CN209727937U - 一种可用于路基填料的高精度土壤膨胀仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种可用于路基填料的高精度土壤膨胀仪，包括双层试验筒、加载架、试验筒顶板环、试验筒底板、位移量测装置、力传感器、含水率量测装置、多孔顶板套装、单自由度铁环，其特征在于试验筒顶板环安装于双层试验筒上方，试验筒底板安装于双层试验筒下方，多孔顶板套装安装于试样顶部，单自由度铁环置于双层试验筒内部，位移量测装置安装在试验筒顶板环上并与多孔顶板接触，张力计触头埋置于试样内部组成基本模块，将基本模块置于所述加载架上并与力传感器集成则可进行膨胀力实验以及载荷膨胀试验，本实用新型的目的在于进行控制含水率的土壤以及填料膨胀试验，并对实验结果进行更精确的测量输出。

Description

一种可用于路基填料的高精度土壤膨胀仪

技术领域

本实用新型涉及一种岩土工程土工试验技术领域，具体涉及一种可用于路基填料的高精度土壤膨胀仪，适用于测试不同颗粒级配的填料以及土壤在不同含水率控制以及上覆荷载控制下的过程膨胀量。

背景技术

膨胀土是在自然地质变迁中形成的一种多裂隙、易风化、显著涨缩、反复破坏的特殊性粘土，其粘粒成分主要由亲水性矿物蒙脱石和伊利石组成，对环境的湿热变化敏感，土体遇水极易破坏。我国是世界上膨胀性岩土分布最广的的国家之一，已经查明全国26个省市自治区都有区域性膨胀岩土的分布。膨胀土给工程建设带来的危害，既表现在地表建筑物上，也反映在地下工程中。它不仅包括铁路、公路、渠道的所有边坡、路面和基床，也包括房屋基础、地坪，同时包括地下硐室及隧道围岩、衬砌，甚至还包括这些工程中所采用的稳定性措施。膨胀土对工程的破坏作用具有多次反复性和长期潜在的危险性，我国的铁路工程诸如南昆线、京九线、西南线等铁路干线都不同程度的出现过膨胀土路基病害问题，正因如此，铁路工程界在总结膨胀土地区修建铁路的经验时，提出“逢堑必滑、无堤不塌”的说法。

目前使用的传统WZ-2型膨胀仪体积较小，采用直径58mm、高20mm环刀试样，在利用该仪器进行膨胀试验之前需要对散体试样进行筛分处理、对整体块状试样进行打磨修整处理，试验过程复杂，对原土体结构扰动过大。因此该种膨胀仪适用范围有限，数据精确度不足。同时由于该种膨胀仪在试验过程中需要将仪器浸没在水槽中，因此只能够测量土体饱和状态下的膨胀率，但实际工程建设中的路基填料以及地基土往往因为施作的防排水措施并未达到饱和状态，故得到的试验结果与实际情况不符。

除WZ-2以外另一种常用的粗颗粒浸水膨胀仪采用了CBR试验筒作为仪器主体，该仪器试验所采用的试样尺寸为直径151mm、高116mm的圆柱体试样，其尺寸充分考虑了路基填料可能遇到的粒径较大的颗粒。根据现行的JTG E40-2007《公路土工试验规程》以及TB10102-2010《铁路工程土工试验规程》规定该种浸水膨胀试验装置所采用的填料试样颗粒最大不能超过20mm或40mm。但该装置采用的供水方式依然为将装置浸没在水中，令水通过仪器底部的多孔底板以及顶部的多孔顶板进入试样，因此仅能进行土体饱和状态下的膨胀试验。并且由于该设备供水方式由顶部及底部向试样中渗透，若试样渗透性较差则会导致试样膨胀变化在高度方向的膨胀时间分布不均匀。

实用新型内容

针对以上试验设备的不足，本实用新型提出一种可用于路基填料的高精度土壤膨胀仪，能够在考虑实际土壤及填料试样的在不同含水率阶段的膨胀量大小的同时能够解决由于试样体量较小面临的填料粒径过大必须进行筛分从而导致的破坏原装土体结构以及填料级配的问题。

本实用新型通过以下技术方案解决上述问题。

一种可用于路基填料的高精度土壤膨胀仪，包括双层试验筒、加载架、试验筒顶板环、试验筒底板、位移量测装置、力传感器、含水率量测装置、多孔顶板套装、单自由度铁环，其特征在于具体结构和连接关系为：所述试验筒顶板环安装于双层试验筒上方，试验筒底板安装于所述双层试验筒下方；所述单自由度铁环置于所述双层试验筒内部，进行试验时试样则安放于所述单自由度铁环内部，张力计触头埋置于试样内部。

所述多孔顶板套装安装于试样顶部，位移量测装置安装在所述试验筒顶板环上并与所述多孔顶板接触，构成了本实用新型的基本试验模块。

所述基本试验模块同轴置于加载架上并利用力传感器将所述加载架以及所述多孔顶板相连接。

所述试验筒为内外双层结构，包括内筒以及外筒，二者通过有机玻璃条同轴粘连固定，所述内筒筒壁均匀的钻有透水孔。

所述加载架包括金属横梁、反力螺栓杆、仪器底座、螺杆加载装置以及可用于替换的光滑金属圆杆。

所述金属横梁通过反力螺栓杆与底座相连，所述螺杆加载装置包括旋钮以及螺杆，转动旋钮则螺杆向下移动推动力传感器与所述多孔顶板接触，所述螺杆以及旋钮组合用于膨胀力试验时。

所述螺杆以及旋钮组合可替换为光滑的金属圆钢，所述圆钢上端连接有圆盘，可用于载荷膨胀试验。

进一步的，由于本实用新型可进行现行土工试验规程中提出的四种土壤膨胀性试验中的无荷载膨胀试验、载荷膨胀试验、膨胀力试验，因此在进行不同的试验时可针对具体要求进行组装，当进行无荷载膨胀试验时仅需要将本实用新型组装为所述的基本试验模块，即不需要加载架；当进行载荷膨胀试验时需要使用加载架，即将基本试验模块安放于加载架上，并将所述的加载装置替换为所述光滑圆钢以及圆盘；当进行膨胀力试验时，与载荷膨胀试验类似，需要将基本试验模块安放至所述加载架上，同时使用所述的加载装置即加载螺杆以及旋钮、力传感器。

本实用新型与现有设备相比具有以下突出效果。

1、本实用新型采用的内外双层试验筒的结构，水通过进入内外筒间的夹层，再通过内壁的透水孔从试样四周入渗，入渗路径较短，水分分布均匀，避免了传统设备出现的入渗不均匀导致的膨胀变化在高度方向的膨胀时间分布不均匀。

2、本实用新型采用的试验筒体积较大，能够适应填料中的粗颗粒，避免了由于筛分导致的填料原级配破坏。

3、本实用新型中的加载架取代了传统实验设备中常用的在试样上方堆叠加载板的做法，使进行膨胀力试验时能够连续控制上覆荷载的同时输出所加荷载的大小，避免了在使用加载板时出现的加载增量不连续，控制精度不足的问题。

4、本实用新型通过集成了力传感器以及张力计，可以在实验过程中监测含水率变化情况，做到更加精确的控制试样含水率，从而可以进行试样非饱和状态下的膨胀试验，力传感器也能够更加精确的输出上覆荷载的大小变化，达到了更高精度的目的。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图。

图2位本实用新型剖面图。

图3为将加载旋钮及螺杆替换为光滑的圆钢及圆盘的加载架。

图中所示：1为加载螺杆、2为加载旋钮、3为加载架横梁、4为力传感器、5为加载架反力螺栓、6为位移计支架、7为位移计、8为力传感器触头、9为多孔顶板触头、10为位移计触头、11为试验筒顶板环、12为多孔顶板、13为双层试验筒内筒、14为双层试验筒外筒、15为单自由度金属套环、16为试验筒底板、17为加载架底座、18为透水石、19为试样、20为张力计测头、21为加载架光滑金属圆杆、22为加载架圆盘、23为加载架、24为双层试验筒。

具体实施方式

下面结合附图说明本实用新型的具体实施方式。

如图1、2、3所示，一种可用于路基填料的高精度土壤膨胀仪，包括双层试验筒24、加载架23、试验筒顶板环11、试验筒底板16、位移计7、力传感器4、张力计20、多孔顶板12、单自由度铁环15，其特征在于具体结构和连接关系为：所述试验筒顶板环11安装于双层试验筒24上方，试验筒底板16安装于所述双层试验筒24下方；所述单自由度铁环15置于所述双层试验筒24内部，进行试验时试样19则安放于所述单自由度铁环内部，张力计测头20埋置于试样19内部；所述多孔顶板12安装于试样19顶部，位移计20安装在所述试验筒顶板环11上并与所述多孔顶板触头9接触，构成了本实用新型的基本试验模块；所述基本试验模块同轴置于加载架23上并利用力传感器8将所述加载架23以及所述多孔顶板12相连接。

所述试验筒24为内外双层结构，包括内筒13以及外筒14，二者通过有机玻璃条同轴粘连固定，所述内筒13筒壁均匀的钻有透水孔，所述内筒13以及外筒14之间夹层宽度为5mm，所述有机玻璃黏接条在将内外筒夹层均匀地划分为四部分的同时在试验筒底端留有小口，以便水进入夹层中后能够保证四部分夹层的液面高度一致。

所述加载架23包括金属横梁3、反力螺栓杆5、仪器底座17、加载螺杆1以及可用于替换的光滑金属圆杆21，所述金属横梁3通过反力螺栓杆5与底座17相连，并在中间开有带螺纹的圆孔，所述加载螺杆1与加载旋钮2共同构成加载装置，将所述螺杆1从圆孔中穿过，所述旋钮2固定于所述螺杆1上端，转动旋钮2则螺杆1向下移动推动力传感器4与所述多孔顶板触头9接触，所述螺杆1以及旋钮2组合用于膨胀力试验时；所述螺杆1以及旋钮2组合可替换为光滑的金属圆杆21，所述圆杆22上端连接有圆盘22，可用于载荷膨胀试验。

进一步的，由于本实用新型可进行现行土工试验规程中提出的四种土壤膨胀性试验中的无荷载膨胀试验、载荷膨胀试验、膨胀力试验，因此在进行不同的试验时可针对具体要求进行组装，当进行无荷载膨胀试验时仅需要将本实用新型组装为所述的基本试验模块，即不需要加载架23；当进行载荷膨胀试验时需要使用加载架23，即将基本试验模块安放于加载架23上，并将所述的加载螺杆1以及加载旋钮2替换为所述光滑圆杆21以及圆盘22；当进行膨胀力试验时，与载荷膨胀试验类似，需要将基本试验模块安放至所述加载架上，同时使用所述的加载装置即加载螺杆1以及旋钮2、力传感器4。

综上所述,本实用新型所述的实施方式仅提供一种最佳的实施方式,本实用新型的技术内容及技术特点已揭示如上,然而熟悉本项目技术的人士仍可能基于本实用新型所揭示的内容而作各种不背离本发明创作精神的替换及修饰;因此,本实用新型的保护范围不限于实施例所揭示的技术内容，故凡依本实用新型的形状、构造及原理所做的等效变化，均涵盖在本实用新型的保护范围内。

Claims (5)

1.一种可用于路基填料的高精度土壤膨胀仪，包括双层试验筒、加载架、试验筒顶板环、试验筒底板、位移量测装置、力传感器、含水率量测装置、多孔顶板套装、单自由度铁环，其特征在于所述单自由度铁环置于所述双层试验筒内部，进行试验时试样则安放于所述单自由度铁环内部，张力计触头埋置于试样内部；

所述多孔顶板套装安装于试样顶部，位移量测装置安装在所述试验筒顶板环上并与所述多孔顶板接触，构成基本试验模块；

所述基本试验模块同轴置于加载架上并利用力传感器将所述加载架以及所述多孔顶板相连接。

2.根据权利要求1所述的一种可用于路基填料的高精度土壤膨胀仪，其特征在于所述试验筒为内外双层结构，包括内筒以及外筒，二者通过有机玻璃条同轴粘连固定；所述内筒筒壁均匀的钻有透水孔。

3.根据权利要求1所述的一种可用于路基填料的高精度土壤膨胀仪，其特征在于所述加载架包括金属横梁、反力螺栓杆、仪器底座、螺杆加载装置以及可用于替换的光滑金属圆杆。

4.根据权利要求3所述的一种可用于路基填料的高精度土壤膨胀仪，其特征在于所述金属横梁通过反力螺栓杆与底座相连，所述螺杆加载装置包括旋钮以及螺杆，转动旋钮则螺杆向下移动推动力传感器与所述多孔顶板接触，所述螺杆以及旋钮组合可用于膨胀力试验。

5.根据权利要求3所述的一种可用于路基填料的高精度土壤膨胀仪，其特征在于所述螺杆以及旋钮组合可替换为光滑的金属圆钢，所述圆钢上端连接有圆盘，可用于载荷膨胀试验。