CN207215736U - 一种土体冻胀量、融沉变形量与冻胀力联合测定装置 - Google Patents
一种土体冻胀量、融沉变形量与冻胀力联合测定装置 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型公开了一种土体冻胀量、融沉变形量与冻胀力联合测定装置，其特征在于，包括支架、安装在支架上的固结试验仪和压力测量装置；支架位于固结试验仪上方位置处具有一横杆，横杆上安装有可上下调节位置的长杆；固结试验仪包括计量表，以及放置在固结试验仪加压盖上的铁块；压力测量装置安放于横杆和固结试验仪之间，其上部与长杆下端顶紧，其下部与铁块顶紧，长杆轴线与量力环、固结试验仪加压盖中心线位于同一竖直线上。本试验装置在土体冻胀后不需移动试样在同一仪器中即可量测融沉变形。
Description
技术领域
本实用新型属于岩土工程测试技术领域，具体涉及一种土体冻胀量、融沉变形量与冻胀力联合测定装置。
背景技术
我国冻土分布辽阔，在世界四大冻土国中位居第三，冻土区域面积占国土总面积的70％以上。在寒冷季节温度低于零摄氏度，土中水结成冰，此时土称为冻土。冻土根据其冻融情况分为季节性冻土、隔年冻土和多年冻土。
随着土中水的冻结，土体产生体积膨胀，即冻胀现象。冻胀会使地基土***，使建造其上的建(构)筑物被抬起，引起开裂、倾斜甚至倒塌，使路面鼓包、开裂、错缝或折断等。当土层解冻融化后，土层软化，强度大大降低。这种冻融现象使得房屋、桥梁和涵管等发生大量沉降和不均匀沉降，道路出现翻浆冒泥等危害。因此有必要研究各种因素(土的粒度、湿度、密度，水文条件、温度梯度等)对冻融作用下土体物理力学性质的影响，对冻土地区的建(构)筑的建造与有冻胀危害的地基的人工处理有一定的积极作用。实际研究中，多以土体冻胀量、融沉变形量与冻胀力作为主要研究对象。
目前，土体冻胀量能够参考的唯一试验标准是国家质量技术监督局和中华人民共和国***1999-06-10联合发布的，1999-10-01开始实施的《土工试验方法标准》(GB/T50123-1998)。在土工试验标准中，它所提供的冻胀量试验的全套实验装置复杂；关于土体冻胀力的测定，现有方法是在土体冻胀与融化作用发生位移变化时打动冻胀力装置的传感器测头发生受力作用的原理进行冻胀力的量测；在测定土体融沉变形时，需将土体置于专用的融化压缩仪中进行试验测定，操作繁琐。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种土体冻胀量、融沉变形量与冻胀力联合测定装置，解决了现有装置测定冻胀量、冻胀力装置构造复杂，操作繁琐，无法在同一仪器中测定在冻融循环下土体的融沉变形的问题。
本实用新型所采用的技术方案是，一种土体冻胀量、融沉变形量与冻胀力联合测定装置，包括支架、安装在支架上的固结试验仪和压力测量装置；支架位于固结试验仪上方位置处具有一横杆，横杆上安装有可上下调节位置的长杆；固结试验仪包括计量表，以及放置在固结试验仪加压盖上的铁块；压力测量装置安放于横杆和固结试验仪之间，其上部与长杆下端顶紧，其下部与铁块顶紧，长杆轴线与量力环、固结试验仪加压盖中心线位于同一竖直线上。
本实用新型的特点还在于，
进一步地，铁块以部分悬挑的方式放置于加压盖顶部。
进一步地，横杆上安装有可上下调节位置的长杆的具体结构为，设置于所述横杆上设置螺纹通孔，所述长杆为与螺纹通孔相配的螺栓。
进一步地，计量表和量力环均采用百分表或千分表。
进一步地，压力测量装置为百分表、千分表或压力传感器。
本装置的原理是在低温环境下，一定含水率(塑限含水率以上) 的土体体积会膨胀变形，在本装置中由于在侧限条件下，试样的膨胀变形只能在竖向上发生，不考虑本装置其它部分在低温环境中的体积收缩特性(在精度允许范围之内)，试样体积竖向膨胀，使加压盖以及传压板上铁块产生相同的竖向位移，引起压力测量装置度数变化，进而得到试样土体的冻胀量与冻胀力。在室温环境中即可使试样消融的温度下，土体由于在冻胀情况下土体膨胀，破坏了原有土体的结构性，同时消融时，土体中的水分重新迁移，试样土体发生融沉变形。
本实用新型的有益效果是，本试验装置在土体冻胀后不需移动试样在同一仪器中即可量测融沉变形。本装置采用构造简单的装置联合测定了土体的冻胀量、冻胀力与融沉变形。本装置可以快速准确地测得土体的冻胀量、融沉变形量、冻胀力，同时还可以研究在不同外界条件下反复冻融对土体结构性的影响，具有工程与科研上的双重使用价值。
附图说明
图1是固结试验仪的结构示意图；
图2是量力环的结构示意图；
图3是本实用新型联合测定装置的结构示意图。
图中，1.固结容器，2.下护环，3.环刀，4.上护环，5.透水石，6. 加压盖，7.量表架，8.试样容纳腔，9.百分表，10.钢环，11.量力环百分表，12.百分表下尖端，13.钢环上部，14.钢环下部，15.底座，16. 竖杆，17.横杆，18.长螺栓，19.螺母，20.横向铁块。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明，但本实用新型并不限于这些实施方式。
本实用新型的土体冻胀量、融沉变形量与冻胀力联合测定装置的一种结构，包括支架、安装在支架上的固结试验仪和量力环。
固结试验仪采用现有的常用结构，由固结容器1、下护环2、环刀3、上护环4、透水石5、加压盖6、量表架7、试样容纳腔8，八部分构成，详见图1，作用是为试样提供侧向约束，使试样在冻胀及融沉工况下只产生竖向变形。同时，量表架7具有可水平旋转的支架，水平旋转支架上固定有百分表9，用来测定试样的融沉位移值。固结试验仪加压盖6上以部分悬挑的方式放置有一横向铁块20，同时保证铁块可以在加压盖顶端自立(不发生倾斜或掉落)。
量力环的作用是测定土体在冻胀工况下的变形值与冻胀力，采用现有的常用结构，由经过率定的钢环10、钢环上部13、钢环下部14，以及固定于钢环内的量力环百分表11构成，百分表下部尖端12与钢环下部14顶紧，详见图2。使用时，钢环下部14顶紧铁块，钢环下部14、加压盖6顶部中心、钢环下部14与横向铁块相接处，三者位于同一条竖直线上，其目的是，由于加压盖6上表面为圆弧形，在测定融沉变形时，量力环上的量力环百分表11失效，如果将固结仪上的百分表9直接顶住加压盖的上表面，会产生误差，所以，在不拆卸装置的情况下，使固结仪上的百分表9顶住横向铁块悬挑部分，能够精确的测定试样的融沉变形。
支架包括底座15，底座15上焊接有两个竖杆16，两个竖杆上端通过横杆17固定连接，横杆17中心设置有一直径为10mm的螺纹通孔，螺纹通孔装有相配的长螺栓18作为长杆。固结试验仪由三个穿透于底座的螺栓固定于座上，见图3。
本实用新型测定装置的测试过程包括以下步骤：
1、装载试样
用环刀3切取一定含水量的土样后，将塑料薄膜贴于土样上、下面。用凡士林将下护环2与固结容器1接触处密封，然后将上下透水石及贴有塑料薄膜的试样放入固结试验仪1内，见图1。将加压盖6 四周及通气孔均用凡士林密封。
2、安装测定装置
将量力环安装在固结试验仪上，使钢环上部13与长螺栓18下端接触，钢环下部14与固结试验仪加压盖6中心的横向铁块20顶紧，确保长螺栓18轴线与量力环、加压盖6中心线位于同一竖直线上，详见图3，调节长螺栓18上下位置，使量力环对传压板施加一定预压力，当量力环上量力环百分表11变形为其1/2量程即10mm(量力环千分表变化20个刻度)时，通过螺母19固定长螺栓18，使钢环下部14与放置于加压盖6上的横向铁块20顶紧。该预压力可通过量力环百分表11读数与加压盖6面积计算得到。
2、冻胀实验
调整量力环百分表11与固结试验仪百分表9读数使其归零，然后将上述安装好土样的装置整个放入温控冰箱中，一定时间后取出。取出时读取量力环百分表11与固结试验仪上的百分表9的读数，若读数相差±1，则表示本装置各部分连接紧密，量力环百分表11读数可信，取两表读数平均值为最后的记录值1，然后待装置在室温下消融后，再读取固结试验仪上百分表9的内圈读数值(表针逆时针转动) 为记录值2。
在冻胀工况下，由记录值1可知土体试样的冻胀量，由记录值1 乘以量力环的标定系数1.564kPa/0.01mm，再乘以传压板面积(本实施例为0.05㎡)，可得到试样的冻胀力，单位为kN。室温下消融后记录值2(读取的固结试验仪上百分表的内圈读数值)乘以0.01，即为试样的融沉变形，单位为mm。
本装置的结构不限于上述这一种，量力环可由小型的压敏传感器来代替，采用压敏传感器可减少装置的***误差(由量力环的自重引起)，同时还可配合相关记录软件，将整个试验过程中力的变化曲线实时记录。还可将本装置中的百分表更换为量程相同的千分表，使试验数据更加精确。
本装置利用量力环联合测定的土体的冻胀变形与冻胀力，较《土工试验方法标准》中，测定土体冻胀量的装置由供水装置、位移计、保温材料、正温循环液进出口、热敏电阻测温点、负温循环液进出口、试样盒等部分构成，本装置简单、方便、快捷的测定了土体的变形量，同时补足了规范中无法同时测定冻胀力的不足。利用支架提供反力的装置，构造简单易于制造。在土体融化时还可以在不移动土体的情况下(排除外在条件的干扰)测定土体的融沉变形，还可以测定土体在往复冻融循环下土体的最终冻胀量以及在整个动容循环过程中冻胀、融沉与冻胀里的变化规律，还可以测定膨胀土的物理力学特性。本装置造型小巧易于装卸与移动位置，对现场环境的适应性较好。可将装置放置在任何冷冻温度场中去试验，可以更好的模拟现场实际情况。
Claims (5)
1.一种土体冻胀量、融沉变形量与冻胀力联合测定装置，其特征在于，包括支架、安装在支架上的固结试验仪和压力测量装置；所述支架位于固结试验仪上方位置处具有一横杆，横杆上安装有可上下调节位置的长杆；所述固结试验仪包括计量表，以及放置在固结试验仪加压盖上的铁块；所述压力测量装置安放于横杆和固结试验仪之间，其上部与长杆下端顶紧，其下部与铁块顶紧，长杆轴线与量力环、固结试验仪加压盖中心线位于同一竖直线上。
2.根据权利要求1所述的土体冻胀量、融沉变形量与冻胀力联合测定装置，其特征在于，所述铁块以部分悬挑的方式放置于加压盖顶部。
3.根据权利要求1所述的土体冻胀量、融沉变形量与冻胀力联合测定装置，其特征在于，所述横杆上安装有可上下调节位置的长杆的具体结构为，设置于所述横杆上设置螺纹通孔，所述长杆为与螺纹通孔相配的螺栓。
4.根据权利要求1所述的土体冻胀量、融沉变形量与冻胀力联合测定装置，其特征在于，所述计量表和量力环均采用百分表或千分表。
5.根据权利要求1所述的土体冻胀量、融沉变形量与冻胀力联合测定装置，其特征在于，所述压力测量装置为百分表、千分表或压力传感器。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108519405A (zh) * | 2018-05-02 | 2018-09-11 | 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所 | 一套用于研究土体冻胀过程中力与变形关系的试验设备 |
| CN114544322A (zh) * | 2022-01-14 | 2022-05-27 | 西安理工大学 | 土动力特性测试装置 |
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