[發(fā)明專利]土工材料體積變化測試儀及測試方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410264737.4
• 申請日: 2014-06-13
• 公開（公告）號: CN104007135A
• 公開（公告）日: 2014-08-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 許勐;張鋒;王東升;荊儒鑫
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G01N25/16
• 分類號: G01N25/16
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標(biāo)事務(wù)所 23109
• 代理人: 牟永林

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種土木工程中材料體積變化的測試裝置及測試方法，具體涉及一種土工材料體積變化測試儀及測試方法。

背景技術(shù)

目前，土工材料如土、混凝土等材料的體積測定多是通過對其尺寸的測試，進(jìn)而計算得到體積變化，這種測試方法在常規(guī)的小尺寸試件條件下，測試精度并不是很高。然而這些材料隨溫度變化造成的體積變化往往是一些科學(xué)問題的關(guān)鍵。此外，尤其是對于有一定含水量的土工材料，如土，在凍脹情況下的體積變化情況，在工程中往往會造成較大的問題，而這方面的儀器及試驗方法還很缺乏。因此，有效評價土工材料體積變化的儀器及測試方法具有不小的需求。行業(yè)內(nèi)有類似的試驗儀器，一些三軸試驗機(jī)本身附帶了體積變化儀，是在表征壓力作用下三軸試件體積變化情況，是短時間的測試，且不能實現(xiàn)不同溫度下體積變化的測定。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為解決現(xiàn)有試驗儀器不能測定較高精度下各種土工材料在不同溫度下體積變化情況的問題，而提供一種土工材料體積變化測試儀及測試方法。

本發(fā)明的土工材料體積變化測試儀包括底座、密封橡膠圈、上蓋、密封螺絲、塑料管、刻度玻璃管、探針溫度計和固定架，底座由凸臺和底板組成，凸臺設(shè)置在底板上端面的中心處，凸臺與底板制成一體，上蓋為桶狀，上蓋的下端面中心孔邊緣設(shè)有環(huán)形凹槽，密封橡膠圈設(shè)置在環(huán)形凹槽中，上蓋扣合在底座上，上蓋的頂端設(shè)有進(jìn)排氣孔，密封螺絲與進(jìn)排氣孔螺紋連接，探針溫度計的一端設(shè)置在上蓋內(nèi)，探針溫度計的另一端設(shè)置在上蓋外面，塑料管位于上蓋的上端面上且與腔體連通，刻度玻璃管與塑料管連通，支架固定在上蓋上，刻度玻璃管固定在支架上。

本發(fā)明的土工材料體積變化測試方法：

方法一：土工材料體積變化測試方法是通過以下步驟實現(xiàn)的：

步驟一、制備土工材料試件：將土工試件制成圓柱形；

步驟二、計算土工試件測試前的體積：根據(jù)土工試件直徑和高度計算土工試件的體積，還可采用蠟封排水法測得土工試件的體積，將兩種方式獲得的體積記為V₀；

步驟三、安裝土工試件：將土工試件放置在凸臺上，擋塊放置在土工試件的上端面上，用防水橡膠模將擋塊、土工試件和凸臺的圓柱面完全包裹，采用皮筋將防水橡膠模與擋塊固定，采用皮筋將防水橡膠模與凸臺固定，蓋上上蓋；

步驟四、向腔體內(nèi)注入液體：打開密封螺絲，從進(jìn)排氣孔或刻度玻璃管向腔體內(nèi)注入液體至液面升到進(jìn)排氣孔處，將密封螺絲封堵進(jìn)排氣孔；

步驟五、在初始溫度環(huán)境中測量土工試件的溫度：將土工材料體積變化測試儀放置于控溫箱中，將控溫箱設(shè)定一個初始溫度，初始溫度在-40℃～50℃之間，待探針溫度計顯示的溫度與初始溫度相同時，等待30分鐘后，繼續(xù)從刻度玻璃管注入液體，直到液面上升到0刻線，讀取此時的探針溫度計的顯示初始溫度數(shù)為T₀；

步驟六、在測量溫度環(huán)境中測量土工試件5的溫度：調(diào)節(jié)控溫箱的溫度為設(shè)定的一個測量溫度，測量溫度在-40℃～50℃之間，測量溫度不能與初始溫度相同，待探針溫度計顯示的溫度與測量溫度相同時，讀取探針溫度計的顯示的測量溫度數(shù)為T₁，并在刻度玻璃管上讀取液面所在位置的刻度數(shù)為△V；

步驟七、測量標(biāo)定試件的初始溫度、測量溫度、刻度數(shù)：采用與土工試件等體積的鑄鐵材料作為標(biāo)定試件，重復(fù)上述步驟一至步驟六，記錄標(biāo)定試件的初始溫度數(shù)為T₀＇、記錄標(biāo)定試件的測量溫度數(shù)為Ｔ₁＇、記錄標(biāo)定試件的刻度數(shù)為△V'；

步驟八、計算土工試件5的體積變化量△V_t：

△V_t＝△V-△V'

△V_t＝△V-△V'消除了液體體積變化的實驗誤差；

步驟九、計算土工試件的體積膨脹系數(shù)λ：

式中V₀為土工試件的體積，

膨脹系數(shù)λ反映了土工材料的體積隨溫度變化的敏感性。

方法二：土工材料體積變化測試方法是通過以下步驟實現(xiàn)的：

步驟一、制備土工材料試件：將土工試件制成圓柱形；

步驟二、計算土工試件測試前的體積：根據(jù)土工試件直徑和高度計算土工試件的體積，還可采用蠟封排水法測得土工試件的體積，將兩種方式獲得的體積記為V_s0；

步驟三、安裝土工試件：將土工試件放置在凸臺上，擋塊放置在土工試件的上端面上，用防水橡膠模將擋塊、土工試件和凸臺的圓柱面完全包裹，采用皮筋將防水橡膠模與擋塊固定，采用皮筋將防水橡膠模與凸臺固定，蓋上上蓋；