[發(fā)明專利]基于扁平小樣非飽和土三軸試驗(yàn)體積測量裝置及測量方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610388039.4
• 申請日: 2016-06-03
• 公開（公告）號: CN106066298B
• 公開（公告）日: 2017-06-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李彤;韓愛民;王旭東;徐洪鐘
• 申請（專利權(quán)）人: 南京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G01N15/08
• 分類號: G01N15/08
• 代理公司: 南京知識律師事務(wù)所32207
• 代理人: 陳卓

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及室內(nèi)土工實(shí)驗(yàn)測試裝置，尤其是用于研究非飽和土體的靜三軸儀，屬于巖土工程測試和非飽和土力學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備范疇。

背景技術(shù)

“土木工程”之土分為飽和土與非飽和土，百分之九十的陸地土屬于非飽和土范疇。近年來，隨著國家和地區(qū)重大工程中對土體力學(xué)特性研究的要求越來越高，要求室內(nèi)土工實(shí)驗(yàn)條件與實(shí)際工程條件一致，針對非飽和土的力學(xué)特性室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究乃大勢所趨。在上個(gè)世紀(jì)九十年代前，設(shè)備研制技術(shù)還無法實(shí)現(xiàn)非飽和力學(xué)測試，而21世紀(jì)以來，國際上已開始研制和推廣非飽和土力學(xué)特性實(shí)驗(yàn)設(shè)備。

作為研究非飽和土工程性質(zhì)的有力工具之一，土水特征曲線是描述非飽和土中吸力與飽和度或體積含水量之間關(guān)系的曲線。它能夠反映非飽和土的眾多性質(zhì)，如滲透性、體變、強(qiáng)度、應(yīng)力狀態(tài)等。同時(shí)，作為解釋非飽和土行為的一項(xiàng)基本本構(gòu)關(guān)系，土水特征曲線是將理論、試驗(yàn)及預(yù)測方法有機(jī)結(jié)合的重要關(guān)系之一，也是構(gòu)筑非飽和土各種重要關(guān)系的基礎(chǔ)，因此，通過土水特征曲線研究非飽和土的相關(guān)性質(zhì)具有重要的意義。

目前常用的土水特征曲線量測方法，如壓力板儀法、熱敏傳感器法、蒸汽平衡法、滲析法及濾紙法的原理是量測極限應(yīng)力狀態(tài)下試樣的土水特征曲線，未考慮土體變形、應(yīng)力狀態(tài)對土水特征曲線的影響；而天然狀態(tài)下的非飽和下蜀土通常處于非極限應(yīng)力狀態(tài)，且非飽和土的體積變化與持水特性存在力－水耦合效應(yīng)，其力學(xué)與水力學(xué)行為同時(shí)發(fā)生且相互影響，導(dǎo)致上述量測方法在研究原狀下蜀土的土水特征曲線時(shí)存在局限。非飽和土固結(jié)儀可以控制試樣中的豎向應(yīng)力，但無法測得試樣中的徑向應(yīng)力；應(yīng)力式體積壓力板儀與非飽和土三軸儀雖然可以精確控制試樣的應(yīng)力狀態(tài)并量測試樣體變，但完整試樣體積較大，試驗(yàn)用時(shí)較長。所以，通過降低三軸試樣的高度，可以在精確量測試樣的應(yīng)力狀態(tài)及體變的同時(shí)，有效縮短試驗(yàn)時(shí)間。

在現(xiàn)有的動靜三軸儀體積量測方面，均采用了外體變間接量測法，即量測實(shí)驗(yàn)過程中三軸壓力室內(nèi)水體積的變化來表示土體的體變，根據(jù)試樣初始體積推算不同時(shí)刻試樣體積。此方法的缺陷是把壓力室看成絕對剛性結(jié)構(gòu)，在施加圍壓時(shí)其體積不變。然而，在通常采用的壓力室材料為有機(jī)玻璃的條件下，是根本不可能實(shí)現(xiàn)上述要求的。采用外體變量測法，用有機(jī)玻璃作為壓力室材料時(shí)，為保證測量結(jié)果更準(zhǔn)確，通常在實(shí)驗(yàn)前標(biāo)定固定壓力下壓力室的體積變化，然后對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的體變值進(jìn)行修正。顯然標(biāo)定的過程顯得繁瑣且不一定準(zhǔn)確，因此有必要開發(fā)基于扁平小樣非飽和土三軸試驗(yàn)體積測量裝置。

近年來，除原有高校與科研單位因?yàn)榭v向科研項(xiàng)目對非飽和三軸儀等非飽和土工設(shè)備的需求外，水利、電力、地質(zhì)、石油、山地災(zāi)害、礦山、鐵道、海洋等巖土工程勘察、設(shè)計(jì)與施工單位需求急速增大，主要用于重大工程設(shè)計(jì)與施工。基于扁平小樣非飽和土三軸試驗(yàn)體積測量裝置的應(yīng)用，可滿足工程與科研界對科研儀器的需要，具有實(shí)驗(yàn)原理合理、實(shí)驗(yàn)測試精度高、試驗(yàn)用時(shí)較短、技術(shù)可行的優(yōu)點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：本發(fā)明旨在提供一種簡便實(shí)用、量測結(jié)果準(zhǔn)確的非飽和土體積測量裝置，以解決上述問題。

技術(shù)方案：基于扁平小樣非飽和土三軸試驗(yàn)體積測量裝置，包括高進(jìn)氣值陶土板底座，支撐柱，水平橫向透明刻度尺，水平縱向透明刻度尺，橫向鋼針，縱向鋼針，豎向透明刻度尺，試樣，透水石，陶土板，氣壓控制器插管，反壓控制器插管，試樣帽，橡膠膜，橡膠圈；其中：高進(jìn)氣值陶土板底座呈凸臺型結(jié)構(gòu)，其上部有圓形凹槽內(nèi)置圓形陶土板，高進(jìn)氣值陶土板底座內(nèi)部有圓柱形空腔，用于插置反壓控制器插管；試樣是自制成品圓柱形非飽和土試樣，放置于陶土板上，試樣的直徑與高進(jìn)氣值陶土板底座頂面相當(dāng)；試樣帽為圓柱形安裝在透水石上，其直徑與透水石相當(dāng)，試樣帽上有一圓孔用于插置氣壓控制器插管；橡膠膜分別將試樣帽、透水石、試樣、高進(jìn)氣值陶土板底座含陶土板的一段作為整體包裹住，再用橡膠圈將橡皮膜位于試樣帽及陶土板高進(jìn)氣值陶土板底座部分扎緊，目的是防止壓力室罩內(nèi)圍壓水的進(jìn)入；橫向鋼針和縱向鋼針各一對設(shè)置在試樣高度范圍內(nèi)橡膠膜的外側(cè)，橫向鋼針和縱向鋼針均與試樣頂面及底面平行，鋼針的中點(diǎn)固定在橡膠膜的外側(cè)；橫向鋼針和縱向鋼針是異面垂直的關(guān)系；高進(jìn)氣值陶土板底座的臺階上設(shè)置支撐柱，用于粘接水平橫向透明刻度尺、水平縱向透明刻度尺及豎向透明刻度尺；水平橫向透明刻度尺的個(gè)數(shù)為兩個(gè)在同一水平面且平行，水平縱向透明刻度尺的個(gè)數(shù)為兩個(gè)在同一水平面且平行，豎向透明刻度尺的個(gè)數(shù)為一個(gè)；設(shè)置水平橫向透明刻度尺時(shí)要與縱向鋼針垂直，設(shè)置水平縱向透明刻度尺時(shí)要與橫向鋼針垂直。