本发明专利技术公开了一种定量模拟土体三轴试样干湿循环的试验装置及方法，还涉及配合使用的一次成型三轴试样模具。装置包括箱体、加湿机构、干燥机构、称重机构、控制机构及密封机构。箱体内设一层隔水板将内腔分成上部的加湿-干燥腔和下部的称重腔，加湿机构装设于加湿-干燥腔侧壁，干燥机构装设于加湿-干燥腔顶部，称重机构装设于称重腔底部，隔水板上设有让三轴试样穿过置于称重机构上的圆孔，密封机构设置于三轴试样的上方。加湿机构、干燥机构的开和关及密封机构升降均由控制机构控制。本发明专利技术方法能实时监测三轴试样质量并确定其含水率，定量控制试样干湿程度，具有自动化程度高，干湿过程均匀、缓和，操作简单，干湿循环效果好、效率高等优点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及土木工程
，特别涉及一种定量模拟土体三轴试样干湿循环的 试验装置及方法，主要应用于岩土工程研究中对三轴试样进行干湿循环试验。
技术介绍
在我国南方湿热地区，大规模降雨和雨后水分的快速蒸发时常交替发生，导致地 表土体的含水率发生反复变动；干湿交替引起河流、湖泊的水位以及地下水位发生往复变 化，使库岸边坡和地势低洼处填方路基处在干湿循环的环境中。在干湿循环的作用下，路基 或边坡土体的强度和刚度有所衰减，造成路基长期性能劣化、使用寿命降低，边坡稳定性下 降、易引发滑坡等灾害。为探明土体在干湿循环作用下工程特性的劣化规律，据此评价路基 和边坡的稳定性和耐久性，为运营养护提供理论支撑，需对土体进行干湿循环试验。 目前的干湿循环试验中，对土体的加湿通常采用浸泡法或喷淋法，干燥通常采用 高温烘干法，这种干湿循环过程过于剧烈，常导致三轴试样表面剥落、开裂严重，与深层路 基中含水量缓慢、均匀变化的实际情况不符。由于直剪试验的试样可以在环刀的保护下进 行加湿，目前大部分干湿循环试验采用直剪试样，三轴试样的干湿试验较少，但三轴试验相 比直剪试验具有可在三个方向同时施加作用力和不固定剪切面等明显优点，因此，对三轴 试样开展干湿循环试验很有必要。此外，以往的试验中，三轴试样的称量、加湿和干燥通常 不在同一位置进行，对三轴试样移位不仅不方便，而且容易使三轴试样扰动损伤，导致试验 结果不准确或试验失败。也正是因为之前的方法中称量三轴试样需要对三轴试样反复移位 而容易造成三轴试样损坏，大部分试验选择仅仅控制加湿、干燥时间，不对三轴试样进行质 量称量，因而不能定量控制三轴试样含水率。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种能实时监测三轴试样 质量并确定三轴试样含水率，能定量控制三轴试样干湿程度，自动化程度高，操作简单，制 样质量高，干湿循环效果好、效率高，干湿过程均匀、缓和的定量模拟土体三轴试样干湿循 环的试验装置以及试验方法。 为解决上述技术问题，本专利技术提出的技术方案为： 一种定量模拟土体三轴试样干湿循环的试验装置，包括透明箱体、加湿机构、干燥机 构、称重机构、控制机构以及用于密封三轴试样的密封机构，所述箱体前后壁均设有箱门， 箱体内部设置一层隔水板将箱体内腔分成位于上部的加湿-干燥腔和位于下部的称重腔， 所述加湿机构装设于加湿-干燥腔的侧壁上，干燥机构装设于加湿-干燥腔的顶部，称重机 构装设于称重腔底部，隔水板上设有让三轴试样穿过并置于称重机构上的圆孔，密封机构 可升降地设置于三轴试样的上方，控制机构根据设定的质量目标值来控制所述加湿机构、 干燥机构的开和关以及密封机构的升降。 作为上述技术方案的进一步改进： 优选的，所述密封机构包括密封罩、吊绳和升降滑轮，所述密封罩为底端开口、顶端密 封的空心圆柱体，其内径和高度略大于三轴试样；所述升降滑轮装设于箱体的顶部；吊绳 一端连接于密封罩顶面，另一端绕过升降滑轮并连接于所述控制机构。 优选的，所述加湿机构包括位于箱体外侧成整体的储水箱和雾化箱，储水箱位于 上部，其底端设有水位控制器，雾化箱位于下部，其底部设有雾化器，顶部设有带喷雾嘴的 喷雾管，喷雾管上设有喷雾量调节器，所述喷雾嘴伸入箱体内部。 优选的，所述干燥机构位于箱体内部，包括热电阻和微型排气扇，微型排气扇位于 热电阻的上方。 优选的，所述称重机构包括能够感应到三轴试样水分蒸发量的高精度电子称以及 用于支撑三轴试样的圆柱垫块，所述圆柱垫块穿过隔水板上的圆孔置于高精度电子称上， 圆柱垫块的侧面与圆孔壁之间留有间隙，顶面略高于隔水板，圆柱垫块的直径同三轴试样 直径。 优选的，所述控制机构位于箱体外侧，包括加湿机构开关、干燥机构开关、喷雾量 调节旋钮、温度调节旋钮、风速调节旋钮、密封罩升降阀以及自动控制器，所述自动控制器 连接加湿机构、干燥机构、称重机构以及密封机构，当自动控制器判断出称重机构的质量达 到目标值时，控制干、湿机构自动关闭以及密封罩自动下降。 优选的，所述隔水板四周及圆孔周边设有挡水条带，隔水板周边设有排水孔，排水 孔下方接排水管，排水管伸出箱体外将积水排出。 优选的，所述三轴试样由三轴试样制样模具一次成型，所述制样模具包括套环、两 件内腔为半圆柱面的瓣模以及两件垫块，两件所述瓣模通过套设于外侧的套环合并成一整 体，形成一内径同三轴试样直径的圆柱体空腔，两件垫块分设于圆柱体空腔内的上部和下 部，中部形成用于成型三轴试样的空间。 作为一个总体的构思，本专利技术还提供一种使用上述的试验装置定量模拟土体三轴 试样干湿循环的试验方法，包括如下步骤： 1) 制作三轴试样； 2) 将制好的三轴试样放置于称重机构的圆柱垫块上，并位于 加湿-干燥腔，高精度电子称上显示的质量为三轴试样初始质量 m。，后将高精度电子称清零； 3) 根据三轴试样的初始质量_R、初始含水率和目标含水率r，按下述公式计算三轴 试样目标质量m: 并在控制机构上设置加湿质量目标值； 4) 关闭箱门，开启加湿机构，喷雾嘴喷雾，三轴试样加湿，三轴试样质量增加； 5) 当高精度电子称监测到三轴试样质量增加至加湿质量目标值时，加湿机构自动关 闭，密封罩自动降落罩住整个三轴试样，三轴试样在密封罩内静置12小时，使三轴试样中 的水分扩散均匀； 6) 静置完毕后，操纵密封罩升降阀使密封罩升起，设置干燥质量目标值； 7) 打开箱门，开启干燥机构，送出暖风，三轴试样干燥，三轴试样质量降低； 8 )当高精度电子称监测到三轴试样质量降低至干燥质量目标值时，干燥机构自动关 闭，密封罩自动降落罩住整个三轴试样，三轴试样在密封罩内静置12小时，使三轴试样中 的水分扩散均匀； 9) 静置完毕后，操纵密封罩升降阀使密封罩升起； 10) 根据试验需要，确定重复步骤3)-9)的干湿循环试验次数、干湿顺序及含水率变化 幅度。 优选的，所述步骤1)制作三轴试样的具体步骤如下： 11) 根据三轴试样干密度和备料初始含水率，称取质量为1%.的土； 12) 在三轴试样制作模具的两件瓣模内壁上均匀涂抹凡士林，再将保鲜膜铺平贴附于 内壁上； 13) 合并瓣模，放入下垫块，下垫块底面与瓣模底面齐平，套上套环，将步骤11)中称取 的土一次性倒入瓣模中，放入上垫块，用手按压上垫块进行初步压实； 14) 用千斤顶顶推上垫块至上垫块顶面与瓣模顶面齐平，静压30分钟后脱模，即制得 所述三轴试样。与现有技术相比，本专利技术的优点在于： 本专利技术的试验装置，试验过程中的干湿过程均匀、缓和，整个试验过程不需要对三轴试 样移位，能实时监测三轴试样质量并确定三轴试样含水率，进而定量控制三轴试样干湿程 度；能在干、湿完毕后，给三轴试样提供密封环境使三轴试样水分扩散均匀；能自动控制干 湿机构的运转及密封罩的升降；制样模具克服了分层压实试样在干湿循环后易在分层处断 裂的问题。本专利技术方法具有自动化程度高，操作简单，制样质量高，干湿循环效果好、效率高 等优点。【附图说明】 图1为本专利技术干湿循环试验装置的主视结构示意图。 图2为本专利技术干湿循环试验装置的侧视结构示意图。 图3为本专利技术中隔水板的结构示意图。图4为本专利技术中制样模具组装前的结构示意图。 图5为本专利技术中双瓣模合并后的俯视结构示意图。本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种定量模拟土体三轴试样干湿循环的试验装置，包括透明箱体（1）、加湿机构（2）、干燥机构（3）、称重机构（4）和控制机构（6），其特征在于：还包括用于密封三轴试样（35）的密封机构（5），所述箱体（1）前后壁均设有箱门，箱体（1）内部设置一层隔水板（7）将箱体（1）内腔分成位于上部的加湿‑干燥腔和位于下部的称重腔，所述加湿机构（2）装设于加湿‑干燥腔的侧壁上，干燥机构（3）装设于加湿‑干燥腔的顶部，称重机构（4）装设于称重腔底部，隔水板（7）上设有让三轴试样（35）穿过并置于称重机构（4）上的圆孔（27），密封机构（5）可升降地设置于三轴试样（35）的上方，控制机构（6）根据设定的质量目标值来控制所述加湿机构（2）、干燥机构（3）的开和关以及密封机构（5）的升降。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：刘维正，邱天琦，蒋建国，瞿帅，杨向田，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43
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