CN208506041U - 一种多功能可视联合固结仪装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种多功能可视联合固结仪装置，该装置具有多种功能；该装置包括压力室、轴向加压装置、电阻率测量装置、盐溶液气压饱和装置、孔压传感器；压力室开设有下电极孔、下气压饱和孔、孔压监测孔、上气压饱和孔、上电极孔；压力室内置上下电极板；导线穿过上、下电极孔将上、下电极板与电阻率测量装置连接以实现试样电阻率的测量；将上气压饱和孔、下气压饱和孔分别与盐溶液气压饱和装置的上、下导管连通以实现试样饱和度的测量；将安装在孔压监测孔的孔隙压力阀与孔压传感器连接以实现试样孔隙水压力监测；将轴向加压装置内的加载台、位移传感器、孔压传感器、荷载传感器与电脑连接以实现应力与应变多元控制加载。
Description
技术领域
本实用新型涉及土体性能检测技术领域，特别涉及一种多功能可视联合固结仪装置。
背景技术
固结仪是用来进行土工压缩试验，评价土体固结性以及蠕变变形特性的装置，还可以通过获取的压缩曲线计算土体的压缩指数、回弹模量、固结系数等。
目前采用的固结仪主要有两种：单杠杆固结仪和气压固结仪。单杠杆固结仪是上世纪70年代实用新型创造的，利用杠杆原理，通过砝码人工加荷；气压固结仪是本世纪初期实用新型创造的，根据气压传动的原理加荷。
单杠杆固结仪由固结容器、加压构件和量测构件等组成。单杠杆固结仪试验方法：首先将试样按试验要求放入固结容器内，并将固结容器置于加压框架正中，安装百分表，施加1KPa预压力，将百分表调至初始读数；然后按试验要求向试样施加各级压力，人工记录百分表读数，测定试样变形量。由于此试验方法的所有操作均需人工完成，存在人工读数时人为误差，人工施加砝码时有一定的冲击力，对试样有一定扰动，不能实现数据的实时记录。
气压固结仪的固结容器、透水板、变形量测设备与单杠杆固结仪相同。区别在于加压设备，不是采用杠杆原理砝码加载，而是根据气压传动的原理加荷。气压固结仪利用压缩空气通过气缸对土样进行逐级加荷，节约了人力，提高了工作效率。
土体电阻率是土体固有物理参数之一，表征了土体的导电特性，是研究土体微观结构、物理力学性质等的重要参数。土体电阻率是由其材料本身的导电特性决定的，受到土体类型、含水率、矿物成分、颗粒组成等影响。因此，可通过土体电阻率来研究土体工程性质。过去大量土体电阻率研究工作主要集中在野外测试，室内试验研究相对较少。因此，需要一种土体电阻率测量的固结仪，对土体电阻率与工程特性参数开展系统室内试验研究。
而上述固结仪均不具有测量电阻率功能，不能实现土样电阻率测量。另外上述固结仪还存在以下缺点：不能进行多元加载，包括应力控制和应变控制；不能控制试样的饱和度及吸力；无法监测孔压发展，对于软土无法区分主固结和次固结。
实用新型内容
针对上述问题，本实用新型的目的是提供一种可以同时测量软土压缩性指标(压缩系数、压缩模量、固结系数、压缩指数、回弹指数)和试样电阻率的多功能可视联合固结仪装置，该装置可用于室内开展土压缩性与电阻率研究，探究土体电阻率指标与土体物理力学性质之间的定量关系。
为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：
一种多功能可视联合固结仪装置，所述多功能可视联合固结仪装置包括压力室、轴向加压装置、电阻率测量装置、盐溶液气压饱和装置以及孔压传感器；
所述压力室为密封式圆筒结构；所述压力室包括底座、侧环以及顶盖；
所述轴向加压装置包括试样帽、活塞杆、橡胶隔膜、不锈钢盖、荷载锤、加载台、荷载传感器、位移传感器；所述试样帽位于所述压力室内；所述不锈钢盖位于所述顶盖上，所述橡胶隔膜位于所述不锈钢盖与所述顶盖之间，并通过第一螺杆依次将所述不锈钢盖、所述橡胶隔膜、所述顶盖锁紧固定；所述活塞杆的一端与所述试样帽连接，所述活塞杆的另一端穿过所述顶盖与所述橡胶隔膜的下端面接触；所述荷载锤的上端面高于所述不锈钢盖的上端面，带有下端面的所述荷载锤的一端穿过所述不锈钢盖与所述橡胶隔膜的上端面接触，且所述荷载锤与所述活塞杆同轴；所述荷载传感器安装在所述荷载锤的上端面上；所述位移传感器安装在所述不锈钢盖的上端面上；所述加载台位于所述底座下；所述试样帽、所述活塞杆、所述荷载锤、所述荷载传感器连接到所述加载台，并通过所述试样帽将所述加载台提供的荷载施加到试样上；
在所述压力室内布置两块相同的电极板，分别为上电极板和下电极板；所述上电极板固定在所述试样帽的下端面，所述下电极板固定在所述底座的上端面，且在所述上电极板与所述试样帽之间、所述下电极板与所述底座之间均设有透水板；
所述底座上设置有下电极孔、下气压饱和孔以及孔压监测孔；所述顶盖上设置有上气压饱和孔和上电极孔；所述下电极孔与所述下电极板连接；所述上电极孔与所述上电极板连接；所述下气压饱和孔的一端、所述孔压监测孔的一端、所述上气压饱和孔的一端均与透水板连接；所述下气压饱和孔的另一端安装有底部气压饱和阀，所述孔压监测孔的另一端安装有孔隙压力阀，所述上气压饱和孔的另一端安装有顶部气压饱和阀；
将上导线的一端穿过所述上电极孔与所述上电极板连接，所述上导线的另一端与所述电阻率测量装置连接，下导线的一端穿过所述下电极孔与所述下电极板连接，所述下导线的另一端与所述电阻率测量装置连接，以实现不同压力与饱和度下的试样电阻率的测量；
将所述底部气压饱和阀与所述盐溶液气压饱和装置的下导管连通，所述顶部气压饱和阀与所述盐溶液气压饱和装置的上导管连通以实现试样饱和度的测量；
将所述孔隙压力阀与所述孔压传感器连接以实现试样孔隙水压力监测；
将所述加载台、所述位移传感器、所述孔压传感器、所述荷载传感器与内置处理软件的电脑连接以实现应力控制加载和应变控制加载。
可选的，每个所述电极板均为圆盘状电极板；每个所述电极板均包括电压电极和电流电极，且所述电压电极与所述电流电极相互楔形指状交错在一起；其中，所述电压电极与所述电流电极结构相同。
可选的，所述电阻率测量装置包括精密分析仪以及与所述精密分析仪连接的输入电流导线、输出电流导线、输入电压导线以及输出电压导线；
所述上导线包括与所述上电极板中的电流电极连接的上电流电极导线、与所述上电极板中的电压电极连接的上电压电极导线；所述下导线包括与所述下电极板中的电流电极连接的下电流电极导线、与所述下电极板中的电压电极连接的下电压电极导线；
当测量试样电阻率时，将所述上电流电极导线与所述输入电流电线连接，所述上电压电极导线与所述输入电压电线连接，所述下电流电极导线与所述输出电流电线连接，所述下电压电极导线与所述输出电压电线连接。
可选的，所述多功能可视联合固结仪装置还包括电阻率标定装置；所述电阻率标定装置包括高位水箱、储水容器、电导率仪；所述高位水箱用于储存和调整NaCl溶液，且所述高位水箱放置在高于所述压力室的位置；
对所述电阻率测量装置进行标定时，将所述精密分析仪与所述上导线、所述下导线连接，所述高位水箱通过导管与所述底部气压饱和阀连通，所述储水容器通过导管与所述顶部气压饱和阀连通，使所述NaCl溶液在重力作用下，由所述高位水箱经所述底部气压饱和阀、所述下电极板从所述顶部气压饱和阀流至储水容器，然后用所述电导率仪测得所述储水容器内的电阻率，并与经所述精密分析仪测量的导电率进行对比，计算所述电阻率和所述导电率之间的偏差，以完成所述电阻率测量装置的标定。
可选的，所述盐溶液气压饱和装置包括气压泵、装有NaCl饱和溶液的密闭容器、湿度传感器、连接导管、上导管和下导管；所述上导管与所述气压泵连通；所述气压泵通过所述连接导管与所述密闭容器连通；所述密闭容器与所述下导管连通；所述湿度传感器通过所述连接导管与所述密闭容器连通；所述密闭容器内的所述NaCl饱和溶液存在着电离与水合两种作用，所述NaCl饱和溶液表面存在着蒸发与凝结两种作用；
当测量试样饱和度时，将所述顶部气压饱和阀与所述上导管连通，将所述底部气压饱和阀与所述下导管连通。
可选的，所述底部气压饱和阀还连接压力控制器；所述压力控制器用于收集和测量试样试验过程中排出的孔隙水体积。
可选的，所述荷载传感器用于实时记录对试样施加恒定轴向压力时试样所承受的荷载；所述位移传感器用于测量对试样施加恒定轴向压力时试样的轴向位移；所述孔压传感器用于测量对试样施加恒定轴向压力时试样的孔隙水压力；其中，所述试样的恒定轴向压力是通过电脑控制加载台以恒定速度驱动所述底座向上移动得到的。
可选的，所述橡胶隔膜设有D型凸沿，所述不锈钢盖上开设有O型槽，所述D型凸沿嵌于所述不锈钢盖的O型槽内。
可选的，所述底座与所述侧环的接触部位、所述顶盖与所述侧环的接触部位均设置有一圈O型槽，所述O型槽内安装有O型圈，所述底座、所述侧环、所述顶盖通过第二螺杆固定锁紧，以保证所述压力室的密封性。
可选的，所述底座、所述侧环、所述顶盖的材质均为透明有机玻璃，以保证所述压力室的可视性。
根据本实用新型提供的具体实施例，本实用新型公开了以下技术效果：
本实用新型提供了一种多功能可视联合固结仪装置，该装置包括压力室、轴向加压装置、电阻率测量装置、盐溶液气压饱和装置以及孔压传感器；压力室为密封式圆筒结构；压力室包括底座、侧环以及顶盖；轴向加压装置包括试样帽、活塞杆、橡胶隔膜、不锈钢盖、荷载锤、加载台、荷载传感器、位移传感器；试样帽位于压力室内；不锈钢盖位于顶盖上，橡胶隔膜位于不锈钢盖与顶盖之间，并通过第一螺杆依次将不锈钢盖、橡胶隔膜、顶盖锁紧固定；活塞杆的一端与试样帽连接，活塞杆的另一端穿过顶盖与橡胶隔膜的下端面接触；荷载锤的上端面高于不锈钢盖的上端面，带有下端面的荷载锤的一端穿过不锈钢盖与橡胶隔膜的上端面接触，且荷载锤与活塞杆同轴；荷载传感器安装在荷载锤的上端面上；位移传感器安装在不锈钢盖的上端面上；加载台位于底座下；所述试样帽、所述活塞杆、所述荷载锤、所述荷载传感器连接到所述加载台，并通过所述试样帽将所述加载台提供的荷载施加到试样上；在压力室内布置两块相同的电极板，分别为上电极板和下电极板；上电极板固定在试样帽的下端面，下电极板固定在底座的上端面，且在上电极板与试样帽之间、下电极板与底座之间均设有透水板；底座上设置有下电极孔、下气压饱和孔以及孔压监测孔；顶盖上设置有上气压饱和孔和上电极孔；下电极孔与下电极板连接；上电极孔与上电极板连接；下气压饱和孔的一端、孔压监测孔的一端、上气压饱和孔的一端均与透水板连接；下气压饱和孔的另一端安装有底部气压饱和阀，孔压监测孔的另一端安装有孔隙压力阀，上气压饱和孔的另一端安装有顶部气压饱和阀；将上导线的一端穿过上电极孔与上电极板连接，上导线的另一端与电阻率测量装置连接，下导线的一端穿过下电极孔与下电极板连接，下导线的另一端与电阻率测量装置连接，以实现不同压力与饱和度下的试样电阻率的测量；将底部气压饱和阀与盐溶液气压饱和装置的下导管连通，顶部气压饱和阀与盐溶液气压饱和装置的上导管连通以实现试样饱和度的测量；将孔隙压力阀与孔压传感器连接以实现试样孔隙水压力监测；将加载台、位移传感器、孔压传感器、荷载传感器与内置处理软件的电脑连接以实现应力控制加载和应变控制加载。应用本实用新型提供的装置，不仅能够测量软土压缩性指标、土样电阻率，开展室内土压缩性与电阻率研究，还可以进行应力与应变多元控制加载、土样饱和度监测，同时还可以根据孔压数据区分软土主固结和次固结两个阶段，更可靠的评价固结系数和压缩系数。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型实施例多功能固结仪装置示意图；
图2为本实用新型实施例固结仪压力室示意图；
图3为本实用新型实施例橡胶隔膜结构示意图；
图4为本实用新型实施例电阻率测量装置示意图；
图5为本实用新型实施例电极板示意图；
图6为本实用新型实施例电阻标定装置示意图；
图7为本实用新型实施例盐溶液气相饱和装置示意图。
其中：1-底座；2-侧环；3-顶盖；4-O型槽；5-O型圈；6-透水板；7-电极板；8-下电极孔；9-下气压饱和孔；10-孔压监测孔；11-上气压饱和孔；12-上电极孔；13-试样帽；14-连接导管；15-孔隙压力阀；16-底部气压饱和阀；17- 顶部气压饱和阀；18-活塞杆；19-橡胶隔膜；20-不锈钢盖；21-荷载锤；22-加载台；23-位移传感器；24-荷载传感器；25-D型凸沿；26-第一螺杆；27-气压泵；28-密闭容器；29-湿度传感器；30-下导管；31-上导管；32-上电流电极导线；33-上电压电极导线；34-下电流电极导线；35-下电压电极导线；36-输入电流导线；37-输入电压导线；38-输出电流导线；39-输出电压导线；40-电流电极；41-电压电极；42-高位水箱；43-储水容器；44-电导率仪；45-精密分析仪；46-第二螺杆。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
本实用新型的目的是提供一种可以同时测量软土压缩性指标(压缩系数、压缩模量、固结系数、压缩指数、回弹指数)和试样电阻率的多功能可视联合固结仪装置，该装置可用于室内开展土压缩性与电阻率研究，探究土体电阻率指标与土体物理力学性质之间的定量关系。
为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
本实用新型提供的一种多功能可视联合固结仪装置主要包括压力室，轴向加压装置，盐溶液气压饱和装置，电阻率测量装置，电阻标定装置，压力控制器，孔压传感器。
图1为本实用新型实施例多功能固结仪装置示意图；图2为本实用新型实施例固结仪压力室示意图。
参见图1和图2，所述压力室为密封式圆筒结构；所述压力室包括底座1、侧环2以及顶盖3。所述底座1与所述侧环2的接触部位、所述顶盖3与所述侧环2的接触部位均设置有一圈O型槽4，所述O型槽4内安装有O型圈5，所述底座1、所述侧环2、所述顶盖3通过第二螺杆46固定锁紧，以保证所述压力室的密封性；所述底座1、所述侧环2、所述顶盖3的材质均为透明有机玻璃，以保证所述压力室的可视性。
为了进行电阻测量，在所述压力室内布置两块相同的电极板7，分别为上电极板和下电极板；所述上电极板固定在轴向加压装置的所述试样帽13的下端面，所述下电极板固定在所述底座1的上端面，且在所述上电极板与所述试样帽13之间、所述下电极板与所述底座1之间均设有透水板6；所述电极板7 通过蚀刻工艺制作。
所述底座1上设置有下电极孔8、下气压饱和孔9以及孔压监测孔10；所述顶盖3上设置有上气压饱和孔11和上电极孔12；所述下电极孔8与所述下电极板连接；所述上电极孔12与所述上电极板连接；所述下气压饱和孔9的一端、所述孔压监测孔10的一端直接与透水板6连接；所述上气压饱和孔11 的一端通过连接导管14与透水板6连接；所述下气压饱和孔9的另一端安装有底部气压饱和阀16，所述孔压监测孔10的另一端安装有孔隙压力阀15，所述上气压饱和孔11的另一端安装有顶部气压饱和阀17。
所述多功能可视联合固结仪装置还包括上导线和下导线；将上导线的一端穿过所述上电极孔12与所述上电极板连接，所述上导线的另一端与所述电阻率测量装置连接，下导线的一端穿过所述下电极孔8与所述下电极板连接，所述下导线的另一端与所述电阻率测量装置连接，以实现不同压力与饱和度下的试样电阻率的测量。
将所述底部气压饱和阀16与所述盐溶液气压饱和装置的下导管30连通，所述顶部气压饱和阀17与所述盐溶液气压饱和装置的上导管31连通以实现试样饱和度的测量。
将所述孔隙压力阀15与所述孔压传感器连接以实现试样孔隙水压力监测。
在所述底部气压饱和阀16还连接压力控制器；所述压力控制器用于收集和测量试样试验过程中排出的孔隙水体积。
所述轴向加压装置包括试样帽13、活塞杆18、橡胶隔膜19、不锈钢盖20、荷载锤21、加载台22、位移传感器23、荷载传感器24。
所述试样帽13位于所述压力室内；所述不锈钢盖20位于所述顶盖3上，所述加载台22位于所述底座1下面。
为了保证压力室的密封性，本实用新型创新性的采用了一个橡胶隔膜19，该橡胶隔膜19的结构示意图见图3。
所述橡胶隔膜19位于所述不锈钢盖20与所述顶盖3之间，并通过第一螺杆26依次将所述不锈钢盖20、所述橡胶隔膜16、所述顶盖3锁紧固定；橡胶隔膜19设有D型凸沿25，不锈钢盖20上也开有O型槽4，D型凸沿25嵌于不锈钢盖20的O型槽4内，D型凸沿25作用类似于O型圈5。橡胶隔膜19 起到密封隔膜的作用，与顶盖3形成整体以保证压力室的密封性。橡胶隔膜 19上下分别连接荷载锤21和活塞杆18，橡胶隔膜19的高度控制试验位移的范围。
所述活塞杆18的一端与所述试样帽13连接，所述活塞杆18的另一端穿过所述顶盖3与所述橡胶隔膜19的下端面接触；所述荷载锤21的上端面高于所述不锈钢盖20的上端面，带有下端面的所述荷载锤21的一端穿过所述不锈钢盖20与所述橡胶隔膜19的上端面接触，且所述荷载锤21与所述活塞杆18 同轴；所述荷载传感器24安装在所述荷载锤21的上端面上；所述位移传感器 23安装在所述不锈钢盖20的上端面上；试样帽13、活塞杆18、荷载锤21、荷载传感器24连接到加载台22，通过试样帽13将加载台22提供的荷载施加到试样上。
将所述加载台22、所述位移传感器23、所述孔压传感器、所述荷载传感器24、所述压力控制器与内置处理软件的电脑连接以实现应力控制加载和应变控制加载。
其中，所述荷载传感器24用于实时记录对试样施加恒定轴向压力时试样所承受的荷载；所述位移传感器23用于测量对试样施加恒定轴向压力时试样的轴向位移；所述孔压传感器用于测量对试样施加恒定轴向压力时试样的孔隙水压力；所述试样的恒定轴向压力是通过电脑控制加载台以恒定速度驱动所述底座向上移动得到的。
本实用新型实施例所实现的加载模式包括应力控制和应变控制。将加载台 22和上述传感器均连接到电脑，通过电脑软件可以控制选择应力控制或者应变控制。
应力控制：通过电脑控制加载台22，对试样施加恒定的轴向压力。在电脑软件里设置目标轴向荷载，加载台22控制的底座1向上移动，当荷载传感器24所测到的荷载值达到预定值时，加载台22停止移动。
在轴向加载的同时，测量试样的轴向变形和试样底部的孔隙水压力。轴向位移通过位移传感器23测量，精度0.001mm。试样孔隙水压力通过与孔隙压力阀15连接孔压传感器测量，精度1kPa。通过与底部气压饱和阀16连接压力控制器(英国GDS公司标准压力/体积控制器，型号：STDDPC)来以收集和测量试样试验过程中排出的孔隙水体积，精度1mm3。
应力控制可以观测土体变形随时间发展的情况，因此能够得到土体的应力 -应变-时间关系，尤其针对软土蠕变特性比较强的土体，在研究软土的蠕变特性时，可从配置的孔压传感器区别主固结和次固结两个阶段。
应变控制：通过电脑软件设置一定的速率(mm/s)来控制加载台22的移动，对试样施加恒定速率的压缩，直至试验停止。与应力控制模式类似，通过荷载传感器24记录试样所承受的荷载，通过位移传感器23测量轴向位移。试样的排水体积通过压力控制器测量，孔隙水压力通过孔压传感器测量。
应变控制方式可以确定变形与时间的关系，试验结果可以得到应力-应变关系，本装置配有孔压传感器，可以得到试样的有效应力。
图4为本实用新型实施例电阻率测量装置示意图，如图4所示，所述电阻率测量装置包括精密分析仪45以及与所述精密分析仪连接的输入电流导线 36、输出电流导线38、输入电压导线37以及输出电压导线39。
本实用新型实施例采用的是交流低频电阻率测量装置，该交流低频电阻率测量装置采用四电极系统。此四电极法利用2组相同的电极板7，一组电极板 7安装在试样顶端，另一组电极板7安装在试样底端，电极板7材质为铜，通过蚀刻工艺制作，电极板的结构如图5所示。每个所述电极板7均为圆盘状电极板；每个所述电极板7均包括电压电极41和电流电极40，且所述电压电极 41与所述电流电极40相互楔形指状交错在一起；其中，所述电压电极41与所述电流电极40结构相同，每个电极都可用作电流电极40或电压电极41。
所述上导线包括与所述上电极板中的电流电极40连接的上电流电极导线 32、与所述上电极板中的电压电极41连接的上电压电极导线33；所述下导线包括与所述下电极板中的电流电极40连接的下电流电极导线34、与所述下电极板中的电压电极40连接的下电压电极导线42。
当测量试样电阻率时，将电极板7紧贴在试样的上下端面，施加一外力使试样与电极间充分接触，然后将所述上电流电极导线32与所述输入电流电线36连接，所述上电压电极导线33与所述输入电压电线37连接，所述下电流电极导线34与所述输出电流电线38连接，所述下电压电极导线35与所述输出电压电线39连接。
本实用新型的压力室采用有机玻璃代替传统的不锈钢结构。有机玻璃的电阻和空气差不多，为1012～1014欧姆，绝缘效果好，可以避免形成短路。
本实用新型的精密分析仪45(Wayne克尔电子有限公司，6440A型号) 用于施加交流电流并测量试样的电特性。精密分析仪可在电流频率范围20
Hz～3MHz运行，通过自动电平控制ALC保证交流电压和电流的恒定，可以通过精密分析仪45测得电容C，电阻R，阻抗Z和相位角Φ。
在进行试样电阻率测量时，首先进行电阻率测量装置的标定；进行电阻率测量装置标定的装置为电阻标定装置。
如图6所示，所述电阻率标定装置包括电阻率测量装置中的精密分析仪 45、高位水箱42、储水容器43、电导率仪44；所述高位水箱42用于储存和调整NaCl溶液，且所述高位水箱42放置在高于所述压力室的位置。
将所述精密分析仪45与所述上导线、所述下导线连接，所述高位水箱42 通过导管与所述底部气压饱和阀16连通，所述储水容器43通过导管与所述顶部气压饱和阀17连通。
对所述电阻率测量装置进行标定时，所述NaCl溶液在重力作用下，由所述高位水箱42经所述底部气压饱和阀16、所述下电极板从所述顶部气压饱和阀17流至储水容器43，然后用所述电导率仪44测得所述储水容器43内的电阻率，并与经所述精密分析仪45测量的导电率进行对比，计算所述电阻率和所述导电率之间的偏差，以完成所述电阻率测量装置的标定。
图7为本实用新型实施例盐溶液气相饱和装置示意图，如图7所示，所述盐溶液气压饱和装置包括气压泵27、装有NaCl饱和溶液的密闭容器28、湿度传感器29、连接导管、上导管31和下导管30；所述上导管31与所述气压泵 27连通；所述气压泵27通过所述连接导管与所述密闭容器28连通；所述密闭容器28与所述下导管30连通；所述湿度传感器29通过所述连接导管与所述密闭容器28连通；所述密闭容器内的所述NaCl饱和溶液存在着电离与水合两种作用，所述NaCl饱和溶液表面存在着蒸发与凝结两种作用。
密闭容器28内饱和盐溶液在恒温、足够长时间后，密闭容器28内固态盐、盐溶液、盐溶液上部的气空间形成了一个三相平衡体系。在饱和盐溶液中存在着电离与水合两种作用，溶液表面存在着蒸发与凝结两种作用，它们处于动态平衡状态。在一定时间后，水气交界面及整个封闭的气空间形成稳定均匀的湿度场。不同的饱和盐溶液具有不种的湿度，再根据饱和盐溶液的相对湿度查出其对应的吸力。采用饱和盐溶液的相对湿度来控制试样的相对湿度，以最终控制试样中的吸力。当基质吸力超过1500kpa时，通常采用上述方法。
当测量试样饱和度时，将所述顶部气压饱和阀17与所述上导管31连通，将所述底部气压饱和阀16与所述下导管30连通。
本实用新型的试样方法包括以下步骤：
1、正式试验前电阻率测标定
电阻率标定程序如下：
①在压力室内安放2个电极板7，电极板7间距为6cm，可以在两块电极板7之间放置支架以保证其间距，盖上压力室的顶盖3；
②连接电阻标定装置；
③往高位水箱42内注入NaCl溶液，排净压力室内的空气；
④测量高位水箱42和储水容器43内的NaCl溶液电阻率，当两者的电阻率一致时，通过精密分析仪45读取电容C和电阻R。
⑤上述步骤循环4次，4次使用的NaCl溶液分别为0.01S/m，0.1S/m，1S/m 和10S/m。
2、试样制备。试样制备方法与传统固结仪相同。
3、试样安装。在透明有机玻璃的底座1上安装O型圈5，并通过第二螺杆46将侧环2和底座1固定，放置透水板6和下电极板7；然后将环刀里的试样压入压力室内，随后盖上电极板、透水石6和试样帽13，并放入活塞杆 18，再依次安装O型圈5，将顶盖3连接上。
4.将相应的导管连接到压力控制器，导线连接到电阻率测量装置，连接孔压传感器。
5.将压力室和加载台22连接，参照图1安装荷载锤21、荷载传感器24、位移传感器23。
6、试样饱和。采用上述所述的盐溶液饱和装置和方法对试样进行一定饱和度控制的饱和。
7、施加轴向荷载压缩试样，电脑自动采集所有传感器的数据。
8、试验结束后，卸围压和轴压。
本实用新型优点如下:
1、可以测量试样在不同压力与饱和度下的电阻率。
2、压力室为有机玻璃，完全可视。另外，由于有机玻璃的绝缘特性，提高了测量电阻的精度。
3、具有两种加载方式，可以进行应力与应变多元加载控制。
4、连续自动监测、记录试验数据(垂直荷载，孔隙水压力，竖向压缩)。
5、可根据孔压数据区分主固结和次固结两个阶段，更可靠的评价固结系数和压缩系数。
6、可通过盐溶液气相饱和法控制试样的饱和度。
本文中应用了具体个例对本实用新型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实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。
Claims (10)
1.一种多功能可视联合固结仪装置，其特征在于，所述多功能可视联合固结仪装置包括压力室、轴向加压装置、电阻率测量装置、盐溶液气压饱和装置以及孔压传感器；
所述压力室为密封式圆筒结构；所述压力室包括底座、侧环以及顶盖；
所述轴向加压装置包括试样帽、活塞杆、橡胶隔膜、不锈钢盖、荷载锤、加载台、荷载传感器、位移传感器；所述试样帽位于所述压力室内；所述不锈钢盖位于所述顶盖上，所述橡胶隔膜位于所述不锈钢盖与所述顶盖之间，并通过第一螺杆依次将所述不锈钢盖、所述橡胶隔膜、所述顶盖锁紧固定；所述活塞杆的一端与所述试样帽连接，所述活塞杆的另一端穿过所述顶盖与所述橡胶隔膜的下端面接触；所述荷载锤的上端面高于所述不锈钢盖的上端面，带有下端面的所述荷载锤的一端穿过所述不锈钢盖与所述橡胶隔膜的上端面接触，且所述荷载锤与所述活塞杆同轴；所述荷载传感器安装在所述荷载锤的上端面上；所述位移传感器安装在所述不锈钢盖的上端面上；所述加载台位于所述底座下；所述试样帽、所述活塞杆、所述荷载锤、所述荷载传感器连接到所述加载台，并通过所述试样帽将所述加载台提供的荷载施加到试样上；
在所述压力室内布置两块相同的电极板，分别为上电极板和下电极板；所述上电极板固定在所述试样帽的下端面，所述下电极板固定在所述底座的上端面，且在所述上电极板与所述试样帽之间、所述下电极板与所述底座之间均设有透水板；
所述底座上设置有下电极孔、下气压饱和孔以及孔压监测孔；所述顶盖上设置有上气压饱和孔和上电极孔；所述下电极孔与所述下电极板连接；所述上电极孔与所述上电极板连接；所述下气压饱和孔的一端、所述孔压监测孔的一端、所述上气压饱和孔的一端均与透水板连接；所述下气压饱和孔的另一端安装有底部气压饱和阀，所述孔压监测孔的另一端安装有孔隙压力阀，所述上气压饱和孔的另一端安装有顶部气压饱和阀；
将上导线的一端穿过所述上电极孔与所述上电极板连接，所述上导线的另一端与所述电阻率测量装置连接，下导线的一端穿过所述下电极孔与所述下电极板连接，所述下导线的另一端与所述电阻率测量装置连接，以实现不同压力与饱和度下的试样电阻率的测量；
将所述底部气压饱和阀与所述盐溶液气压饱和装置的下导管连通，所述顶部气压饱和阀与所述盐溶液气压饱和装置的上导管连通以实现试样饱和度的测量；
将所述孔隙压力阀与所述孔压传感器连接以实现试样孔隙水压力监测；
将所述加载台、所述位移传感器、所述孔压传感器、所述荷载传感器与内置处理软件的电脑连接以实现应力控制加载和应变控制加载。
2.根据权利要求1所述的多功能可视联合固结仪装置，其特征在于，每个所述电极板均为圆盘状电极板；每个所述电极板均包括电压电极和电流电极，且所述电压电极与所述电流电极相互楔形指状交错在一起；其中，所述电压电极与所述电流电极结构相同。
3.根据权利要求2所述的多功能可视联合固结仪装置，其特征在于，所述电阻率测量装置包括精密分析仪以及与所述精密分析仪连接的输入电流导线、输出电流导线、输入电压导线以及输出电压导线；
所述上导线包括与所述上电极板中的电流电极连接的上电流电极导线、与所述上电极板中的电压电极连接的上电压电极导线；所述下导线包括与所述下电极板中的电流电极连接的下电流电极导线、与所述下电极板中的电压电极连接的下电压电极导线；
当测量试样电阻率时，将所述上电流电极导线与所述输入电流电线连接，所述上电压电极导线与所述输入电压电线连接，所述下电流电极导线与所述输出电流电线连接，所述下电压电极导线与所述输出电压电线连接。
4.根据权利要求3所述的多功能可视联合固结仪装置，其特征在于，所述多功能可视联合固结仪装置还包括电阻率标定装置；所述电阻率标定装置包括高位水箱、储水容器、电导率仪；所述高位水箱用于储存和调整NaCl溶液，且所述高位水箱放置在高于所述压力室的位置；
对所述电阻率测量装置进行标定时，将所述精密分析仪与所述上导线、所述下导线连接，所述高位水箱通过导管与所述底部气压饱和阀连通，所述储水容器通过导管与所述顶部气压饱和阀连通，使所述NaCl溶液在重力作用下，由所述高位水箱经所述底部气压饱和阀、所述下电极板从所述顶部气压饱和阀流至储水容器，然后用所述电导率仪测得所述储水容器内的电阻率，并与经所述精密分析仪测量的导电率进行对比，计算所述电阻率和所述导电率之间的偏差，以完成所述电阻率测量装置的标定。
5.根据权利要求1所述的多功能可视联合固结仪装置，其特征在于，所述盐溶液气压饱和装置包括气压泵、装有NaCl饱和溶液的密闭容器、湿度传感器、连接导管、上导管和下导管；所述上导管与所述气压泵连通；所述气压泵通过所述连接导管与所述密闭容器连通；所述密闭容器与所述下导管连通；所述湿度传感器通过所述连接导管与所述密闭容器连通；所述密闭容器内的所述NaCl饱和溶液存在着电离与水合两种作用，所述NaCl饱和溶液表面存在着蒸发与凝结两种作用；
当测量试样饱和度时，将所述顶部气压饱和阀与所述上导管连通，将所述底部气压饱和阀与所述下导管连通。
6.根据权利要求1所述的多功能可视联合固结仪装置，其特征在于，所述底部气压饱和阀还连接压力控制器；所述压力控制器用于收集和测量试样试验过程中排出的孔隙水体积。
7.根据权利要求1所述的多功能可视联合固结仪装置，其特征在于，所述荷载传感器用于实时记录对试样施加恒定轴向压力时试样所承受的荷载；所述位移传感器用于测量对试样施加恒定轴向压力时试样的轴向位移；所述孔压传感器用于测量对试样施加恒定轴向压力时试样的孔隙水压力；其中，所述试样的恒定轴向压力是通过电脑控制加载台以恒定速度驱动所述底座向上移动得到的。
8.根据权利要求1所述的多功能可视联合固结仪装置，其特征在于，所述橡胶隔膜设有D型凸沿，所述不锈钢盖上开设有O型槽，所述D型凸沿嵌于所述不锈钢盖的O型槽内。
9.根据权利要求1所述的多功能可视联合固结仪装置，其特征在于，所述底座与所述侧环的接触部位、所述顶盖与所述侧环的接触部位均设置有一圈O型槽，所述O型槽内安装有O型圈，所述底座、所述侧环、所述顶盖通过第二螺杆固定锁紧，以保证所述压力室的密封性。
10.根据权利要求1所述的多功能可视联合固结仪装置，其特征在于，所述底座、所述侧环、所述顶盖的材质均为透明有机玻璃，以保证所述压力室的可视性。
Priority Applications (1)
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| CN201821254465.XU CN208506041U (zh) | 2018-08-06 | 2018-08-06 | 一种多功能可视联合固结仪装置 |
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN112485302A (zh) * | 2020-11-17 | 2021-03-12 | 中国科学院武汉岩土力学研究所 | 一种测定土体压缩过程中各向电异性的方法和装置 |
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