一種新型土壤徑向膨脹率測(cè)試儀及其使用方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于土壤徑向膨脹率測(cè)定的新型裝置及其使用方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 膨脹土作為一種特殊巖土在我國(guó)分布廣泛，嚴(yán)重制約了我國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，同時(shí)， 作為理想的核廢物緩沖回填材料，其膨脹力及膨脹變形的測(cè)定顯得尤為重要。現(xiàn)有規(guī)范所 采用的測(cè)試方法主要為膨脹反壓法、加壓膨脹法及平衡加壓法，這些試驗(yàn)方法只能夠測(cè)試 有側(cè)限條件下的豎向膨脹力和膨脹變形，而對(duì)于工程中迫切需要獲取的允許土體有徑向或 側(cè)向位移的情況，卻無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)定其膨脹率。
[0003] 近年來(lái)國(guó)內(nèi)外專家和學(xué)者們改進(jìn)和研制了基于不同的固結(jié)環(huán)剛度開(kāi)發(fā)的柔性固 結(jié)儀，但在徑向膨脹率測(cè)試時(shí)，測(cè)試儀器中試件的安放與剛性環(huán)刀側(cè)限之間存在矛盾，并對(duì) 柔性固結(jié)儀和不同剛度固結(jié)環(huán)存在依賴，從而使測(cè)試精度難以保證。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是為克服上述現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種結(jié)構(gòu)組成簡(jiǎn)單、測(cè)試效果良 好、成本低廉、操作簡(jiǎn)單、可廣泛應(yīng)用的土體徑向膨脹率測(cè)試儀及其使用方法。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：
[0006] 一種新型土壤徑向膨脹率測(cè)試儀，包括盛水容器，盛水容器內(nèi)置有框架裝置；所述 框架裝置的底座上由下往上依次放置底層透水石、環(huán)狀濾紙、帶有土體環(huán)狀試樣的大尺寸 環(huán)刀，環(huán)狀濾紙、和環(huán)狀透水石，所述環(huán)狀透水石的環(huán)內(nèi)置有等厚的圓形玻璃；所述大尺寸 環(huán)刀外套有套環(huán)；所述框架裝置的上蓋置于環(huán)狀透水石上，上蓋與底座之間由豎向固定裝 置連接，固定裝置給予上蓋一定壓力使框架裝置內(nèi)部的各部件接觸緊密，以限制試樣的豎 向變形；所述環(huán)狀試樣的內(nèi)部放有小型位移計(jì)，所述位移計(jì)置于環(huán)狀試樣的豎直中心軸線 處，其兩端測(cè)頭沿環(huán)狀試樣的直徑方向觸碰試樣的內(nèi)壁，環(huán)狀試樣浸水后向內(nèi)側(cè)產(chǎn)生側(cè)向 膨脹，內(nèi)置的位移計(jì)可讀取產(chǎn)生的膨脹變形；所述上蓋有一與圓形玻璃相應(yīng)的孔洞。
[0007] 所述環(huán)狀試樣的內(nèi)壁沿任一直徑方向的兩端各貼有一個(gè)條形金屬墊片，所述測(cè)頭 剛好碰觸金屬墊片中間部位。
[0008] 所述圓形玻璃與環(huán)狀透水石固結(jié)為一體。
[0009] 所述圓形玻璃嵌套于環(huán)狀透水石之內(nèi)，二者恰好吻合。
[0010] 所述大尺寸刀環(huán)的外徑為140mm，高度為40mm。
[0011] 所述小型位移計(jì)下放有調(diào)節(jié)高度的墊塊。
[0012] 應(yīng)用上述裝置實(shí)現(xiàn)對(duì)試樣的徑向膨脹率進(jìn)行測(cè)量，包括以下步驟：
[0013] (1).制備與大尺寸環(huán)刀內(nèi)徑相符的環(huán)狀試樣；
[0014] (2).將試樣安裝于測(cè)定儀內(nèi)；
[0015] (3).向盛水容器內(nèi)注水，并記錄膨脹變形數(shù)據(jù)；
[0016] (4).整理結(jié)果；計(jì)算任一時(shí)刻的徑向膨脹率：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種新型土壤徑向膨脹率測(cè)試儀，其特征在于：包括盛水容器，盛水容器內(nèi)置有框 架裝置；所述框架裝置的底座上由下往上依次放置底層透水石、環(huán)狀濾紙、帶有土體環(huán)狀試 樣的大尺寸環(huán)刀，環(huán)狀濾紙、和環(huán)狀透水石，所述環(huán)狀透水石的環(huán)內(nèi)為等厚的圓形玻璃；所 述大尺寸環(huán)刀外套有套環(huán)；所述框架裝置的上蓋蓋在環(huán)狀透水石上，上蓋與底座之間由豎 向固定裝置連接，固定裝置給予上蓋一定壓力使框架裝置內(nèi)部的各部件接觸緊密，以限制 試樣的豎向變形；所述環(huán)狀試樣的內(nèi)部放有小型位移計(jì)，所述位移計(jì)置于環(huán)狀試樣的豎直 中心軸線處，其兩端測(cè)頭沿環(huán)狀試樣的直徑方向觸碰試樣的內(nèi)壁，環(huán)狀試樣浸水后向內(nèi)側(cè) 產(chǎn)生側(cè)向膨脹，內(nèi)置的位移計(jì)可讀取產(chǎn)生的膨脹變形；所述小型位移計(jì)下放有調(diào)節(jié)高度的 墊塊；所述上蓋有一與圓形玻璃相應(yīng)的孔洞。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型土壤徑向膨脹率測(cè)試儀，其特征在于：所述環(huán)狀試 樣的內(nèi)壁沿任一直徑方向的兩端各貼有一個(gè)條形金屬墊片，所述測(cè)頭剛好碰觸金屬墊片中 間部位。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型土壤徑向膨脹率測(cè)試儀，其特征在于：所述圓形玻 璃與環(huán)狀透水石固結(jié)為一體。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型土壤徑向膨脹率測(cè)試儀，其特征在于：所述圓形玻 璃嵌套于環(huán)狀透水石之內(nèi)，二者恰好吻合。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型土壤徑向膨脹率測(cè)試儀，其特征在于：所述大尺寸 刀環(huán)的直徑為140mm，高度為40mm。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1至5所述的一種新型土壤徑向膨脹率測(cè)試儀的操作方法，其特征在 于，包括以下步驟： (1) .制備與大尺寸環(huán)刀內(nèi)徑相擬合的環(huán)狀試樣； (2) .將試樣安裝于測(cè)定儀內(nèi)； (3) .向盛水容器內(nèi)注水，并記錄膨脹變形數(shù)據(jù)； (4) .整理結(jié)果；計(jì)算任一時(shí)刻的徑向膨脹率： 由以上推導(dǎo)，得
Λ H = Ht-H0 式中：δε-一t時(shí)刻時(shí)土的徑向膨脹率（％)，計(jì)算至0.1 ΔΗ一一t時(shí)刻試樣膨脹增量 H0--試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)位移計(jì)讀數(shù) Ht 試驗(yàn)t時(shí)刻位移計(jì)讀數(shù) R--試件外環(huán)半徑（本裝置規(guī)定試件外徑140mm) r--試件內(nèi)環(huán)半徑（本裝置規(guī)定試件內(nèi)徑61. 8mm) rr 一一t時(shí)刻試件內(nèi)環(huán)半徑。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種新型土壤徑向膨脹率測(cè)試儀的操作方法，其特征在于： 步驟（1)中，首先按土工試驗(yàn)規(guī)程標(biāo)準(zhǔn)方法使用大尺寸環(huán)刀制備柱狀土樣，切取原狀土樣 時(shí)，應(yīng)使試樣在試驗(yàn)時(shí)的受壓情況與天然土層受荷方向一致；然后將兩常規(guī)環(huán)刀垂直疊加， 形成高度為40mm的刀環(huán)，按照土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)切割并挖除大尺寸環(huán)刀土樣中心部位的 當(dāng)量土體，即得土體環(huán)狀試樣。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種新型土壤徑向膨脹率測(cè)試儀的操作方法，其特征在于： 步驟（2)中，將框架裝置的底座置于盛水容器中，依次在底板上放置底層透水石、濾紙、套 環(huán)，將帶有環(huán)狀試件的大尺寸環(huán)刀刀口朝下置于套環(huán)之中；依次在環(huán)狀試件內(nèi)部放置墊塊 和小型位移計(jì)，將小型位移計(jì)讀數(shù)歸零；在試件上方依次加鋪環(huán)狀濾紙、帶有圓形玻璃的環(huán) 形透水石；將框架裝置的上蓋安置在環(huán)狀透水石上方，并通過(guò)螺栓固定，并給予一定壓力以 使各部件接觸緊密。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種新型土壤徑向膨脹率測(cè)試儀的操作方法，其特征在于： 將兩個(gè)條形金屬墊片沿任一直徑方向固定在環(huán)狀試件內(nèi)部的環(huán)壁上，所述位移計(jì)兩端的測(cè) 頭恰與金屬墊片接觸。
10. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種新型土壤徑向膨脹率測(cè)試儀的操作方法，其特征在于： 步驟（3)中，純凈水注入盛水容器中，盛水容器中水面須淹沒(méi)上方透水石；記錄注水后的初 始時(shí)間，浸水后每隔5min測(cè)記讀數(shù)一次，直至膨脹穩(wěn)定，記錄位移計(jì)讀數(shù)。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種新型土壤徑向膨脹率測(cè)試儀及其使用方法，通過(guò)制定環(huán)狀試件，將位移測(cè)試儀器安置于試件內(nèi)環(huán)，從而在其內(nèi)部測(cè)定徑向膨脹率，改變了以往從試件外側(cè)測(cè)定土體膨脹變形的傳統(tǒng)模式；環(huán)狀試件外部框箍，測(cè)試儀器安置于內(nèi)環(huán)，克服了常規(guī)徑向膨脹率測(cè)定中測(cè)試儀器安放與剛性環(huán)刀側(cè)限之間的矛盾，擺脫了對(duì)柔性固結(jié)儀和不同剛度固結(jié)環(huán)的依賴，避免了剛度測(cè)試精度和操作復(fù)雜的問(wèn)題，使操作簡(jiǎn)單、方便快捷；通過(guò)對(duì)注水裝置的改進(jìn)，使水分可僅從上下兩端逐漸向中間滲透，保證了內(nèi)環(huán)被測(cè)土體不發(fā)生潰散、崩解、掉塊、軟化等現(xiàn)象。由底座、上蓋、螺桿、螺栓組成的框架裝置可在試驗(yàn)過(guò)程中固定豎向位移，防止試樣產(chǎn)生豎向膨脹變形，保證測(cè)試精度。
【IPC分類】G01N33-24
【公開(kāi)號(hào)】CN104634944
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510059071
【發(fā)明人】李術(shù)才, 賀鵬, 李利平, 林春金, 楊為民, 張乾青, 許振浩, 石少帥
【申請(qǐng)人】山東大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年5月20日
【申請(qǐng)日】2015年2月4日