CN201397328Y - 黄土大试块崩解仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种黄土大试块崩解仪，包括外筒、内筒以及挂网，所述外筒和内筒的顶端开口且底端封闭，在内筒的底部竖直向下设置有挂钩，挂网挂接连接在挂钩上，外筒的侧壁上开有注水孔和溢水孔，并通过注水孔设置有用于向外筒内部注水的注水管，溢水孔为矩形孔且其上安装有溢水管；在外筒的侧壁上设置有刻度标记，且在内筒的侧壁外部水平设置有用于指示该刻度标记的读数指针。本实用新型精度高，误差小，适于大体积黄土试块的崩解试验，且耐用性好，便于远距离运输和野外试验的要求。

Description

黄土大试块崩解仪

技术领域

本实用新型涉及一种黄土性能测量仪器，尤其是涉及一种黄土大试块崩解仪。

背景技术

黄土崩解性是黄土的重要物理力学性质之一，对黄土崩解性进行研究具有重要的理论与现实意义。黄土的崩解性越来越受到重视，但由于现有试验技术和手段的局限，导致目前对黄土崩解性的研究尚不深入，以至于工程及科研领域许多问题不能有效地解决。

现有测定黄土崩解性的试验仪器(或称湿化仪)由带刻度标示的浮筒、挂在浮筒下端的网板以及玻璃外筒构成，其具有以下缺点和不足：

1、由于该仪器并非专为测定黄土的崩解性而设计，因此在对黄土崩解性进行试验时有许多方面难以满足试验要求，尤其是受结构尺寸的限制(如浮筒不能提供足够的浮力，且量程也很有限)，而不能对黄土大试块进行崩解试验。

2、在精度方面，由于只能根据在浮筒齐水面处的刻度读数，而在迅速地将黄土试样浸入外筒中的过程中不可避免要造成水面的波动，因此水面的波动以及水面与浮筒接触部位弯液面的存在必然造成读数误差。

3、在耐用性方面，由于现有的仪器以玻璃材料制作而成，其强度低而易碎，不宜长距离颠簸运送，而黄土大试块恰恰又不宜长距离搬运至实验室，因此不能满足黄土大试块野外试验的要求。

除此之外，由于用于放置试样的网板周围无支托，实验中易因试样崩解不平衡而造成试样歪斜甚至滑脱而导致试验失败；外筒底部无底座，使得使用时难以保持仪器稳定；外筒底部无调节水平的装置，导致使用时难以保证仪器在纵向上保持垂直，这些都对仪器的使用造成直接影响。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种黄土大试块崩解仪，其精度高，误差小，适于大体积黄土试块的崩解试验，且耐用性好，便于远距离运输和野外试验的要求。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种黄土大试块崩解仪，包括竖直设置的外筒、设置在外筒内的内筒以及用于放置黄土试块的挂网，所述外筒和内筒的顶端开口且底端封闭，在所述内筒的底部竖直向下设置有挂钩，所述挂网挂接连接在挂钩上，其特征在于：所述外筒的侧壁上开有注水孔和溢水孔，并通过注水孔设置有用于向外筒内部注水的注水管，所述注水管伸入在外筒的内部，且注水管的底端低于溢水孔，所述溢水孔为矩形孔且其上安装有溢水管，所述溢水管设置在外筒的外部；在所述外筒的侧壁上设置有刻度标记，且在内筒的侧壁外部水平设置有用于指示该刻度标记的读数指针。

在外筒的侧壁内部且位于注水孔的下方粘结有水平方向的注水管托板，所述注水管托板上开有用于注水管竖直穿过的注水管定位孔。

所述读数指针为底面粘结在内筒侧壁上且尖角端为指示端的楔形指针，所述尖角端与外筒内壁之间的距离为0.2-1mm。

所述内筒的侧壁外部呈放射状设置有多个水平方向的定位指针，并通过定位指针防止内筒外壁和外筒内壁相接触。

所述定位指针为底面粘结在内筒侧壁上的三角指针，且定位指针的顶端与外筒内壁之间的距离为0.2-1mm。

所述外筒安装在外筒底座上，所述外筒底座上均匀设置有三个水平调节螺栓组，所述水平调节螺栓组包括调节螺栓和底座，所述底座的顶端开有带螺纹的竖直盲孔，所述调节螺栓竖直穿插并固定在外筒底座上，并通过调整各调节螺栓的螺杆伸入在对应竖直盲孔内的长度保证外筒底座的水平度。

所述挂网由矩形钢丝网、分别设置在所述钢丝网的相对两端并向上延伸的两个护栏、连接在两个护栏之间的挂臂以及设置在挂臂上并用来与所述挂钩相连接的挂环构成，所述护栏与钢丝网成90-120°夹角，所述钢丝网的另外两端部的钢丝伸出在钢丝网外部并向上延伸，且该伸出部分与钢丝网成90-150°夹角。

所述挂网的钢丝网上设置有有机玻璃板。

所述外筒的开口端上设置有外筒顶盖。

所述外筒和内筒由有机玻璃制成。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点：

1、提高了读数精度。根据内筒上的读数指针在外筒上的指示而读数，因此避免了因水位波动和弯液面造成的读数误差；同时设计的外筒底座和水平调节螺栓组使外筒放置更为稳定，继而使外筒保持竖直，这也保证了读数的准确；另外，由于溢水孔和注水管的设置，保证了外筒内的水位一直处于恒定状态，且消减了水面的波动，因此依据内筒上的刻度标记所读取的数值亦可作为参考。

2、适用范围大。本实用新型由体积较大的内筒提供可靠浮力，因此可适于大体积黄土试块的崩解试验，实践证明，本实用新型能用来对15cm×15cm×15cm的试块进行崩解试验。试块尺寸的增大，使得在实际工程或科研中采集天然含孔洞或裂隙的黄土试样成为可能，同时也使得在试块中人工加工孔洞或裂缝成为可能，从而使用该仪器可对不同空隙率的黄土试块进行试验，解决了原有仪器所不能解决的问题。另外，由于读数精度高，所以本实用新型也适于较小尺寸的黄土试块崩解试验，因此使用本实用新型可对不同形状和大小的黄土试块进行试验，借以研究黄土崩解性的边界效应。

3、耐用性好。本实用新型采用了强度较高的有机玻璃代替原有的玻璃材料，且设置了外筒顶盖，使得本实用新型不但经久耐用，而且也便于长距离运送，因此更适于野外现场试验。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构示意图。

图2为本实用新型外筒的结构示意图。

图3为本实用新型竖直调节螺栓的结构示意图。

图4为本实用新型螺纹底座的结构示意图。

图5为本实用新型内筒的结构示意图。

图6为本实用新型定位指针的结构示意图。

图7为本实用新型读数指针的结构示意图。

图8为本实用新型挂网的结构示意图。

附图标记说明：

1-外筒；               2-内筒；          3-挂网；

4-外筒底座；           5-黄土试块；      6-外筒顶盖；

7-溢水孔；             8-溢水管；        9-初始水位指示线；

10-水平调节螺栓组；    11-注水管；       12-注水管托板；

13-注水孔；            14-调节螺栓；     15-底座；

16-定位指针；          17-挂钩；         18-读数指针。

具体实施方式

如图1、图2及图5所示，本实用新型包括竖直设置的外筒1、内筒2和挂网3，内筒2设置在外筒1的内部，在内筒2的下方设置有用于放置黄土试块5的挂网3，其中，外筒1和内筒2的顶端开口且底端封闭。由于黄土试块5在崩解过程中不断吸水，继而造成外筒1内部水位的下降，这就需要向外筒1的内部注水，所以在外筒1的侧壁上开有注水孔13，并通过注水孔13设置有用于向外筒1内部注水的注水管11，注水管11伸入在外筒1的内部；同时，为了使外筒1内部水位的保持恒定，在外筒1的侧壁上开有溢水孔8，溢水孔8为溢水均匀的矩形孔，且溢水孔8上安装有溢水管8，溢水管8设置在外筒1的外部。其中，注水管11的底端低于溢水孔8，这样，注水管11在注水时，水从水面下注入，以防止注入的水直接冲在内筒2的外壁上或因水流冲撞引起外筒1内的水面波动。在内筒2的底部竖直向下设置有挂钩17，挂网3挂接连接在挂钩17上；在外筒1的侧壁上设置有刻度标记，且在内筒2的侧壁外部水平设置有用于指示该刻度标记的读数指针18，通过读数指针18在刻度标记上的指示，得到内筒2在不同时刻浸入在水里的长度，最后通过计算得到不同时刻黄土的崩解量。在内筒2的侧壁上也设置有刻度标记，在试验过程中可通过该刻度标记浮出水面的读数作为参考读数。

在外筒1的侧壁内部且位于注水孔13的下方粘结有水平方向的注水管托板12，注水管托板12上开有用于注水管11竖直穿过的注水管定位孔。在本实施方式中，在注水孔13的下方上下设置有两个注水管托板12

读数指针18为底面粘结在内筒2侧壁上且尖角端为指示端的楔形指针，所述尖角端与外筒1内壁之间的距离为0.2-1mm。内筒2的侧壁外部呈放射状设置有多个水平方向的定位指针16，并通过定位指针16防止内筒2外壁和外筒1内壁相接触。其中，定位指针16为底面粘结在内筒2侧壁上的三角指针，且定位指针16的顶端与外筒1内壁之间的距离为0.2-1mm。在本实施方式中，内筒2的侧壁外部设置有一个读数指针18和七个定位指针16，该一个读数指针18和七个定位指针16分上下两层且呈环状均匀分布，其中，读数指针18的尖角端与外筒1内壁之间的距离为0.5mm，定位指针16的顶端与外筒1内壁之间的距离为0.5mm。

外筒1安装在外筒底座4上，外筒底座4上均匀设置有三个水平调节螺栓组10，所述水平调节螺栓组10包括调节螺栓14和底座15，其中，底座15的顶端开有带螺纹的竖直盲孔，调节螺栓14竖直穿插并固定在外筒底座4上，通过调整各调节螺栓14的螺杆伸入在所述竖直盲孔内的长度保证外筒底座4的水平度，继而保证外筒1的竖直度和稳定性。

挂网3由矩形钢丝网、分别设置在所述钢丝网的相对两端并向上延伸的两个护栏、连接在两个护栏之间的挂臂以及设置在挂臂上并用来与挂钩17相连接的挂环构成。为防止黄土试块5在崩解过程中从挂网3的端部滑脱，两个护栏为倾斜设计：护栏与钢丝网成90-120°夹角，挂网3上没有设置护栏的两端的钢丝伸出在钢丝网外部并向上延伸，且该伸出部分与钢丝网成90-150°夹角。

外筒1的开口端上设置有外筒顶盖6。外筒顶盖6用于和水平调节螺栓组10相配合以保证外筒底座4的水平，在黄土崩解试验开始前，把外筒顶盖6盖在外筒1上，在外筒顶盖6上放置罗盘，并根据罗盘调整各水平调节螺栓组10，调整后，取下外筒顶盖6，开始黄土崩解试验。外筒顶盖6在本实用新型闲置或运输途中加盖，以便于保存各组件，同时还可保持外筒1的内部清洁。外筒1和内筒2由有机玻璃制成。钢丝网上设置有有机玻璃板，以满足不同试验的需要(如需研究崩解性的边界效应时)。

为方便试验操作并减少试验误差，根据黄土试样5的体积大小，在外筒1的侧壁上标示有初始水位指示线9，这样在开始试验前，使外筒1内的水位保持在初始水位指示线9处，在内筒2放入内筒1中时，内筒1中水位恰好达到溢水孔8的位置。本实施方式中，在外筒1的侧壁上标有三个不同高度的初始水位指示线9，以适用于不同体积的黄土试样5的试验。

使用本实用新型进行黄土崩解试验的过程是：首先，把放置有黄土试块5的挂网3挂接在内筒2的底部，将内筒2竖直放入预先装有一定量水的内筒1中，此时，外筒1内部水位在溢水孔7的位置；测记每间隔10-20秒钟时，读数指针18在外筒1侧壁上刻度标记的指示数值，并描述该时间点黄土试样5的崩解情况，根据黄土试样5崩解的快慢，可适当缩短或增长测读的时间间隔；当试样完全通过网格落下后，试验即告结束。如果黄土试样5长时间不崩解时，则记录其在水中的情况。在该试验过程中，注水管11持续向外筒1内部注水，并通过溢水孔8上的溢水管8，使外筒1内部水位的保持在溢水孔8的位置。

黄土大试块崩解仪工作原理主要依据阿基米德定律和静力学平衡原理，可表达为下式：

f＝LSρ_wg-G₀＝G    (1)

由于内筒2自重、挂钩17浮重及挂网3浮重之和G₀不变，所以有：

Δf＝ΔLSρ_wg＝ΔG    (2)

其中，在(1)和(2)式中，f为浮力***提供的净浮力，L为内筒2浸入水中长度的最大值(黄土试样5完全分解后的读数)，S为内筒2底面面积，LS为内筒2浸入水中的体积，ρ_w为水的容重，g为重力加速度，G₀为内筒2自重、挂钩17浮重及挂网3浮重之和，G为黄土试块5的浮重。ΔL为内筒2浸入水中长度的变化量(即试验时不同时刻读数差值)，Δf为浮力的减少量，ΔG为黄土试块5的崩解量。

(2)式中，因为S、ρ_w、g为定值，所以试验中 $\frac{\mathrm{\ΔG}}{\mathrm{\ΔL}}=S{\mathrm{\ρ}}_{w}g$ 为定值。因此，L为内筒2浸入水中长度的最大值(黄土试样5完全分解后的读数)，并设试验刚开始时刻t₀的读数为L₀，崩解试验过程中某时刻t的读数为L_t，则到t时刻时试块的崩解量占试块总量的百分比为：

$\frac{L_t-L_0}{L-L_0}\×100\%=\frac{\mathrm{\ΔL}}{L-L_0}\×100\%$

此公式即黄土试样5的崩解百分比，如果需要知道某时间点黄土试样5崩解的质量是多少，只要将此百分比乘以黄土试样5的的总质量即可。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变换，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。

Claims (10)

1.一种黄土大试块崩解仪，包括竖直设置的外筒(1)、设置在外筒(1)内的内筒(2)以及用于放置黄土试块(5)的挂网(3)，所述外筒(1)和内筒(2)的顶端开口且底端封闭，在所述内筒(2)的底部竖直向下设置有挂钩(17)，所述挂网(3)挂接连接在挂钩(17)上，其特征在于：所述外筒(1)的侧壁上开有注水孔(13)和溢水孔(7)，并通过注水孔(13)设置有用于向外筒(1)内部注水的注水管(11)，所述注水管(11)伸入在外筒(1)的内部，且注水管(11)的底端低于溢水孔(7)，所述溢水孔(7)为矩形孔且其上安装有溢水管(8)，所述溢水管(8)设置在外筒(1)的外部；在所述外筒(1)的侧壁上设置有刻度标记，且在内筒(2)的侧壁外部水平设置有用于指示该刻度标记的读数指针(18)。

2.按照权利要求1所述的黄土大试块崩解仪，其特征在于：在外筒(1)的侧壁内部且位于注水孔(13)的下方粘结有水平方向的注水管托板(12)，所述注水管托板(12)上开有用于注水管(11)竖直穿过的注水管定位孔。

3.按照权利要求1或2所述的黄土大试块崩解仪，其特征在于：所述读数指针(18)为底面粘结在内筒(2)侧壁上且尖角端为指示端的楔形指针，所述尖角端与外筒(1)内壁之间的距离为0.2-1mm。

4.按照权利要求1或2所述的黄土大试块崩解仪，其特征在于：所述内筒(2)的侧壁外部呈放射状设置有多个水平方向的定位指针(16)，并通过定位指针(16)防止内筒(2)外壁和外筒(1)内壁相接触。

5.按照权利要求4所述的黄土大试块崩解仪，其特征在于：所述定位指针(16)为底面粘结在内筒(2)侧壁上的三角指针，且定位指针(16)的顶端与外筒(1)内壁之间的距离为0.2-1mm。

6.按照权利要求1或2所述的黄土大试块崩解仪，其特征在于：所述外筒(1)安装在外筒底座(4)上，所述外筒底座(4)上均匀设置有三个水平调节螺栓组(10)，所述水平调节螺栓组(10)包括调节螺栓(14)和底座(15)，所述底座(15)的顶端开有带螺纹的竖直盲孔，所述调节螺栓(14)竖直穿插并固定在外筒底座(4)上，并通过调整各调节螺栓(14)的螺杆伸入在对应竖直盲孔内的长度保证外筒底座(4)的水平度。

7.按照权利要求1或2所述的黄土大试块崩解仪，其特征在于：所述挂网(3)由矩形钢丝网、分别设置在所述钢丝网的相对两端并向上延伸的两个护栏、连接在两个护栏之间的挂臂以及设置在挂臂上并用来与所述挂钩(17)相连接的挂环构成，所述护栏与钢丝网成90-120°夹角，所述钢丝网的另外两端部的钢丝伸出在钢丝网外部并向上延伸，且该伸出部分与钢丝网成90-150°夹角。

8.按照权利要求7所述的黄土大试块崩解仪，其特征在于：所述挂网(3)的钢丝网上设置有有机玻璃板。

9.按照权利要求1或2所述的黄土大试块崩解仪，其特征在于：所述外筒(1)的开口端上设置有外筒顶盖(6)。

10.按照权利要求1或2所述的黄土大试块崩解仪，其特征在于：所述外筒(1)和内筒(2)由有机玻璃制成。

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