黏性土干缩与水-土特征曲线联合测定装置与方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种黏性土干缩与水

【技术实现步骤摘要】
黏性土干缩与水
‑
土特征曲线联合测定装置与方法


[0001]本专利技术涉及土体工程性质测试
，尤其涉及一种用于黏性土干缩与水
‑
土特征曲线联合测定装置及方法，适用于黏性土干缩和水
‑
土特征曲线的同时测定。

技术介绍

[0002]干缩与水
‑
土特征曲线是描述土体水力特性的重要参考。黏性土在干燥失水后会收缩并引起明显的地表沉降或不均匀变形，严重时甚至产生土体开裂现象。实际建筑物的整体沉降、不均匀变形、以及干缩裂缝等均会显著降低其安全性与使用寿命。黏性土在干燥失水过程中的体积变化特性通常用干缩曲线来描述。水
‑
土特征曲线广泛用于研究土中的水分分布与迁移、预测土体渗透系数、以及强度特性等等。水
‑
土特征曲线应与干缩曲线综合使用。传统的干缩曲线测量方法(包括：游标卡尺法，位移传感器法，以及基于阿基米德原理的气球法与石蜡法等)均存在体积测量精度低、适用性差等问题。水
‑
土特征曲线测定的传统方法有：轴平移法、滤纸法、湿度计法等。但是，这些方法均费时耗力且精度较低。此外，CN208588651U“一种完整土
‑
水特征曲线的全自动量测系统”CN108508044B“一种干湿循环下水土特征曲线测量装置及方法”仅能实现水
‑
土特征曲线的测量，欠缺干缩曲线量测能力。以上的干缩与水
‑
土特征曲线测量必须使用多个具有相同应力历史的试件来进行单独测量(即每次只测量其中一条曲线)。现实中很难制备多个严格具有相同应力历史的试件。因此，使用具有不同应力历史的试件会直接影响干缩与水
‑
土特征曲线的测量精度与效率。掌握黏性土体在干燥收缩过程中的体积变化与基质吸力发展规律，对土体在实际工程中的合理应用具有重要意义和工程价值。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是提供一种结构简单、精确、高效的测试装置及一个测试方法来解决黏性土干缩曲线与水
‑
土特征曲线测量精度低、耗时久的问题。
[0004]为解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：基于单个试件，通过间断蒸发试验来同时测量黏性土的干缩与水
‑
土特征曲线，具体为：将待测饱和黏性土试件放置于底座上，试件上盖有一个密封盖，试验过程中通过控制试件暴露在空气中的不同时长来实现试件的间断干缩；底座分上下两部分，上下底座中均有3个孔，孔中分别配有3个饱和并校核过的高量程张力计，黏性土试件底面与3个高量程张力计的顶面相接触；张力计底部有弹簧，弹簧使试件与高量程张力计始终保持接触，通过张力计实现试验过程中黏性土试件基质吸力的直接量测；底座下有一个可360
°
旋转的旋转台；旋转台连同上下底座、高量程张力计、黏性土试件、和密封盖放于电子秤上，通过电子秤实时记录试件在试验过程中的质量变化并根据试验结束时的最终含水率进一步反算出其在不同时刻的含水率；上底座设置有12个测量控制点，试件的侧面和顶面配有两个固定相机，试验过程中的不同时刻通过拍摄照片来实现试件三维模型的重建以及体积测量；依据体积测量结果并结合含水率与土体相对密度计算出土体孔隙率和饱和度并绘制干缩与水
‑
土特征曲线。
[0005]作为本黏性土干缩与水
‑
土特征曲线联合测定装置的一种优选技术方案，所述的高量程张力计用于实时测量土体基质吸力，量程为1.5MPa，试验开始前需饱和并校核。
[0006]作为本黏性土干缩与水
‑
土特征曲线联合测定装置的一种优选技术方案，所述的密封盖为黑色塑料盖，其内侧喷洒了防雾剂。
[0007]作为本黏性土干缩与水
‑
土特征曲线联合测定装置的一种优选技术方案，所述的底座分为上下两个部分，上底座边缘处设有45
°
坡面，坡面上布设有12个测量控制点，底座设有3个高量程张力计的安装孔，孔底有弹簧。
[0008]作为本黏性土干缩与水
‑
土特征曲线联合测定装置的一种优选技术方案，所述的待测试件呈圆柱形，其表面覆盖了一层油漆散斑。
[0009]作为本黏性土干缩与水
‑
土特征曲线联合测定装置的一种优选技术方案，系统设置、试件制备，系统组装、稳定
‑
自由蒸发循环、最终含水率测定以实现黏性土的干缩与水
‑
土特征曲线测量，具体包括以下步骤；A、系统设置，相机校核2个相机的系统参数，具体包括图像传感器物理尺寸，中心点位置、像素数，镜头焦距，和相关镜头畸变参数，饱和与校核高量程张力计，在上底座的坡面设置测量12个控制点并结合摄影测量技术建立一个三维笛卡尔坐标系；B、试件制备，制备饱和圆柱形黏性土试件(高度25mm，直径70mm)，在其顶面和360
°
侧面通过喷洒雾状油漆制作散斑；C、系统组装，将高量程张力计的感知面涂抹饱和黏土使其维持饱和状态，将其电缆穿过弹簧，从下底座的孔洞穿出并连接数据采集仪，将上底座放置于下底座上，然后将圆柱形黏性土试件安装于底座上，将底座连同试件放置于旋转台上，然后再连同旋转台一起放置于电子秤上并整体移至相机固定支架的台面，最后为黏性土试件盖上密封盖；D、稳定
‑
自由蒸发循环，待试件基质吸力达到稳定状态后，通过数据采集仪读取基质吸力值，通过电子秤测量并记录系统质量m
i
，然后移走密封盖并打开旋转台，通过两台相机拍摄试件顶面和侧面在不同旋转角度时的照片并基于照片进行体积测量，具体包括通过摄影测量软件处理分析所有的照片以得到所有的相机位置和方位角，进行摄影测量分析并结合所建立的坐标系反算出不同旋转角度拍摄时的相机位置，将临近相机位置所拍摄的照片进行配对，基于3D
‑
DIC技术分析每个相机对所拍摄的照片并生成覆盖试件侧面的二维像素点云，结合二维像素点云以及相机校核结果和对应相机位置和前方交汇技术计算出黏性土试件表面点云的三维位置，将试件顶面和侧面的点云组合在一起，然后进行三角网格划分并计算出黏性土试件的体积V
i
；式中：V
i
为试件的体积，V
ij
为试件点云所建立的三角网格中的第j个网格并结合试件底面中心点所形成的四面体的体积，n为三角网格总数，P
o
试件底面中心点位置，P
1j
，P
2j
，P
3j
为第j个网格中三个顶点的位置，为底面中心点与第j个网格的三个顶点所构成的向量。在黏性土试件自由蒸发一段试件后，为黏性土试件盖上密封盖，重复此步骤直至黏性土试件体积保持恒定；最终含水率测定：将黏性土试件从底座上取下，并称量总质量m
if
，然后用烘干法测量其干土质量m
d
，以及最终含水率w
f
；数据分析与曲线绘制：通过黏性土试件的最终质量、含水率、以及试验过程中所记录的质量变化本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种黏性土干缩与水
‑
土特征曲线联合测定装置及方法，其特征在于该装置主要包括：2个用于照片拍摄的相机及其固定支架、3个高量程张力计、上下底座、密封盖、旋转台、电子秤、数据采集设备和待测试件。2.根据权利要求1所述的黏性土干缩与水
‑
土特征曲线联合测定装置，其特征在于用于基质吸力测量的是3个高量程张力计，量程为1.5MPa。3.根据权利要求1所述的黏性土干缩与水
‑
土特征曲线联合测定装置，其特征在于用于控制试件间断蒸发过程的密封盖为黑色的，内部喷洒防起雾喷剂。4.根据权利要求1所述的黏性土干缩与水
‑
土特征曲线联合测定装置，其特征在于底座分为上下两个部分，上底座边缘处设有45
°
坡面，坡面上布设有12个测量控制点，底座设有3个高量程张力计的安装孔，孔底有弹簧。5.根据权利要求1所述的黏性土干缩与水
‑
土特征曲线联合测定装置，待测试件呈圆柱形，其特征在于表面覆盖了一层油漆制作的散斑。6.一种黏性土干缩与水
‑
土特征曲线联合测定装置及方法，其特征在于用该方法实现干缩与水
‑
土特征曲线的联合测定主要包括以下步骤：A、系统设置，相机校核2个相机的系统参数，具体包括图像传感器物理尺寸、中心点位置、像素数、镜头焦距和相关镜头畸变参数，饱和与校核高量程张力计，在上底座的坡面设置12个测量控制点并结合摄影测量技术建立一个三维笛卡尔坐标系；B、试件制备，制备饱和圆柱形黏性土试件，在其顶面和360
°
侧面通过喷洒雾状油漆制作散斑；C、系统组装，将高量程张力计的感知面涂抹饱和黏土使其维持饱和状态，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李林，胡小蝶，
申请(专利权)人：南京林业大学，
类型：发明
国别省市：