一种标准击实功下土体冻胀参数的测试装置及其测试方法

文档序号:9614961阅读:340来源:国知局
一种标准击实功下土体冻胀参数的测试装置及其测试方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于寒区土体特性检测技术领域,尤其涉及一种标准击实功下土体冻胀参 数的测试装置及其测试方法,研究路基冻胀翻浆机理及防治措施。
【背景技术】
[0002] 寒区道路工程中出现的冻胀机理是路基土中水及水的迀移积聚冻结引起土体中 水分重新分布,并平行于冻结界面而形成数层冻层,局部地段尚有冰透镜体或冰块,挤压土 体,体积增大而产生路基隆起现象;而翻浆机理是由于春季温度上升使地表冰层融化较早, 而下层尚未解冻时,融化层的水分无法向下消散,导致浅层土体含水量增大而出现软化,强 度显著降低,由车辆动荷载反复作用下,从而出现翻浆现象。随着我国国民经济的发展,全 国交通运输量与日倶增,更加剧寒区道路翻浆的问题。
[0003] 当前对于处理路基冻胀翻浆问题的解决尚未形成有效统一的方法。为解决冻胀翻 浆问题,不少专业人士尝试采用各种试验方法研究冻胀机理,包括现场试验和室内试验,鉴 于现场试验周期较长、费用较高,一般不采用。而室内试验仅从冻胀量测试的角度出发研究 冻胀机理,有很大的局限性。

【发明内容】

[0004] 针对上述缺陷或不足,本发明提供了一种下标准击实功下土体冻胀参数的测试装 置及其测试方法,能够测试土体冻胀率、水分迀移以及温度传递规律。
[0005] 为达到以上目的,被发明的技术方案为:
[0006] -种标准击实下土体冻胀率、水分迀移及温度传递的测试装置,包括测试系统、数 据采集系统,以及制冷系统;
[0007] 测试系统包括开设有若干孔的钢底板,钢底板上设置有可分离式铁筒,可分离式 铁筒外围设置有机玻璃筒,可分离式铁筒中放置标准击实的土样;可分离式铁筒的顶端套 设有套环,且套环的顶端与有机玻璃筒卡合,钢底板、有机玻璃筒以及套环通过紧固装置锁 紧;
[0008] 数据采集系统包括设置于土样中的若干水分温度传感器,水分温度传感器上连接 有水分温度数据采集器,土样上方架设有横梁,横梁上安装有第一、第二位移传感器,第一、 第二位移传感器上连接有位移数据采集器,水分温度数据采集器和位移数据采集器连接于 主控计算机上;
[0009] 制冷系统包括盘绕于有机玻璃筒内壁上的铜管,铜管的入口与出口分别通过第 一、第二塑料软管与循环制冷仪器相连接。
[0010] 所述紧固装置包括安装于有机玻璃筒两端的第一螺旋杆和第二螺旋杆,第一螺旋 杆和第二螺旋杆结构相同,其中,第一螺旋杆的一端安装于钢底板上,另一端与套环连接于 套环边缘,通过螺母将套环和钢底板锁紧。
[0011] 所述第一、第二位移传感器沿土样表面直径对称安装。
[0012] 所述横梁上安装有千分表,千分表安装于第一、第二位移传感器之间。
[0013] 所述可分离式铁筒由第一半圆柱铁筒与第二半圆柱铁筒无缝对接而成。
[0014] 所述钢底板上开设有内外两道环槽,第一、第二半圆柱铁筒、机玻璃筒分别嵌于内 外两道环槽,第一、第二半圆柱铁筒实现无缝对接。
[0015] 所述土样中设置有五个水分温度传感器,土样内部自上而下等差排布有第一、第 二、第三、第四、第五水分温度传感器且相邻两个水分温度传感器间隔错开布置。
[0016] 所述有机玻璃筒外设置有保温棉。
[0017] -种标准击实下土体冻胀率、水分迀移及温度传递的测试方法,包括以下步骤:
[0018]1)、将待测试的土样分层倒入可分离式铁筒,同时间隔埋置水分温度传感器;
[0019] 2)、击实得到土样后,根据实际工况需要,在顶部设置有无荷载,底部有无水源补 充,安装连接位移传感器,连接组成数据采集系统;
[0020] 3)、依次按 20Γ、15Γ、10Γ、5Γ、0Γ、-5Γ、-10Γ、-15Γ、-20Γ、-25Γ、-30Γ顺 序降温冻结,20°C~0°C之间每个降温梯度间隔时间2小时,0°C~30°C之间每个降温梯度 标准为,获取主控计算机曲线图;
[0021]4)、冻结过程结束,按照步骤3)的降温顺序逆向升温,获取主控计算机曲线图;
[0022] 5)、重复步骤3)、4) 3次,完成3次冻融循环过程,计算每次冻融循环第i个冻结温 度下的冻胀率:
[0023]
[0024]
[0025] 其中,ni-第i个冻结温度下的冻胀率;
[0026]h0(5i)nh0(52)一分别为第一位移传感器5-1和第二位移传感器5-2初始位移;
[0027]ht(5i)nht(52)一分别为第一位移传感器5-1和第二位移传感器5-2冻结位移;
[0028] 6)、试验结束,保持冻结状态,快速卸去套环,分开第一、第二半圆柱铁筒,取出完 整非扰动的土样,观察表面及剖开后的冻结纹理,总结水分迀移、温度传递规律,对比每个 冻融循环下同一冻结温度下冻胀率变化规律。
[0029] 所述可分离式铁筒中填充最大粒60mm的土体击实,标准击实锤4. 5kg,落距45cm, 单位体积击实功能控制在2677. 2~2687.OkJ/m3范围内,并分6层击实,每层击实次数为 358 次。
[0030] 与现有技术像比较,本发明的有益效果为:
[0031] 本发明提供了一种标准击实下土体冻胀率、水分迀移及温度传递的测试装置及其 测试方法,通过在测试系统中的钢底板上设置盛放土样的可分离式铁筒,在可分离式铁筒 中分层倒入待检测土样,并且放置水分温度传感器和位移传感器,根据实际工况设置有无 荷载、有无水源补充;设定温度进行若干冻融循环并采集数据;结束后保持冻结状态取出 完整非扰动的土样,观察表面及剖开后的冻结纹理,总结水分迀移、温度传递规律,对比每 个冻融循环下同一冻结温度下冻胀率变化规律。该装置拆装简单,测试过程方便,数据结果 更加直观、稳定、准确。
[0032] 进一步的,本发明装置的主体框架能快速组装与拆卸取样,钢铁筒两部分嵌于钢 底板上的内环槽,顶部以套环套牢,套环外搭于有机有机玻璃筒上沿,即可组装成结实的主 体框架。
[0033] 进一步的,本发明中的循环制冷系统,制冷仪器制备设定温度下的工业酒精,由塑 料软管输送进入导热性良好的铜管道,再经由塑料软管流回制冷仪器,组成一个简单、实用 的循环制冷系统,结构简单,有效。
【附图说明】
[0034] 图1是本发明装置的结构示意图。
[0035] 图2是本发明装置的主视图。
[0036] 图3是本发明装置的侧视图。
[0037] 图4是本发明装置的俯视图。
[0038] 图中,1-1 一第一螺旋杆、1-2-第二螺旋杆、2-有机玻璃筒、3-套环、4 一横梁、 5-1-第一位移传感器、5-2-第二位移传感器、6-1-第一半圆柱铁筒、6-2-第二半圆柱铁 筒、7-千分表、8-1-第一位塑料软管、8-2-第二位塑料软管、9-1 一第一水分温度传感器、 9-2-第二水分温度传感器、9-3-第三水分温度传感器、9-4 一第四水分温度传感器、9-5- 第五水分温度传感器、10-铜管、11 一保温棉、12-钢底板、13-位移数据采集器、14 一水分 温度数据采集器、15-主控计算机、16-循环制冷仪器。
【具体实施方式】
[0039] 下面结合附图对本发明做详细描述。
[0040] 本发明的测试装置及测试方法旨在测定路基土体在标准击实功能下土体不同含 水量、不同级配、不同冻结温度下的冻胀率,观察分析总结发生冻胀时土体中水分的迀移规 律、温度传递规律。【具体实施方式】以装置顶部无荷载、底部有水源补充的工况为例作说明。
[0041] 如图1~4所示,本发明提供了一种标准击实下土体冻胀率、水分迀移及温度传递 的测试装置,能够检测标准击实功能下土体冻胀率、水分迀移规律、温度传递规律,包括测 试系统、数据采集系统,以及制冷系统;
[0042] 测试系统包括开设有若干孔的钢底板12,钢底板12上设置可分离式铁筒,所述可 分离式铁筒由第一半圆柱铁筒6-1与第二半圆柱铁筒6-2无缝对接而成,可分离式铁筒外 围设置有机玻璃筒2,可分离式铁筒中放置标准击实的土样;可分离式铁筒的顶端套设有 套环3,且套环3的顶端与有机玻璃筒2卡合,钢底板12、有机玻璃筒2以及套环3通过紧 固装置加紧;所述紧固装置包括安装于有机玻璃筒2两端的第一螺旋杆1-1和第二螺旋杆 1-2,第一螺旋杆1-1和第二螺旋杆1-2结构相同,其中,第一螺旋杆1-1的一端安装于钢底 板12上,另一端与套环连接于套环3边缘,通过螺母将套环3和钢底板12夹紧。本发明中 有机玻璃筒2内直径为30cm;可分离式铁筒的内直径为27mm,钢底板12上开设有若干圆柱 形小孔,小孔直径为3mm。
[0043] 数据采集系统包括设置于土样中的若干水分温度传感器,水分温度传感器上连接 有水分温度数据采集器14, 土样上方安装有位移传感器,位移传感器上连接有位移数据采 集器13,水分温度数据采集器14和位移数据采集器13连接于主控计算机15。
[0044] 制冷系统包括盘绕于有机玻璃筒2内壁上的铜管10,铜管10通过第一、第二塑料 软管8-U8-2与循环制冷仪器16相连接。具体的,铜管10的入口与出口分别连接第一、二 塑料软管8-1、8-2,第一、二塑料软管8-U8-2连接循环制冷仪器16与铜管10,有机玻璃筒 2外设置有保温棉11
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