CN209727679U - 一种土体三轴试样干湿循环试验装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种土体三轴试样干湿循环试验装置，包括有可活动打开的试验箱，试验箱放置于烘箱内部，试验箱和烘箱顶板各设有1个孔，烘箱顶板外部设置有称重机构，称重机构与细绳连接，细绳穿过孔后与位于试验箱中的试样侧限结构连接，试样侧限结构旁边的试验箱内设置有室内加湿器，试验箱底部设有排水管。本实用新型采用雾化加湿方式对试样加湿，加湿过程缓和，试样不直接浸泡在水中，与实际工程中由于路面材料的存在，路基体不直接与水接触的工程实际相符。本实用新型采用的是烘箱干燥，烘箱内部的温度是稳定的，试样干燥均匀，避免了用浴霸等干燥而造成的上干下湿、外干内湿的现象。烘箱内温度可调，可模拟不同干燥温度对试样的影响。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种土体三轴试样干湿循环试验装置，属于土体干湿循环试验技术领域。
背景技术
贵州省境内碳酸盐岩分布地区的地表普遍分布着残积红粘土，覆盖厚度一般5-7m，最厚可达20m以上，在公路建设中不可避免会遇到大量的红粘土。路基建成后其强度、变形特性与路基土的含水率密切相关。红粘土在干旱季节失水收缩，雨季又吸水饱和膨胀，这样往复的作用将导致填料土体结构的变化，土的强度逐渐降低，最终引起路基的破坏。但无论是强度降低还是变形加大，路基失稳破坏归根到底是填料力学特性的变化，长期的干湿循环作用使得红粘土力学特性降低。现有的干湿循环试验中,常采取的方法是浸泡-烘干法,然而采用这种方法存在着诸多缺点：(1)在浸泡过程中由于水分直接浸泡试样，造成试样极度饱水、膨胀、松散、泥化，毫无强度可言，甚至试样破坏，无法进行干湿循环试验。实际工程中，除了表层土体外，对于深层土体不可能直接受水浸泡。(2)现有能控制含水率的装置均为在干燥过程中电子天平直接暴露在高温下，而电子天平工作环境应该是在室温内。高温下电子天平读数不准确。所以急需设计一种加湿和干燥过程能够模拟现场实际缓慢、均匀加湿、干燥的装置。(3)三轴试样浸泡过程中，由于周围受三瓣膜的限制，试样只能从上部和下部浸水，造成上部和下部含水率大于中部，实际工程中试样应该是上、中、下全方位浸水。
实用新型内容
本实用新型的目的在于，提供一种土体三轴试样干湿循环试验装置。该试验装置能够避免土体直接浸泡在水中，同时实现试样全方位浸水，再者试验过程中称重机构的读数较为准确。
本实用新型的技术方案：一种土体三轴试样干湿循环试验装置，包括有可活动打开的试验箱，试验箱放置于烘箱内部，试验箱和烘箱顶板各设有1个孔，烘箱顶板外部设置有称重机构，称重机构与细绳连接，细绳穿过孔后与位于试验箱中的试样侧限结构连接，试样侧限结构旁边的试验箱内设置有室内加湿器，试验箱底部设有排水管。
前述的土体三轴试样干湿循环试验装置，所述称重机构包括有放置在烘箱顶板上的静水力电子天平，静水力电子天平底部设有挂钩。
前述的土体三轴试样干湿循环试验装置，所述烘箱顶板上设有隔热板，隔热板上亦设有孔，隔热板上放置有静水力电子天平。
前述的土体三轴试样干湿循环试验装置，所述试验箱前、后、左、右四周为推拉玻璃门，顶板为2块，经支点与试验箱侧面的框架活动连接，试验箱侧面的框架内侧设有斜向上伸出的支杆。
前述的土体三轴试样干湿循环试验装置，所述室内加湿器为室内雾化加湿器，其包括有蓄水箱，蓄水箱底部设有雾化器，雾化器与喷嘴连接。
前述的土体三轴试样干湿循环试验装置，所述试样侧限结构包括有多孔底板，多孔底板表面设有环形槽和螺纹孔，环形槽中放置有三瓣膜，三瓣膜顶部放置有套环，套环经拉杆与多孔底板连接，三瓣膜和多孔底板上密布有渗水孔。
本实用新型的有益效果：与现有技术相比，本实用新型的有益效果如下：
1、本实用新型采用雾化加湿方式对试样加湿，加湿过程缓和，试样不直接浸泡在水中，与实际工程中由于路面材料的存在，路基体不直接与水接触的工程实际相符。
2、本实用新型采用的是烘箱干燥，烘箱内部的温度是稳定的，试样干燥均匀，避免了用浴霸等干燥而造成的上干下湿、外干内湿的现象。烘箱内温度可调，可模拟不同干燥温度对试样的影响。
3、本实用新型通过将电子天平置于干燥箱之外，避免了由于温度造成的天平读数不准确。同时利用电子天平可实现对试样含水率的实时控制。
4、本实用新型通过三瓣膜外壁渗水孔、下部的多孔底板的渗水孔和上部，可模拟实际工况三向浸水方式，在干燥过程中，水分可从三向散发，保证土样湿润、干燥均匀。
附图说明
附图1为本实用新型的结构示意图；
附图2为本实用新型的试样侧限结构示意图；
附图标记：1-顶板；2-孔；3-支杆；4-支点；5-推拉玻璃门；6-排水管；7-烘箱；8-静水力电子天平；9-挂钩；10-隔热板；11-细绳；12-多孔底板；13-三瓣膜；14-拉杆；15-套环；16-螺母；17-螺纹；18-螺纹槽；19-试样；20-圆孔；21-室内加湿器；22-蓄水箱；23-雾化器；24-喷嘴；25-烘箱排气孔；26-试样。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明，但并不作为对本实用新型限制的依据。
本实用新型的实施例：一种土体三轴试样干湿循环试验装置，如附图1-2所示，包括有可活动打开的试验箱，试验箱放置于烘箱7的内部，试验箱和烘箱7顶板中间各设有1个孔2，2个孔处于同一个竖直线上，烘箱7顶板外部设置有称重机构，称重机构放置于孔2的上方，称重机构的底部与细绳11连接，细绳11分别穿过烘箱7和试验箱的孔2后与位于试验箱中的试样侧限结构连接，使得试样侧限结构悬空置于试验箱中。试样侧限结构旁边的试验箱内设置有室内加湿器21，试验箱底部设有排水管6。试验箱底部可设置为中间低，两头高的倾斜结构，方便加湿过程中水流汇集至排水管6中。
整个试验过程主要包括有加湿和干燥2个阶段，而这两个阶段对需要对放置有试样26的试样侧限结构进行称重。由于通过细绳11与称重机构连接，故可以通过称重机构称取试样侧限结构不同阶段的质量。加湿时，打开室内加湿器21，室内加湿器21喷出的水雾透过试样侧限结构后即可对试样26进行加湿，加湿过程中滴落至试验箱底板的水流经排水管6排出。烘干过程中，将试验箱打开，然后启动烘箱7，即可对试验箱中的试样26进行烘干。由于称重机构放置在烘箱7的外部，处于室温之下，故烘箱7内部温度的升高不会对称重机构的读数造成影响。
所述称重机构包括有放置在烘箱7顶板上的静水力电子天平8，静水力电子天平8底部设有挂钩9。挂钩9用于连接细绳11。
所述烘箱7顶板上设有隔热板10，隔热板10上亦设有孔2，隔热板10上放置有静水力电子天平8。由于烘箱7顶板上设有供细绳11穿过的孔2，故加热时会有热量从该孔2散发出来，难免会对静水力电子天平8的称重读数有所影响，故设置有隔热板10，可以格挡住部分热量，使得静水力电子天平8的读数更为精确。隔热板10上的孔2也是为了供细绳11从此处穿过。
所述试验箱前、后、左、右四周为推拉玻璃门5，顶板1为2块，经支点4与试验箱侧面的框架活动连接，试验箱侧面的框架内侧设有斜向上伸出的支杆3。烘干过程中，推动试验箱前、后、左、右四周的推拉玻璃门5，即可将试验箱侧面打开，同时扳动顶板1使其绕支点4转动，即可将试验箱顶板打开，使得整个试验箱都处于敞开状态，便于烘干。而设置有支杆3是为了便于封闭试验箱时，通过支杆3对顶板1进行支撑。
所述室内加湿器21为室内雾化加湿器，现在市面在售的各种室内雾化加湿器均可选用。现目前的室内雾化加湿器结构中大多包括有蓄水箱22，蓄水箱22底部设有雾化器23，雾化器23与喷嘴24连接。通过雾化器23对蓄水箱22中的分进行雾化，雾化后的水雾通过喷嘴24喷出。
所述试样侧限结构包括有多孔底板12，多孔底板12表面设有环形槽和螺纹孔18，环形槽中放置有三瓣膜13，三瓣膜13顶部放置有套环15，套环15为阶梯形结构，阶梯形结构的中间的凸起上设置有1个凹槽，凸起旁边的套环15上设有供拉杆14穿过的通孔。使用过程中，将三瓣膜13底部放置于多孔底板12的环形槽中，然后将试样26放置于三瓣膜13中，然后盖上套环15，使得三瓣膜13顶部卡入套环15凸起上的凹槽中，接着用拉杆14穿过套环15上通孔，其底部螺纹拧入多孔底板12的螺纹孔18中，然后再在拉杆14上拧入螺母16，从而将多孔底板12、三瓣膜13以及套环15三者锁紧连接在一起。拉杆14的两头端都设置有螺纹17，方便其与其他部件螺纹连接。三瓣膜13和多孔底板12上密布有渗水孔19。试验过程中，试样26吸水向上膨胀过程中，超出三瓣膜13的部分会受到套环15凹槽顶壁的限制作用。三瓣膜13开孔能减小加湿过程中水分在三瓣膜13表面的附着，提高试验精度。
一种土体三轴试样干湿循环试验方法，通过将试验箱放置于烘箱内部，烘箱外部设置称重机构，称重机构经细绳与试验箱内部悬空的试样侧限机构连接，试样侧限机构内放置试样，试样侧限机构旁边的试验箱内放置室内加湿器；试验过程包括有加湿过程和干燥过程，加湿过程中，通过试验箱内部的室内加湿器对试样进行加湿，干燥过程中将试验箱打开，通过烘箱对其内部的试验箱进行烘干，试验过程中，通过烘箱外部的称重机构对侧限机构进行称重。
试验具体步骤为：
A、试验前称出待测试样的质量，记为m0，并测定出待测试样的初始含水率ω0。将试样装入三瓣膜中，然后将三瓣膜装入多孔底板，同时用拉杆和螺母将多孔底板、三瓣膜和套环固定，使其成为一个整体，即试样侧限机构，用细绳将试样侧限机构和静水力电子天平的挂钩连接，待静水力电子天平稳定后，将静水力电子天平读数清零。
B、根据试验要求的已知目标含水率ω1，由公式得出湿润至目标含水率ω1时对应的试样质量m1，则达到目标含水率时电子天平读数为M1＝m1-m0。
C、关闭试验箱四周的推拉玻璃门和顶部的顶板，打开室内加湿器对试样进行加湿，并观察静水力电子天平的读数，当静水力电子天平的读数为M1时，关闭室内加湿器，然后静置24时间，使水分均匀扩散；
D、静置24小时后，根据试验要求的已知目标含水率ω2，由公式得出干燥至目标含水率ω2时对应的试样质量m2，则达到目标含水率时电子天平的读数为M2＝m1-m2。
E、打开试验箱四周的推拉玻璃梦和顶部的顶板，根据试验要求的温度设定烘箱预定的温度，对试样干燥。当静水力电子天平读数回到M2时，关闭烘箱，静置24小时；
F、根据试验要求的干湿循环次数，重复上述步骤，直至整个试验结束。
Claims (6)
1.一种土体三轴试样干湿循环试验装置，其特征在于：包括有可活动打开的试验箱，试验箱放置于烘箱(7)内部，试验箱和烘箱(7)顶板各设有1个孔(2)，烘箱(7)顶板外部设置有称重机构，称重机构与细绳(11)连接，细绳(11)穿过孔(2)后与位于试验箱中的试样侧限结构连接，试样侧限结构旁边的试验箱内设置有室内加湿器(21)，试验箱底部设有排水管(6)。
2.根据权利要求1所述的土体三轴试样干湿循环试验装置，其特征在于：所述称重机构包括有放置在烘箱(7)顶板上的静水力电子天平(8)，静水力电子天平(8)底部设有挂钩(9)。
3.根据权利要求2所述的土体三轴试样干湿循环试验装置，其特征在于：所述烘箱(7)顶板上设有隔热板(10)，隔热板(10)上亦设有孔(2)，隔热板(10)上放置有静水力电子天平(8)。
4.根据权利要求1所述的土体三轴试样干湿循环试验装置，其特征在于：所述试验箱前、后、左、右四周为推拉玻璃门(5)，顶板(1)为2块，经支点(4)与试验箱侧面的框架活动连接，试验箱侧面的框架内侧设有斜向上伸出的支杆(3)。
5.根据权利要求1所述的土体三轴试样干湿循环试验装置，其特征在于：所述室内加湿器(21)为室内雾化加湿器，其包括有蓄水箱(22)，蓄水箱(22)底部设有雾化器(23)，雾化器(23)与喷嘴(24)连接。
6.根据权利要求1所述的土体三轴试样干湿循环试验装置，其特征在于：所述试样侧限结构包括有多孔底板(12)，多孔底板(12)表面设有环形槽和螺纹孔(18)，环形槽中放置有三瓣膜(13)，三瓣膜(13)顶部放置有套环(15)，套环(15)经拉杆(14)与多孔底板(12)连接，三瓣膜(13)和多孔底板(12)上密布有渗水孔(19)。
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|---|---|---|---|---|
| CN109752276A (zh) * | 2019-02-21 | 2019-05-14 | 贵州大学 | 一种土体三轴试样干湿循环试验装置及其试验方法 |
| CN116140335A (zh) * | 2023-02-09 | 2023-05-23 | 昆明理工大学 | 一种利用中低温余热强化煤矸石风化成土的方法 |
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2019
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