專利名稱：一種一維側(cè)限加載土樣凍融形變的量測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種土工測(cè)試方法，屬于土木(巖土)工程技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
長(zhǎng)期以來(lái)，凍脹和融沉一直是西北寒區(qū)工程凍害問(wèn)題的主要原因之一。對(duì)土體的凍脹和融沉的循環(huán)過(guò)程改變了土體結(jié)構(gòu)，破壞了顆粒間的連接力，使土顆粒重新排列，是導(dǎo)致土體性質(zhì)劣化的重要原因之一，尤其對(duì)于寒區(qū)中的凍土與黃土等具有較強(qiáng)結(jié)構(gòu)性的土體，更是如此。土壩、提防、路基、邊坡等土質(zhì)構(gòu)筑物，在長(zhǎng)期凍脹、融沉循環(huán)因素影響下產(chǎn)生裂縫、滲漏、滑坡等災(zāi)害事故，嚴(yán)重影響了工程的正常施工與安全運(yùn)營(yíng)。因此，對(duì)土體在低溫下凍結(jié)和高溫下融化的循環(huán)作用下的體積變形規(guī)律的認(rèn)識(shí)研究非常必要。目前國(guó)內(nèi)外還沒(méi)有較為成熟的用來(lái)量測(cè)土體在側(cè)限壓力下的脹縮變形規(guī)律的試驗(yàn)方法。該申請(qǐng)就是要發(fā)明一種針對(duì)土體在低溫凍結(jié)與高溫融化環(huán)境下，在垂直壓力作用下的體變量測(cè)方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種用于量測(cè)土樣反復(fù)脹縮的試驗(yàn)方法，解決土體在反復(fù)膨脹或收縮時(shí)的垂直位移量與體積變形量的量測(cè)問(wèn)題，尤其適用于土體凍結(jié)膨脹與融化收縮過(guò)程中的脹縮量測(cè)問(wèn)題。本發(fā)明的技術(shù)解決方案，其特征是利用一種試驗(yàn)裝置量測(cè)土樣反復(fù)脹縮變形，該試驗(yàn)裝置包括加熱水箱1、加載框架8、蒸發(fā)器14、凍融室17、加壓杠桿觀。其中加熱水箱1 通過(guò)下水管5和上水管6與凍融室17連接，下水管5通過(guò)開關(guān)閥門3控制，上水管4通過(guò)水泵2與開關(guān)閥門4控制。蒸發(fā)器14與制冷劑儲(chǔ)存盒13、壓縮機(jī)16、冷凝器15、制冷劑儲(chǔ)存盒13連接成一套冷凍系統(tǒng)。試樣盒19底部放有透水石12，透水石12上面放置試樣20， 試樣20上面再放一塊透水石12，然后用頂帽11蓋住透水石12，通過(guò)加壓軸10對(duì)試樣20 加壓，當(dāng)試樣20發(fā)生脹縮時(shí)可以通過(guò)垂直位移計(jì)9觀測(cè)讀數(shù)變化。凍融室17內(nèi)有聚乙烯保溫泡沫18和溫度計(jì)7，溫度計(jì)7和垂直位移計(jì)9可以連接電腦實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)。加壓軸10由加載框架8通過(guò)固定栓22連接的加壓杠桿觀和砝碼M提供垂直壓力。加載框架 8由轉(zhuǎn)動(dòng)軸23、砝碼對(duì)、大砝碼27、加壓杠桿觀組成，加載框架8通過(guò)固定栓22與儀器底座21連接，帶動(dòng)框架8升降的兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸23通過(guò)第一金屬吊鉤25連接，砝碼M與杠桿觀通過(guò)第二金屬吊鉤沈連接。本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)儀器制造簡(jiǎn)單，測(cè)量精度高，滿足土樣凍結(jié)、融沉要求，溫度控制準(zhǔn)確，可以直接測(cè)定各種土質(zhì)在側(cè)限壓力下凍結(jié)融沉后的脹縮量與體變量。本發(fā)明適用范圍可用于土木工程中遇到的各種土質(zhì)的脹縮量及其體積變化量測(cè)，既適用于無(wú)荷載壓力自由脹縮環(huán)境下量測(cè)，又適用于有垂直荷載的側(cè)限壓力環(huán)境下量測(cè)。


圖1是用于測(cè)量土樣反復(fù)脹縮的試驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)示意圖。其中有加熱水箱1、水泵 2、下水管開關(guān)閥門3、上水管開關(guān)閥門4、下水管5、上水管6、溫度計(jì)7、加載框架8、垂直位移計(jì)9、加壓軸10、頂帽11、透水石12、制冷劑儲(chǔ)存盒13、蒸發(fā)器14、冷凝器15、壓縮機(jī)16、 凍融室17、聚乙烯保溫泡沫18、試樣盒19、試樣20、儀器底座21、固定栓22、轉(zhuǎn)動(dòng)軸23、砝碼24。圖2是圖1的A-A右視圖。其中有固定栓22、轉(zhuǎn)動(dòng)軸23、砝碼M、第一金屬吊鉤
25、第二金屬吊鉤沈、大砝碼27、加壓杠桿28。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例用于量測(cè)一維側(cè)限應(yīng)力條件下土樣反復(fù)脹縮的試驗(yàn)方法如下①安裝試樣先把透水石12放入試樣盒19中，然后放入試樣20，再放入透水石 12，頂部加蓋頂帽11，將加壓軸10對(duì)準(zhǔn)頂帽11，將砝碼24放在第二金屬吊鉤沈下面，通過(guò)加載框架8，使加壓軸10對(duì)準(zhǔn)頂帽11，對(duì)試樣20施加規(guī)定壓力，并將垂直位移計(jì)9置于頂帽11上，使讀數(shù)歸零；②凍結(jié)試樣開動(dòng)壓縮機(jī)16，使得制冷劑13通過(guò)冷凝器15，進(jìn)入蒸發(fā)器14中，對(duì)試樣20進(jìn)行冷凍降溫，通過(guò)溫度計(jì)7控制試樣20的溫度，待溫度達(dá)到試驗(yàn)要求，關(guān)閉壓縮機(jī)16，通過(guò)垂直位移計(jì)9的測(cè)量，可以得出試樣20在規(guī)定垂直壓力和溫度下的凍結(jié)膨脹量；③融化試樣啟動(dòng)加熱水箱1，打開下水管開關(guān)閥門3，熱水通過(guò)下水管5流入凍融室17內(nèi)，然后關(guān)閉閥門3，對(duì)凍結(jié)后的試樣20進(jìn)行加熱，熱傳遞后，如未達(dá)到試驗(yàn)要求的溫度，可以打開上水管閥門4，開啟水泵2，將凍融室17內(nèi)的水抽回加熱水箱1，然后關(guān)閉閥門 4，重新把水箱1內(nèi)的水加熱，然后再打開閥門3，讓熱水流入凍融室17內(nèi)，關(guān)閉閥門3，對(duì)凍結(jié)后的試樣20再進(jìn)行加熱，待溫度計(jì)7達(dá)到試驗(yàn)要求的溫度時(shí)，可停止加熱，同時(shí)打開閥門 4，啟動(dòng)水泵2，將水抽回水箱1，然后關(guān)閉閥門4，同時(shí)可以觀察垂直位移計(jì)9的讀數(shù)，得出試樣20在規(guī)定垂直壓力和溫度下的融化收縮量；④如進(jìn)行試樣反復(fù)凍融后的脹縮體積變化量測(cè)，可以重復(fù)步驟②③，并從垂直位移計(jì)9讀出試樣20在規(guī)定垂直壓力和溫度下的體積脹縮變形量。
權(quán)利要求
1. 一種一維側(cè)限加載土樣凍融形變的量測(cè)方法，其特征是利用一種試驗(yàn)裝置量測(cè)土樣凍融形變，該裝置包括加熱水箱(1)、加載框架(8)、蒸發(fā)器(14)、凍融室(17)、加壓杠桿 ( )，加熱水箱(1)通過(guò)下水管( 和上水管(6)與凍融室(17)連接，下水管( 通過(guò)開關(guān)閥門C3)控制，上水管(4)通過(guò)水泵( 與開關(guān)閥門(4)控制，蒸發(fā)器(14)與制冷劑儲(chǔ)存盒 (13)、壓縮機(jī)(16)、冷凝器(15)、制冷劑儲(chǔ)存盒(13)連接成一套冷凍系統(tǒng)，試樣盒(19)底部放有透水石(12)，透水石(1 上面放置試樣(20)，試樣00)上面再放一塊透水石(12)， 然后用頂帽(11)蓋住透水石(12)，通過(guò)加壓軸(10)對(duì)試樣00)加壓，當(dāng)試樣00)發(fā)生脹縮時(shí)可以通過(guò)垂直位移計(jì)(9)觀測(cè)讀數(shù)變化，凍融室(17)內(nèi)有聚乙烯保溫泡沫(18)和溫度計(jì)(7)，溫度計(jì)(7)和垂直位移計(jì)(9)可以連接電腦實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)，加壓軸(10)由加載框架(8)通過(guò)固定栓0 連接的加壓杠桿08)和砝碼04)提供垂直壓力，加載框架(8)由轉(zhuǎn)動(dòng)軸(23)、砝碼(M)、大砝碼(27)、加壓杠桿(28)組成，加載框架(8)通過(guò)固定栓 (22)與儀器底座連接，帶動(dòng)框架(8)升降的兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸通過(guò)第一金屬吊鉤05) 連接，砝碼04)與加壓杠桿08)通過(guò)第二金屬吊鉤06)連接，利用該裝置量測(cè)土樣在一維側(cè)限加載條件下凍融形變的方法如下①安裝試樣先把透水石(1 放入試樣盒(19)中，然后放入試樣(20)，再放入透水石 (12)，頂部加蓋頂帽(11)，將加壓軸(10)對(duì)準(zhǔn)頂帽(11)，將砝碼(24)放在第二金屬吊鉤 (26)下面，通過(guò)加載框架(8)，使加壓軸(10)對(duì)準(zhǔn)頂帽(11)，對(duì)試樣(20)施加規(guī)定壓力，并將垂直位移計(jì)(9)置于頂帽(11)上，使讀數(shù)歸零；②凍結(jié)試樣開動(dòng)壓縮機(jī)(16)，使得制冷劑(1 通過(guò)冷凝器(15)，進(jìn)入蒸發(fā)器(14) 中，對(duì)試樣OO)進(jìn)行冷凍降溫，通過(guò)溫度計(jì)(7)控制試樣OO)的溫度，待溫度達(dá)到試驗(yàn)要求，關(guān)閉壓縮機(jī)(16)，通過(guò)垂直位移計(jì)(9)的測(cè)量，可以得出試樣OO)在規(guī)定垂直壓力和溫度下的凍結(jié)膨脹量；③融化試樣啟動(dòng)加熱水箱(1)，打開下水管開關(guān)閥門(3)，熱水通過(guò)下水管(5)流入凍融室(17)內(nèi)，然后關(guān)閉閥門(3)，對(duì)凍結(jié)后的試樣OO)進(jìn)行加熱，熱傳遞后，如未達(dá)到試驗(yàn)要求的溫度，可以打開上水管閥門G)，開啟水泵0)，將凍融室(17)內(nèi)的水抽回加熱水箱 (1)，然后關(guān)閉閥門G)，重新把水箱(1)內(nèi)的水加熱，然后再打開閥門(3)，讓熱水流入凍融室(17)內(nèi)，關(guān)閉閥門(3)，對(duì)凍結(jié)后的試樣OO)再進(jìn)行加熱，待溫度計(jì)(7)達(dá)到試驗(yàn)要求的溫度時(shí)，可停止加熱，同時(shí)打開閥門G)，啟動(dòng)水泵O)，將水抽回水箱(1)，然后關(guān)閉閥門 G)，同時(shí)可以觀察垂直位移計(jì)(9)的讀數(shù)，得出試樣OO)在規(guī)定垂直壓力和溫度下的融化收縮量；④如進(jìn)行試樣反復(fù)凍融后的脹縮體積變化量測(cè)，可以重復(fù)步驟②③，并從垂直位移計(jì)(9)讀出試樣OO)在規(guī)定垂直壓力和溫度下的體積脹縮變形量。
全文摘要
本發(fā)明是利用一種試驗(yàn)裝置量測(cè)一維側(cè)限加載土樣凍融形變的方法，該裝置包括加熱水箱1、加載框架8、蒸發(fā)器14、凍融室17、試樣盒19、砝碼24、加壓杠桿28。加熱水箱1通過(guò)下水管5和上水管6與凍融室17連接，下水管5通過(guò)開關(guān)閥門3控制，上水管4通過(guò)水泵2與開關(guān)閥門4控制。該儀器制造簡(jiǎn)單，測(cè)量精度高，滿足土樣凍結(jié)、融沉要求，溫度控制準(zhǔn)確，可用于土木工程中遇到的各種土質(zhì)在垂直荷載側(cè)限壓力環(huán)境下凍結(jié)融沉后的脹縮量與體積變化量測(cè)。
文檔編號(hào)G01N3/18GK102156076SQ201110070078
公開日2011年8月17日 申請(qǐng)日期2010年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月26日
發(fā)明者李志清, 胡瑞林 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所