[發(fā)明專利]一種測試非飽和土試樣體積變化的三軸儀裝置及其測試方法

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• 申請日: 2020-08-03
• 公開（公告）號: CN111928918A
• 公開（公告）日: 2020-11-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李京爽
• 申請（專利權(quán)）人: 中交天津港灣工程研究院有限公司;中交第一航務(wù)工程局有限公司;天津港灣工程質(zhì)量檢測中心有限公司
• 主分類號: G01F22/02
• 分類號: G01F22/02;G01N7/14;G01N9/36
• 代理公司: 天津創(chuàng)智天誠知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 12214
• 代理人: 王秀奎

本發(fā)明公開了一種測試非飽和土試樣體積變化的三軸儀裝置及其測試方法，該裝置包括儲氣皿和三軸儀，儲氣皿頂部的第一接口通過管路連通至三軸儀的試樣排氣孔，儲氣皿底部的第二接口連接三軸儀的反壓控制器。試驗時，設(shè)置反壓控制器壓力略大于儲氣皿內(nèi)水頭壓力，試驗過程中保持溫度不變，并保持反壓控制器壓力不變，此時試樣孔隙中的進(jìn)、出氣體的體積，近似等于儲氣皿中水量的變化，通過檢測儲氣皿中水量變化即可得到非飽和土試樣空隙氣體體積變化量。本發(fā)明克服常規(guī)三軸儀不能直接測量非飽和土試樣中氣體體積變化的缺點，實現(xiàn)了對非飽和土試樣的體積變化高精度測量，具有足夠精度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于土工試驗中靜、動力三軸試驗技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種測試非飽和土試樣體積變化的三軸儀裝置及其測試方法。

背景技術(shù)

三軸儀是土工試驗中經(jīng)常用的科研儀器，通過對特定尺寸的土試樣的體積變化、圍壓、應(yīng)力等監(jiān)測，獲得該類型土的力學(xué)特征。在采用常規(guī)三軸儀的飽和土壓縮/剪切試驗中，土試樣首先經(jīng)過完全飽和，試樣中的孔隙充滿水而不包含氣體。由于土顆粒壓縮性很小，故試樣體積變化認(rèn)為是試樣內(nèi)部水份的變化，可通過測量試驗過程中排出的水量得知。

但若試樣采用非飽和土，試樣孔隙中不僅含有水分，而且含有氣體。此時，若想獲得試樣體積的變化，必須同時監(jiān)測試樣排出氣的體積和排出水的體積。在非飽和狀態(tài)下，水份很難排出，大多數(shù)情況下試樣體積的變化都反映為孔隙氣體的變化。以往的做法是采用連通器豎管，目測讀取水位變化來記錄排出氣體體積變化，精度低且操作繁瑣，不適用于電子化測量，且僅僅適用于試樣體積壓縮的情況。若試樣膨脹，則水會進(jìn)入試樣，導(dǎo)致試驗條件失效。一般情況下，對非飽和土試樣，由于氣體對溫度、壓力等敏感性，應(yīng)通過精密儀器測量氣體體積變化，如采用專制非飽和土三軸試驗儀，但這涉及到一大筆設(shè)備費用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服常規(guī)三軸、動三軸試驗儀器不能直接測量非飽和土試樣體積的缺點，提供一種測試非飽和土試樣體積變化的三軸儀裝置及其測試方法。該裝置在原有三軸儀測量系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增設(shè)了儲氣皿，從而構(gòu)成新的測量系統(tǒng)，實現(xiàn)了對非飽和土試樣的體積變化高精度測量。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

一種測試非飽和土試樣體積變化的三軸儀裝置，包括儲氣皿和三軸儀，儲氣皿為圓筒狀，其頂部設(shè)置有第一接口，底部設(shè)置有第二接口，儲氣皿頂部的第一接口通過管路連通至三軸儀的試樣排氣孔，儲氣皿底部的第二接口連接三軸儀的反壓控制器。

本裝置的測試方法如下：

步驟一：在三軸儀上安裝好非飽和土試樣，向儲氣皿內(nèi)加入一定容量的無氣水，保持水位低于第一接口，防止水倒灌入試樣；

步驟二：將儲氣皿的第一接口通過管路連接三軸儀下排氣孔，將儲氣皿的第二接口連接連接三軸儀的反壓控制器；

步驟三：設(shè)置反壓控制器壓力略大于儲氣皿內(nèi)水頭壓力，此時試樣中氣體的壓力即為反壓控制器壓力與儲氣皿內(nèi)水頭壓力的差值；

步驟四：啟動三軸儀，對非飽和土試樣進(jìn)行壓縮試驗，使非飽和土試樣孔隙中的氣體排出，試驗過程中保持溫度不變，并保持反壓控制器壓力不變，此時試樣孔隙中的進(jìn)、出氣體的體積，近似等于儲氣皿中水量的變化，通過檢測儲氣皿中水量變化即可得到非飽和土試樣空隙氣體體積變化量。

在上述技術(shù)方案中，步驟一中，無氣水量優(yōu)選為占儲氣皿總?cè)萘康?/2。

在上述技術(shù)方案中，反壓控制器壓力比儲氣皿內(nèi)水頭壓力大1kPa～5kPa，目的是使氣體承受不大于5kPa的壓力。儲氣皿內(nèi)水頭壓力可根據(jù)水柱高度計算，一般認(rèn)為10cm水柱壓力為1kPa。

在上述技術(shù)方案中，儲氣皿中水量變化由高精度反壓控制器測量且自動記錄。

本發(fā)明的優(yōu)點和有益效果為：