CN217655115U

CN217655115U - 土木工程岩土崩解试验装置

Info

Publication number: CN217655115U
Application number: CN202220110708.2U
Authority: CN
Inventors: 高庆泽
Original assignee: Individual
Current assignee: Jiangxi Yunzheng Construction Engineering Co ltd
Priority date: 2022-01-17
Filing date: 2022-01-17
Publication date: 2022-10-25
Anticipated expiration: 2032-01-17

Abstract

本申请公开了一种土木工程岩土崩解试验装置，属于土木工程分析设备技术领域。该装置包括水箱、升降机构、推拉力计和吊篮，升降机构的执行端垂直上下运动，该执行端与推拉力计固定连接，推拉力计的测量端通过引绳与吊篮连接，吊篮置于水箱正上方，水箱放置在电子秤上，水箱分为上部的试验区和下部的沉积区，吊篮的活动范围在试验区内，沉积区内设有加热器。采用本申请，可以减少因控制试验溶液温度产生热对流对试验数据的影响，且在计算土壤崩解速率中可引入浮力而获得更精准的试验数据。

Description

土木工程岩土崩解试验装置

技术领域

本申请涉及土木工程分析设备技术领域，特别涉及一种土木工程岩土崩解试验装置。

背景技术

土壤崩解性能是指土壤在静水中发生分散破碎塌落和强度减弱的现象，可以作为评价土壤侵蚀严重程度的一项重要物理指标，土壤崩解速率的大小与土壤含水量和土壤结构密切相关。影响土壤崩解速率的结构主要是土壤颗粒结构，土壤孔隙、裂隙结构。

朱显谟提出土体在静水中的崩解情况可以作为评价土壤可蚀性的重要指标。而后蒋定生等利用浮筒原理，自制了一套测定土壤崩解的简易仪器，根据土壤崩解速率大小，将黄土高原分为5个区。随后的土壤崩解研究大都参考这种方法，学者使普通电子推拉力计，结合网架应用到土壤崩解速率的测定，并评价了不同土壤的崩解速率状况。因为浮筒法因浮筒刻度较粗，测定费时费力而应用越来越少，精密的土壤崩解速率仪因价格昂贵在试验研究领域应用也较少。普通电子推拉力计法正是克服了以上的缺点，在土壤崩解速率测定中应用越来越多。

例如，中国发明公开说明书CN113466435A公开一种岩土崩解试验装置及试验方法，包括升降机构、试样吊篮、试验容器、测力计、导热管及恒温槽；试样吊篮中设置有岩土试样，试样吊篮的上端与测力计的测量端连接，测力计的固定端与升降机构连接；升降机构竖向设置，用于带动测力计及试样吊篮竖向升降；试验容器为中空箱体结构，试验容器设置在试样吊篮的正下方；试验容器中盛装有试验溶液，导热管均匀设置在试验容器中；导热管进口端与恒温槽的出水口连接，导热管的出口端与恒温槽的回水口连接。该发明提供了一套传统的岩土崩解试验装置，很显然的该装置在土壤崩解速率的计算中忽略了浮力的动态变化，这在很大程度上会影响土壤崩解速率的计算精度，而为了获得对试验溶液温度的控制，在试验容器中加设了加热装置，总所周知，试验溶液在加热装置的加热下会产生热对流，而试验的基础条件则是在静水的情况下，试验溶液的热对流活动会加速土壤崩解的速度，导致试验无法获得真实的崩解速率。

发明内容

本申请提供一种土木工程岩土崩解试验装置，能减少因控制试验溶液温度产生热对流对试验数据的影响，并在计算土壤崩解速率中引入浮力获得更精准的数据。

为实现上述目的，本申请采用如下技术方案：

第一方面，提供一种土木工程岩土崩解试验装置，该装置可以包括水箱、升降机构、推拉力计和吊篮，升降机构的执行端垂直上下运动，该执行端与推拉力计固定连接，推拉力计的测量端通过引绳与吊篮连接，吊篮置于水箱正上方，其中放置有试样，试样是边长为5cm的立方体土壤样品，水箱中盛装有试验溶液，该试验溶液可以是水，吊篮可以完全浸没在该试验溶液中，吊篮底部为网架，其中：

水箱放置在电子秤的测量端上，水箱为加高型水箱，分为上部的试验区和下部的沉积区，吊篮的活动范围在试验区内，沉积区即为水箱中除试验区外的区域，沉积区主要用于堆积崩解的土壤，沉积区可减少因热对流导致液体流动对土壤崩解速率产生影响，沉积区内设有加热器，加热器悬吊在水箱中。

本申请实施例提供的试验装置能通过推拉力计和电子秤测量的数据计算土壤崩解速率，并能减少因控制试验溶液温度产生热对流对试验数据的影响，且在计算土壤崩解速率中可引入浮力而获得更精准的试验数据。

在一种可能实现的方式中，水箱为透明材质。该实现方式中，透明水箱能观察并记录不同土壤崩解时的状态。

在一种可能实现的方式中，升降机构为丝杠副，丝杠副中螺母连接的滑块上设有连接件，连接件与推拉力计固定连接。该实现方式中，通过终端设备控制丝杠副使吊篮达到预定位置，从而实现不同步骤的试验需求。

在一种可能实现的方式中，电子秤和升降机构均固定在机架上。该实现方式中，水箱与传统试验装置不同需要放置在电子秤上获得数据，从而在计算中引入浮力。

在一种可能实现的方式中，水箱内在加热器上方设有网架，网架与水箱连接，且不与加热器接触。该实现方式中，网架能阻碍因加热器产生的液体对流，减少流动液体对土壤崩解速率的影响，且网架与水箱连接可以看成水箱的一部分，不影响试验结果。

在一种可能实现的方式中，加热器是带有温度传感器的恒温加热棒。该实现方式中，加热器使试验溶液保持恒温，减少了一个影响土壤崩解速率的变量。

在一种可能实现的方式中，水箱通过辅助的架体固定在电子秤的测量端上。该实现方式中，固定架可以看成时水箱的一部分，不影响试验结果，且能帮助加高的水箱稳定在电子秤上。

其中，需要说明的是，上述各个方面中的任意一个方面的各种可能的实现方式，在方案不矛盾的前提下，均可以进行组合。

附图说明

图1是本申请实施例提供的土木工程岩土崩解试验装置的结构示意图。

附图标记说明:

1.机架；10.水箱；11.试验区；12.沉积区；20.电子秤；30.升降机构；31.连接件；40.推拉力计；50.吊篮；51.试样；60.数据通信；70.加热器。

具体实施方式

一方面，本申请的实施例提供一种土木工程岩土崩解试验装置，请参阅图1，图1是本申请实施例提供的土木工程岩土崩解试验装置的结构示意图，该装置包括水箱10、升降机构30、推拉力计40和吊篮50，升降机构30的执行端可垂直上下运动，该执行端与推拉力计40是固定连接的，推拉力计40的测量端通过引绳与吊篮50连接，吊篮50置于水箱10正上方，其中放置有试样51，试样51是边长为5cm的立方体土壤样品，水箱10中盛装有试验溶液，该试验溶液是水，吊篮50可以完全浸没在该试验溶液中，吊篮50底部为网架。

可选的，连接吊篮50与推拉力计40的引绳可以是纤维材质，也可以是金属材质。

其中，水箱10放置在电子秤20的测量端上，水箱10是加高型水箱，其中分为上部的试验区11和下部的沉积区12，而吊篮50的活动范围是在试验区11内，所以沉积区12即为水箱10中除试验区11外的区域，沉积区12主要堆积崩解的土壤，沉积区12内设有加热器70，加热器70悬吊在水箱10中。

可以理解的是，崩解的土壤中无机盐会溶解在试验溶液中，沉积区12的试验溶液浓度比试验区11高，因此为避免试验溶液浓度对土壤崩解速率的影响；而且沉积区12中的加热器70与试样51具有一定距离，加热器70导致试验溶液对流作用在试样51上相对较少，从而较少对土壤崩解速率的影响。

在一种可能的实现方式中，升降机构30为丝杠副，丝杠副中螺母连接的滑块上设有连接件31，在一种可能的实现方式中，连接件31与推拉力计40固定连接。

在一种可能的实现方式中，水箱10内在加热器70上方设有网架，网架与水箱10连接，网架与水箱10连接不影响土壤崩解速率的计算，且不与加热器70接触。

在一些实施方式中，水箱10为透明材质，例如：玻璃或PMMA(亚克力)。

在一些实施方式中，加热器70是带有温度传感器的恒温加热棒，恒温加热棒主要由发热管、温度传感器和控制器组成。

在一些实施方式中，电子秤20和升降机构30均固定在机架1上。

试验步骤相对于传统的区别在于将水箱10底部固定在电子秤20的测量端上，以此将浮力引入土壤崩解速率v的计算中，方法如下：

式中：是崩解速率(g/min)；是崩解时间，△t＝t₁-t₂(min)；G_t是t时刻试样51受到的重力。

f_t＝G_t-F_t (2)

式中：f_t是t时刻推拉力计40的读数(N)，F_t是t时刻试样51所受的浮力(N)，进一步换算为：

f_t＝ρ_xgV_t-ρ_wgV_t (3)

式中：ρ_x是试样51的密度(g/cm³)，ρ_w是试验溶液的密度(g/cm³)，V_t是t时刻试样51未崩解的体积(cm³)。

l_t＝G_all+ρ_wgV_t+ρ_wgV_蓝 (4)

式中：l_t是t时刻电子秤20的读数(N)，G_all是试样51的总重量(N)，V_蓝是吊篮50的体积(cm³)，ρ_wgV_t是未崩解试样51浮力的反作用力，ρ_wgV_蓝是吊篮50浮力的反作用力，试样溶液和水箱10的重量可以试验前去除，实际吊篮50对试验结果也没有影响。

将(4)式带入(3)式得：

将(1)整理得：

将(5)式代入(6)式得：

通过推拉力计40和电子秤20使用(7)式可获得试样51的崩解速率。

如果推拉力计40和电子秤20的单位是g或kg，试样51的崩解速率可以写成：

由(8)式可知(f_t1+l_t1)-(f_t2+l_t2)即为△t时间内试样51崩解的质量。

如采用有线或无线形式的推拉力计40和电子秤20，试验数据通过数据通信60传至处理器，处理器可控制升降机构30开始或结束试验，并通过记录同一时刻推拉力计40和电子秤20数据能实时计算并绘制试样51的崩解速率图。

以上所述仅为本申请的较佳实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims

1.一种土木工程岩土崩解试验装置，包括水箱（10）、升降机构（30）、推拉力计（40）和吊篮（50），所述升降机构（30）具有能垂直上下运动的执行端，该执行端与推拉力计（40）固定连接，所述推拉力计（40）的测量端通过引绳与吊篮（50）连接，所述吊篮（50）置于水箱（10）正上方，所述水箱（10）中盛装有试验溶液，吊篮（50）可以完全浸没在该试验溶液中，所述吊篮（50）底部为网架，其特征在于，水箱（10）放置在电子秤（20）的测量端上，水箱（10）分为上部的试验区（11）和下部的沉积区（12），所述吊篮（50）的活动范围在试验区（11）内，所述沉积区（12）内设有加热器（70），所述加热器（70）悬吊在水箱（10）中。

2.根据权利要求1所述的土木工程岩土崩解试验装置，其特征在于，所述水箱（10）为透明材质。

3.根据权利要求1所述的土木工程岩土崩解试验装置，其特征在于，所述升降机构（30）为丝杠副，丝杠副中螺母连接的滑块上设有连接件（31），所述连接件（31）与推拉力计（40）固定连接。

4.根据权利要求1所述的土木工程岩土崩解试验装置，其特征在于，所述吊篮（50）中放置有试样（51），试样（51）是立方体土壤样品。

5.根据权利要求1所述的土木工程岩土崩解试验装置，其特征在于，所述电子秤（20）和升降机构（30）均固定连接在机架（1）上。

6.根据权利要求1所述的土木工程岩土崩解试验装置，其特征在于，所述水箱（10）内在加热器（70）上方设有网架，网架与水箱（10）连接，且不与加热器（70）接触。

7.根据权利要求1或6所述的土木工程岩土崩解试验装置，其特征在于，所述加热器（70）是带有温度传感器的恒温加热棒。