一种气压加载型非饱和土一维固结装置及试验方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种气压加载型非饱和土一维固结装置及试验方法，包括用于放置土体样本的试样容器，在试样容器的底部安装加载装置，加载装置沿着中轴线方向由试样容器底部施加压力，施加的压力通过向加载装置内注入可以调节的气体形成，且加载装置施加的压力能够放大试样容器承受的压力；还包括测量装置，其通过加载装置相对试样容器开口设置，用于记录土体样本实时受到的外部载荷以及竖向变形；本发明专利技术实现试样在高应力下的一维固结，可以进行高应力水平下颗粒材料的颗粒破碎试验，在试样容器内靠近底部位置安装饱和度控制装置，能够控制试样容器内饱和度，实现对试样饱和度的控制，可以进行非饱和土的一维固结试验。以进行非饱和土的一维固结试验。以进行非饱和土的一维固结试验。

【技术实现步骤摘要】
一种气压加载型非饱和土一维固结装置及试验方法


[0001]本专利技术涉及一种气压加载型非饱和土一维固结装置及试验方法，属于岩土工程室内土工试验


技术介绍

[0002]土石坝因其材料选择简便、结构简单、成本低、能适应地形地质等特点，是水电工程中应用最广泛的大坝。由于工程建设的需要，近些年来世界各地建造了越来越多的高土石坝，随着坝高的增加，大坝工程的主要材料堆石受到显著的应力。因此，高土石坝堆石场的颗粒破碎率明显增加，颗粒破碎的发生会直接改变堆石结构，改变土体的抗剪强度。室内固结试验是研究土体力学性质的重要途经之一，
[0003]目前较为常用的固结试验仪有杠杆式固结仪和气压式固结仪。杠杆式固结仪采用杠杆加荷的原理，用砝码通过杠杆加压，其优点在于加荷直观，稳定性良好，但是该固结仪自动化程度低，需要人工搬动砝码，劳动强度大；加砝码的过程中会产生冲击力，对试验结果有一定影响。传统气压式固结仪的加载上限较低，加载应力达不到颗粒的破坏强度，无法研究颗粒破碎对土体内部性质的影响，并且不能进行非饱和土的固结试验。
[0004]因此，亟需设计一种固结装置，无需人工操作，即可对试样施加较高的固结应力，从而进行高应力水平下颗粒材料的颗粒破碎试验，并且配备陶土板控制试样的饱和度，进行非饱和土的一维固结试验。

技术实现思路

[0005]为了解决
技术介绍
中指出的问题，本专利技术提供一种气压加载型非饱和土一维固结装置及试验方法。
[0006]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0007]一种气压加载型非饱和土一维固结装置，包括用于放置土体样本的试样容器，在试样容器的底部安装加载装置，加载装置沿着中轴线方向由试样容器底部施加压力，施加的压力通过向加载装置内注入可以调节的气体形成，且加载装置施加的压力能够放大试样容器承受的压力；
[0008]在试样容器内靠近底部位置安装饱和度控制装置，能够控制试样容器内饱和度；
[0009]还包括测量装置，其通过加载装置相对试样容器开口设置，用于记录土体样本实时受到的外部载荷以及竖向变形；
[0010]作为本专利技术的进一步优选，所述试样容器包括试样筒，试样筒的开口端覆设试样筒盖，在试样筒靠近开口的位置设置上透水板，试样筒靠近底部的位置设置下透水板，在下透水板的底部设置饱和度控制装置；
[0011]试样筒的底面开设透水孔，BSP管穿设在试样筒底部与透水孔连通；
[0012]当加载装置向试样容器底部施加压力时，试样容器沿着中轴线方向向试样筒盖方向移动，上透水板沿着中轴线方向向试样筒盖反方向移动，对试样筒内的土体样本产生荷
载；
[0013]作为本专利技术的进一步优选，所述加载装置包括反力架，反力架的底部安装底板，底板表面布设气缸，气缸内安装能够沿着中轴线方向进行上下移动的活塞，在活塞表面布设试样筒；
[0014]在反力架的顶部中心位置朝向试样筒开口方向安装上凸台，上凸台的底部通过测量装置的力传感器连接下凸台，下凸台的底端穿设试样筒盖能够与上透水板表面接触；
[0015]作为本专利技术的进一步优选，所述测量装置还包括位移传感器，位移传感器的一端与反力架固定，位移传感器的测量端抵在试样筒盖表面；
[0016]作为本专利技术的进一步优选，所述位移传感器采用数显高度计电子深度规百分表测量仪，带数据接口，可连接电脑；
[0017]作为本专利技术的进一步优选，所述饱和度控制装置为陶土板，在陶土板的外部套设钢圈；
[0018]作为本专利技术的进一步优选，在试样筒底部的内圆周壁上开设若干螺纹孔，陶土板的外圆周壁上同样开设若干螺纹孔，螺栓穿设试样筒底部的螺纹孔以及陶土板的螺纹孔，将陶土板固定在试样筒内；
[0019]基于所述气压加载型非饱和土一维固结装置的试验方法，具体包括以下步骤：
[0020]步骤S1：在试样筒筒底设置包裹钢圈的陶土板，在陶土板的表面放置下透水板，下透水板的表面铺设滤纸，随后将土体样本装入试样筒内，在土体样本的顶部再铺设一层滤纸，滤纸上盖设上透水板，最后在试样筒开口端覆设试样筒盖；
[0021]步骤S2：将底板置于反力架上，气缸布设在底板表面，在底板与气缸之间垫设橡皮圈，将步骤S1中的试样筒放置在气缸的活塞上，下凸台对准试样筒盖的中心；将BSP管安装在试样筒底部与透水孔连通；
[0022]步骤S3：打开气缸的充气阀门，向气缸内充气，活塞推动试样筒向下凸台方向移动，当下凸台接触到试样筒的上透水板时停止关闭充气阀门，停止充气；
[0023]步骤S4：调整位移传感器，将位移传感器测量端的探头贴设在试样筒盖上，同时将力传感器和位移传感器与电脑连通；
[0024]步骤S5：将力传感器和位移传感器清零，重新打开充气阀门，向气缸内充气，气缸内气压增加，活塞推动试样筒向下凸台方向移动，此时上透水板相对试样筒发生位移，对试样筒内的土体样本压缩，同时打开BSP管上的排水阀门，土体样本在压缩过程中液体通过BSP管排出，力传感器和位移传感器全程监控土体样本的固结应力和竖向变形，直至稳定。
[0025]通过以上技术方案，相对于现有技术，本专利技术具有以下有益效果：
[0026]1、本专利技术提供的气压加载型非饱和土一维固结装置，采用自动化操作模式，通过逐渐增加气缸内部气压对土体样本稳步施加竖向荷载，避免了人为加砝码过程中产生的不稳定冲击力对试验结果的影响；
[0027]2、本专利技术提供的气压加载型非饱和土一维固结装置，气体注入横截面积较大的气缸中，可以放大试样筒所受的压力(压强)，从而可以对试样施加较高的固结应力，弥补了采用砝码加载的传统固结仪最大固结应力低于2MPa的不足；
[0028]3、本专利技术提供的气压加载型非饱和土一维固结装置，配备透水孔与陶土板，实现对试样饱和度的控制，可以进行非饱和土的一维固结试验；
[0029]4、本专利技术提供的气压加载型非饱和土一维固结装置，采用框架结构，体积小，重量轻，便于现场使用，且试验过程中全程电脑控制，操作简单，无需人工干预操作。
附图说明
[0030]下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。
[0031]图1是本专利技术提供的优选实施例的整体示意图；
[0032]图2是本专利技术提供的优选实施例中试样筒剖面图；
[0033]图3是本专利技术提供的优选实施例中试样筒俯视图；
[0034]图4是本专利技术提供的优选实施例中活塞剖视图；
[0035]图5是本专利技术提供的优选实施例中气缸剖视图；
[0036]图6是本专利技术提供的优选实施例中气缸俯视图；
[0037]图7是本专利技术提供的优选实施例中底板剖视图；
[0038]图8是本专利技术提供的优选实施例中底板俯视图。
[0039]图中：1为反力架，2为底板，3为气缸，4为活塞，5、13均为BSP管，6为钢圈，7为透水孔，8为陶土板，9为下透水板，10为试样筒，11为上透水板，12试样筒盖，14为下凸台，15为位移传感器，16为力本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种气压加载型非饱和土一维固结装置，其特征在于：包括用于放置土体样本的试样容器，在试样容器的底部安装加载装置， 加载装置沿着中轴线方向由试样容器底部施加压力，施加的压力通过向加载装置内注入可以调节的气体形成，且加载装置施加的压力能够放大试样容器承受的压力；在试样容器内靠近底部位置安装饱和度控制装置，能够控制试样容器内饱和度；还包括测量装置，其通过加载装置相对试样容器开口设置，用于记录土体样本实时受到的外部载荷以及竖向变形。2.根据权利要求1所述的气压加载型非饱和土一维固结装置，其特征在于：所述试样容器包括试样筒（10），试样筒（10）的开口端覆设试样筒盖（12），在试样筒（10）靠近开口的位置设置上透水板（11），试样筒（10）靠近底部的位置设置下透水板（9），在下透水板（9）的底部设置饱和度控制装置；试样筒（10）的底面开设透水孔（7），BSP管穿设在试样筒（10）底部与透水孔（7）连通；当加载装置向试样容器底部施加压力时，试样容器沿着中轴线方向向试样筒盖（12）方向移动，上透水板（11）沿着中轴线方向向试样筒盖（12）反方向移动，对试样筒（10）内的土体样本产生荷载。3.根据权利要求2所述的气压加载型非饱和土一维固结装置，其特征在于：所述加载装置包括反力架（1），反力架（1）的底部安装底板（2），底板（2）表面布设气缸（3），气缸（3）内安装能够沿着中轴线方向进行上下移动的活塞（4），在活塞（4）表面布设试样筒（10）；在反力架（1）的顶部中心位置朝向试样筒（10）开口方向安装上凸台（17），上凸台（17）的底部通过测量装置的力传感器（16）连接下凸台（14），下凸台（14）的底端穿设试样筒盖（12）能够与上透水板（11）表面接触。4.根据权利要求3所述的气压加载型非饱和土一维固结装置，其特征在于：所述测量装置还包括位移传感器（15），位移传感器（15）的一端与反力架（1）固定，位移传感器（15）的测量端抵在试样筒盖（12）表面。5.根据权利要求4所述的气压加载型非饱和土一维固结装置，其特征在于：所述位移传感器（15）采用数显高度计电子深度规百分表测量仪，带数据接口，可连接电脑。6.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：石修松，徐进，卞夏，曾逸文，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：