[發明專利]一種測量土體固結性能和膨脹力的裝置

有效

• 申請號: 201710367502.1
• 申請日: 2017-05-23
• 公開（公告）號: CN107422097B
• 公開（公告）日: 2023-09-12
• 發明（設計）人: 盧有謙;蔡國慶;趙成剛
• 申請（專利權）人: 北京交通大學
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24;G01L5/00
• 代理公司: 北京市商泰律師事務所 11255
• 代理人: 黃曉軍

1.一種測量土體固結性能和膨脹力的方法，其特征在于：包括支架、加載組件、土壤膨脹儀、量力環、智能終端，支架上端可拆卸連接有一橫梁，橫梁的中部豎直設有一螺孔；

加載組件包括伺服電機，伺服電機固定設置于橫梁上，伺服電機傳動連接有一螺桿，螺桿設于螺孔內；螺桿的底端連接量力環，土壤膨脹儀設于量力環的測量表測量頭的正下方；

待測量土體置于土壤膨脹儀的內部，量力環的測量表和土壤膨脹儀的位移表均連接智能終端的輸入端，伺服電機連接智能終端的輸出端；

支架的底部可拆卸連接有底座，土壤膨脹儀設于底座上；

土壤膨脹儀包括水槽，水槽內底部通過壓板固定設置有下透水石，下透水石上設置有環刀，環刀內部設有上透水石，上透水石上端面蓋設有頂蓋，位移表設于頂蓋的上方；待測量土體置于上透水石和下透水石之間，待測量土體位于環刀內部；

底座上還設有一表架，土壤膨脹儀的位移表設于表架上；

表架為開關式萬向強磁力表架；

環刀和所述頂蓋均由304不銹鋼材料制成，環刀的直徑為61.8mm，高為20mm，

測量表和位移表均為數顯百分表，測量表和位移表均與智能終端通過數據線連接；

測量表的測量頭位于頂蓋上表面中心位置；

測量待測量土體的固結性能時，每當測量表的讀數改變0.01mm，智能終端控制伺服電機帶動螺桿向下移動，使測量表的讀數恢復到改變前的讀數；

測量待測量土體的膨脹力時，每當位移表的讀數改變0.01mm，智能終端控制伺服電機帶動螺桿向下移動，提供與膨脹力大小相等、方向相反的荷載壓力，使位移表的讀數恢復到改變前的讀數，

待測量的土體置于土壤膨脹儀的內部，

在環刀內壁均勻涂抹一薄層凡士林，切取土樣，將上下兩面修理平整，制成高度為20mm的試樣，并稱取環刀和土樣的質量，

土樣經過抽氣飽和處理，將試樣放置在下透水石上，并通過壓板固定，然后在試樣上表面加蓋上透水石，再在上透水石上覆蓋頂蓋，調節橫梁的高度使量力環的測量表的測量頭與頂蓋恰好接觸，最后在水槽中注入水，使試樣完全浸沒于水中，調節好位移表，使其測量頭與頂蓋相接觸，記錄位移表的初始讀數，

當進行固結壓縮性能檢測時，首先通過智能終端對測量表和位移表進行初始化，設置應力路徑，智能終端控制伺服電機旋轉一定角度，帶動螺桿向下移動，進一步帶動量力環向下移動，進而對頂蓋施加一定的荷載，當試樣受到荷載壓力時，發生形變，位移表讀數發生變化并自動采集固結壓縮數據發送給智能終端，由于試樣發生形變收縮，導致試樣受到的壓力減小，從而測量表的讀數發生相應變化，每當測量表的讀數改變0.01mm，則智能終端就自動調節伺服電機進行相應的動作，帶動螺桿下移，通過量力環對頂蓋施加向下的壓力，使測量表恢復到原來的讀數，以保證提供恒定的荷載，直到智能終端判定位移表的讀數穩定時，智能終端調節伺服電機驅動螺桿下移，對試樣加載下一級別的荷載，重復上述實驗原理完成固結壓縮性能檢測，

當檢測膨脹力時，智能終端對測量表和位移表進行初始化，在水槽中加入水后，土體試樣吸水膨脹，產生豎向形變，位移表的讀數就發生相應變化，每當位移表讀數改變0.01mm，智能終端接收位移表的位移信號控制伺服電機作出相應動作，使螺桿向下移動，通過量力環對頂蓋施加向下的壓力，進而控制試樣不發生膨脹，使其不產生豎向變形，使位移表的讀數恢復到初始讀數，直到測量表的讀數穩定時，此時螺桿通過量力環對試樣產生的壓力即為此刻土體試樣的吸水膨脹力，測量表上采集的數據即為土體試樣的膨脹力值，通過智能終端接收的測量表和位移表的數據自動調節伺服電機，進而驅動螺桿向下移動對試樣施加荷載，實時監測試樣的荷載變化和形變量，避免了通過調節加載砝碼的數量調整荷載的復雜步驟，保證了試樣恒體積狀態下的膨脹力測量，提高了對土體試樣固結壓縮性能和膨脹力測量的精確性。