一种非饱和土的水-力特性试验装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种非饱和土的水

【技术实现步骤摘要】
一种非饱和土的水
‑
力特性试验装置


[0001]本专利技术涉及土样测试
，特别涉及一种非饱和土的水
‑
力特性试验装置。

技术介绍

[0002]非饱和土是指土中孔隙并非全部由水填充，而是由空气和水共同填充的一类土，即非饱和土是由固相(土壤颗粒)、液相(土壤水)和气相(土壤所含气体)三相构成的土体。土木工程中的地基或路基绝大多数都是非饱和土，在土木工程的抗沉降设计、施工和维护中，必须获得非饱和土的水力学特性，水力学特性映射了土体内部的流动特性和变形规律，以保证非饱和土的压缩或沉降在安全限度内。水力学特性通常通过渗水系数、渗气系数、土壤水分张力系数、侧限强度和压缩模量等参数来表达。通常地，在进行土木工程之前，需要通过渗气试验、渗水试验、基质吸力试验和侧限压缩试验等多种试验来检测非饱和土的水力学特性，以保证土木工程的建设质量。
[0003]现有的非饱和土试验设备中存在如下问题：
[0004](1)现有的非饱和土试验设备的结构单一且功能局限，尚未有试验装置能够同时应用渗气试验、渗水试验、基质吸力测量试验或侧限压缩试验这四种试验。当需要进行渗气试验、渗水试验、基质吸力测量试验和侧限压缩试验时，通常需要先后采用与试验相对应的试验装置来完成试验，这导致测试成本的提高和操作步骤的繁琐；
[0005](2)通常地，试验时所选取的试验土样是四个，采用这四个土样分别进行渗气试验、渗水试验、基质吸力测量试验和侧限压缩试验；或者，基于一个土样先进行渗透试验，后再转移到时域反射法测试仪器中进行基质吸力测量，最后再转移到非饱和土侧限压缩仪来完成压缩试验。采用前者方法时，这四个试验土样的特性难以保持一致，会增大试验误差。而采用后者方法时，在土样转移的过程中，试验土样的特性会出现变化，导致试验结果的误差较大，可信度低，无法为土木工程提供可靠良好的试验数据；
[0006](3)侧限压缩试验通常通过侧限压缩仪来完成，现有的非饱和土侧限压缩仪和渗透试验装置在进行试验土样的压缩特性和渗透特性的测量时，并不能同步地测量出非饱和土的吸力特性，即液相和固相的作用力。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是提供一种非饱和土的水
‑
力特性试验装置，以解决现有技术中所存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。
[0008]本专利技术解决其技术问题的解决方案是：提供一种非饱和土的水
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力特性试验装置，包括：气液加压单元、土样量测单元、γ射线测控单元和上位机；其中：
[0009]所述气液加压单元包括：储气罐、气体流量计、第一三通件、第二三通件、着色液瓶和增压气泵，所述储气罐的输出口通过所述气体流量计与所述第一三通件的第一端连接，所述第一三通件的第二端与所述第二三通件的第一端连接，所述第二三通件的第二端与所述着色液瓶的输入管连接，所述着色液瓶的输出管与所述增压气泵的输出口连接；
[0010]所述土样量测单元包括：量测支架、加压杆、置样器、位移计、量力环、液压器和烧杯，所述量测支架的底部安装有放置平台，所述放置平台上放置所述置样器，所述置样器用于放置待测土样，所述置样器和所述量测支架均垂直放置，所述量测支架的顶部安装有受压板和限位板；所述置样器的第一侧通过第一橡胶管与所述第一三通件的第三端连接，所述第一橡胶管上设置有刻度尺，所述置样器的第二侧通过第三橡胶管与所述烧杯连接；所述加压杆的一端与所述置样器的第一侧固定，所述加压杆的另一端与所述量力环接触，所述量力环与所述限位板相抵，所述位移仪与所述加压杆的另一端连接，所述限位板远离所述量力环的一侧与所述受压板连接，所述受压板远离所述限位板的一侧与所述液压器接触；
[0011]其中，用于连接所述第二三通件和所述着色液瓶的橡胶管上设有第一止水阀；所述第二三通件的第三端用于通过第二橡胶管与空气接触，所述第二橡胶管上设有第二止水阀；用于连接所述第一三通件和所述气体流量计的橡胶管上设有第三止水阀；所述第三橡胶管上设有第四止水阀；
[0012]所述γ射线测控单元包括：γ射线发射器、测控支架结构、测控仪、能谱探头和自动定标器，所述土样量测单元位于所述测控支架结构内，所述γ射线发射器、所述能谱探头和所述置样器的中心位于同一水平面，所述测控仪、所述自动定标器、所述γ射线发射器和所述能谱探头均设置在所述测控支架结构上，所述自动定标器分别与所述γ射线发射器和所述能谱探头连接；所述γ射线发射器用于向所述待测土样发射γ射线，所述能谱探头用于检测所述γ射线的强度，所述自动定标器用于测定预设时间段内所述γ射线的强度变化率并通过所述测控仪发送给所述上位机；
[0013]所述上位机包括：张力计、高速相机、气压传感器和数据处理模块，所述气压传感器与所述置样器的第三侧连接，所述张力计与所述置样器的第四侧连接，所述数据处理模块分别与所述测控仪、所述张力计、所述高速相机和所述气压传感器连接，所述置样器位于所述高速相机的视野中部，所述高速相机用于拍摄所述待测土样的表面变化图像；
[0014]其中，所述置样器的第一侧和其第二侧为相对侧，所述置样器的第一侧、第二侧均位于水平平面；所述置样器的第三侧和其第四侧为相对侧，所述置样器的第三侧、第四侧均位于垂直平面；
[0015]其中，所述数据处理模块用于根据所述张力计、所述气压传感器和所述气体流量计检测到的信息、所述表面变化图像和所述γ射线的强度变化率，测定所述待测土样的水力学特性参数；所述水力学特性参数至少包括渗水特性参数、渗气特性参数、吸力特性参数和压缩特性参数。
[0016]本专利技术的有益效果是：提供一种非饱和土的水
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力特性试验装置，巧妙地集成了渗水试验、渗气试验、基质吸力测量试验和侧限压缩试验的结构，能够同时应用于上述四种试验，克服了现有技术中针对每种试验都需要采用不同的试验装置来完成缺陷；本专利技术在进行上述四种试验时无需更换试样土壤，只需要制作一个试样土壤，即可原位性的完成土壤的渗透试验、基质吸力测量实验和侧限压缩试验，能够大幅度地降低试验测试成本，操作简单且方便，且提高试验的测试精度，具有高可用性。
附图说明
[0017]图1为本申请实施例提供的水
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力特性试验装置的试验装置的结构示意图；
[0018]图2为图1中A部分的放大图；
[0019]图3为本申请实施例提供的γ射线测控单元的结构示意图；
[0020]图4为本申请实施例提供的置样器的爆炸图。
具体实施方式
[0021]为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
[0022]下面结合说明书附图和具体的实施例对本申请进行进一步的说明。所描述的实施例不应视为对本申请的限制，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
[0023本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种非饱和土的水
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力特性试验装置，其特征在于，包括：气液加压单元、土样量测单元、γ射线测控单元和上位机；其中：所述气液加压单元包括：储气罐、气体流量计、第一三通件、第二三通件、着色液瓶和增压气泵，所述储气罐的输出口通过所述气体流量计与所述第一三通件的第一端连接，所述第一三通件的第二端与所述第二三通件的第一端连接，所述第二三通件的第二端与所述着色液瓶的输入管连接，所述着色液瓶的输出管与所述增压气泵的输出口连接；所述土样量测单元包括：量测支架、加压杆、置样器、位移计、量力环、液压器和烧杯，所述量测支架的底部安装有放置平台，所述放置平台上放置所述置样器，所述置样器用于放置待测土样，所述置样器和所述量测支架均垂直放置，所述量测支架的顶部安装有受压板和限位板；所述置样器的第一侧通过第一橡胶管与所述第一三通件的第三端连接，所述第一橡胶管上设置有刻度尺，所述置样器的第二侧通过第三橡胶管与所述烧杯连接；所述加压杆的一端与所述置样器的第一侧固定，所述加压杆的另一端与所述量力环接触，所述量力环与所述限位板相抵，所述位移仪与所述加压杆的另一端连接，所述限位板远离所述量力环的一侧与所述受压板连接，所述受压板远离所述限位板的一侧与所述液压器接触；其中，用于连接所述第二三通件和所述着色液瓶的橡胶管上设有第一止水阀；所述第二三通件的第三端用于通过第二橡胶管与空气接触，所述第二橡胶管上设有第二止水阀；用于连接所述第一三通件和所述气体流量计的橡胶管上设有第三止水阀；所述第三橡胶管上设有第四止水阀；所述γ射线测控单元包括：γ射线发射器、测控支架结构、测控仪、能谱探头和自动定标器，所述土样量测单元位于所述测控支架结构内，所述γ射线发射器、所述能谱探头和所述置样器的中心位于同一水平面，所述测控仪、所述自动定标器、所述γ射线发射器和所述能谱探头均设置在所述测控支架结构上，所述自动定标器分别与所述γ射线发射器和所述能谱探头连接；所述γ射线发射器用于向所述待测土样发射γ射线，所述能谱探头用于检测所述γ射线的强度，所述自动定标器用于测定预设时间段内所述γ射线的强度变化率并通过所述测控仪发送给所述上位机；所述上位机包括：张力计、高速相机、气压传感器和数据处理模块，所述气压传感器与所述置样器的第三侧连接，所述张力计与所述置样器的第四侧连接，所述数据处理模块分别与所述测控仪、所述张力计、所述高速相机和所述气压传感器连接，所述置样器位于所述高速相机的视野中部，所述高速相机用于摄录所述待测土样的表面变化图像；其中，所述置样器的第一侧和其第二侧为相对侧，所述置样器的第一侧、第二侧均位于水平平面；所述置样器的第三侧和其第四侧为相对侧，所述置样器的第三侧、第四侧均位于垂直平面；其中，所述数据处理模块用于根据所述张力计、所述气压传感器和所述气体流量计检测到的信息、所述表面变化图像和所述γ射线的强度变化率，测定所述待测土样的水力学特性参数；所述水力学特性参数至少包括渗水特性参数、渗气特性参数、吸力特性参数和压缩特性参数。2.根据权利要求1所述的一种非饱和土的水
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力特性试验装置，其特征在于，所述气液加压单元还包括：调压阀和湿气瓶，所述储气罐的输出口与所述调压阀的一端连接，所述调压阀的另一端与所述湿气瓶的输入管连接，所述湿气瓶的输出管与所述气体流量计的一端
连接，所述湿气瓶存储有蒸馏水。3.根据权利要求2所述的一种非饱和土的水
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力特性试验装置，其特征在于，所述气液加压单元中，所述储气罐、所述调压阀、所述湿气瓶、所述气体流量计、所述第一三通件、所述第二三通件、所述着色液瓶和所述增压气泵之间均通过橡胶管连接。4.根据权利要求1所述的一种非饱和土的水
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力特性试验装置，其特征在于，所述储气罐包括二氧化碳储气罐或者氮气储气罐中的任一种。5.根据权利要求1所述的一种非饱和土的水
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力特性试验装置，其特征在于，所述土样量测单元还包括恒温水浴加热器，所述恒温水浴加热器的进水口通过第四橡胶管与所述置样器的第四侧连接，所述恒温水浴加热器的出水口通过第五橡胶管与所述置样器的第四侧连接，所述第四橡胶管上设置有第五止水阀，所述第五橡胶管上设置有第六止水阀。6.根据权利要求5所述的一种非饱和土的水
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力特性试验装置，其特征在于，所述置样器包括：亚克力置样板、恒温底板和表面盖板，所述亚克力置样板的底面通过粘结剂与所述恒温底板固定连接，所述恒温底板的中央开设有水槽，所述亚克力置样板的表面通过粘结剂与所述表面盖板固定，所述表面盖板上设置有呈均匀分布的网格，其中，所述粘结剂为透明双面密封胶带；所述亚克力置样板的中央开有放置槽，所述放置槽用于放置所述待测土样，所述放置槽接近...

【专利技术属性】
技术研发人员：温天德，罗荫威，曾立峰，何闯，
申请(专利权)人：汕头大学，
类型：发明
国别省市：