CN208588612U - 一种考虑有荷载干湿循环的环剪装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种考虑有荷载干湿循环的环剪装置，包括试样盒、加载盒和吸湿模块，加载盒位于试样盒的上方，吸湿模块两端通过管道穿过加载盒与试样盒连通，用于调节试样盒中土样的湿度。密闭容器中饱和盐溶液上部水蒸气湿度将保持不变，蠕动泵带动气流快速循环完成土样‑水蒸气的水汽交换进而达到平衡，通过更换饱和盐溶液种类完成这一过程，实现环形凹槽内待测土样的干湿循环，同时通过加载盒对环形凹槽中土样施加轴向荷载，从而开展有荷载条件下干湿循环的环剪试验，以获得更符合实际工况的力学参数。本实用新型不仅具有结构简单、使用方便和制作成本低等优点，还可配套现有环剪仪使用，降低试验成本和提高试验的效率，具有推广应用的前景。

Description

一种考虑有荷载干湿循环的环剪装置

技术领域

本实用新型涉及岩土检测技术领域，具体涉及一种考虑有荷载干湿循环的环剪装置。

背景技术

土在剪切变形过程中微细观结构的不断变化是其宏观上呈现不同强度特性的根本原因，并且剪切盒与土样的不透明致使剪切时土样各部分形态变化无法直接观测，所以土体剪切结束后常常需把土样取出进行电镜扫描等微细观结构观察分析。现有的GCTSSRS-150型环剪仪具有诸多优点而被广泛应用于土体强度特征研究中，但现有装有土样的剪切盒为一整体不可拆解，导致在取出土样时土样破坏严重，很难取出完整的不被扰动的环状土样，这将很不利于土体微细观试验分析。

目前对非饱和土体经过反复吸湿脱湿稳定后的力学性状研究甚少，并且常规干湿循环一般通过反复饱和和烘干来实现，这种方法会使土体产生大的裂纹，对土体细观结构破坏严重，与实际工况偏离较远。开展有荷载条件下干湿循环的环剪试验能够获得更符合实际工况的力学参数，但现有环剪仪还不能实现这样的功能。

在做非饱和土方面的试验时，若直接在环剪仪上控制吸力来完成脱湿吸湿过程则试验周期会很长。为了加快试验进度，将现有环剪仪的部分装置从主体上分离出来，将部分试验过程完成后再上到环剪仪上进行环剪不失是一种好的思路，而且批量生产部分装置的成本比生产整台环剪仪低得多。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种考虑有荷载干湿循环的环剪装置，不仅能开展有荷载条件下干湿循环的环剪试验，获得更符合实际工况的力学参数，还能将环状土样完整取出，为后续微细观试验提供良好的土样。

为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：一种考虑有荷载干湿循环的环剪装置，包括试样盒、加载盒和吸湿模块，加载盒位于试样盒的上方，吸湿模块两端通过管道穿过加载盒与试样盒连通，用于调节试样盒中土样的湿度；

所述试样盒包括内筒、外筒和底座，内筒和外筒均为两端敞口的中空筒体，其一端分别与底座密封连接，内筒、外筒和底座共同形成一个用于制备土样的环形凹槽；

所述加载盒由侧壁和顶板组成的倒置桶状结构，侧壁的外径刚好等于外筒的内径，侧壁的内径刚好等于内筒的外径，便于加载盒的侧壁嵌入环形凹槽中，侧壁下部的内、外侧面分别设有用于安装环形密封圈的第一环形凹槽和第二环形凹槽，将加载盒与环形凹槽进行密封；

所述吸湿模块包括蠕动泵和装有饱和盐溶液的密闭容器，蠕动泵两端分别与试样盒和密闭容器连通，密闭容器通过管道与试样盒连通。

优选的方案中，所述内筒和外筒与底座连接的一端均设有一体成型的环状凸缘盘，各环状凸缘盘均设有第三环形凹槽和多个带内螺纹的连接孔，第三环形凹槽用于安装环形密封圈，底座设有多个与连接孔匹配的通孔，利用螺母一端穿过通孔与连接孔螺纹连接，将内筒和外筒分别与底座密封连接。

优选的方案中，所述内筒和外筒的连接孔分别为盲孔和通孔。

优选的方案中，所述底座设有分别与内筒和外筒连接的第四环形凹槽和第五环形凹槽，多个通孔设置在第四环形凹槽和第五环形凹槽内。

优选的方案中，所述底座在第四环形凹槽和第五环形凹槽之间设有导水槽和导水孔，导水槽两端与导水孔连通，用于排出环形凹槽中的水。

优选的方案中，所述底座设有活塞孔，活塞孔位于导水槽的两端之间。

优选的方案中，所述侧壁设有导管孔，导管孔的内径等于管道的外径，便于吸湿模块两端通过管道穿过加载盒与环形凹槽连通。

优选的方案中，所述顶板设有通气孔，将加载盒内部与大气连通。

优选的方案中，所述密闭容器中饱和盐溶液为硫酸钾、氯化钾或氯化钠的饱和盐溶液。

优选的方案中，所述密闭容器中进气管和出气管均位于饱和盐溶液的液面之上。

本实用新型提供一种考虑有荷载干湿循环的环剪装置，采用上述结构具有以下有益效果：

1）根据相对湿度控制技术，利用饱和盐溶液使得环形凹槽内土样上方的水蒸气压平衡和相对湿度将保持不变，经过一段时间的水汽交换达到平衡，反复更换不同盐溶液来实现待测土样的干湿循环，同时通过加载盒对环形凹槽中土样施加轴向荷载，从而开展有荷载条件下干湿循环的环剪试验，以获得更符合实际工况的力学参数；

2）试样盒采用可拆卸的连接结构，在固结和剪切完成后可将环状土样完整取出，降低了对试验后的土样的扰动，能为后续微细观试验提供良好的土样；

3）不仅结构简单、使用方便和制作成本低，便于批量生产试样盒，还可配套现有环剪仪使用，大大降低试验成本和提高试验的效率，具有推广应用的前景。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明：

图1为本实用新型的主视结构示意图；

图2为本实用新型中试样盒的剖视结构示意图；

图3为本实用新型中内筒的俯视结构示意图；

图4为本实用新型中外筒的俯视结构示意图；

图5为本实用新型中底座的俯视结构示意图；

图6为本实用新型中加载盒的结构示意图。

图中：试样盒1，加载盒2，待测土样3，内筒4，外筒5，底座6，侧壁7，顶板8，环形凹槽9，环形密封圈10，第一环形凹槽11，第二环形凹槽12，蠕动泵13，密闭容器14，环状凸缘盘15，第三环形凹槽16，连接孔17，通孔18，第四环形凹槽19，第五环形凹槽20，导水槽21，导水孔22，活塞孔23，导管孔24，通气孔25，下透水石26，上透水石27。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合实施例对本实用新型作进一步详细的说明。在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本实用新型的概念。

如图1-6中，一种考虑有荷载干湿循环的环剪装置，包括试样盒1、加载盒2和吸湿模块，加载盒2位于试样盒1的上方，吸湿模块两端通过管道穿过加载盒2与试样盒1连通，用于调节试样盒1中土样的湿度；所述试样盒1包括内筒4、外筒5和底座6，内筒4和外筒5均为两端敞口的中空筒体，其一端分别与底座6密封连接，内筒4、外筒5和底座6共同形成一个用于制备土样的环形凹槽9，将下透水石26固定在试样盒1内，然后再将待测土样3放入环形凹槽9中，最后在待测土样3上方放置一块环形上透水石27；所述加载盒2由侧壁7和顶板8组成的倒置桶状结构，侧壁7的外径刚好等于外筒5的内径，侧壁7的内径刚好等于内筒4的外径，便于加载盒2的侧壁7嵌入环形凹槽9中，侧壁7下部的内、外侧面分别设有用于安装环形密封圈10的第一环形凹槽11和第二环形凹槽12，将加载盒2与环形凹槽9进行密封；所述吸湿模块包括蠕动泵13和装有饱和盐溶液的密闭容器14，蠕动泵13两端分别与试样盒1和密闭容器14连通，密闭容器14通过管道与试样盒1连通。利用饱和盐溶液使得环形凹槽9内待测土样3上方的水蒸气压平衡和相对湿度将保持不变，经过一段时间的水汽交换达到平衡，反复更换盐溶液种类实现待测土样的干湿循环，同时可通过杠杆加载装置对加载盒2施加荷载，进而对环形凹槽9中待测土样3施加轴向荷载，开展有荷载条件下干湿循环的环剪试验，以获得更符合实际工况的力学参数。

优选的方案中，所述内筒4和外筒5与底座6连接的一端均设有一体成型的环状凸缘盘15，各环状凸缘盘15均设有第三环形凹槽16和多个带内螺纹的连接孔17，第三环形凹槽16用于安装环形密封圈10，底座6设有多个与连接孔17匹配的通孔18，利用螺母一端穿过通孔18与连接孔17螺纹连接，将内筒4和外筒5分别与底座6密封连接，内筒4、外筒5、底座6共同形成试样盒1，中间形成环形凹槽9。

优选的方案中，所述内筒4和外筒5的连接孔17分别为盲孔和通孔，便于通过螺栓将内筒4和外筒5分别与底座6可拆卸连接。

优选的方案中，所述底座6设有分别与内筒4和外筒5连接的第四环形凹槽19和第五环形凹槽20，多个通孔18设置在第四环形凹槽19和第五环形凹槽20内，便于内筒4和外筒5分别通过第四环形凹槽19和第五环形凹槽20安装在底座6上。

优选的方案中，所述底座6在第四环形凹槽19和第五环形凹槽20之间设有导水槽21和导水孔22，导水槽21两端与导水孔22连通，用于排出环形凹槽9中的水。

优选的方案中，所述底座6设有活塞孔23，活塞孔23位于导水槽23的两端之间，活塞孔23的尺寸与现有GCTS SRS-150型环剪仪匹配，便于配套使用。

优选的方案中，所述侧壁7设有竖直的导管孔24，导管孔24的内径等于管道的外径，便于吸湿模块两端通过管道穿过加载盒2与环形凹槽9连通。

优选的方案中，所述顶板8设有通气孔25，将加载盒2内部与大气连通，减少加载盒2在向下移动过程中压缩空气而产生阻力。

优选的方案中，所述密闭容器14中的溶液为硫酸钾、氯化钾或氯化钠的饱和盐溶液，根据所需控制的吸力大小选择盐的种类。

优选的方案中，所述密闭容器14中进气管和出气管均位于饱和盐溶液的液面之上。

为解决上述技术问题，本实用新型还提供所述环剪装置的操作方法，包含如下步骤：

1）将内筒、外筒通过螺母分别与底座连接固定，并通过橡胶圈将内筒、外筒与底座间的间隙密封，形成试样盒，中间形成环形凹槽，再把所需下透水石固定在试样盒内，然后再将土样放入环形凹槽内；

2）将带土样的试样盒置于加载装置平台上，同时在土样上放置一块环形上透水石，再将加载盒压在上透水石上从而对土样施加轴向荷载；

3）同时将吸湿模块的通气管道分别接通导管孔，依次连通并开启蠕动泵，开始气流流动，气流在通过上透水石时则会接触到土样完成水汽交换，依据基质吸力的相对湿度控制技术来控制基质吸力，达到平衡后更换饱和盐溶液从而反复脱湿吸湿来完成有荷载条件下的干湿循环过程；

4）将完成干湿循过程后的土样连带试样盒安装在环剪仪上进行后续固结和剪切试验；

5）试验结束后可拆下试样盒的螺母，取下底座，内筒和外筒由于土样而相对位置固定，可将完成固结和剪切后的环状土样完整取出进行后续微细观结构等试验。

上述的实施例仅为本实用新型的优选技术方案，不是全部的实施例，而不应视为对于本实用新型的限制，本实用新型的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种考虑有荷载干湿循环的环剪装置，其特征是：包括试样盒（1）、加载盒（2）和吸湿模块，加载盒（2）位于试样盒（1）的上方，吸湿模块两端通过管道穿过加载盒（2）与试样盒（1）连通，用于调节试样盒（1）中土样的湿度；

所述试样盒（1）包括内筒（4）、外筒（5）和底座（6），内筒（4）和外筒（5）均为两端敞口的中空筒体，其一端分别与底座（6）密封连接，内筒（4）、外筒（5）和底座（6）共同形成一个用于制备土样的环形凹槽（9）；

所述加载盒（2）由侧壁（7）和顶板（8）组成的倒置桶状结构，侧壁（7）的外径刚好等于外筒（5）的内径，侧壁（7）的内径刚好等于内筒（4）的外径，便于加载盒（2）的侧壁（7）嵌入环形凹槽（9）中，侧壁（7）下部的内、外侧面分别设有用于安装环形密封圈（10）的第一环形凹槽（11）和第二环形凹槽（12），将加载盒（2）与环形凹槽（9）进行密封；

所述吸湿模块包括蠕动泵（13）和装有饱和盐溶液的密闭容器（14），蠕动泵（13）两端分别与试样盒（1）和密闭容器（14）连通，密闭容器（14）通过管道与试样盒（1）连通。

2.根据权利要求1所述的一种考虑有荷载干湿循环的环剪装置，其特征是：所述内筒（4）和外筒（5）与底座（6）连接的一端均设有一体成型的环状凸缘盘（15），各环状凸缘盘（15）均设有第三环形凹槽（16）和多个带内螺纹的连接孔（17），第三环形凹槽（16）用于安装环形密封圈（10），底座（6）设有多个与连接孔（17）匹配的通孔（18），利用螺母一端穿过通孔（18）与连接孔（17）螺纹连接，将内筒（4）和外筒（5）分别与底座（6）密封连接。

3.根据权利要求2所述的一种考虑有荷载干湿循环的环剪装置，其特征是：所述内筒（4）和外筒（5）的连接孔（17）分别为盲孔和通孔。

4.根据权利要求2所述的一种考虑有荷载干湿循环的环剪装置，其特征是：所述底座（6）设有分别与内筒（4）和外筒（5）连接的第四环形凹槽（19）和第五环形凹槽（20），多个通孔（18）设置在第四环形凹槽（19）和第五环形凹槽（20）内。

5.根据权利要求4所述的一种考虑有荷载干湿循环的环剪装置，其特征是：所述底座（6）在第四环形凹槽（19）和第五环形凹槽（20）之间设有导水槽（21）和导水孔（22），导水槽（21）两端与导水孔（22）连通，用于排出环形凹槽（9）中的水。

6.根据权利要求5所述的一种考虑有荷载干湿循环的环剪装置，其特征是：所述底座（6）设有活塞孔（23），活塞孔（23）位于导水槽（21）的两端之间。

7.根据权利要求1所述的一种考虑有荷载干湿循环的环剪装置，其特征是：所述侧壁（7）设有导管孔（24），导管孔（24）的内径等于管道的外径，便于吸湿模块两端通过管道穿过加载盒（2）与环形凹槽（9）连通。

8.根据权利要求1所述的一种考虑有荷载干湿循环的环剪装置，其特征是：所述顶板（8）设有通气孔（25），将加载盒（2）内部与大气连通。

9.根据权利要求1所述的一种考虑有荷载干湿循环的环剪装置，其特征是：所述密闭容器（14）中饱和盐溶液为硫酸钾、氯化钾或氯化钠的饱和盐溶液。

10.根据权利要求1所述的一种考虑有荷载干湿循环的环剪装置，其特征是：所述密闭容器（14）中进气管和出气管均位于饱和盐溶液的液面之上。