一种黄土浸水增湿后水平向变形系数测定装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种黄土浸水增湿后水平向变形系数测定装置及方法，包括带有空腔的圆柱状壳体；壳体包括顶盖、侧壁和底座，顶盖底面与底座顶面中心位置设置有圆形的台阶，壳体内放置有环状试样，环状试样内圆直径与台阶直径相同，环状试样顶底端分别设置有上透水石板和下透水石板，上透水石板和下透水石板分别位于侧壁顶底部和台阶侧壁之间，侧壁位于下透水石板位置处设置有侧壁透水孔，顶盖位于上透水石板位置处设置有顶盖注水孔，顶盖中心设置有钻孔；环状试样的环形空间内设置有水囊，壳体外设置有水压控制器，水压控制器输出端穿过钻孔与水囊连通。能够模拟深层黄土浸水增湿后水平向变形系数的测定。向变形系数的测定。向变形系数的测定。

【技术实现步骤摘要】
一种黄土浸水增湿后水平向变形系数测定装置及方法


[0001]本专利技术属于岩土工程试验领域，涉及一种黄土浸水增湿后水平向变形系数测定装置及方法。

技术介绍

[0002]湿陷性黄土是一种特殊性质的土，其土质较均匀、结构疏松、孔隙发育。在未受水浸湿时，一般强度较高，压缩性较小。当在一定压力下受水浸湿时，土体结构会迅速破坏，产生较大的变形，强度也会迅速降低。之前的学者们对黄土结构性及湿陷性进行了较为深入的研究，但是大多数研究都采用垂直试样，这对于只受竖向荷载的黄土地基基础等工程类型来说是合理和准确的，而对于受力状态较为复杂的边坡和隧道及地下结构等工程类型，黄土力学性质的各向异性可能更为重要。特别是当有地下水存在产生影响时，不同深度处的地层在水平方向和垂直方向上的湿陷性特征有着较大的差异，存在不均匀性。因此从各向异性的角度出发对黄土湿陷性的研究具有重要的意义。
[0003]依据我国《湿陷性黄土地区建筑标准》GB50025
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2018，可以通过室内压缩试验和现场试验方法进行黄土湿陷变形系数的测定。其中，室内黄土湿陷试验方法简单、操作方便，所以工程中通常被采用，但实验结果很可能产生误差；另一方面，测定黄土湿陷变形系数的现场试验方法主要通过浸水载荷试验，但在黄土湿陷性场地上进行现场浸水载荷试验，工期长，费用高，试验条件较复杂，加之测试手段的限制，较深层土体的浸水效果较差，因此只能测定地表浅部黄土地层的湿陷变形，无法获得深处地层黄土湿陷变形系数的变化规律。根据GB50025
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2018标准，我国自重湿陷性黄土的最大深度可达50m
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60m。由于直接在黄土深层处直接测量其湿陷性非常困难且工作量大，在工程中不宜大量采用，从而考虑通过间接的手段来获得深层黄土的湿陷变形系数。但是，目前缺少这种可以间接获得深层黄土湿陷变形系数的手段和方法。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种黄土浸水增湿后水平向变形系数测定装置及方法，能够模拟深层黄土浸水增湿后水平向变形系数的测定。
[0005]为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：
[0006]一种黄土浸水增湿后水平向变形系数测定装置，包括带有空腔的圆柱状壳体；
[0007]壳体包括顶盖、侧壁和底座，侧壁底部和底座顶部连接，顶盖与侧壁顶部可拆卸连接，顶盖底面与底座顶面中心位置设置有圆形的台阶，壳体内放置有环状试样，环状试样内圆直径与台阶直径相同，环状试样顶底端分别设置有上透水石板和下透水石板，上透水石板和下透水石板分别位于侧壁顶底部和台阶侧壁之间，侧壁位于下透水石板位置处设置有侧壁透水孔，顶盖位于上透水石板位置处设置有顶盖注水孔，顶盖中心设置有钻孔；
[0008]环状试样的环形空间内设置有水囊，壳体外设置有水压控制器，水压控制器输出端穿过钻孔与水囊连通。
[0009]优选的，顶盖和底座径向凸出侧壁顶底面，顶盖和底座的凸出部分采用固定螺杆连接。
[0010]优选的，顶盖包括外顶盖和内顶盖，内顶盖为圆形，钻孔设置在内顶盖上，外顶盖为环状，嵌套在内顶盖外部，外顶盖与内顶盖之间通过丁字形凹槽和接口连接，顶盖注水孔设置在外顶盖上。
[0011]优选的，需要制备环状试样时，壳体内设置有圆柱状的制样刚体，制样刚体直径与台阶的直径相同，环状试样上方由顶盖替换为制样压实器，制样压实器底部设置有与环状试样内外径相同的环状压块。
[0012]进一步，制样刚体底部中心设置有柱状凸起，底座顶面中心位置设置有凹槽定位孔。
[0013]进一步，制样刚体顶部中心设置有提手。
[0014]优选的，水压控制器与水囊之间设置有阀门。
[0015]优选的，顶盖注水孔数量为多个，沿环状试样的环形端面均匀排布。
[0016]一种所述装置的黄土浸水增湿后水平向变形系数测定方法，包括以下过程：
[0017]S1，将环状试样放置于壳体内，将壳体装配完成；
[0018]S2，水压控制器采用逐级增压的方式向水囊加压注水，记录在每级压力下，水囊膨胀至体积稳定时，水压控制器的水体积变化，进而得到水囊在每级压力下的最终体积V1；
[0019]S3，将水囊中的水排空，通过顶盖注水孔向环状试样注水，直到环状试样浸透饱和后，停止注水；
[0020]S4，重复S2，记录水囊在每级压力下的最终体积V2；
[0021]S5，通过体积V1和体积V2，绘制土体未浸水增湿状态下和土体浸水增湿状态下压力
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体积变化测试曲线，通过测试曲线计算得到土体浸水增湿状态不同压力下的水平变形系数。
[0022]优选的，水平浸水变形系数计算公式为：
[0023][0024]式中：δ
h
是浸水增湿后水平向变形系数；H是水囊的高度，W0是环状土样的径向宽度，V1是在某一级压力下，试样变形稳定后水囊的体积，V2是在某一级压力下，试样浸水变形稳定后水囊的体积。
[0025]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0026]本专利技术通过壳体放置环状试样，通过顶盖注水孔和侧壁透水孔将环状试样浸透饱和，并通过对水压控制器对水囊进行注水增压，通过测量水囊的体积变化，和水压控制器的压力变化，实现了室内测量深层土体水平向变形，得到土体增湿状态不同压力下的水平变形系数。
[0027]进一步，制样刚体和侧壁形成环状空腔，采用制样压实器压制土样为环状试样，制备环状试样完成后，取出制样刚体和制样压实器，不影响后续试验的进行。
[0028]进一步，制样刚体的柱状凸起和底座的凹槽定位孔配合，从而使得制样刚体不会偏心，避免制备的环状试样内外圆偏心。
[0029]进一步，制样刚体顶部中心设置有提手，方便使用完成后取出。
附图说明
[0030]图1为本专利技术的试验装置三维半内部示意图；
[0031]图2为本专利技术的装置结构剖视图；
[0032]图3为本专利技术的顶盖部分结构放大示意图；
[0033]图4为本专利技术的制样刚体结构示意图；
[0034]图5为本专利技术的制样压实器结构示意图；
[0035]图6为本专利技术的土体未浸水增湿状态下和土体浸水增湿状态下压力
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体积变化测试曲线图。
[0036]其中：1
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底座；2
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凹槽定位孔；3
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侧壁透水孔；4
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侧壁；5
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下透水石板；6
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环状土样；7
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上透水石板；8
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水囊；9
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内顶盖；10
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外顶盖；11
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钻孔；12
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顶盖注水孔；13
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固定螺杆；14
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水压控制器；15
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制样刚体；16
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阀门；17
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种黄土浸水增湿后水平向变形系数测定装置，其特征在于，包括带有空腔的圆柱状壳体；壳体包括顶盖、侧壁(4)和底座(1)，侧壁(4)底部和底座(1)顶部连接，顶盖与侧壁(4)顶部可拆卸连接，顶盖底面与底座(1)顶面中心位置设置有圆形的台阶，壳体内放置有环状试样(6)，环状试样(6)内圆直径与台阶直径相同，环状试样(6)顶底端分别设置有上透水石板(7)和下透水石板(5)，上透水石板(7)和下透水石板(5)分别位于侧壁(4)顶底部和台阶侧壁之间，侧壁(4)位于下透水石板(5)位置处设置有侧壁透水孔(3)，顶盖位于上透水石板(7)位置处设置有顶盖注水孔(12)，顶盖中心设置有钻孔(11)；环状试样(6)的环形空间内设置有水囊(8)，壳体外设置有水压控制器(14)，水压控制器(14)输出端穿过钻孔(11)与水囊(8)连通。2.根据权利要求1所述的黄土浸水增湿后水平向变形系数测定装置，其特征在于，顶盖和底座(1)径向凸出侧壁(4)顶底面，顶盖和底座(1)的凸出部分采用固定螺杆(13)连接。3.根据权利要求1所述的黄土浸水增湿后水平向变形系数测定装置，其特征在于，顶盖包括外顶盖(10)和内顶盖(9)，内顶盖(9)为圆形，钻孔(11)设置在内顶盖(9)上，外顶盖(10)为环状，嵌套在内顶盖(9)外部，外顶盖(10)与内顶盖(9)之间通过丁字形凹槽和接口连接，顶盖注水孔(12)设置在外顶盖(10)上。4.根据权利要求1所述的黄土浸水增湿后水平向变形系数测定装置，其特征在于，需要制备环状试样(6)时，壳体内设置有圆柱状的制样刚体(15)，制样刚体(15)直径与台阶的直径相同，环状试样(6)上方由顶盖替换为制样压实器(17)，制样压实器(17)底部设置有与环状试样(6)内外径相同的环状压块。5.根据权利要求4所述的黄土浸水增湿后水平向变形系数测定...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘鑫，兰恒星，许伟能，殷荣懿，张军，苗雪青，黄良，
申请(专利权)人：长安大学，
类型：发明
国别省市：