一种可测试膨胀土多向变形和膨胀力的装置的制作方法

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本实用新型属于土木工程技术领域，具体涉及一种可测试膨胀土多向变形和膨胀力的装置。


背景技术：

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我国膨胀土分布广泛，主要分布于华中、华南和西南地区。膨胀土在天然状态下常处于较坚硬状态，吸水后性质会发生较大变化，对气候和水文因素有较强敏感性。膨胀土的危害性较大，容易引起建筑物或构筑物产生不均匀竖向或水平变形，造成结构开裂、倾斜甚至破坏。因此，为了解决因膨胀土胀缩而造成的一系列工程问题，有必要对膨胀土的膨胀性开展深入的试验研究，探明其膨胀变形和膨胀力的变化规律，以指导工程设计和施工。
[0003]
目前测定膨胀土膨胀率的方法是，在侧限压缩仪中，在一定压力条件下，将膨胀土试样浸水，待其膨胀稳定后，量测试样增加的高度，并将其与试样原高度相比，即可得到膨胀率。这种方法的局限性在于约束了试样的水平变形，只能观测试样的竖向变形。实际上膨胀土在无侧向约束的条件下会发生多向的膨胀变形，而现有仪器无法测定。目前膨胀力的测试方法主要有膨胀反压法、加压膨胀法和平衡加压法，这些方法的原理都是先使试样膨胀，再通过加压缩荷载使试样压缩至初始状态，此时的压缩荷载大小即为膨胀力大小。这些方法是通过保证膨胀变形和人为的压缩变形完全一致来反求膨胀力，但忽略了应力路径和试样不同应力状态的影响。此外，试样的膨胀压力是需要在保持试样体积不变的条件下进行测定，这些传统的测试方法在试验过程中均不能保持试样体积恒定，且先膨胀后压缩的做法对试样扰动过大，会造成测试结果存在人为偏差。因此，如何设计一种新的装置，既能测定膨胀土膨胀时多个方向的膨胀变形，又能在不扰动膨胀土试样的条件下真正测定膨胀力的大小，就显得非常有学术价值和工程意义。


技术实现要素：

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本实用新型的目的在于针对现有技术的不足，提供一种可有效测量膨胀土四周及顶部多向变形和膨胀力的装置。
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本实用新型的目的是通过如下的技术方案来实现的：该可测试膨胀土多向变形和膨胀力的装置，它包括试验箱体和设置在试验箱体上的注水装置和测量装置，其特征在于：所述试验箱体是底面为正方形、顶面敞口的空心箱体；试验箱体内底面上中心位置设有试样放置室，试样放置室是一个包括底板以及四块侧面挡板的方形箱体结构；试样放置室的底板沿试验箱体四个内壁的法向方向上设有滑槽，四块侧面挡板底部设置有与底板滑槽相连接的滑槽连接件，使侧面挡板通过滑槽连接件可沿底板滑槽滑动；每块侧面挡板的内侧右边设有板间滑槽，板间滑槽内设有滚轮，每块侧面挡板的内侧左端部设有伸缩侧板，伸缩侧板的外侧端部与板间滑槽内的滚轮中心孔相对应的高度位置设有卡轴；各块侧面挡板的伸缩侧板外侧端部的卡轴插入相邻侧面挡板内侧板间滑槽内的滚轮中心孔内，使四块侧面挡板围合而成可随试样加水膨胀而体积变大的试样放置室；试样放置室的底板上设有凹
槽，凹槽内加设有透水板，透水板顶面与底板顶面平齐，凹槽底部设置有排水孔，排水孔与排水管连接且通向箱体外部；所述注水装置包括储水容器、输水管、滴水阀门、滴水顶板，储水容器固定于试验箱体的一侧顶部，输水管一端与储水容器下部连接，另一端与滴水顶板连接，滴水顶板设于试样放置室内试样的正上方；所述测量装置包括试验箱体四周内壁上水平安装的传感器支架，测量试样水平位移的位移传感器ⅰ的一端固定安装在传感器支架上，另一端与试样放置室侧面挡板的外侧连接；所述测量装置还包括试验箱体的另一侧顶部设置的与箱体侧壁顶部契合的倒凹形构件，该构件上部通过螺栓固定有水平悬臂横杆，横杆端部设置有向下垂直的传感器支架，传感器支架上连接有测量试样竖向位移的位移传感器ⅱ，位移传感器ⅱ与滴水顶板顶面连接；或者，在上述传感器支架上不安装传感器支架，而是安装螺旋加压杆，螺旋加压杆端部设置应力传感器支架，应力传感器支架上设置应力传感器，通过调整螺旋加压杆的长度并固定使应力传感器与侧面挡板或滴水顶板紧密贴合。
[0006]
具体的，所述试样放置室的四块侧面挡板宽度大于试样宽度，其内壁上设有刻度尺。
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具体的，所述试样放置室的四块侧面挡板的伸缩侧板设置于侧面挡板的左端板内，伸缩侧板尺寸略小于侧面挡板，侧面挡板与伸缩侧板的上下板间设置有滑道。
[0008]
具体的，所述滴水顶板设有上下两层，上层设有与输水管连接的通孔，下层设有若干个透水孔，通过透水孔使水均匀渗入试样内部。
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本实用新型结构新颖，易安装，操作便利，可有效观测膨胀土吸水膨胀后四周及顶部的变形情况，通过箱体侧壁及顶部悬臂结构提供反力，保证膨胀力试验过程中体积恒定。
附图说明
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图1为本实用新型实施例的立面剖视图。
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图2为本图1的俯视图。
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图3为本图1中侧面挡板的立体结构示意图。
具体实施方式
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参见图1、图2、图3，本实施例的可测试膨胀土多向变形和膨胀力的装置，它包括试验箱体1和设置在试验箱体1上的注水装置和测量装置。从图1、图2可见，试验箱体1是底面为正方形、顶面敞口的空心箱体；试验箱体1内底面上中心位置设有试样放置室4，试样放置室4是一个包括底板2以及四块侧面挡板5的方形箱体结构；试样放置室4的底板2沿试验箱体1四个内壁的法向方向上分别设有两条滑槽3，四块侧面挡板5底部设置有与底板2的滑槽3相连接的滑槽连接件，使侧面挡板5通过滑槽连接件可沿底板2的滑槽3滑动。从图3可见，每块侧面挡板5的内侧右边设有板间滑槽6，板间滑槽6内设有滚轮7，每块侧面挡板5的内侧左端板内设有伸缩侧板8，伸缩侧板8的尺寸略小于侧面挡板5，侧面挡板5与伸缩侧板8的上下板间设置有滑道10，伸缩侧板8的外侧端部（即左端部）与板间滑槽6内的滚轮7的中心孔相对应的高度位置设有卡轴9；各块侧面挡板5的伸缩侧板8外侧端部的卡轴9插入相邻侧面挡板5内侧板间滑槽6内的滚轮7的中心孔内，各块侧面挡板5可随试样加水膨胀而沿底板2上的滑槽3向外侧移动，同时可带动伸缩侧板8的拉伸与侧面挡板之间通过板间滑槽6沿试
样膨胀方向移动，使试样放置室4体积随试样浸水膨胀后的体积变化情况而变化；四块侧面挡板5的宽度大于试样宽度，其内壁上设有刻度尺而便于观察。试样放置室4的底板2上设有凹槽，凹槽内加设有透水板11，透水板11的顶面与底板2的顶面平齐，凹槽底部设置有排水孔，排水孔与排水管12连接且通向箱体外部，箱体外部设有止水夹13。从图1可见，注水装置包括储水容器20、输水管21、滴水阀门22、滴水顶板23，储水容器20固定于试验箱体1的右侧顶部，输水管21的上端与储水容器20下部连接，下端与滴水顶板23连接，滴水顶板23设于试样放置室4内试样的正上方；滴水顶板23设有上下两层，上层设有与输水管21连接的通孔，下层设有若干个透水孔，通过透水孔使水均匀渗入试样内部。测量装置包括试验箱体1四周内壁上水平安装的传感器支架14，测量试样水平位移的位移传感器ⅰ15的一端固定安装在传感器支架14上，另一端与试样放置室4的侧面挡板5的外侧连接；通过位移传感器ⅰ15可测得试样四周产生的位移；测量装置还包括试验箱体1的左侧顶部设置的与箱体侧壁顶部契合的倒凹形构件16，构件16上部通过螺栓17固定有水平悬臂横杆18，横杆18的端部设置有向下垂直的传感器支架14，传感器支架14上连接有测量试样竖向位移的位移传感器ⅱ19，位移传感器ⅱ19与滴水顶板23顶面连接；位移传感器ⅱ可测量试样顶部的竖向位移；以上测量装置可用于测试膨胀土多向变形的膨胀率。或者，当用于测试膨胀土多向膨胀力时，在上述传感器支架14上不安装传感器支架，而是安装螺旋加压杆，螺旋加压杆端部设置应力传感器支架，应力传感器支架上设置应力传感器，通过调整螺旋加压杆的长度并固定使应力传感器与侧面挡板或滴水顶板紧密贴合。
[0014]
膨胀率实验的具体步骤如下：
[0015]
在试样放置室底板凹槽内放入透水板，在试样各个面上贴上滤纸，将预制的试样放入试样放置室底板上，移动四周的侧面挡板，使侧面挡板紧贴于试样，在试样上方放置滴水顶板，在箱体四周传感器支架上安装测量水平位移的位移传感器ⅰ，顶部安装测量竖向位移的位移传感器ⅱ，在储水容器中加入蒸馏水，将储水容器与滴水顶板通过输水管连接，使水通过滴水顶板均匀透过试样，试样吸水膨胀后，通过位移传感器测得试样四周及顶部产生的位移。
[0016]
膨胀力实验的具体步骤如下：
[0017]
将传感器支架上的位移传感器替换为螺旋加压杆，螺旋加压杆另一端与应力传感器支架连接，应力传感器支架另一端连接有应力传感器，通过调整螺旋加压杆，使试样产生一定的压力，且杆端的应力传感器紧贴于侧面挡板外壁，固定螺旋加压杆，试样顶部放置滴水顶板，箱体顶部悬臂横杆下设置有螺旋加压杆和应力传感器，在应力传感器接触到顶板时固定螺旋加压杆的长度，通过箱体侧壁和箱体顶部悬臂提供的反力使试样放置室体积固定，试样透水膨胀后，将吸水膨胀所产生的力传递给应力传感器，通过应力传感器测得试样四周及顶部产生的膨胀力。