CN208206691U - 一种具有气密性的预崩解泥岩湿化变形试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种具有气密性的预崩解泥岩湿化变形试验装置，包括加载系统、水气循环系统、测量系统及压力室。加载系统为通过两根金属立柱固定于底板上的压力杠杆；水气循环系统包括进水管、排水管及通气管；测量系统为带刻度的加压杆以及水压力传感器，压力室包括内筒与外筒，内筒由两个带钻孔的半圆环组成，两个半圆环由内筒螺栓固定，外筒通过底座与顶盖进行密封。本实用新型具有气密性好、装样方便、测量操作容易、测试结果准确可靠等优点。

Description

一种具有气密性的预崩解泥岩湿化变形试验装置

技术领域

本发明属于试验装置技术领域，涉及一种具有气密性的预崩解泥岩湿化变形的简易试验装置。本发明主要用于测量预崩解泥岩在竖向荷载及浸水循环共同作用下的湿化变形特性。

背景技术

湿化变形这个概念最早来源于土石坝等水利工程，指土石料填筑体在一定应力状态下浸水，由于部分颗粒浸水软化破碎以及浸水润滑颗粒接触等原因而使颗粒发生相互滑移、破碎和重新排列，从而产生变形，并使土体中的应力发生重分布的现象。

目前，我国高速公路、铁路网络快速发展，而南方地区泥岩广泛分布，公路建设将不可避免穿越泥岩分布地区。为保护环境及降低成本，普遍利用预崩解泥岩作为路堤填料。泥岩具有遇水崩解、强度低、变形大等特点，在季节性反复降雨后，预崩解泥岩将产生持续崩解及强度劣化，进而堵塞路堤排水管道，导致路堤内部处于荷载与浸水环境，产生超限湿化变形，甚至引发路堤失稳，危害行车安全。因此，本试验装置及试验方法对研究荷载及干湿循环作用下预崩解泥岩的湿化变形的研究具有重要意义。

现有对土体进行湿化变形的试验方法主要为单向固结试验。单向固结试验是将天然状态下的原状土样或者人工制备的扰动土，制备成一定规格的试样，在不同荷载和完全侧限条件下进行排水固结。而固结试验存在以下问题：首先，几乎所有的固结仪均不具有气密性，因而无法模拟路堤填筑体真实的应力及浸水循环条件；其次，现有固结试验只能在上方与下方进行排水，而无法在土体的侧向进行水的浸入与排出，无法很好地模拟地下水作用的实际过程；另外，固结仪进行装样时易破坏试样，产生扰动，从而增加试验结果的误差。

因此，设计一种具有良好气密性、允许水在土体侧向浸入与排出、装样过程对试样扰动小，并可以施加荷载与浸水循环条件的新型实验装置来替代传统的实验装置是十分必要的。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有湿化变形装置的不足，提供一种具有气密性好、装样方便、测量操作容易、测试结果准确可靠等优点的湿化变形试验装置。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为一种具有气密性的预崩解泥岩湿化变形试验装置，所述湿化变形试验装置包括加载系统、水气循环系统、监测系统及压力室。所述加载系统为通过两根金属立柱固定于底板上的压力杠杆；所述水气循环系统包括进水管、排水管及通气管，通气管穿过顶盖插入外筒，并可与外界真空抽气机相连，进水管穿过顶盖与加载盖插入内筒，排水管穿过底座与底板连通内筒与外界，各管均带有可手动启闭的阀门；所述监测系统由带刻度的加压杆及水压力传感器组成；所述压力室包括外筒与两个带有钻孔的半圆环内筒，外筒下部直接与底座无缝连接，外筒上部通过顶盖、顶盖螺栓加橡胶垫圈进行封闭，加压杆与顶盖之间通过橡胶圈密封，使压力室具有良好的气密性；内筒由两个带钻孔的半圆环通过内筒螺栓固定而成。

进一步，所述加载系统包括底板、立柱、平衡杠杆、平衡砝码、横梁、压力杠杆、加载架以及托盘；两根金属立柱相距220mm固定于底板上，压力杠杆通过横梁固定在金属立柱高度500mm的位置，在压力杠杆距离横梁520mm设置加载架，加载架下部250mm处设置托盘，平衡杠杆上设置平衡砝码，可通过调节平衡砝码在平衡杠杆上的位置以平衡压力杠杆、加载架和托盘的总重量。加载系统可施加的最大竖向应力为200kPa。

进一步，所述加载系统可施加的最大竖向应力为200kPa；底板长600mm、宽300mm、高10mm，立柱直径20mm、高700mm，平衡杠杆直径10mm、长300mm，平衡砝码重量为2kg，横梁长300mm、宽70mm、高30mm，压力杠杆长600mm、宽10mm、高70mm，加载架直径5mm、长250mm，托盘直径为100mm、高5mm。

进一步，所述水气循环系统包括通气管、进水管以及排水管；所述通气管穿过顶盖连通外界大气与外筒，通气管亦可根据需要与外界真空抽气机连接，所述进水管穿过顶盖和加载盖与圆形透水石接触，所述排水管穿过底座、底板与内筒下部圆形透水石及环形透水石接触；通气管、进水管以及排水管的直径均为10mm。

进一步，所述检测系统包括带刻度的加压杆与水压力传感器；所述加压杆上部穿过外筒顶盖与压力杠杆在距横梁50mm位置处连接，下部与加载盖的凹槽无缝光滑衔接；所述水压力传感器设置在外筒高度50mm位置处，穿过筒壁可与外筒内的水接触；加压杆直径为40mm，长160mm。

进一步，所述加压杆位移量程为100mm，最小刻度为1mm；所述水压力传感器的量程600kPa。

进一步，所述压力室由外筒与两个带有钻孔的半圆环内筒构成；所述外筒下部直接与底座无缝连接，外筒上部通过顶盖、顶盖螺栓加橡胶垫圈进行封闭，加压杆12与顶盖7之间设置橡胶圈，试验过程中，可使加压杆12与顶盖7之间不漏气，进而使装置具有良好气密性；所述内筒由两个带钻孔的半圆环通过内筒螺栓固定而成。

进一步，所述外筒的内径为150mm，高度为400mm，壁厚为5mm；所述内筒的内径为100mm，高度为240mm，壁厚为5mm，内筒上钻孔为5排，每排4个，均匀分布，钻孔直径为5mm。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

（1）本发明利用顶盖螺栓、橡胶圈等将顶盖与外筒无缝连接，形成具有气密性的压力室，试验过程中通过进水管施加水压，可真实模拟深层路堤填筑体的应力环境；

（2）本发明的内筒四周均带有钻孔，外筒中的水可从各个方向渗入试样，从而真实地模拟了路堤填筑体的浸水环境；

（3）本发明装载试样的内筒为两个半圆环，试验时可直接将两个半圆环套在试样外面，再通过内筒螺栓固定即可，因此，装样过程不会破坏试样；

（4）本发明采用加载系统施加竖向荷载，水压控制技术施加围压，加压稳定，压力范围可控，能向试样提供不同级别的竖向荷载及围压；

（5）本发明的通气管与真空抽气机连接，可快速干燥试样；

（6）本发明直接利用带刻度的加压杆监测试样湿化变形，操作方便，读数准确；

（7）本发明可对不同含水率及压实度的预崩解软岩试样进行湿化变形试验，研究预崩解软岩的湿化变形特性；

本发明结构简单，设计新颖合理，实现方便，实用性强，使用效果好，便于推广。

附图说明

图1是本发明一种具有气密性的预崩解泥岩湿化变形试验装置的正视图；

图2是本发明一种具有气密性的预崩解泥岩湿化变形试验装置的侧视图；

图3是图1中加载系统的结构示意图；

图4是图1中外筒的结构示意图；

图5是图1中内筒的结构示意图。

图例说明：

1.平衡杠杆，2.平衡砝码，3.立柱，4.横梁，5.通气管，6.压力杠杆，7.顶盖，8.进水管，9.透水石，10.内筒螺栓，11.顶盖螺栓，12.加压杆，13.加载盖，14.内筒，15.底座，16.加载架，17.托盘，18.环形透水石，19.排水管，20.透水石，21.底板，22.外筒，23.水压力传感器，24.真空抽气机。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和具体实施方式对本发明作更全面、细致地描述。

本发明一种具有气密性的预崩解泥岩湿化变形试验装置，结构如图1~3所示，所述湿化变形试验装置包括加载系统、水气循环系统、监测系统及压力室。所述加载系统为通过两根金属立柱3固定于底板21上的压力杠杆；所述水气循环系统包括进水管8、排水管19及通气管5，通气管5穿过顶盖7插入外筒22，并可与外界真空抽气机24相连，进水管8穿过顶盖7与加载盖13插入内筒14，排水管19穿过底座15与底板21连通内筒14与外界；所述监测系统由带刻度的加压杆12及水压力传感器23组成；所述压力室包括外筒22与两个带有钻孔的半圆环内筒14，外筒22下部直接与底座15相连，上部设置顶盖7，并用顶盖螺栓11固定，形成密封环境。

如图3所示，加载系统包括底板21、立柱3、平衡杠杆1、平衡砝码2、横梁4、压力杠杆6、加载架16以及托盘17；两根金属立柱3相距220mm固定于底板21上，压力杠杆6通过横梁4固定在金属立柱3高度500mm的位置，在压力杠杆6距离横梁520mm设置加载架16，加载架16下部250mm处设置托盘17，平衡杠杆1上设置平衡砝码2，可通过调节平衡砝码2在平衡杠杆1上的位置以平衡压力杠杆6、加载架16和托盘17的总重量；加载系统可施加的最大竖向应力为200kPa。

如图4所示，外筒22下部直接与底座15无缝连接，外筒22由上部顶盖7通过顶盖螺栓11加橡胶垫圈进行封闭，加压杆12与顶盖7之间设置橡胶圈，试验过程中，可使加压杆12与顶盖7之间不漏气，进而使装置具有良好气密性，外筒22的内径为150mm，高度为400mm，壁厚5mm；

如图5所示，内筒14由两个带钻孔的半圆环通过内筒螺栓10固定而成，可使试验装样过程中不破坏试样，减少对试样的扰动，所述内筒14的内径为100mm，高度为240mm，壁厚5mm，内筒14上钻孔为5排，每排4个，均匀分布，钻孔直径为5mm，内筒四周均匀设置钻孔，可使外筒中的水从各个方向渗入试样，从而真实地模拟路堤填筑体的浸水环境。

本发明提供一种具有气密性的预崩解泥岩湿化变形试验装置，试验步骤如下：

步骤一：调节加载系统平衡杠杆1上的平衡砝码2的位置，使之与未加砝码前右端压力杠杆6、加载架16及托盘17保持平衡。

步骤二：将制好的试样从保湿箱内取出，将两个带钻孔的半圆环组成的内筒14套在试样外面，再通过内筒螺栓10固定即可；

步骤三：将装好试样的内筒14放入外筒22，下部垫上直径100mm的透水石20，上部放置加载盖13，调节加压杆12为竖直方向并在内筒14中央位置，施加砝码进行加载。

步骤四：先将试样在无水环境下加载1个浸水时间，然后将外筒22灌满水，使整个试样泡在水中1个浸水时间，此为一个干湿循环。进行下一个循环时，先利用排水管19将外筒22内的水放干，然后利用通气管5链接的真空抽气机24将试样内残余水分抽干，同时继续加载一个浸水时间（无水环境），反复循环，直至试验完成。

步骤五：通过加压杆12的刻度记录试样变形量，并对数据进行分析，到得预崩解泥岩试样的湿化变形特性。

Claims (5)

1.一种具有气密性的预崩解泥岩湿化变形试验装置，其特征在于：所述湿化变形试验装置包括加载系统、水气循环系统、监测系统及压力室；所述加载系统为通过两根金属立柱（3）固定于底板（21）上的压力杠杆；所述水气循环系统包括进水管（8）、排水管（19）及通气管（5），通气管（5）穿过顶盖（7）插入外筒（22），并可与外界真空抽气机（24）相连，进水管（8）穿过顶盖（7）与加载盖（13）插入内筒（14），排水管（19）穿过底座（15）与底板（21）连通内筒（14）与外界；所述监测系统由带刻度的加压杆（12）及水压力传感器（23）组成；所述压力室包括外筒（22）与两个带有钻孔的半圆环内筒（14），所述外筒（22）下部直接与底座（15）无缝连接，外筒（22）上部通过顶盖（7）、顶盖螺栓（11）加橡胶垫圈进行封闭，加压杆（12）与顶盖（7）之间通过橡胶圈密封；所述内筒（14）由两个带钻孔的半圆环通过内筒螺栓（10）固定而成。

2.根据权利要求1所述的一种具有气密性的预崩解泥岩湿化变形试验装置，其特征在于：所述加载系统包括底板（21）、立柱（3）、平衡杠杆（1）、平衡砝码（2）、横梁（4）、压力杠杆（6）、加载架（16）以及托盘（17）；两根金属立柱（3）相距220mm固定于底板（21）上，压力杠杆（6）通过横梁（4）固定在金属立柱（3）高度500mm的位置，在压力杠杆（6）距离横梁520mm设置加载架（16），加载架（16）下部250mm处设置托盘（17），平衡杠杆（1）上设置平衡砝码（2），可通过调节平衡砝码（2）在平衡杠杆（1）上的位置以平衡压力杠杆（6）、加载架（16）和托盘（17）的总重量；所述的底板（21）长600mm、宽300mm、高10mm，立柱（3）直径20mm、高700mm，平衡杠杆（1）直径10mm、长300mm，平衡砝码（2）重量为2kg，横梁（4）长300mm、宽70mm、高30mm，压力杠杆（6）长600mm、宽10mm、高70mm，加载架（16）直径5mm、长250mm，托盘（17）直径为100mm、高5mm。

3.根据权利要求1所述的一种具有气密性的预崩解泥岩湿化变形试验装置，其特征在于：所述通气管（5）、进水管（8）以及排水管（19）的直径均为10mm。

4.根据权利要求1所述的一种具有气密性的预崩解泥岩湿化变形试验装置，其特征在于：所述加压杆（12）上部穿过外筒顶盖（7）与压力杠杆（6）在距横梁（4）50mm位置处连接，下部与加载盖（13）的凹槽无缝光滑衔接；所述水压力传感器设置在外筒（22）高度50mm位置处，穿过筒壁可与外筒（22）内的水接触；加压杆（12）直径为40mm，长160mm。

5.根据权利要求1所述的一种具有气密性的预崩解泥岩湿化变形试验装置，其特征在于：所述外筒（22）的内径为150mm，高度为400mm，壁厚为5mm；所述内筒（14）的内径为100mm，高度为240mm，壁厚为5mm，内筒（14）均匀分布5排钻孔，每排4个，钻孔直径为5mm。