一種固結(jié)試驗(yàn)中吸力量測(cè)裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種固結(jié)試驗(yàn)中吸力量測(cè)裝置，整體由四個(gè)圓形不銹鋼部件制成，從上到下依次為：試樣盒、試驗(yàn)裝置底座、張力計(jì)固定板和墊塊。試樣盒和試驗(yàn)裝置底座交界面之間墊一環(huán)形橡膠墊圈以保證試樣盒的密封性。張力計(jì)固定板中央加工成階梯型，墊塊支承上部荷載，其下部預(yù)留張力計(jì)布線孔。本發(fā)明裝置實(shí)現(xiàn)了在非飽和土的固結(jié)試驗(yàn)中共同進(jìn)行固結(jié)參數(shù)和吸力參數(shù)量測(cè)；使土體與張力計(jì)緊密貼合以及采用橡膠膜防止水分蒸發(fā)保證量測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確性，具有經(jīng)濟(jì)實(shí)用、操作簡(jiǎn)便、使用方便、量測(cè)結(jié)果可靠的優(yōu)點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】一種固結(jié)試驗(yàn)中吸力量測(cè)裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明專利涉及一種室內(nèi)非飽和土力學(xué)實(shí)驗(yàn)中用于測(cè)量土體基質(zhì)吸力的裝置，尤其是公開(kāi)一種在非飽和土固結(jié)試驗(yàn)中既量測(cè)固結(jié)參數(shù)又量測(cè)土體吸力參數(shù)的裝置及其使用方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在吸力量測(cè)技術(shù)中，目前應(yīng)用較多的主要如下四種:軸平移法、張力計(jì)法、濾紙法和電熱傳導(dǎo)傳感器法。其中張力計(jì)技術(shù)可以直接測(cè)量負(fù)孔隙水壓力，當(dāng)孔隙氣壓力等于大氣壓力時(shí)負(fù)孔隙水壓力等于基質(zhì)吸力。張力計(jì)測(cè)量結(jié)果的精確度取決于土體與張力計(jì)之間是否接觸良好。因此在實(shí)際的室內(nèi)試驗(yàn)中，欲測(cè)量土體中的吸力，一般是將張力計(jì)(已充水飽和)的陶瓷頭直接插入土體中。
[0003]然而，將張力計(jì)的陶瓷頭直接插入土中并保證兩者接觸良好并非易事。首先，張力計(jì)上的陶瓷頭比較脆弱，容易破碎，在插入過(guò)程中稍不注意便有可能損壞，這一點(diǎn)在野外試驗(yàn)中更容易出現(xiàn)。其次，如果土體和陶瓷頭接觸不良好，測(cè)量范圍將會(huì)受到“氣蝕”現(xiàn)象的影響。因此，有必要設(shè)計(jì)一種裝置或者采用一種方法，在既保證不用將張力計(jì)插入土中便能保證土體和張力計(jì)接觸良好的基礎(chǔ)上，又能保證裝置的氣密性和水密性良好，不會(huì)出現(xiàn)“氣蝕”現(xiàn)象。
[0004]如果要在非飽和土的固結(jié)試驗(yàn)中用張力計(jì)量測(cè)土體吸力，同時(shí)得到固結(jié)參數(shù)和吸力參數(shù)，直接將張力計(jì)插入尺寸有限的土樣內(nèi)必將影響量測(cè)結(jié)果:張力計(jì)插入土體中，其作用相當(dāng)于樁插入土中，直接影響固結(jié)試驗(yàn)結(jié)果；固結(jié)試驗(yàn)軸向荷載通過(guò)土體傳遞至張力計(jì)，其作用效果將直接影響吸力量測(cè)值。
[0005]基于以上所述張力計(jì)的局限性和非飽和土固結(jié)試驗(yàn)中吸力量測(cè)的需要，設(shè)計(jì)此固結(jié)試驗(yàn)吸力量測(cè)裝置及其使用方法。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]本發(fā)明旨在于提供一種簡(jiǎn)易實(shí)用、操作簡(jiǎn)便、量測(cè)準(zhǔn)確的的吸力量測(cè)裝置。在結(jié)合現(xiàn)有吸力量測(cè)技術(shù)的基礎(chǔ)上，對(duì)現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化與改進(jìn)，以達(dá)到經(jīng)濟(jì)實(shí)用、操作簡(jiǎn)便、使用方便、量測(cè)結(jié)果可靠的目的。
[0007]本專利解決上述吸力量測(cè)技術(shù)的方案是:
[0008]一種固結(jié)試驗(yàn)中吸力量測(cè)裝置，整體由四個(gè)圓形不銹鋼構(gòu)件制成，從上到下依次為:試樣盒1、試驗(yàn)裝置底座2、張力計(jì)固定板4和墊塊6 ;各部分之間用內(nèi)六角螺栓連接緊固；試樣盒I中間為內(nèi)表面光滑平直的用于盛放待檢測(cè)土樣的圓柱形空腔，。試樣盒周圍均勻地鉆六個(gè)用于和裝置底座連接緊固的M5螺紋孔。
[0009]所述試驗(yàn)裝置底座，由圓柱形不銹鋼加工而成。根據(jù)所選用的張力計(jì)類型和尺寸的不同，中間加工成適應(yīng)于選定的張力計(jì)的安裝孔，以插入張力計(jì)。本實(shí)施例中將張力計(jì)安裝孔加工成適用于安裝ImperialCollege類型張力計(jì)的尺寸。裝置底座起承上啟下的作用，通過(guò)螺栓將吸力量測(cè)裝置四部分連接成整體。
[0010]所述張力計(jì)固定板，由圓柱形不銹鋼板加工而成，外徑宜比張力計(jì)安裝孔稍大并便于和密封蓋固定為宜。張力計(jì)固定板中央加工成階梯型，形成與密封蓋密合的形狀；外圈圓周均勻的鉆三個(gè)M4螺紋孔，用于和試驗(yàn)裝置底座緊固。
[0011]所述試驗(yàn)裝置底座和張力計(jì)固定板用M4螺栓進(jìn)行緊固，密合后形成的張力計(jì)安裝孔，用于安裝張力計(jì)。
[0012]所述墊塊，由圓柱形不銹鋼加工而成，其主要作用是支承上部荷載。為節(jié)約材料和減輕重量，中間可加工成空心，下部預(yù)留張力計(jì)布線孔。
[0013]所述試驗(yàn)裝置底座和墊塊用三個(gè)M5螺栓緊固，使上部構(gòu)建全部支承于墊塊上,承受試驗(yàn)過(guò)程中的上部荷載。軸向荷載通過(guò)固結(jié)儀的加載裝置(如杠桿加載，液壓加載等)實(shí)現(xiàn)。
[0014]本發(fā)明固結(jié)試驗(yàn)中吸力量測(cè)裝置，使用時(shí)用一塊黑色橡膠膜在土體上方形成一個(gè)高度約1.5cm的空間，防止試驗(yàn)過(guò)程中水分蒸發(fā)以及空氣壓力影響孔隙氣壓力，從而可能影響試驗(yàn)結(jié)果。
[0015]本發(fā)明裝置通過(guò)土樣底部張力計(jì)上表面的嚴(yán)密接合，保證量測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性，避免了室內(nèi)試驗(yàn)中將張力計(jì)插入土中引起的量測(cè)結(jié)果不準(zhǔn)確。
[0016]本發(fā)明裝置結(jié)合現(xiàn)有吸力量測(cè)技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化與改進(jìn)，經(jīng)濟(jì)實(shí)用、操作簡(jiǎn)便、量測(cè)結(jié)果可靠。在多項(xiàng)關(guān)于非飽和土力學(xué)的課題研究中，經(jīng)多次實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，用此固結(jié)試驗(yàn)中吸力量測(cè)裝置及其使用方法測(cè)得的室內(nèi)土體吸力值結(jié)果較準(zhǔn)確。
[0017]本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了非飽和土的固結(jié)試驗(yàn)中共同進(jìn)行固結(jié)試驗(yàn)和吸力參數(shù)量測(cè)，其優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在:一是通過(guò)土樣底部張力計(jì)上表面的嚴(yán)密接合，保證量測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性，避免了室內(nèi)試驗(yàn)中將張力計(jì)插入土中引起的量測(cè)結(jié)果不準(zhǔn)確；二是用一塊黑色橡膠膜在土體上方形成一個(gè)高度約1.5cm的空間，防止試驗(yàn)過(guò)程中水分蒸發(fā)以及空氣進(jìn)入影響試驗(yàn)結(jié)果。
【專利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1是固結(jié)試驗(yàn)中吸力量測(cè)裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖2是試樣盒的立面圖；圖3是試樣盒的平面圖。
[0020]圖4是裝置底座的立面圖；圖5是裝置底座的平面圖。
[0021]圖6是張力計(jì)固定板立面圖；圖7是張力計(jì)固定板的平面圖。
[0022]圖8是墊塊的立面圖；圖9是墊塊的平面圖。
[0023]圖10是本實(shí)施例中使用此固結(jié)試驗(yàn)中吸力量測(cè)裝置測(cè)量吸力的示意圖。
[0024]圖中:1是試樣盒，2是量測(cè)裝置底座，3是橡I父墊圈，4是張力計(jì)固定板，5是Imperial College類型張力計(jì),6是墊塊,7是M5內(nèi)六角螺栓,用于試樣盒、墊塊與裝置底座之間的緊固螺栓，8是M4內(nèi)六角螺栓，用于裝置底座與張力計(jì)固定板之間的緊固螺栓，9是布線孔，10是黑色橡膠膜，11是M5螺紋孔，12是M4螺紋孔，13是適用于Imperial College類型張力計(jì)安裝孔，14待檢測(cè)土樣。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖和具體的實(shí)施方式，以此類型的吸力量測(cè)裝置中安裝ImperialCollege類型張力計(jì)為例，對(duì)本發(fā)明及其使用方法作詳細(xì)的說(shuō)明。
[0026]圖1至圖9給出了固結(jié)試驗(yàn)中吸力量測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖及各細(xì)部構(gòu)件的立面圖和平面圖。一種固結(jié)試驗(yàn)中吸力量測(cè)裝置，主要由四個(gè)不銹鋼部件組裝而成，這四個(gè)主要部件為:試樣盒、裝置底座、張力計(jì)固定板、墊塊。其中裝置底座起聯(lián)接試樣盒、張力計(jì)固定板和墊塊的作用，后者通過(guò)內(nèi)六角螺栓與前者聯(lián)接成整體。
[0027]所述試樣盒1，中間加工成圓柱形空腔，用于盛放待檢測(cè)土樣14。試樣盒周圍均勻地鉆六個(gè)M5螺紋孔11，用于和裝置底座2連接緊固。在安裝試樣盒I和裝置底座2時(shí)，為保證裝置內(nèi)待檢測(cè)土樣14的氣密性和保水性，應(yīng)在底座2上開(kāi)環(huán)形槽，以安裝橡膠墊圈3。同時(shí)加工裝置底座時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格控制與土樣接觸面的平整性，這樣才能保證張力計(jì)5的表面與土樣14的表面完全貼合,從而確保測(cè)試的準(zhǔn)確性。
[0028]所述張力計(jì)固定板4，外徑宜比張力計(jì)安裝孔13稍大并便于和底座2固定為宜。張力計(jì)固定板4中央加工成階梯型，形成與底座密合的形狀；外圈圓周均勻的鉆三個(gè)M4螺紋孔12，用于和底座緊固。
[0029]所述墊塊6，其主要作用是支承上部部件與加載荷載。為節(jié)約材料和減輕重量，中間可加工成空心，下部預(yù)留張力計(jì)布線孔9。裝置底座2和墊塊6用三個(gè)M5螺栓緊固連接。
[0030]進(jìn)行吸力量測(cè)前，要對(duì)各個(gè)部件進(jìn)行安裝:先將張力計(jì)固定板4安裝好，與裝置底座2形成密合的張力計(jì)安裝孔13 ;其次將張力計(jì)5 (張力計(jì)使用前應(yīng)進(jìn)行飽和)插入安裝孔內(nèi)，張力計(jì)的電源線和測(cè)試線通過(guò)布線孔9與外部?jī)x器相接，并保證張力計(jì)上表面與底座底面無(wú)縫接合，防止漏水漏氣；然后安裝橡膠墊圈3和試樣盒I ;最后將安裝好的以上諸部件安放到墊塊上，通過(guò)六個(gè)M5螺栓連接緊固墊塊6和底座2，整個(gè)吸力量測(cè)裝置安裝完成。
[0031]進(jìn)行吸力量測(cè)時(shí)，其實(shí)施方法可如圖10所示。其中豎向荷載通過(guò)固結(jié)儀的豎向加載桿施加。將待檢測(cè)土樣14放置在試樣盒I內(nèi)，然后把一個(gè)自重較輕的蓋子置于其上，并且保證蓋子可以在試樣盒內(nèi)自由地上下滑動(dòng)。隨后將施加豎向荷載的活塞固定在蓋子上，最后將一塊黑色橡膠膜10罩住土和蓋子，其主要作用是避免土中水分蒸發(fā)而造成的吸力變化而導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果的不準(zhǔn)確。值得注意的是:黑色橡膠膜并非緊貼蓋子，而是在周圍留有一個(gè)高約1.5cm的“氣袋”空間。若實(shí)驗(yàn)過(guò)程中土試驗(yàn)中的孔隙空氣壓力大于大氣壓，氣體將會(huì)被擠到此“氣袋”中，土中的空氣壓力值能夠繼續(xù)保持零值，保證張力計(jì)測(cè)量到的數(shù)值就是土的吸力。實(shí)施過(guò)程中，對(duì)土體進(jìn)行分級(jí)加載，當(dāng)試樣盒內(nèi)土體14達(dá)到一定的變形標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，等待吸力值穩(wěn)定，記錄讀數(shù)后，再施加下一級(jí)荷載。
[0032]在此發(fā)明中，保證量測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確性的措施主要有兩個(gè):一是通過(guò)土樣底部張力計(jì)上表面的嚴(yán)密接合，保證量測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性，避免了室內(nèi)試驗(yàn)中將張力計(jì)插入土中引起的量測(cè)結(jié)果不準(zhǔn)確；二是用一塊黑色橡膠膜在土體上方形成一個(gè)高度約1.5cm的空間，防止試驗(yàn)過(guò)程中水分蒸發(fā)以及空氣進(jìn)入影響試驗(yàn)結(jié)果。
【權(quán)利要求】
1.一種固結(jié)試驗(yàn)中吸力量測(cè)裝置，其特征在于，整體由四個(gè)圓形不銹鋼構(gòu)件制成，從上到下依次為:試樣盒1、試驗(yàn)裝置底座2、張力計(jì)固定板4和墊塊6 ;各部分之間用內(nèi)六角螺栓連接緊固； 所述試樣盒I中間為內(nèi)表面光滑平直的用于盛放待檢測(cè)土樣的圓柱形空腔，。試樣盒周圍均勻地鉆六個(gè)用于和裝置底座連接緊固的M5螺紋孔。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述之固結(jié)試驗(yàn)中吸力量測(cè)裝置，其特征在于，試樣盒和裝置底座兩者交界面上墊有一環(huán)形橡膠墊圈以保證試樣盒的密封性；試樣盒和裝置底座采用均勻分布的六個(gè)內(nèi)六角M5螺栓進(jìn)行無(wú)縫緊固。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述之固結(jié)試驗(yàn)中吸力量測(cè)裝置，其特征在于，所述張力計(jì)固定板外徑比張力計(jì)安裝孔稍大以便于和密封蓋固定；張力計(jì)固定板中央加工成階梯型，形成與密封蓋密合的形狀；外圈圓周均勻的鉆三個(gè)用于和試驗(yàn)裝置底座緊固M4螺紋孔。
【文檔編號(hào)】G01L5/00GK104165981SQ201410362568
【公開(kāi)日】2014年11月26日 申請(qǐng)日期:2014年7月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月28日
【發(fā)明者】崔凱, 黃邦文, 黃輝, 李歡歡, 楊燁 申請(qǐng)人:西南交通大學(xué)