[發明專利]測量堆石材料吸水量的試驗裝置及方法

有效

• 申請號: 202010566662.0
• 申請日: 2020-06-19
• 公開（公告）號: CN111896069B
• 公開（公告）日: 2021-04-09
• 發明（設計）人: 張延億;余弘婧;鄧剛;張茵琪;陳輝;張幸幸;夏慶福;王俊鵬;竇立瑋;陳含;肖俊;王曉東
• 申請（專利權）人: 中國水利水電科學研究院
• 主分類號: G01F22/02
• 分類號: G01F22/02
• 代理公司: 北京市中聯創和知識產權代理有限公司 11364
• 代理人: 康秀敏;顏健

本發明提供了一種測量堆石材料吸水量的試驗裝置及方法，包括外罐、內罐、外接氣源、補壓裝置和控制器：所述內罐套裝在外罐內部，所述內罐和外罐通過連通裝置相連通；所述外接氣源與所述外罐相連通，通過所述外接氣源能夠向所述外罐內輸送氣體；所述補壓裝置與所述外罐相連通，通過所述補壓裝置能夠調整所述外罐內部的壓強；所述控制器能夠根據試驗所需壓力條件控制所述補壓裝置向所述外罐內部增壓，本發明所述的測量堆石材料吸水量的試驗裝置及方法不但具有檢測精度和效率高，操作簡便、易行的優點，還可以大幅縮短堆石材料飽和吸水量測量時間。

技術領域

本發明涉及吸水量測量試驗裝置技術領域，具體涉及一種測量堆石材料吸水量的試驗裝置及方法。

背景技術

堆石材料的吸水量是指堆石材料在一定壓力下吸水的能力，以單位體積或單位質量堆石材料所吸收水分的體積或質量來表示。吸水量是由堆石材料中空隙的數量和大小、顆粒相互排列的方式共同決定的。通常，吸水量愈大，則其工程性質就愈差。

近年來，我國土石壩大規模的建設對堆石材料的力學性質提出了越來越高的要求，在研究其性質的眾多試驗中，堆石材料試樣的吸水量、尤其是飽和吸水量是試驗開展的重要條件，如果試樣吸水飽和度不高，甚至在試驗加載過程中堆石材料顆粒還在吸水飽和，必然影響試驗結果。比如，在三軸試驗中，試樣的體積變形量一般是通過測定試樣排水量來確定的，如果試樣顆粒沒有完全飽和，在試驗剪切過程中，試樣顆粒會繼續吸水從而影響體變量測精度。因此，研究堆石材料的吸水量、尤其是飽和吸水量具有非常重要的現實意義和應用價值。

此外，對于填筑在壩體內的堆石材料，除大氣壓力外還需承受上部水產生的壓力，如水位為100m時對應的水壓力為1MPa。此時，由于水壓力的存在，堆石體內微小的貫通裂隙、堆石內化學物質與水發生化學反應后形成的通道內也將產生吸水，因此，有必要對不同壓力下堆石材料的吸水量和飽和吸水量進行量測。

但是，由于堆石材料顆粒較大，吸水飽和需要時間較長，到底需要多久能基本飽和并滿足試驗精度要求，目前為止，還沒有明確規定，也沒有明確的檢測手段。朱俊高等在2016年2月《重慶交通大學學報(自然科學版)》第35卷第1期中發表的《粗粒土浸水飽和時間試驗研究》一文中提供了一種量測常壓下堆石材料吸水量的裝置，但該裝置讀數需要人工讀取，由于堆石材料吸水量隨時間變化較為緩慢，所以人工長時間讀數將降低檢測效率和精度。再者，該裝置僅能用于量測常壓下堆石材料的吸水量，無法測定特定壓力條件下堆石材料的吸水量。

為了提高檢測精度和檢測效率、同時對不同壓力下堆石材料的吸水量進行測量，申請人通過早期研究，提供了一種量測堆石材料在不同壓力下吸水量的試驗裝置，詳見公告號為CN107449710B的中國專利，該裝置通過設置在內罐蓋上的量管來記錄堆石材料在試驗過程中的吸水量，通過設置外接氣源來滿足不同的試驗壓力需求，并利用壓差自動量測裝置將量管內水位的變化量轉化為壓差的變化量，通過對壓差的測量和記錄，實現了堆石材料不同時間和不同壓力下吸水量的量測，大幅提高了檢測精度和檢測效率，同時實現了堆石材料在不同壓力下吸水量的測量。但在后期的使用過程中，申請人發現這種試驗裝置仍然存在以下缺陷：

第一：在實驗過程中，內罐和外罐均處于密封狀態、與外部環境并不連通，隨著堆石材料吸水量的增加，內罐和外罐上部空間內的壓強將逐漸降低，進而導致實驗壓力的降低、吸水量的變化，由此，使得所述試驗裝置對特定壓力下的吸水量測量結果產生偏差；

第二：堆石材料顆粒大，吸水飽和需要的時間較長，所述試驗裝置通過壓差自動量測裝置將量管內水位的變化量轉化為壓差的變化量，通過對壓差的測量和記錄，實現了對吸水量的自動測量和記錄，提高了讀數精度和便捷性，但是若想要得到堆石材料在一定壓力下的飽和吸水量仍需要長時間的測量，檢測效率仍然較為低下。

為解決上述技術問題，特提出本申請。

發明內容

本發明設計出一種測量堆石材料吸水量的試驗裝置及方法，以實現提高檢測精度和檢測效率的目的。