CN101806686A - 一种用于量测土样反复胀缩的试验装置及其使用方法 - Google Patents

一种用于量测土样反复胀缩的试验装置及其使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明是一种用于量测土样反复胀缩的试验装置及其使用方法，该装置由加热水箱1、加载框架8、蒸发器14、冻融室17、试样盒19、砝码24、加压杠杆28等组成。该仪器制造简单，测量精度高，满足土样冻结、融沉要求，温度控制准确，可用于土木工程中遇到的各种土质在冻结融沉后的胀缩量与体积变化量测，既适用于无荷载压力自由胀缩环境下量测，又适用于有垂直荷载的侧限压力环境下量测。

Description

一种用于量测土样反复胀缩的试验装置及其使用方法
技术领域
本发明是一种土工测试仪器，属于土木(岩土)工程技术领域。
背景技术
长期以来，冻胀和融沉一直是西北寒区工程冻害问题的主要原因之一。对土体的冻胀和融沉的循环过程改变了土体结构，破坏了颗粒间的连接力，使土颗粒重新排列，是导致土体性质劣化的重要原因之一，尤其对于寒区中的冻土与黄土等具有较强结构性的土体，更是如此。土坝、堤防、路基、边坡等土质构筑物，在长期冻胀、融沉循环因素影响下产生裂缝、渗漏、滑坡等灾害事故，严重影响了工程的正常施工与安全运营。因此，对土体在低温下冻结和高温下融化的循环作用下的体积变形规律的认识研究非常必要。目前国内外还没有较为成熟的用来量测土体在侧限压力下的胀缩变形规律的试验装置。该申请就是要发明一种针对土体在低温冻结与高温融化环境下，在垂直压力作用下的体变量测装置及其使用方法。
发明内容
本发明目的是提供一种用于量测土样反复胀缩的试验装置及其使用方法，解决土体在反复膨胀或收缩时的垂直位移量与体积变形量的量测问题，尤其适用于土体冻结膨胀与融化收缩过程中的胀缩量测问题。
本发明的技术解决方案，其特征是一种用于量测土样反复胀缩的试验装置由加热水箱1、加载框架8、蒸发器14、冻融室17、加压杠杆28组成。其中加热水箱1通过下水管5和上水管6与冻融室17连接，下水管5通过开关阀门3控制，上水管4通过水泵2与开关阀门4控制。蒸发器14与制冷剂储存盒13、压缩机16、冷凝器15、制冷剂储存盒13连接成一套冷冻***。试样盒19底部放有透水石12，透水石12上面放置试样20，试样20上面再放一块透水石12，然后用顶帽11盖住透水石12，通过加压轴10对试样20加压，当试样20发生胀缩时可以通过垂直位移计9观测读数变化。冻融室17内有聚乙烯保温泡沫18和温度计7，温度计7和垂直位移计9可以连接电脑实现实时采集数据。加压轴10由加载框架8通过固定栓22连接的杠杆28和砝码24提供垂直压力。加载框架8由转动轴23、砝码24、大砝码27、杠杆28组成，加载框架8通过固定栓22与仪器底座21连接，带动框架8升降的两个转动轴23通过金属钩25连接，砝码24与杠杆28通过金属钩26连接。
本发明优点：
仪器制造简单，测量精度高，满足土样冻结、融沉要求，温度控制准确，可以直接测定各种土质在侧限压力下冻结融沉后的胀缩量与体变量。
本发明适用范围：
可用于土木工程中遇到的各种土质的胀缩量及其体积变化量测，既适用于无荷载压力自由胀缩环境下量测，又适用于有垂直荷载的侧限压力环境下量测。
附图说明：
图1是用于测量土样反复胀缩的试验装置结构示意图。其中：有加热水箱1、水泵2、下水管开关阀门3、上水管开关阀门4、下水管5、上水管6、温度计7、加载框架8、垂直位移计9、加压轴10、顶帽11、透水石12、制冷剂储存盒13、蒸发器14、冷凝器15、压缩机16、冻融室17、聚乙烯保温泡沫18、试样盒19、试样20、仪器底座21、固定栓22、转动轴23、砝码24。
图2是图1的A-A右视图。其中有：固定栓22、转动轴23、砝码24、金属吊钩25与26、大砝码27、杠杆28。
具体实施方式：
实施例：用于量测土样反复胀缩的试验装置的使用方法如下：
(1)试样自由胀缩量测变形方法：
①安装试样：先把透水石12放入试样盒19中，然后放入试样20，再放入透水石12，顶部加盖顶帽11，将垂直位移计9置于顶帽11上，并使读数归零，加载框架8悬空放置；
②冻结试样：开动压缩机16，使得制冷剂13通过冷凝器15，进入蒸发器14中，对试样20进行冷冻降温，通过温度计7控制试样20的温度，待温度达到试验要求，关闭压缩机16，通过垂直位移计9的量测，可以得出试样20在规定温度无荷载条件下的自由冻结膨胀量；
③融化试样：启动加热水箱1，打开下水管开关阀门3，热水通过下水管5流入冻融室17内，然后关闭阀门3，对冻结后的试样20进行加热，热传递后，如未达到试验要求的温度，可以打开上水管阀门4，开启水泵2，将冻融室17内的水抽回加热水箱1，然后关闭阀门4，重新把水箱1内的水加热，然后再打开阀门3，让热水流入冻融室17内，关闭阀门3，对冻结后的试样20再进行加热，待温度计7达到试验要求的温度时，可停止加热，同时打开阀门4，启动水泵2，将水抽回水箱1，然后关闭阀门4，同时可以观察垂直位移计9的读数，得出试样20在规定温度无荷载条件下的自由融化收缩量；
④如进行试样反复冻融后的胀缩体积变化量测，可以重复步骤②③，并从垂直位移计9读出试样20的体积胀缩变形量。
(2)试样在有垂直荷载作用下的胀缩变形量测方法：
①安装试样：先把透水石12放入试样盒19中，然后放入试样20，再放入透水石12，顶部加盖顶帽11，将加压轴10对准顶帽11，将砝码24放在吊钩26下面，通过加载框架8，使加压轴10对准顶帽11，对试样20施加规定压力，并将垂直位移计9置于顶帽11上，使读数归零；
②冻结试样：开动压缩机16，使得制冷剂13通过冷凝器15，进入蒸发器14中，对试样20进行冷冻降温，通过温度计7控制试样20的温度，待温度达到试验要求，关闭压缩机16，通过垂直位移计9的测量，可以得出试样20在规定垂直压力和温度下的冻结膨胀量；
③融化试样：启动加热水箱1，打开下水管开关阀门3，热水通过下水管5流入冻融室17内，然后关闭阀门3，对冻结后的试样20进行加热，热传递后，如未达到试验要求的温度，可以打开上水管阀门4，开启水泵2，将冻融室17内的水抽回加热水箱1，然后关闭阀门4，重新把水箱1内的水加热，然后再打开阀门3，让热水流入冻融室17内，关闭阀门3，对冻结后的试样20再进行加热，待温度计7达到试验要求的温度时，可停止加热，同时打开阀门4，启动水泵2，将水抽回水箱1，然后关闭阀门4，同时可以观察垂直位移计9的读数，得出试样20在规定垂直压力和温度下的融化收缩量；
④如进行试样反复冻融后的胀缩体积变化量测，可以重复步骤②③，并从垂直位移计9读出试样20在规定垂直压力和温度下的体积胀缩变形量。

Claims (6)

1.一种用于量测土样反复胀缩的试验装置及其使用方法，其特征是该装置由加热水箱(1)、加载框架(8)、蒸发器(14)、冻融室(17)、加压杠杆(28)组成。
2.根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于加热水箱(1)通过下水管(5)和上水管(6)与冻融室(17)连接，下水管(5)通过开关阀门(3)控制，上水管(4)通过水泵(2)与开关阀门(4)控制，蒸发器(14)与制冷剂储存盒(13)、压缩机(16)、冷凝器(15)、制冷剂储存盒(13)连接成一套冷冻***。
3.根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于试样盒(19)底部放有透水石(12)，透水石(12)上面放置试样(20)，试样(20)上面再放一块透水石(12)，然后用顶帽(11)盖住透水石(12)，通过加压轴(10)对试样(20)加压，当试样(20)发生胀缩时可以通过垂直位移计(9)观测读数变化，冻融室(17)内有聚乙烯保温泡沫(18)和温度计(7)，温度计(7)和垂直位移计(9)可以连接电脑实现实时采集数据。
4.根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于加压轴(10)由加载框架(8)通过固定栓(22)连接的杠杆(28)和砝码(24)提供垂直压力，加载框架(8)由转动轴(23)、砝码(24)、大砝码(27)、杠杆(28)组成，加载框架(8)通过固定栓(22)与仪器底座(21)连接，带动框架(8)升降的两个转动轴(23)通过金属钩(25)连接，砝码(24)与杠杆(28)通过金属钩(26)连接。
5.将权利要求1中所述的试验装置用于测定土样自由胀缩变形量的使用方法，其特征如下：
①安装试样：先把透水石(12)放入试样盒(19)中，然后放入试样(20)，再放入透水石(12)，顶部加盖顶帽(11)，将垂直位移计(9)置于顶帽(11)上，并使读数归零，加载框架(8)悬空放置；
②冻结试样：开动压缩机(16)，使得制冷剂(13)通过冷凝器(15)，进入蒸发器(14)中，对试样(20)进行冷冻降温，通过温度计(7)控制试样(20)的温度，待温度达到试验要求，关闭压缩机(16)，通过垂直位移计(9)的量测，可以得出试样(20)在规定温度无荷载条件下的自由冻结膨胀量；
③融化试样：启动加热水箱(1)，打开下水管开关阀门(3)，热水通过下水管(5)流入冻融室(17)内，然后关闭阀门(3)，对冻结后的试样(20)进行加热，热传递后，如未达到试验要求的温度，可以打开上水管阀门(4)，开启水泵(2)，将冻融室(17)内的水抽回加热水箱(1)，然后关闭阀门(4)，重新把水箱(1)内的水加热，然后再打开阀门(3)，让热水流入冻融室(17)内，关闭阀门(3)，对冻结后的试样(20)再进行加热，待温度计(7)达到试验要求的温度时，可停止加热，同时打开阀门(4)，启动水泵(2)，将水抽回水箱(1)，然后关闭阀门(4)，同时可以观察垂直位移计(9)的读数，得出试样(20)在规定温度无荷载条件下的自由融化收缩量；
④如进行试样反复冻融后的胀缩体积变化量测，可以重复步骤②③，并从垂直位移计(9)读出试样(20)的体积胀缩变形量。
6.将权利要求1中所述的试验装置用于测定土样在垂直荷载作用下的胀缩变形量的使用方法，其特征如下：
①安装试样：先把透水石(12)放入试样盒(19)中，然后放入试样(20)，再放入透水石(12)，顶部加盖顶帽(11)，将加压轴(10)对准顶帽(11)，将砝码(24)放在吊钩(26)下面，通过加载框架(8)，使加压轴(10)对准顶帽(11)，对试样(20)施加规定压力，并将垂直位移计(9)置于顶帽(11)上，使读数归零；
②冻结试样：开动压缩机(16)，使得制冷剂(13)通过冷凝器(15)，进入蒸发器(14)中，对试样(20)进行冷冻降温，通过温度计(7)控制试样(20)的温度，待温度达到试验要求，关闭压缩机(16)，通过垂直位移计(9)的测量，可以得出试样(20)在规定垂直压力和温度下的冻结膨胀量；
③融化试样：启动加热水箱(1)，打开下水管开关阀门(3)，热水通过下水管(5)流入冻融室(17)内，然后关闭阀门(3)，对冻结后的试样(20)进行加热，热传递后，如未达到试验要求的温度，可以打开上水管阀门(4)，开启水泵(2)，将冻融室(17)内的水抽回加热水箱(1)，然后关闭阀门(4)，重新把水箱(1)内的水加热，然后再打开阀门(3)，让热水流入冻融室(17)内，关闭阀门(3)，对冻结后的试样(20)再进行加热，待温度计(7达到试验要求的温度时，可停止加热，同时打开阀门(4)，启动水泵(2)，将水抽回水箱(1)，然后关闭阀门(4)，同时可以观察垂直位移计(9)的读数，得出试样(20)在规定垂直压力和温度下的融化收缩量；
④如进行试样反复冻融后的胀缩体积变化量测，可以重复步骤②③，并从垂直位移计(9)读出试样(20)在规定垂直压力和温度下的体积胀缩变形量。
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