CN220399433U - 一种土体干湿循环试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及土体试验设备技术领域，具体涉及一种土体干湿循环试验装置，该装置包括试验箱，其内部具有多个干湿循环装置箱；动水控制组件，其包括水箱，水箱与各个干湿循环装置箱之间连接有进水管路和出水管路，动水控制组件还包括调节水箱内水压和水温的调节设备；干燥组件，其包括与各个干湿循环装置箱连接的通风管路以及鼓风设备；摄像模组，数量为多个，多个摄像模组布置在各个干湿循环装置箱的上侧；数字控制系统，其信号连接所述动水控制组件、干燥组件和摄像模组；本实用新型解决了现有技术中浸泡和烘干不在一个装置中进行、土样烘干后进行拍照，难以保证相同的光线条件和避免光源热效应的产生，以致影响试验结果准确性的技术问题。

Description

一种土体干湿循环试验装置

技术领域

本实用新型涉及土体试验设备技术领域，具体涉及一种土体干湿循环试验装置。

背景技术

自然界中岩土体在周期性降雨、库水位及地下水位波动等作用下会经历长期的干湿循环作用，其内部孔隙度和含水量发生变化，从而引起岩土体结构特性与强度特性的改变。例如，在一次干湿循环的脱湿过程中，脱湿速率空间分布不均匀，岩土体在含水率梯度的作用下产生裂隙；干燥和潮湿两种情况下，岩土体内部孔隙率出现变化导致密实度变化。这些变化都会进一步导致岩土体的强度劣化，进而导致地质灾害和工程失稳。

现有土体干湿循环试验方法广泛采用静水压力饱和、真空饱和等方式来建立干湿循环试验装置，通常是将一定数量的岩土式样完全浸泡在水中饱和，然后通过烘干、自然风干等方式实现干湿循环过程，但是在实际试验过程中存在一定的问题：1）试验过程中浸泡和烘干并不在一个装置中进行，搬运过程和环境改变会给试验装置带来额外的扰动，影响试验结果的准确性；2）监测裂隙演变主要是在土样烘干后进行拍照，难以保证相同的光线条件和避免光源热效应的产生，也影响着试验结果的准确性。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的是提供一种土体干湿循环试验装置，以解决现有技术中浸泡和烘干不在一个装置中进行、土样烘干后进行拍照，难以保证相同的光线条件和避免光源热效应的产生，以致影响试验结果准确性的技术问题。

为实现上述目的，本实用新型所提供的土体干湿循环试验装置采用如下技术方案：

一种土体干湿循环试验装置，包括：

试验箱，其内部具有多个用于放置土体样本的干湿循环装置箱；

动水控制组件，其用于对干湿循环装置箱中土体样本进行饱水处理，其包括水箱，水箱与各个所述干湿循环装置箱之间连接有进水管路和出水管路，动水控制组件还包括调节水箱内水压和水温的调节设备；

干燥组件，其用于对饱水处理后的土体样本进行干燥，其包括与各个所述干湿循环装置箱连接的通风管路以及鼓风设备；

摄像模组，数量为多个，多个摄像模组布置在各个所述干湿循环装置箱的上侧，以用于摄像记录干湿循环装置箱中土体样本的裂隙；

数字控制系统，其信号连接所述动水控制组件、干燥组件和摄像模组。

进一步地，所述试验箱内具有水平布置的固定台，所述固定台上具有多个固定位，每个固定位固定有一个所述干湿循环装置箱。

进一步地，每个所述干湿循环装置箱均包括箱体，箱体顶部具有顶盖，箱体内壁具有托架，所述托架上支撑放置有所述土体样本。

进一步地，所述土体样本放置在环刀内，环刀支撑放置在所述托架上，所述环刀用于使水和气体从环刀底面流向上表面，防止土样颗粒流失。

进一步地，所述箱体内设置有信号连接所述数字控制系统的第一温度传感器，以监测箱体内的实时温度。

进一步地，所述水箱还具有信号连接所述数字控制系统的水泵，各个进水管路上均设置有进水阀门，各个出水管路上均设置有出水阀门。

进一步地，各个所述进水管路均连接在对应干湿循环装置箱的上部，各个所述出水管路均连接在对应干湿循环装置箱的下部。

进一步地，所述调节设备包括位于水箱内的信号连接所述数字控制系统的第二温度传感器、压强传感器、电热丝和压力伺服控制设备，压力伺服控制设备用于加压。

进一步地，所述鼓风设备为烘干机，所述通风管道包括连接烘干机的主管道和连接主管道与各个干湿循环装置箱的分管道。

进一步地，所述试验箱内安装有位于干湿循环装置箱上侧的吊杆，吊杆上固定有摄像平台，摄像平台上安装有多个所述摄像模组以及辅助打光的灯带。

本实用新型所提供的土体干湿循环试验装置的有益效果是：

1）本装置可以同时自动进行多个土体样本的干湿循环过程，同时可监测烘干过程中土样裂隙的演变规律，可以设定恒定的水压力对各个土体样本进行饱水处理，在同时监测多个土体样本的裂隙演变规律时，能够保证土体样本的位置和光线条件一致（都处于试验箱内），减少试验的误差；此外，可以提供不同的温度，从而获得不同温度下裂隙的演变规律；

2）利用灯带辅助打光，能够确保每块土体样本都能够被照到，排除阴影造成的影响，避免热效应的产生，消除客观因素的误差对结果准确性的影响；

3）试验过程中浸泡和烘干在一个装置中进行，消除了搬运过程和环境改变会给试验装置带来的额外的扰动，节约了大量人力物力，试验人员能够对试验过程进行实时把控，大大减少了测试工作量。

综上，通过上述设置，本实用新型完成了对现有试验装置的改良升级，有效解决了现有技术中浸泡和烘干不在一个装置中进行、土样烘干后进行拍照，难以保证相同的光线条件和避免光源热效应的产生，以致影响试验结果准确性的技术问题。

附图说明

通过参考附图阅读下文的详细描述，本发明示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本发明的若干实施方式，并且相同或对应的标号表示相同或对应的部分，其中：

图1是本实用新型所提供的土体干湿循环试验装置的整体示意图；

图2是本实用新型所提供的土体干湿循环试验装置中试验箱内的俯视图；

图3是本实用新型中干湿循环装置箱与摄像模组的配合示意图；

图4是本实用新型中干湿循环装置箱的立体图（显示内部）。

图中标号：1、试验箱；2、干湿循环装置箱；201、箱体；202、顶盖；203、托架；204、环刀；205、土体样本；3、水箱；4、进水管路；5、出水管路；6、通风管路；7、烘干机；8、摄像模组；9、数字控制系统；10、固定台；11、第一温度传感器；12、进水阀门；13、出水阀门；14、吊杆；15、摄像平台；16、灯带；17、入风口；18、第三温度传感器。

实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例的附图，对本实用新型实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。

需要说明的是，本实用新型的主要构思在于将土体样本205的饱水和烘干集成在一个试验箱1内进行，并同时对多组土体样本205进行试验，能够充分减少客观因素给试验装置带来的额外的扰动，节约了大量人力物力，试验人员能够对试验过程进行实时把控，大大减少了测试工作量，能够更加准确地监测土体样本205的裂隙变化，解决了现有技术中浸泡和烘干不在一个装置中进行、土样烘干后进行拍照，难以保证相同的光线条件和避免光源热效应的产生，以致影响试验结果准确性的技术问题。下面结合具体实施例对上述构思作进一步具体的阐述说明。

本实用新型所提供的土体干湿循环试验装置的具体实施例：

如图1至图4所示，一种土体干湿循环试验装置，包括试验箱1，试验箱1的内部具有多个用于放置土体样本205的干湿循环装置箱2；试验箱1旁侧具有用于对干湿循环装置箱2中土体样本205进行饱水处理的动水控制组件，动水控制组件包括水箱3，水箱3与各个干湿循环装置箱2之间连接有进水管路4和出水管路5，动水控制组件还包括调节水箱3内水压和水温的调节设备。

此外，试验箱1旁侧还具有用于对饱水处理后的土体样本205进行干燥的干燥组件，干燥组件包括与各个干湿循环装置箱2连接的通风管路6以及鼓风设备。各个干湿循环装置箱2的上侧布置有多个摄像模组8，用于摄像记录干湿循环装置箱2中土体样本205的裂隙；试验箱1上侧布置有数字控制系统9。数字控制系统9信号连接动水控制组件、干燥组件和摄像模组8。

具体地，试验箱1内具有水平布置的固定台10，固定台10上具有多个固定位，每个固定位固定有一个干湿循环装置箱2。每个干湿循环装置箱2均包括箱体201，箱体201顶部具有顶盖202，箱体201内壁具有托架203，托架203上支撑放置有土体样本205。托架203的数量为两个，均通过焊接的方式固定在箱体201的内壁。在其他实施例中，托架也可以通过可拆卸的方式固定在箱体的内壁。上述箱体的顶盖为可拆卸的盖板。

土体样本205放置在环刀204内，环刀204支撑放置在托架203上，环刀204用于使水和气体从环刀204底面流向上表面，防止土样颗粒流失。环刀204的尺寸为直径61.8 mm×高20 mm，环刀204上下采用轻质耐高温聚合物多孔膜层叠复合材料制成的透明薄膜包裹，只允许水和气体从环刀204底面流向表面，防止土样颗粒流失，同时可以耐高温不被破坏，且对裂隙演变的记录不产生影响。

箱体201内设置有信号连接数字控制系统9的第一温度传感器11，以监测箱体201内的实时温度。同时，试验箱1内设置有信号连接数字控制系统9的第三温度传感器18，以监测试验箱1内的温度。

水箱3还具有信号连接数字控制系统9的水泵，各个进水管路4上均设置有进水阀门12，各个出水管路5上均设置有出水阀门13。各个进水管路4均连接在对应干湿循环装置箱2的上部，各个出水管路5均连接在对应干湿循环装置箱2的下部。水采用上进下出的方式。

关于调节设备。调节设备包括位于水箱3内的信号连接所述数字控制系统9的第二温度传感器、压强传感器、电热丝和压力伺服控制设备，压力伺服控制设备用于加压。

下面介绍干燥组件。鼓风设备为烘干机7，通风管道包括连接烘干机7的主管道和连接主管道与各个干湿循环装置箱2的分管道。相应地，每个干湿循环装置箱2上均设置有入风口17。

关于摄像模组8。试验箱1内安装有位于干湿循环装置箱2上侧的吊杆14，吊杆14上固定有摄像平台15，摄像平台15上安装有多个摄像模组8以及辅助打光的灯带16。具体地，灯带16为条状无影灯带，包括12个高发光强度灯泡条状布置，并与摄像模组8连接，摄像模组8即为摄像头，条状无影灯带与摄像头不处于同一平面，摄像头位置平面高于条状无影灯平面。在其他实施例中，高发光强度灯泡的数量可以根据实际需要进行调整。

整个试验装置还包括配套的计算机软件，可预设动水水压、动水水温、动水流速、饱和时间、烘干温度、烘干时间、干湿循环次数、裂隙拍照频率等参数，并控制干湿循环过程中进水阀门12和出水阀门13的开关顺序，实现装置的全自动运行。

本实用新型所提供的土体干湿循环试验装置的工作原理是：

1）首先设计好具体的试验方案，包括干湿循环过程的动水压力大小、动水流速、动水温度、一次饱和时间、烘干温度、一次烘干时间、干湿循环次数和摄像时间，将各进水管道、出水管道和通风管道固定连接完成，在动水控制装置水箱3中加入水样，采用预试验的方式，设置摄像时间、动水控制装置和干燥组件的相关设置；

2）将土体样本205固定在环刀204上，将环刀204固定在土样固定支架上；

3）根据试验方案对环刀204内的土体样本205进行饱水处理，通过数字控制系统9关闭干燥组件，关闭干燥组件通风管道阀门，打开进水阀门12和出水阀门13，关闭试验箱1的通风口、干湿循环装置箱2的入风口17和干湿循环装置箱2的顶盖202，启动动水控制装置，使动水水流经进水管路4流入干湿循环试验装置箱，对土体样本205进行饱水处理，由出水管道再流入动水控制装置的水箱3，由动水控制装置对其水压、流速、温度再次二次控制后由进水管路4进入试验箱1，实现动水水流循环；

4）根据试验方案对环刀204内的土体样本205进行干燥处理，通过数字控制系统9关闭动水控制装置，打开试验箱1的通风口、干湿循环装置箱2的入风口17和干湿循环装置箱2的顶盖202，开启干燥装置，至试样干燥、水全部排尽；

5）根据试验方案对环刀204内的土体样本205进行摄像，记录土样裂隙；

6）根据试验方案，通过数字控制系统9重复步骤③-⑤至试验要求干湿循环试验次数，最后干湿循环试验结束，进行后续相关的试验操作和实验数据的测定。

Claims (10)

1.一种土体干湿循环试验装置，其特征在于，包括：

试验箱，其内部具有多个用于放置土体样本的干湿循环装置箱；

动水控制组件，其用于对干湿循环装置箱中土体样本进行饱水处理，其包括水箱，水箱与各个所述干湿循环装置箱之间连接有进水管路和出水管路，动水控制组件还包括调节水箱内水压和水温的调节设备；干燥组件，其用于对饱水处理后的土体样本进行干燥，其包括与各个所述干湿循环装置箱连接的通风管路以及鼓风设备；

摄像模组，数量为多个，多个摄像模组布置在各个所述干湿循环装置箱的上侧，以用于摄像记录干湿循环装置箱中土体样本的裂隙；

数字控制系统，其信号连接所述动水控制组件、干燥组件和摄像模组。

2.根据权利要求1所述的土体干湿循环试验装置，其特征在于：所述试验箱内具有水平布置的固定台，所述固定台上具有多个固定位，每个固定位固定有一个所述干湿循环装置箱。

3.根据权利要求2所述的土体干湿循环试验装置，其特征在于：每个所述干湿循环装置箱均包括箱体，箱体顶部具有顶盖，箱体内壁具有托架，所述托架上支撑放置有所述土体样本。

4.根据权利要求3所述的土体干湿循环试验装置，其特征在于：所述土体样本放置在环刀内，环刀支撑放置在所述托架上，所述环刀用于使水和气体从环刀底面流向上表面，防止土样颗粒流失。

5.根据权利要求3或4所述的土体干湿循环试验装置，其特征在于：所述箱体内设置有信号连接所述数字控制系统的第一温度传感器，以监测箱体内的实时温度。

6.根据权利要求1至4任一项所述的土体干湿循环试验装置，其特征在于：所述水箱还具有信号连接所述数字控制系统的水泵，各个进水管路上均设置有进水阀门，各个出水管路上均设置有出水阀门。

7.根据权利要求6所述的土体干湿循环试验装置，其特征在于：各个所述进水管路均连接在对应干湿循环装置箱的上部，各个所述出水管路均连接在对应干湿循环装置箱的下部。

8.根据权利要求6所述的土体干湿循环试验装置，其特征在于：所述调节设备包括位于水箱内的信号连接所述数字控制系统的第二温度传感器、压强传感器、电热丝和压力伺服控制设备，压力伺服控制设备用于加压。

9.根据权利要求1至4任一项所述的土体干湿循环试验装置，其特征在于：所述鼓风设备为烘干机，所述通风管路包括连接烘干机的主管道和连接主管道与各个干湿循环装置箱的分管道。

10.根据权利要求1至4任一项所述的土体干湿循环试验装置，其特征在于：所述试验箱内安装有位于干湿循环装置箱上侧的吊杆，吊杆上固定有摄像平台，摄像平台上安装有多个所述摄像模组以及辅助打光的灯带。