一種固結試驗中吸力量測裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種固結試驗中吸力量測裝置，整體由四個圓形不銹鋼部件制成，從上到下依次為：試樣盒、試驗裝置底座、張力計固定板和墊塊。試樣盒和試驗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。張力計固定板中央加工成階梯型，墊塊支承上部荷載，其下部預留張力計布線孔。本發(fā)明裝置實現(xiàn)了在非飽和土的固結試驗中共同進行固結參數(shù)和吸力參數(shù)量測；使土體與張力計緊密貼合以及采用橡膠膜防止水分蒸發(fā)保證量測結果準確性，具有經濟實用、操作簡便、使用方便、量測結果可靠的優(yōu)點。
【專利說明】一種固結試驗中吸力量測裝置

【技術領域】
[0001]本發(fā)明專利涉及一種室內非飽和土力學實驗中用于測量土體基質吸力的裝置，尤其是公開一種在非飽和土固結試驗中既量測固結參數(shù)又量測土體吸力參數(shù)的裝置及其使用方法。

【背景技術】
[0002]在吸力量測技術中，目前應用較多的主要如下四種:軸平移法、張力計法、濾紙法和電熱傳導傳感器法。其中張力計技術可以直接測量負孔隙水壓力，當孔隙氣壓力等于大氣壓力時負孔隙水壓力等于基質吸力。張力計測量結果的精確度取決于土體與張力計之間是否接觸良好。因此在實際的室內試驗中，欲測量土體中的吸力，一般是將張力計(已充水飽和)的陶瓷頭直接插入土體中。
[0003]然而，將張力計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，張力計上的陶瓷頭比較脆弱，容易破碎，在插入過程中稍不注意便有可能損壞，這一點在野外試驗中更容易出現(xiàn)。其次，如果土體和陶瓷頭接觸不良好，測量范圍將會受到“氣蝕”現(xiàn)象的影響。因此，有必要設計一種裝置或者采用一種方法，在既保證不用將張力計插入土中便能保證土體和張力計接觸良好的基礎上，又能保證裝置的氣密性和水密性良好，不會出現(xiàn)“氣蝕”現(xiàn)象。
[0004]如果要在非飽和土的固結試驗中用張力計量測土體吸力，同時得到固結參數(shù)和吸力參數(shù)，直接將張力計插入尺寸有限的土樣內必將影響量測結果:張力計插入土體中，其作用相當于樁插入土中，直接影響固結試驗結果；固結試驗軸向荷載通過土體傳遞至張力計，其作用效果將直接影響吸力量測值。
[0005]基于以上所述張力計的局限性和非飽和土固結試驗中吸力量測的需要，設計此固結試驗吸力量測裝置及其使用方法。


【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明旨在于提供一種簡易實用、操作簡便、量測準確的的吸力量測裝置。在結合現(xiàn)有吸力量測技術的基礎上，對現(xiàn)有技術進行優(yōu)化與改進，以達到經濟實用、操作簡便、使用方便、量測結果可靠的目的。
[0007]本專利解決上述吸力量測技術的方案是:
[0008]一種固結試驗中吸力量測裝置，整體由四個圓形不銹鋼構件制成，從上到下依次為:試樣盒1、試驗裝置底座2、張力計固定板4和墊塊6 ;各部分之間用內六角螺栓連接緊固；試樣盒I中間為內表面光滑平直的用于盛放待檢測土樣的圓柱形空腔，。試樣盒周圍均勻地鉆六個用于和裝置底座連接緊固的M5螺紋孔。
[0009]所述試驗裝置底座，由圓柱形不銹鋼加工而成。根據所選用的張力計類型和尺寸的不同，中間加工成適應于選定的張力計的安裝孔，以插入張力計。本實施例中將張力計安裝孔加工成適用于安裝ImperialCollege類型張力計的尺寸。裝置底座起承上啟下的作用，通過螺栓將吸力量測裝置四部分連接成整體。
[0010]所述張力計固定板，由圓柱形不銹鋼板加工而成，外徑宜比張力計安裝孔稍大并便于和密封蓋固定為宜。張力計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M4螺紋孔，用于和試驗裝置底座緊固。
[0011]所述試驗裝置底座和張力計固定板用M4螺栓進行緊固，密合后形成的張力計安裝孔，用于安裝張力計。
[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，下部預留張力計布線孔。
[0013]所述試驗裝置底座和墊塊用三個M5螺栓緊固，使上部構建全部支承于墊塊上,承受試驗過程中的上部荷載。軸向荷載通過固結儀的加載裝置(如杠桿加載，液壓加載等)實現(xiàn)。
[0014]本發(fā)明固結試驗中吸力量測裝置，使用時用一塊黑色橡膠膜在土體上方形成一個高度約1.5cm的空間，防止試驗過程中水分蒸發(fā)以及空氣壓力影響孔隙氣壓力，從而可能影響試驗結果。
[0015]本發(fā)明裝置通過土樣底部張力計上表面的嚴密接合，保證量測結果的準確性，避免了室內試驗中將張力計插入土中引起的量測結果不準確。
[0016]本發(fā)明裝置結合現(xiàn)有吸力量測技術進行優(yōu)化與改進，經濟實用、操作簡便、量測結果可靠。在多項關于非飽和土力學的課題研究中，經多次實驗驗證，用此固結試驗中吸力量測裝置及其使用方法測得的室內土體吸力值結果較準確。
[0017]本發(fā)明實現(xiàn)了非飽和土的固結試驗中共同進行固結試驗和吸力參數(shù)量測，其優(yōu)點主要體現(xiàn)在:一是通過土樣底部張力計上表面的嚴密接合，保證量測結果的準確性，避免了室內試驗中將張力計插入土中引起的量測結果不準確；二是用一塊黑色橡膠膜在土體上方形成一個高度約1.5cm的空間，防止試驗過程中水分蒸發(fā)以及空氣進入影響試驗結果。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1是固結試驗中吸力量測裝置結構示意圖。
[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是張力計固定板立面圖；圖7是張力計固定板的平面圖。
[0022]圖8是墊塊的立面圖；圖9是墊塊的平面圖。
[0023]圖10是本實施例中使用此固結試驗中吸力量測裝置測量吸力的示意圖。
[0024]圖中:1是試樣盒，2是量測裝置底座，3是橡I父墊圈，4是張力計固定板，5是Imperial College類型張力計,6是墊塊,7是M5內六角螺栓,用于試樣盒、墊塊與裝置底座之間的緊固螺栓，8是M4內六角螺栓，用于裝置底座與張力計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類型張力計安裝孔，14待檢測土樣。

【具體實施方式】
[0025]下面結合附圖和具體的實施方式，以此類型的吸力量測裝置中安裝ImperialCollege類型張力計為例，對本發(fā)明及其使用方法作詳細的說明。
[0026]圖1至圖9給出了固結試驗中吸力量測裝置的結構示意圖及各細部構件的立面圖和平面圖。一種固結試驗中吸力量測裝置，主要由四個不銹鋼部件組裝而成，這四個主要部件為:試樣盒、裝置底座、張力計固定板、墊塊。其中裝置底座起聯(lián)接試樣盒、張力計固定板和墊塊的作用，后者通過內六角螺栓與前者聯(lián)接成整體。
[0027]所述試樣盒1，中間加工成圓柱形空腔，用于盛放待檢測土樣14。試樣盒周圍均勻地鉆六個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，為保證裝置內待檢測土樣14的氣密性和保水性，應在底座2上開環(huán)形槽，以安裝橡膠墊圈3。同時加工裝置底座時，應嚴格控制與土樣接觸面的平整性，這樣才能保證張力計5的表面與土樣14的表面完全貼合,從而確保測試的準確性。
[0028]所述張力計固定板4，外徑宜比張力計安裝孔13稍大并便于和底座2固定為宜。張力計固定板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，下部預留張力計布線孔9。裝置底座2和墊塊6用三個M5螺栓緊固連接。
[0030]進行吸力量測前，要對各個部件進行安裝:先將張力計固定板4安裝好，與裝置底座2形成密合的張力計安裝孔13 ;其次將張力計5 (張力計使用前應進行飽和)插入安裝孔內，張力計的電源線和測試線通過布線孔9與外部儀器相接，并保證張力計上表面與底座底面無縫接合，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，通過六個M5螺栓連接緊固墊塊6和底座2，整個吸力量測裝置安裝完成。
[0031]進行吸力量測時，其實施方法可如圖10所示。其中豎向荷載通過固結儀的豎向加載桿施加。將待檢測土樣14放置在試樣盒I內，然后把一個自重較輕的蓋子置于其上，并且保證蓋子可以在試樣盒內自由地上下滑動。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致測量結果的不準確。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高約1.5cm的“氣袋”空間。若實驗過程中土試驗中的孔隙空氣壓力大于大氣壓，氣體將會被擠到此“氣袋”中，土中的空氣壓力值能夠繼續(xù)保持零值，保證張力計測量到的數(shù)值就是土的吸力。實施過程中，對土體進行分級加載，當試樣盒內土體14達到一定的變形標準時，等待吸力值穩(wěn)定，記錄讀數(shù)后，再施加下一級荷載。
[0032]在此發(fā)明中，保證量測結果準確性的措施主要有兩個:一是通過土樣底部張力計上表面的嚴密接合，保證量測結果的準確性，避免了室內試驗中將張力計插入土中引起的量測結果不準確；二是用一塊黑色橡膠膜在土體上方形成一個高度約1.5cm的空間，防止試驗過程中水分蒸發(fā)以及空氣進入影響試驗結果。
【權利要求】
1.一種固結試驗中吸力量測裝置，其特征在于，整體由四個圓形不銹鋼構件制成，從上到下依次為:試樣盒1、試驗裝置底座2、張力計固定板4和墊塊6 ;各部分之間用內六角螺栓連接緊固； 所述試樣盒I中間為內表面光滑平直的用于盛放待檢測土樣的圓柱形空腔，。試樣盒周圍均勻地鉆六個用于和裝置底座連接緊固的M5螺紋孔。
2.根據權利要求1所述之固結試驗中吸力量測裝置，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內六角M5螺栓進行無縫緊固。
3.根據權利要求1所述之固結試驗中吸力量測裝置，其特征在于，所述張力計固定板外徑比張力計安裝孔稍大以便于和密封蓋固定；張力計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用于和試驗裝置底座緊固M4螺紋孔。
【文檔編號】G01L5/00GK104165981SQ201410362568
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2014年7月28日 優(yōu)先權日:2014年7月28日
【發(fā)明者】崔凱, 黃邦文, 黃輝, 李歡歡, 楊燁 申請人:西南交通大學