一种刚度约束条件下盐渍土盐胀特性试验装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及一种刚度约束条件下盐渍土盐胀特性试验装置，包括温控箱(1)，均置于温控箱(1)内部的支撑架(2)、试样桶(3)以及刚度约束机构和试验数据检测组件；通过不同刚度约束机构的选择，能够提供不同的刚度约束变化环境，配合顶杆的可移动性形成相应的刚度约束条件，温控箱对土样温度进行调节实现不同刚度约束条件下的冻融循环试验。本实用新型专利技术进一步增设注水口(27)、称重器(11)、加水组件(17)和空气干燥组件等部件，能够实现不同刚度约束条件下的干湿循环试验、干湿‑冻融耦合试验。本实用新型专利技术操作简易，装配方便，可同时测量试样盐胀过程中的盐胀量及盐胀力，监测试样的含水率及温度变化，且数据自动化采集程度高。

A test device for salt expansion characteristics of saline soil under stiffness constraints

【技术实现步骤摘要】
一种刚度约束条件下盐渍土盐胀特性试验装置
本技术涉及盐渍土盐胀特性测试
，尤其涉及一种刚度约束条件下盐渍土盐胀特性试验装置。
技术介绍
盐渍土是各类盐化、碱化土壤的总称。按分布主要分为内陆盐渍土、滨海盐渍土及高原盐渍土。我国盐渍土面积约20多万平方公里，居世界第四位。Na2SO4盐渍土广泛分布于我国内陆及高原地区，盐胀是其主要病害类型之一。以青藏高原为例，该区域土壤盐渍化严重，且该区域地理环境特殊，海拔高，温差大，太阳辐射强烈，冻融循环剧烈。与此同时，伴随降雨、太阳辐射等复杂的周期性气象条件，干湿循环频发。Na2SO4在结晶生成Na2SO4·10H2O的过程中体积膨胀3.18倍。在不断的干湿循环作用下，土体表层盐分逐渐累积，盐晶体不断失水和结合水，土体表层会发生显著的盐胀破坏(肖泽岸，赖远明.冻融和干湿循环下盐渍土水盐迁移规律研究[J].岩石力学与工程学报，2018,37(增1):3739-3746)。高含盐量的盐渍土在冻融循环及干湿循环的双重作用下，盐胀病害频发，严重威胁机场、道路、管线、房建等建(构)筑物的稳定性。因此，开展冻融循环，干湿循环及其综合影响下盐渍土盐胀性的研究具有深远的现实意义。目前，学术界对盐渍土盐胀性的研究大多基于室内模型试验，主要在恒荷载条件下，对单次降温或冻融循环下的盐-冻胀量参数进行测试分析。比如，申请号201610824301.5的专利技术专利公开了“一种高精度盐胀试验设备”，该设备主要包括试样桶、温度调控系统和试样干湿度控制系统(包括加水容器、空压机)，试样桶包括外桶和设置在外桶内的内筒，内筒内壁上有风干单元，加水容器通过管道连接到内筒外壁并和内筒内腔连通。该设备虽然在一定程度上实现了试样的干湿循环，但仍然存在以下缺点与问题：1、只能进行恒荷载约束条件下的盐胀试验，无法进行完全约束条件(刚度无穷大即恒体积)下的盐胀试验，同时也无法进行恒刚度或变刚度约束条件下的盐胀性测试。但是，在实际工程中，不同位置的土体具有的约束形式是多样的，因而其盐胀性也有所不同。例如，房建工程中，基础下部土体在发生盐胀时，其荷载可视作恒定，处于恒荷载约束条件；更深层的盐渍化土体在盐胀变形时，其上层土体可能会发生压缩变形，约束力处于变化之中，此时可将其约束简化为等刚度或变刚度约束条件；靠近坚硬岩层或完全刚性结构下的土体被完全限制，此时盐胀力最大，可将其简化为刚度无限大的完全约束条件。并且现实场地中的盐渍土处于干湿循环，冻融循环等复杂周期性气象条件下，单一试验条件下的试验结果，不能真实反映盐渍土实际的盐胀特性，对于实际具体工程的指导意义很有限。2、测量参数单一，只能对试验过程中盐胀量进行测量，由于试验中的盐胀力始终等于上覆荷载，因此无法监测土体盐胀过程中的盐胀力演变机制，无法对盐胀力进行相关研究分析，且数据自动化采集程度低。3、进行含水率递增时，从试样桶侧壁加水，水分横向迁移，进行含水率递减时，从试样桶侧壁吹气，这与实际自然工况下的地表接水、地表蒸发条件不符，且在试样桶内部吹气，在一定程度上造成了试样结构性的破坏。单侧吹气会导致试样含水率分布不均，干燥过程中，由于进风口处试样含水率较低，水盐不断向进风口迁移，极大地造成试样盐胀的不均匀性，且这种不均匀性会随着试验的推进而不断增大。4、由于试验用土为硫酸盐渍土、氯盐渍土等，进行含水率监测所用的湿度传感器一般为基于时域反射原理的TDR传感器，其测量结果受易溶盐离子影响很大(特别是SO42-)，误差可达±5％以上，对于干湿循环试验来说，含水率测量误差应在±1％以内，这导致试验结果极度不可靠，且TDR传感器一般较大，安装过程中会对土样造成极大扰动。同时由于干燥过程中试样含水率分布不均匀，湿度传感器只能对土样某个区域的含水率进行监测，无法真实反映土样整体的实际含水率。5、试样桶为桶中桶且分节的复杂结构，装配繁琐，并且无法实现试样桶的可视化。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题是提供一种刚度约束条件下盐渍土盐胀特性试验装置。为解决上述问题，本技术所述的一种刚度约束条件下盐渍土盐胀特性试验装置，包括：温控箱，均置于所述温控箱内部的支撑架、试样桶以及刚度约束机构和试验数据检测组件；所述温控箱用于对其内部温度进行调控；所述支撑架具有上顶板和下底板，试验过程中两者高度固定；所述试样桶置于所述下底板上，试验时所述试样桶内部放有土样，所述土样的顶面放置有直径与所述试样桶内径相适应的顶盘，所述顶盘的顶面设有顶杆，所述顶杆向上延伸穿过所述试样桶的上顶盖并且其能相对所述上顶盖上下移动；所述刚度约束机构包括等刚度约束机构或变刚度约束机构，根据实际刚度约束需求选择使用或者不使用，对应形成的刚度约束条件包括等刚度约束条件、变刚度约束条件或恒体积约束条件；所述刚度约束机构使用时设在所述顶杆顶部与所述上顶板之间，不使用时所述顶杆顶部直接与所述上顶板连接；所述试验数据检测组件用于对试验过程中试验数据进行检测并将其传输至监测终端。优选的，所述试验数据检测组件包括位移检测探针和/或压力检测器，所述位移检测探针用于检测所述顶杆的竖向位移量，所述压力检测器设在所述顶杆顶部与所述刚性环底部之间。优选的，所述位移检测探针一端通过固定块设在所述顶杆上，另一端向上延伸穿过所述试样桶的上顶盖设在支撑板上。优选的，所述等刚度约束机构具体为刚性环或者柱状弹簧，所述变刚度约束机构具体为塔式弹簧。优选的，所述等刚度约束机构的上下两端具有凸起柱或者凹陷柱，所述支撑架的上顶板的底部和所述顶杆的顶部具有相互配合实现插入连接的凹陷柱或凸起柱。优选的，所述顶杆的顶部具有第一凹陷柱，所述等刚度约束机构的下端具有第一凸起柱；所述第一凹陷柱的空腔底部放置压力检测器，所述第一凸起柱从所述第一凹陷柱的顶部往下插入直接或间接顶到所述压力检测器的上表面。优选的，该装置还包括温度检测探针，其探头经由所述上顶盖、所述顶盘插入所述土样中，用于检测所述土样在试验过程中的温度值；和/或，该装置还包括均布所述温控箱内壁上、位于所述试样桶附近的多个辐射灯。优选的，所述试样桶的桶身为透明桶身，该装置还包括对所述试样桶内的所述土样进行拍摄的第一摄像机；和/或，该装置还包括至于所述温控箱内部的平行土样以及对其进行拍摄的第二摄像机。优选的，所述顶盘上开设有透水孔，所述试样桶的上顶盖上设有多个注水口并且其与桶身上边缘之间的距离可进行微调；所述装置还包括称重器、加水组件和空气干燥组件，所述称重器置于所述支撑架下方，所述加水组件置于所述温控箱外部并通过穿入所述温控箱箱壁的水管向所述注水口提供水源，所述空气干燥组件包括进气口和出气口均与所述温控箱内部连通的通气管道以及设在所述通气管道上的空气循环器和空气除湿器。优选的，所述试样桶包括桶身和设在其上下两端的所述上顶盖和下底盖，所述上顶盖与所述下底盖之间通过数根连杆实现连接，所述连杆穿出所述上顶盖的部分具有外螺纹，所述外螺纹外设有配合使用的螺母；所述连杆靠近所述上顶盖的底面的位置设有调节弹簧支撑块并且在所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种刚度约束条件下盐渍土盐胀特性试验装置，其特征在于，该装置包括：/n温控箱(1)，均置于所述温控箱(1)内部的支撑架(2)、试样桶(3)以及刚度约束机构和试验数据检测组件；/n所述温控箱(1)用于对其内部温度进行调控；/n所述支撑架(2)具有上顶板(2a)和下底板(2b)，试验过程中两者高度固定；/n所述试样桶(3)置于所述下底板(2b)上，试验时所述试样桶(3)内部放有土样(22)，所述土样(22)的顶面放置有直径与所述试样桶(3)内径相适应的顶盘(23)，所述顶盘(23)的顶面设有顶杆(25)，所述顶杆(25)向上延伸穿过所述试样桶(3)的上顶盖(3a)并且其能相对所述上顶盖(3a)上下移动；/n所述刚度约束机构包括等刚度约束机构或变刚度约束机构，根据实际刚度约束需求选择使用或者不使用，对应形成的刚度约束条件包括等刚度约束条件、变刚度约束条件或恒体积约束条件；所述刚度约束机构使用时设在所述顶杆(25)顶部与所述上顶板(2a)之间，不使用时所述顶杆(25)顶部直接与所述上顶板(2a)连接；/n所述试验数据检测组件用于对试验过程中试验数据进行检测并将其传输至监测终端。/n

【技术特征摘要】
1.一种刚度约束条件下盐渍土盐胀特性试验装置，其特征在于，该装置包括：
温控箱(1)，均置于所述温控箱(1)内部的支撑架(2)、试样桶(3)以及刚度约束机构和试验数据检测组件；
所述温控箱(1)用于对其内部温度进行调控；
所述支撑架(2)具有上顶板(2a)和下底板(2b)，试验过程中两者高度固定；
所述试样桶(3)置于所述下底板(2b)上，试验时所述试样桶(3)内部放有土样(22)，所述土样(22)的顶面放置有直径与所述试样桶(3)内径相适应的顶盘(23)，所述顶盘(23)的顶面设有顶杆(25)，所述顶杆(25)向上延伸穿过所述试样桶(3)的上顶盖(3a)并且其能相对所述上顶盖(3a)上下移动；
所述刚度约束机构包括等刚度约束机构或变刚度约束机构，根据实际刚度约束需求选择使用或者不使用，对应形成的刚度约束条件包括等刚度约束条件、变刚度约束条件或恒体积约束条件；所述刚度约束机构使用时设在所述顶杆(25)顶部与所述上顶板(2a)之间，不使用时所述顶杆(25)顶部直接与所述上顶板(2a)连接；
所述试验数据检测组件用于对试验过程中试验数据进行检测并将其传输至监测终端。


2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述试验数据检测组件包括位移检测探针(26)和/或压力检测器(6)，所述位移检测探针(26)用于检测所述顶杆(25)的竖向位移量，所述压力检测器(6)设在所述顶杆(25)顶部与所述刚度约束机构底部之间或者所述顶杆(25)顶部与所述上顶板(2a)底部之间。


3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述位移检测探针(26)一端通过固定块(24)设在所述顶杆(25)上，另一端向上延伸穿过所述试样桶(3)的上顶盖(3a)设在支撑板(18)上。


4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述等刚度约束机构具体为刚性环(4)或者柱状弹簧(30)，所述变刚度约束机构具体为塔式弹簧(31)。


5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述等刚度约束机构的上下两端具有凸起柱或者凹陷柱，所述支撑架(2)的上顶板(2a)的底部和所述顶杆的顶部具有相互配合实现插入连接的凹陷柱或凸起柱。


6.如权利要求5所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹亚鹏，李国玉，杨鹏，冯刚，陈敦，
申请(专利权)人：中国科学院寒区旱区环境与工程研究所，
类型：新型
国别省市：甘肃;62