专利名称：岩土体风化力学特性测试仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种能够测量在环境风化作用下岩土体力学特性变化规律的装置，特 指将某种岩土体制作成符合尺寸要求的试件后置入具有一定刚度的铜环中，在铜环内通入 引起该岩土体退化的相关溶液、水或空气以模拟环境条件，同时向试件施加一定压力，在试 验过程中每隔一段时间测定试件的变形和应力状态，以分析岩土体在环境风化作用下力学 特性变化规律的新型装置。
背景技术：
目前，土木工程中常遇到红砂岩、碳质泥岩、湿陷性黄土、膨胀土等特殊岩土体，其 遇水或受到干湿循环后将崩解或发生变形，除此之外，碳酸岩在酸性环境下还将发生溶蚀 而形成岩溶地基。为保证基础设施、房屋建筑、各类工程建筑物(构筑物)的施工安全性、 使用安全性、使用舒适性，深入了解环境风化作用对岩土体力学特性的影响十分重要。对于 这类问题，现阶段广泛采用的测定方法有从工程上取不同风化程度的岩石在压力试验机 上进行力学实验；在室内岩块试验及现场声波测试方法的基础上，通过折减的办法估计岩 体变形参数；采用常规的简化方法测定特殊土的力学参数，如自由膨胀率等。这些方法均无 法实测环境风化过程中岩土体的力学参数及应力状态的变化规律，且有的操作过程较为复 杂，有的具有近似性，难以保证结果的准确。如果在实验室内使用特制的仪器模拟岩土体受 环境风化作用的过程，并通过应力应变测试装置实测岩土体在整个试验过程中试样的应力 和变形，就可精确研究岩土体在环境风化作用下的力学特性及应力状态变化规律。目前仍 没有此类装置。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种可模拟岩土体的环境风化过程，并在实施 过程中全程记录岩土体的变形及应力状态，能准确测量岩土体风化力学特性的岩土体风化 力学特性测试仪。为了解决上述技术问题，本发明提供的岩土体风化力学特性测试仪，在反力架上 设有加载气缸，在所述的反力架上设有装置主体，所述的装置主体是在由耐酸性腐蚀材料 制成的薄壁刚性环的一端套装有与所述的反力架接触的由耐酸性腐蚀材料制成的刚性底 座，另一端套装有由耐酸性腐蚀材料制成的刚性顶座，所述的刚性底座上处于所述的薄壁 刚性环内的一端设有第一空腔及第一凹槽，所述的刚性底座上设有至少一条与所述的第一 凹槽及所述的第一空腔连通的进水管道，所述的刚性底座外壁上设有与所述的薄壁刚性环 密封的第一密封圈，在所述的第一空腔内设有第一透水石，蠕动泵的进口连接有主进液管， 所述的蠕动泵的出口通过分进液管与所述的进水管道连接，所述的刚性顶座的顶部设有球 座，所述的刚性顶座处于所述的薄壁刚性环内的一端设有第二空腔及第二凹槽，在所述的 刚性顶座上设有至少一条与所述的第二凹槽及所述的第二空腔连通的出水管道，在所述的 第二空腔内设有第二透水石，所述的出水管道连接有出液管，所述的刚性顶座外壁上设有与所述的薄壁刚性环密封的第二密封圈，所述的薄壁刚性环上设有至少一块应变片，所述 的加载气缸的活塞杆通过荷载传感器连接有顶头，所述的顶头与所述的球座对应相顶，在 所述的加载气缸的活塞杆上设有支座，所述的支座上设有指示所述的加载气缸的活塞杆位 移的位移百分表。所述的耐酸性腐蚀材料为黄铜。采用上述技术方案的岩土体风化力学特性测试仪，采用黄铜制作一个耐腐蚀且具 有一定刚度的薄壁刚性环，将试样置于该薄壁刚性环内，试样下方设一刚性底座，试样上方 由刚性顶座加载，刚性底座与刚性顶座均设有透水管道，并由透水石与试样接触。进行试验 时，将刚性底座置于一反力架内，由加载系统对刚性顶座施加恒定荷载，待变形稳定后，启 动渗透系统通入引起该岩土体退化的相关溶液、水或空气等模拟风化条件，在试验的全过 程采用应变测量装置测得薄壁刚性环的径向应变值和刚性顶座的竖向沉降值，最后进行试 验数据分析后可得到岩土体的风化力学特性变化规律。综上所述，本发明是一个同时具备渗透和施加荷载功能的岩土体风化力学特性测 试装置，该装置可模拟岩土体的环境风化过程，并在实施过程中全程记录岩土体的变形及 应力状态，避免了常规方法中操作过程复杂、无法反映力学特性和应力状态变化全过程等 缺陷，达到准确测量岩土体风化力学特性的目的。
图1是岩土体风化力学特性测试仪整体示意图；图2是岩土体风化力学特性测试仪剖视图；图3是刚性顶座示意图；图4是薄壁刚性环示意图；图5是刚性底座示意图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步说明。参见图1、图2、图3、图4和图5，在反力架1上设有加载气缸2，在反力架1上设有 装置主体5，装置主体5是在由耐酸性腐蚀的黄铜制成的薄壁刚性环14的一端套装有与反 力架1接触的由耐酸性腐蚀的黄铜制成的刚性底座15，另一端套装有由耐酸性腐蚀的黄铜 制成的刚性顶座13，刚性底座15上处于薄壁刚性环14内的一端设有第一空腔20及第一 凹槽21，刚性底座15上设有四条与第一凹槽21及第一空腔20连通的进水管道24，刚性底 座15外壁上设有与薄壁刚性环14密封的第一密封圈19，在第一空腔20内设有第一透水石 16，蠕动泵6的进口连接有主进液管8，蠕动泵6的出口通过连接四通7、分进液管12与进 水管道24连接，刚性顶座13的顶部设有球座27，刚性顶座13处于薄壁刚性环14内的一端 设有第二空腔25及第二凹槽18，在刚性顶座13上设有四条与第二凹槽18及第二空腔25 连通的出水管道22，出水管道22连接有出液管11，在第二空腔25内设有第二透水石28，刚 性顶座13外壁上设有与薄壁刚性环14密封的第二密封圈26，薄壁刚性环14上设有三块应 变片23，加载气缸2的活塞杆通过荷载传感器4连接有顶头10，顶头10与球座27对应相 顶，在加载气缸2的活塞杆上设有支座9，支座9上设有指示加载气缸2的活塞杆位移的位移百分表3。 参见图1、图2、图3、图4和图5，刚性顶座13、薄壁刚性环14、刚性底座15均由耐 酸性腐蚀的黄铜制成。安装时在刚性顶座13和刚性底座15上的第二空腔25、第一空腔20 内分别置入一块第二透水石28、第一透水石16，然后将薄壁刚性环14套在刚性底座15上， 再将试样17置入薄壁刚性环14，最后将刚性顶座13置入薄壁刚性环14内，安装时应保证 薄壁刚性环14不受到径向位移限制，试样17置入薄壁刚性环14处于第一透水石16和第 二透水石28之间。开展试验时，首先将安装好试样的装置主体5放置在反力架1内，并将 出液管11、分进液管12连接到装置主体5上，同时在反力架1上安装架设在支座9上的位 移百分表3、荷载传感器4及与之相连的顶头10，然后采用加载气缸2对装置主体5进行加 载，荷载通过顶头10加在球座27上，以保证装置主体5垂直向受力，在加载过程中可通过 荷载传感器4及位移百分表3测试实际施加的荷载和变形。待加载变形稳定后，采用蠕动 泵6向装置主体5内通入可能引起试样17退化的相关溶液，溶液首先通过主进液管8进入 连接四通7中，再依次经过分进液管12、进水管道24、第一凹槽21、第一透水石16进入试 样17，然后再依次经过第二透水石28、第二凹槽18、出水管道22，由出液管11流出。在通 入溶液的过程中，于不同的时间间隔由位移百分表3读取一定荷载作用下的位移量，同时 通过应变片23读取薄壁刚性环14的应变量，以间接测量试样所受围压的变化规律。由此 即可分析不同风化过程中试样17的应力状态及变形特性的变化规律。
权利要求
一种岩土体风化力学特性测试仪，其特征是在反力架(1)上设有加载气缸(2)，在所述的反力架(1)上设有装置主体(5)，所述的装置主体(5)是在由耐酸性腐蚀材料制成的薄壁刚性环(14)的一端套装有与所述的反力架(1)接触的由耐酸性腐蚀材料制成的刚性底座(15)，另一端套装有由耐酸性腐蚀材料制成的刚性顶座(13)，所述的刚性底座(15)上处于所述的薄壁刚性环(14)内的一端设有第一空腔(20)及第一凹槽(21)，所述的刚性底座(15)上设有至少一条与所述的第一凹槽(21)及所述的第一空腔(20)连通的进水管道(24)，所述的刚性底座(15)外壁上设有与所述的薄壁刚性环(14)密封的第一密封圈(19)，在所述的第一空腔(20)内设有第一透水石(16)，蠕动泵(6)的进口连接有主进液管(8)，所述的蠕动泵(6)的出口通过分进液管(12)与所述的进水管道(24)连接，所述的刚性顶座(13)的顶部设有球座(27)，所述的刚性顶座(13)处于所述的薄壁刚性环(14)内的一端设有第二空腔(25)及第二凹槽(18)，在所述的刚性顶座(13)上设有至少一条与所述的第二凹槽(18)及所述的第二空腔(25)连通的出水管道(22)，在所述的第二空腔(25)内设有第二透水石(28)，所述的出水管道(22)连接有出液管(11)，所述的刚性顶座(13)外壁上设有与所述的薄壁刚性环(14)密封的第二密封圈(26)，所述的薄壁刚性环(14)上设有至少一块应变片(23)，所述的加载气缸(2)的活塞杆通过荷载传感器(4)连接有顶头(10)，所述的顶头(10)与所述的球座(27)对应相顶，在所述的加载气缸(2)的活塞杆上设有支座(9)，所述的支座(9)上设有指示所述的加载气缸(2)的活塞杆位移的位移百分表(3)。
2.根据权利要求1所述的岩土体风化力学特性测试仪，其特征是所述的耐酸性腐蚀 材料为黄铜。
全文摘要
本发明公开了一种岩土体风化力学特性测试仪，耐腐蚀且具有一定刚度的薄壁刚性环(14)内放置有试样，试样下方设有刚性底座(15)，试样上方设有刚性顶座(13)，刚性顶座(13)连接有加载装置及记录加载负荷及位移的装置，刚性底座和刚性顶座均设有透水管道，刚性底座和刚性顶座均设有与所述的试样接触的透水石，所述的刚性底座的透水管道连接有通入引起该岩土体退化的相关溶液、水或空气模拟风化条件的渗透系统，薄壁刚性环(14)的侧壁上设有应变测量装置。本发明是一种可模拟岩土体的环境风化过程，并在实施过程中全程记录岩土体的变形及应力状态，能准确测量岩土体风化力学特性的岩土体风化力学特性测试仪。
文档编号G01N17/00GK101963558SQ20101027846
公开日2011年2月2日 申请日期2010年9月10日 优先权日2010年9月10日
发明者付宏渊, 王芳洪, 贺炜 申请人:长沙理工大学