一种含气土的固结试验装置及试验方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种含气土的固结试验装置及试验方法，包括支架、压力筒、活塞、顶帽、多孔板、导杆、位移传感器、总应力传感器、水气测量装置、待测土样上下表面孔隙水压力测量装置、进水口、导管、压力筒固定在支架上；活塞置于压力筒中；导杆设置在活塞底部；位移传感器置于支架底部与导杆相连；顶帽以及多孔板自上而下设置在固结室上；总应力传感器设置在活塞的上表面；水气测量装置设置在顶帽上；压力筒上设置有进水口；活塞上设置有导管；进水口与压力室相连通，外接外部加压设备；待测土样上下表面孔隙水压力测量装置分别与待测土样的上下表面相连通。本发明专利技术能够适用于含气土、可进行气体密封和固结过程中的水气分离且独立量测。

【技术实现步骤摘要】
一种含气土的固结试验装置及试验方法
本专利技术属于土工试验中土体性质指标测试
，涉及一种固结试验装置及试验方法，尤其涉及一种含气土的固结试验装置及试验方法。
技术介绍
富含浅层气且气相以游离气泡相态赋存的含气土，一般具有含水率高、气相溶解饱和且气压力高于大气压、渗透系数小、处于亚稳平衡态等特点。岩土工程领域中，对于此类属性特殊、工程性状区别于一般饱和土和非饱和土的含气土了解甚少，其中一个主要困难在于欠缺专属的试验设备。常规土工固结仪只能对一般饱和土的固结变形特性进行测定，由于试验装置不能克服试验中的气体密封和水气分离独立量测两大难题，因而不能对含气土在固结试验中的变形特性进行有效量测，所以无法适用于含气土。而已有的非饱和土固结仪虽可实现水气分离，但不能实现气体排出量的独立量测，且陶土板自身的渗透性会影响土体的固结排水特性，因此也不适用于含气土。
技术实现思路
为了解决
技术介绍
中存在的上述技术问题，本专利技术提供了一种能够克服现有土工固结装置不适用于含气土、无法进行气体密封和固结过程中的水气分离且独立量测的现状，从而实现对含气土的高精度固结试验的含气土的固结试验装置及试验方法。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种含气土的固结试验装置，其特征在于：所述含气土的固结试验装置包括支架、压力筒、活塞、顶帽、多孔板、导杆、位移传感器、总应力传感器、水气测量装置、待测土样上下表面孔隙水压力测量装置、进水口以及导管；所述压力筒竖直固定在支架上；所述活塞置于压力筒中并可沿压力筒的轴向自如移动；所述活塞将压力筒自上而下依次分为固结室以及压力室；所述导杆设置在活塞底部并与活塞同步运动；所述位移传感器置于支架底部并与穿过支架底部的导杆相连；所述顶帽以及多孔板自上而下依次设置在固结室上；所述总应力传感器设置在活塞的上表面上；所述水气测量装置设置在顶帽上并与顶帽内部相贯通；所述压力室的侧壁上设置有进水口；所述活塞上沿活塞的轴向设置有导管；所述进水口与压力室相连通；所述固结室通过多孔板与顶帽内部相连通；待测土样置于多孔板和活塞之间的固结室中；所述待测土样上下表面孔隙水压力测量装置分别与待测土样的上下表面相连通。作为优选，本专利技术所采用的水气测量装置包括接口阀、量液管以及排气阀；所述接口阀以及排气阀分别置于顶帽上；所述量液管与接口阀相连通。作为优选，本专利技术所采用的接口阀设置在顶帽的侧壁上；所述排气阀置于顶帽的顶部。作为优选，本专利技术所采用的待测土样上下表面孔隙水压力测量装置包括第一孔隙水压力传感器以及第二孔隙水压力传感器；所述第一孔隙水压力传感器以及第二孔隙水压力传感器分别与待测土样的上下表面相连通。作为优选，本专利技术所采用的导管包括第一导管以及与第一导管并行的第二导管；所述第一导管的上端设置有排气塞，第一导管的下端与压力室相贯通；所述第二导管的上端部设置有透水石，第二导管的下端部设置有接口螺栓以及与接口螺栓相连的尼龙管；所述第一孔隙水压力传感器设置在顶帽的侧壁上；所述第二孔隙水压力传感器与和第二导管相连的尼龙管相连通。作为优选，本专利技术所采用的含气土的固结试验装置还包括设置在压力筒和支架之间的基座；所述压力筒通过基座设置在支架上；所述基座上设置有导杆通孔以及与导杆通孔同心的限位凹槽；所述导杆穿过基座上的导杆通孔；所述压力筒镶嵌在限位凹槽中。作为优选，本专利技术所采用的含气土的固结试验装置还包括设置在基座且与压力筒并行的地脚螺栓；所述地脚螺栓是三个呈品字型并行设置在压力筒外部；所述顶帽以及压力筒通过地脚螺栓固定设置在基座上。作为优选，本专利技术所采用的含气土的固结试验装置还包括设置在顶帽上并与地脚螺栓相连的压环；所述多孔板与压力筒之间、活塞与压力筒之间、导杆与基座之间以及压力筒与基座之间均设置有一道或多道O型橡胶圈。作为优选，本专利技术所采用的活塞底部设置有轴衬；所述导杆通过轴衬固定在活塞底部并与活塞同步移动；所述导杆是中空的杆体；所述导杆内部设置有与总应力传感器相连的总应力传感器引线；所述多孔板与待测土样之间设置有滤纸。一种基于如前所述的含气土的固结试验装置的含气土的固结试验方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：1)将基座固定在支架上，在基座的限位凹槽中垫上O型橡胶圈，将压力筒安装到基座上，在活塞与压力筒内壁之间垫上O型橡胶圈；通过导杆移动活塞至预定高度，固定导杆不动；2)打开活塞上的上表面的排气塞，通过进水口向压力室中注水，当排尽压力室中的空气后，关闭排气塞；3)将制备好的含气待测土样装入活塞上面的固结室内，在待测土样上放上滤纸，再将多孔板放置在压力筒上面，在多孔板与压力筒之间安装O型橡胶圈，盖上顶帽和压环，并打开顶帽上的排气阀；用地脚螺栓通过压环将顶帽与基座连接起来，拧紧地脚螺栓，压紧压力筒；4)在压力筒下部的进水口连接外部加压设备，松开导杆，向压力室内施加水压，推动活塞在压力筒内向上移动，使待测土样上表面与多孔板接触，停止加压；利用顶帽上的接口阀向顶帽内的圆锥形槽内注水，直至水从顶帽上部的排气阀中溢出，关闭接口阀并停止注水；将量液管内充水，通过接口阀将量液管与顶帽连接，关闭排气阀，打开接口阀；5)利用外接加压设备向压力室内施加水压力，推动压力筒内活塞向上移动，对固结室内待测土样施加固结压力，使待测土样排水排气、固结变形；6)对排水排气以及固结变形的待测土样分别进行固结过程中固结应力的量测、固结过程中土样体积变化量的量测、固结过程中孔压的量测以及固结过程中水和气的体积量测；所述固结过程中固结应力的量测的具体实现方式是：通过活塞顶端的总应力传感器直接测读固结过程中施加在待测土样上的固结总应力；所述固结过程中土样体积变化量的量测的具体实现方式是：通过位移传感器测量固结过程中待测土样高度的变化量，通过待测土样的高度变化量乘以压力筒的横截面积，可得出固结过程中待测土样总体积的变化量；所述固结过程中孔隙水压力的量测的具体实现方式是：在活塞上表面透水石下的第二导管的通道中和与接口螺栓相连的尼龙管中充满除气水，通过与尼龙管相连的第二孔隙水压力传感器，测读固结试验中待测土样下表面处的孔压变化；通过顶帽上的第一孔隙水压力传感器测读待测土样上表面处的孔压变化；所述固结过程中水和气的体积量测的具体实现方式是：每级固结试验前，开启接口阀，保持量液管与顶帽内的水连通，记录量液管内水的初始体积读数Vi；试验过程中，待测土样中排出的水通过顶帽流入量液管，体积为Viw，排出的气聚集在顶帽圆锥形槽的顶部，体积为Vig；每级加载固结稳定后，记录稳定后量液管内水的体积读数为Vi+，所述Vi+-Vi为固结过程中排出待测土样水和气的总体积，即：Vi+-Vi＝Viw+Vig；打开顶帽上部的排气阀，在不排水的情况下待完全排除聚集在顶帽圆锥形槽顶部的气体后，关闭排气阀；记录此时量液管内的体积读数，其排气前后的变化量为△Vi+，即有△Vi+＝Vig，相应的排出水体积量为Viw＝Vi+-Vi-△Vi+。本专利技术的优点是：本专利技术提供了一种含气土的固结试验装置及试验方法，该固结试验装置包括支架、压力筒、活塞、顶帽、多孔板、导杆、位移传感器、总应力传感器、水气测量装置、待测土样上下表面孔隙水压力测量装置、进水口、导管、压力筒竖直固定在支架上；活塞置于压力筒中并可沿压力筒的轴向自如移动；本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种含气土的固结试验装置，其特征在于：所述含气土的固结试验装置包括支架（14）、压力筒（12）、活塞（17）、顶帽（2）、多孔板（3）、导杆（9）、位移传感器（22）、总应力传感器（16）、水气测量装置、待测土样上下表面孔隙水压力测量装置、进水口（23）以及导管（7）；所述压力筒（12）竖直固定在支架（14）上；所述活塞（17）置于压力筒（12）中并可沿压力筒（12）的轴向自如移动；所述活塞（17）将压力筒（12）自上而下依次分为固结室以及压力室（20）；所述导杆（9）设置在活塞（17）底部并与活塞（17）同步运动；所述位移传感器（22）置于支架（14）底部并与穿过支架（14）底部的导杆（9）相连；所述顶帽（2）以及多孔板（3）自上而下依次设置在固结室上；所述总应力传感器（16）设置在活塞（17）的上表面上；所述水气测量装置设置在顶帽（2）上并与顶帽（2）内部相贯通；所述压力室（20）的侧壁上设置有进水口（23）；所述活塞（17）上沿活塞（17）的轴向设置有导管（7）；所述进水口（23）与压力室（20）相连通；所述固结室通过多孔板（3）与顶帽（2）内部相连通；待测土样（25）置于多孔板（3）和活塞（17）之间的固结室中；所述待测土样上下表面孔隙水压力测量装置分别与待测土样（25）的上下表面相连通。...

【技术特征摘要】
1.一种含气土的固结试验装置，其特征在于：所述含气土的固结试验装置包括支架（14）、压力筒（12）、活塞（17）、顶帽（2）、多孔板（3）、导杆（9）、位移传感器（22）、总应力传感器（16）、水气测量装置、待测土样上下表面孔隙水压力测量装置、进水口（23）以及导管（7）；所述压力筒（12）竖直固定在支架（14）上；所述活塞（17）置于压力筒（12）中并可沿压力筒（12）的轴向自如移动；所述活塞（17）将压力筒（12）自上而下依次分为固结室以及压力室（20）；所述导杆（9）设置在活塞（17）底部并与活塞（17）同步运动；所述位移传感器（22）置于支架（14）底部并与穿过支架（14）底部的导杆（9）相连；所述顶帽（2）以及多孔板（3）自上而下依次设置在固结室上；所述总应力传感器（16）设置在活塞（17）的上表面上；所述水气测量装置设置在顶帽（2）上并与顶帽（2）内部相贯通；所述压力室（20）的侧壁上设置有进水口（23）；所述活塞（17）上沿活塞（17）的轴向设置有导管（7）；所述进水口（23）与压力室（20）相连通；所述固结室通过多孔板（3）与顶帽（2）内部相连通；待测土样（25）置于多孔板（3）和活塞（17）之间的固结室中；所述待测土样上下表面孔隙水压力测量装置分别与待测土样（25）的上下表面相连通。2.根据权利要求1所述的含气土的固结试验装置，其特征在于：所述水气测量装置包括接口阀（15）、量液管（21）以及排气阀（1）；所述接口阀（15）以及排气阀（1）分别置于顶帽（2）上；所述量液管（21）与接口阀（15）相连通。3.根据权利要求2所述的含气土的固结试验装置，其特征在于：所述接口阀（15）设置在顶帽（2）的侧壁上；所述排气阀（1）置于顶帽（2）的顶部。4.根据权利要求3所述的含气土的固结试验装置，其特征在于：所述待测土样上下表面孔隙水压力测量装置包括第一孔隙水压力传感器（4）以及第二孔隙水压力传感器（13）；所述第一孔隙水压力传感器（4）以及第二孔隙水压力传感器（13）分别与待测土样（25）的上下表面相连通。5.根据权利要求4所述的含气土的固结试验装置，其特征在于：所述导管（7）包括第一导管以及与第一导管并行的第二导管；所述第一导管的上端设置有排气塞（24），第一导管的下端与压力室（20）相贯通；所述第二导管的上端部设置有透水石（6），第二导管的下端部设置有接口螺栓（8）以及与接口螺栓（8）相连的尼龙管（10）；所述第一孔隙水压力传感器（4）设置在顶帽（2）的侧壁上；所述第二孔隙水压力传感器（13）与尼龙管（10）相连通。6.根据权利要求1或2或3或4或5所述的含气土的固结试验装置，其特征在于：所述含气土的固结试验装置还包括设置在压力筒（12）和支架（14）之间的基座（11）；所述压力筒（12）通过基座（11）设置在支架（14）上；所述基座（11）上设置有导杆通孔以及与导杆通孔同心的限位凹槽；所述导杆（9）穿过基座（11）上的导杆通孔；所述压力筒（12）镶嵌在限位凹槽中。7.根据权利要求6所述的含气土的固结试验装置，其特征在于：所述含气土的固结试验装置还包括设置在基座（11）且与压力筒（12）并行的地脚螺栓（19）；所述地脚螺栓（19）是三个呈品字型并行设置在压力筒（12）外部；所述顶帽（2）以及压力筒（12）通过地脚螺栓（19）固定设置在基座（11）上。8.根据权利要求7所述的含气土的固结试验装置，其特征在于：所述含气土的固结试验装置还包括设置在顶帽（2）上并与地脚螺栓（19）相连的压环（26）；所述多孔板（3）与压力筒（12）之间、活塞（17）与压力筒（12）之间、导杆（9）与基座（11）之间以及压力筒（12）与基座（11）之间均设置有一道或多道O型橡胶圈（5）。9.根据权利要求8所述的含气土的固结试验装置，其特征在于：所述活塞（17）底部设置有轴衬（18）；所述导杆（9）通过轴衬（18）固定在活塞...

【专利技术属性】
技术研发人员：王勇，黄林，汪明元，王艳丽，白传鹏，
申请(专利权)人：中国科学院武汉岩土力学研究所，
类型：发明
国别省市：湖北,42