起，由于第二基板452通过连杆451连接在第一基板45上，因此，第一基板45在移动的过程中则会带动第二基板452进行移动。通过第二基板452的上下移动，使得摆放在第二基板452上的支撑座24也能够跟随第二基板452上下移动。

进一步的，为了提升支撑座24摆放在第二基板452上的稳定性，因此，支撑座24靠近第二基板452的一侧开设有限位槽249，限位槽249的截面呈圆形，且支撑座24靠近限位槽249的一侧开设有导向斜面2491，导向斜面2491向限位槽249的一侧倾斜。当支撑座24摆放在第二基板452上时，导向斜面2491对第二基板452进行引导，使得第二基板452嵌设在支撑座24的限位槽249内。一方面，使得支撑座24摆放在第二基板452上的便捷性得以提升，另一方面，使得支撑座24摆放在第二基板452上的稳定性得以提升，防止支撑座24摆放在第二基板452上时掉落。

参照图11，当第二基板452带动支撑座24向上移动时，为了提升压块253对试样的压紧效果。设计人员改进后，加压组件4还包括立杆46，立杆46安装在底座12上，且立杆46在支撑座24的两侧各间隔设置有一个，且立杆46整体呈竖直设置，两个立杆46的一端均与底座12连接，另一端均向竖直方向远离底座12的一侧延伸。进一步的两个立杆46之间设置有压杆461，压杆461整体呈长方形，且压杆461的两端分别连接在两侧的立杆46上。

此外，压杆461上设置有抵紧螺栓462，抵紧螺栓462螺纹连接在压杆461上，且抵紧螺栓462的一端向靠近压块253的一侧延伸。进一步的，当压块253穿过压盖25抵紧在试样上时，转动抵紧螺栓462，随着抵紧螺栓462的转动，当抵紧螺栓462与抵紧在压块253上时则停止转动抵紧螺栓462。因此，当试样筒2在第二基板452的作用下向上移动时，由于压块253被抵紧螺栓462抵紧，此时压块253对试样的上底面进行限位，进而使得试样发生变形。

在试样变形的过程中，压块253作用在压杆461上的反作用力较大，为了防止压杆461从立杆46上掉落。因此，两个立杆46上均设置有限位螺母463，限位螺母463螺纹连接在立杆46背离底座12的一侧，通过限位螺母463对压杆461进行限位，进而防止压杆461在压块253的反作用力下位置发生移动，影响试样的变形实验。

试样在变形后，为了工作人员能够清楚的了解到试样的变形量，因此，测量组件6包括安装板61，安装板61的一端连接在第二基板452上，另一端向水平方向远离第二基板452的一侧延伸。进一步的，安装板61上设置有支撑杆62，支撑杆62的轴线方向与立杆46呈平行间隔设置，且支撑杆62的一端与安装板61连接，另一端向靠近压杆461的一侧延伸。

参照图12，支撑杆62上设置有滑杆63，滑杆63整体呈长方形杆状，且滑杆63的两端均开设有夹槽631，滑杆63通过长度方向一侧的夹槽631夹紧在支撑杆62上。而滑杆63长度方向的另一侧设置有百分表64，百分表64包括表盘641与量杆642，百分表64通过表盘641夹紧在滑杆63的夹槽631上，且百分表64的量杆642抵紧在压杆461上。

进一步的，滑杆63上设置有夹紧螺栓65，夹紧螺栓65的一端从滑杆63的夹槽631中穿过，且夹紧螺栓65穿过夹槽631的一端设置有夹紧螺母651，夹紧螺母651螺纹连接在夹紧螺栓65上，且夹紧螺母651的一端抵紧在滑杆63上，进而使得滑杆63在支撑杆62上调节的便捷性得以提升，使得百分表64上的量杆642抵紧在压杆461上的便捷性得以提升。

当第二基板452带动试样筒2向上移动时，百分表64能够测量出第二基板452的移动距离，而第二基板452的移动距离即为试样的形变量。

参照图13，此外，本申请还提供了上述用于土样变形试验的试方法，具体包括如下步骤：

步骤一：在需要进行土样分析的地点采集具有代表性的土样，然后将土样运输到实验室，在实验室中工作人员使用环刀采样需要测试的土壤，以获得圆柱形的试样，然后将试样从环刀内推出；

试样从环刀内推出后，工作人员对试样进行编号，编号后的试样浸入到水中进行固结处理。

如图14所示为天然状态土的物理性指标：通过如图14试样参数可知，不同取土深度的土样物理性指标不同，而工作人员需要研究土壤的力学性质和变形特性，确保工程和建筑的稳定性和可持续性。进而减少风险、提高工程质量和降低环境影响。

步骤二：将橡皮膜21套设在试样筒2上，然后将样筒的两端分别嵌设在支撑座24的第一安装槽241与压盖25的第二安装槽251上，同时第一安装槽241与第二安装槽251的内部与橡皮膜21抵紧，之后使用固定螺栓252将压盖25锁紧在支撑座24上。随后将试样放置在橡皮膜21内侧的试样腔23内。

步骤三：将放置有试样的试样筒2连同支撑座24放置在第二基板452上，而将支撑座24放置在第二基板452的过程中，支撑座24上的导向斜面2491对第二基板452进行导向，进而使得第二基板452能够嵌设在支撑座24的限位槽249内。然后将压块253穿过压盖25，使压块253抵紧在试样上，之后转动抵紧螺栓462，随着抵紧螺栓462的转动，抵紧螺栓462抵紧在压块253上。

步骤四：打开抽液泵331与第一开关阀311，同时将第二开关阀321仅打开1/3，抽液泵331通过第一导管332与第二导管333将储水袋33内的液态水注入到橡皮膜21与试样筒2之间的限位腔22内，随着液态水从注水管31注入的过程中，限位腔22内原有的空气与部分液态水通过出水管32排出限位腔22。

传感器322的数值在液态水注入的过程中，传感器322的数值不会发生明显的变化。限位腔22内的液态水被注满后，传感器322的数值则会明显的变大，当传感器322的数值增大后，同时关闭第一开关阀311与第二开关阀321。

步骤五：调节滑杆63在支撑杆62上的位置，使百分表64上的量杆642抵紧在压杆461上。

步骤六：向加压座42的加压腔421内进行通气，随着加压腔421内压强变大，加压座42与固定座41之间的顶膜44将第一基板45顶起，顶膜44向第一基板45施加一个恒定的压力，随着第一基板45被顶起，第二基板452将支撑座24抬起，支撑座24在抬起的过程中，由于压块253对试样的挤压，试验筒内的试样则会发生变形。

步骤七：支撑座24在抬起的过程中，试样被压缩后渗出的液体从第一透水石248与第二透水石256渗出，最后通过第一排水管52与第三排水管54流到排水箱51内。

步骤八：当试样处于恒定的压力下，而百分表64的读数变化量每小时小于0.005mm时，工作人员读取百分表64上的读数。

如图15所示为使用环刀对试样限位而进行变形实验时记录的数据；

如图16所示为本申请中使用橡皮膜对试样限位而进行变形实验时的记录数据：

如图15与图16所示，横向为橡皮膜21对第一基板45施加的压力为0~50kPa、0~100kPa、0~200kPa、50~100 kPa以及100~200 kPa。纵向为土样的取土深度，2.50-2.80ｍ、2.50-2.80ｍ、2.00-2.30ｍ、2.00-2.30ｍ、11.00-11.30ｍ以及12.00-12.30ｍ。而压力与取土深度对应的数值为不同压力与取土深度下土样的变形间距。

通过对图15与图16的数据分析，能够观察到使用环刀对试样进行限位时，环刀内壁的摩擦力对试样具有一定的影响。

经过本申请的实验设备得出试样的变形量后，工作人员还需要根据试样收到的压力与形变量换算得出基床系数。基床系数是一个用来描述土壤对于结构物施加的反作用力的参数。基床系数表示了单位长度或单位面积的结构物在土壤中移动或变形时，所受到的恢复力或反作用力。这个参数通常是非线性的，因为它随着结构物的变形或沉降而变化。通常，基床系数越大，表示土壤对结构物的支持能力越强。

基床系数的值取决于多个因素，包括土壤类型、密度、含水量、土壤的变形特性，以及结构物与土壤之间的相互作用。它通常通过现场测试、实验室试验或计算来确定。

在试样的变形试验中，基床系数用于估算和设计基础的尺寸和深度，以确保结构物在土壤中获得足够的稳定性和承载能力。不同类型的结构物，如建筑物、桥梁、管道等，都需要根据其负载和土壤条件来计算适当的基床系数。这有助于确保结构物的安全性和长期性能。

因此，本申请中将基床系数用K表示，试样受到的垂直压力用P表示，而使用的形变量用S标识。基床系数的换算公式如下所示：

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种用于土样变形试验的测试设备，包括机架(1)，其特征在于：所述机架(1)上安装有试样筒(2)，所述试样筒(2)内套设有橡皮膜(21)，所述橡皮膜(21)与所述试样筒(2)之间形成有限位腔(22)，且所述橡皮膜(21)背离所述限位腔(22)的内侧形成有试样腔(23)，试样放置在所述试样腔(23)内，且试样与所述橡皮膜(21)抵触；所述机架(1)上设置有限位组件(3)、加压组件(4)、排水组件(5)以及测量组件(6)；

限位组件(3)，所述限位组件(3)通过所述限位腔(22)对试样的侧面进行限位；

加压组件(4)，所述加压组件(4)通过所述试样腔(23)对试样的底面进行加压；

排水组件(5)，试样经过加压变形后，试样内的溶液通过所述排水组件(5)排出所述试样筒(2)；

测量组件(6)，所述测量组件(6)对试样加压变形后的变形数值进行测量；

所述限位组件(3)包括注水管(31)与出水管(32)，所述注水管(31)与出水管(32)均与所述试样筒(2)的限位腔(22)连通，所述注水管(31)上设置有第一开关阀(311)，所述出水管(32)上设置有第二开关阀(321)，所述第一开关阀(311)与第二开关阀(321)控制所述注水管(31)与出水管(32)的打开或关闭；

所述限位组件(3)还包括可收缩的储水袋(33)，所述机架(1)上安装有抽液泵(331)，所述抽液泵(331)与所述注水管(31)之间设置有第一导管(332)，所述第一导管(332)的一端与储水袋(33)连接，另一端连接在所述抽液泵(331)上，且所述抽液泵(331)与所述注水管(31)之间设置有第二导管(333)，所述第二导管(333)的一端与所述抽液泵(331)连接，另一端与所述注水管(31)连接；

出水管(32)远离试样筒(2)的一端设置有传感器(322)，传感器(322)安装在出水管(32)上，传感器(322)的数值在液态水注入的过程中，传感器(322)的数值不会发生明显的变化；

限位腔(22)内的液态水被注满后，传感器(322)的数值则会明显的变大，当传感器(322)的数值增大后，同时关闭第一开关阀(311)与第二开关阀(321)；

所述试样筒(2)的两侧分别设置有支撑座(24)与压盖(25)，所述试样筒(2)位于所述支撑座(24)与所述压盖(25)之间，且所述压盖(25)上设置有固定螺栓(252)，所述固定螺栓(252)的一端穿过所述压盖(25)，且所述固定螺栓(252)的一端与所述支撑座(24)连接，所述橡皮膜(21)夹紧在所述支撑座(24)与所述压盖(25)之间；

所述加压组件(4)包括加压座(42)，所述加压座(42)内形成有加压腔(421)，所述加压座(42)上设置有固定座(41)，且所述加压座(42)与所述固定座(41)之间设置有顶膜(44)，所述加压座(42)上设置有连接螺栓(43)，所述连接螺栓(43)的一端穿过所述加压座(42)，且所述连接螺栓(43)穿过所述加压座(42)的一端与所述固定座(41)连接；所述固定座(41)上设置有第一基板(45)，所述第一基板(45)与所述顶膜(44)呈间隔设置，且所述第一基板(45)滑移安装在所述固定座(41)上，所述第一基板(45)的一侧设置有第二基板(452)，所述第一基板(45)与第二基板(452)之间设置有连杆(451)，所述连杆(451)连接所述第一基板(45)与第二基板(452)，所述第二基板(452)与所述支撑座(24)抵触；

所述支撑座(24)内形成有第一透水腔(244)，所述支撑座(24)上开设有第一透水孔(246)，所述第一透水孔(246)连通所述试样腔(23)与第一透水腔(244)，且所述支撑座(24)的第一透水孔(246)上覆盖有第一透水石(248)，所述支撑座(24)上还开设有第一出水孔(247)，所述第一出水孔(247)连通所述第一透水腔(244)与所述支撑座(24)的外侧；

所述排水组件(5)包括排水箱(51)，所述支撑座(24)上设置有第一排水管(52)，所述出水管(32)上设置有第二排水管(53)，所述第一排水管(52)的一端与所述第一出水孔(247)连通，另一端与所述排水箱(51)连通，所述第二排水管(53)的一端与所述出水管(32)连通，另一端与所述排水箱(51)连通；

所述测量组件(6)包括安装板(61)，所述安装板(61)的一端连接在所述第二基板(452)上，另一端向远离所述第二基板(452)的一侧延伸；所述安装板(61)上连接有支撑杆(62)，所述支撑杆(62)的一端与所述安装板(61)连接，另一端向靠近压杆(461)的一侧延伸，且所述支撑杆(62)上安装有滑杆(63)，所述滑杆(63)滑移安装在所述支撑杆(62)上，且所述滑杆(63)上设置有百分表(64)，所述百分表(64)包括表盘(641)与量杆(642)，所述量杆(642)的一端抵紧在所述压杆(461)上。

2.根据权利要求1所述的一种用于土样变形试验的测试设备，其特征在于：所述机架(1)上设置有立杆(46)，所述立杆(46)上设置有压杆(461)，所述压杆(461)位于所述试样筒(2)靠近所述压盖(25)的一侧，且所述压盖(25)上设置有压块(253)，所述压块(253)的一端穿过所述压盖(25)并向所述试样腔(23)内延伸；所述压杆(461)上设置有抵紧螺栓(462)，所述抵紧螺栓(462)螺纹连接在所述压杆(461)上，且所述抵紧螺栓(462)的一端与所述压块(253)抵触。

3.根据权利要求1所述的一种用于土样变形试验的测试设备的测试方法，具体步骤如下所述：

步骤一：采集具有代表性的土样，使用环刀来采样土壤，以获得圆柱形的试样，然后将试样从环刀内推出；

步骤二：将橡皮膜(21)套设在试样筒(2)上，然后将试样放置在橡皮膜(21)试样腔(23)内；

步骤三：将放置有试样的试样筒(2)连同支撑座(24)放置在第二基板(452)上，然后将压块(253)穿过压盖(25)，使压块(253)抵紧在试样上，之后转动抵紧螺栓(462)，随着抵紧螺栓(462)的转动，抵紧螺栓(462)抵紧在压块(253)上；

步骤四：打开抽液泵(331)与第一开关阀(311)，抽液泵(331)通过第一导管(332)与第二导管(333)将储水袋(33)内的液态水注入到橡皮膜(21)与试样筒(2)之间的限位腔(22)内，待限位腔(22)内注满液态水后，则关闭第一开关阀(311)；

步骤五：调节滑杆(63)在支撑杆(62)上的位置，使百分表(64)上的量杆(642)抵紧在压杆(461)上；

步骤六：向加压座(42)的加压腔(421)内进行通气，随着加压腔(421)内压强变大，加压座(42)与固定座(41)之间的顶膜(44)将第一基板(45)顶起，顶膜(44)向第一基板(45)施加一个恒定的压力，随着第一基板(45)被顶起，第二基板(452)将支撑座(24)抬起，支撑座(24)在抬起的过程中，试验筒内的试样发生变形；

步骤七：支撑座(24)在抬起的过程中，试样被压缩后渗出的液体从第一透水石(248)与第二透水石(256)渗出，最后流到排水箱(51)内；

步骤八：当百分表(64)的读数变化量每小时小于0.005mm时，工作人员读取百分表(64)上的读数。