一种干湿循环试验测定土样体积的方法及试样体变测试盘的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种非饱和土在含水量变化下试样体积变化的测定方法和装置，属于 土工测试技术领域。
【背景技术】
[0002] -定含水量的土体，受到外力后容易变形，使其结构发生变化。土体从饱和状态到 非饱和土状态的过程中，含水量逐步减小，基质吸力增大，试样体积逐步变小。从饱和土到 非饱和土测试的过程中，试样含水量的测量通常采用天平获取，而试样体变的测量一直是 个难以解决的一个问题。
[0003] 目前，试样体变的测量方法通常有以下三种处理方法，第一种认为试样体积变化 较小，忽略试样体积前后的变化，这种方法适合在在体变非常小的情况下，但是如果体变较 大，不能忽略的时候，就显得脱离了事实;第二种方法是试样排水测量法，该方法是将试样 用橡皮膜密封，排开水的体积就是试样的体变，这种方法的前提条件是必须将试样用橡皮 膜密封，确保外部的水不能进入试样，也就是说试样密封在水环境的情况下，这种方法是可 行的。但是多数情况下试样不能处于橡皮膜密封状态，因此这种方法有一定的局限性。第三 种方法是采用游标卡尺量通过试样不同点位上的测量数据，对其平均，从而得到试样的平 均高度和平均直径，最终得出试样的体积，该方法在体积变化大的时候，方便易行，操作简 单，但是对于试样体积有微小变化但又不能忽略的时候，该方法存在一定的缺陷。由于测量 中测试的不是试样的同一点，因此不能真正反映土样高度和直径的真实变化。
[0004] 尤其在进行土样干湿循环试验时，土样随着含水量的蒸发，试样高度、试样直径均 有微小的变化，采用游标卡尺量测时，每次测量需要针对同一个测量点，但是在实际操作中 按照这一原则进行测试有一定的困难。例如:有一定含水量的土样通常呈现出塑性，因此对 土样测量点进行标注，土样标注点会变形，因此标注测定测量是不可行的；通常测量过程 中，土样将会被移动，从而使得土样前后循环测量点不一致，从而高度或者半径的变化不是 同一测点的数据变化，难以反映土样变化的真实变化，因此土样干湿循环中土样的体积变 化测量不能够反映真实的变化规律。
[0005] 因此土样体积变化的精确测量是个需要解决的难题。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于克服现有测量方法的不足，并提供一种操作简单、测定精度高 的干湿循环试验测定土样体积的方法和装置。
[0007] 实现本发明目的所采用的技术方案为，一种干湿循环试验测定土样体积的方法， 包括如下步骤：
[0008] (1)在透水石上沿直径方向均匀设置N组XY直角坐标系，N2 1，N组XY直角坐标系共 原点并且原点均与透水石的圆心〇重合，将内置土样的环刀放置于透水石带刻度的表面上， 土样与各XY直角坐标系均形成4个交点；
[0009] (2)进行干湿循环试验，对土样进行饱和处理，饱和处理后将土样置于干燥处使土 样中的水分自然蒸发，土样体积逐渐缩小，当土样与环刀脱离后取下环刀，自然蒸发过程中 每间隔设定时间对土样体积进行测量，体积测定的具体内容为：
[0010] (2-1)测定土样的高度hj，j为本次干湿循环试验中的高度测量次数，j 2 1;
[0011] (2-2)记录土样与各XY直角坐标系形成的4个交点所对应的刻度值XijJij'JijP Yij '，其中Xij 2 02 Xij '，Yij 2 02 Yij '，i为各XY直角坐标系的编号，N Μ 2 1，计算土样的底 面面积&，计算公式为
[0012]
[00?3 ] (2-3)计算土样的体积Vj，计算公式为Vj = hj*S j，环刀的容积即为土样的初始体积 Vo〇
[0014] 重复步骤(2)，进行k次干湿循环试验，k 2 2,取k次干湿循环试验的平均值。
[0015]步骤(2-1)中通过数显高度仪测定土样上与各交点相对应部位的高度，取高度的 平均值作为土样的高度hj。
[0016] 本发明还对应提供了用于上述的方法的试样体变测试盘，至少包括圆形的透水 石，透水石与土样接触的表面上设有1组以上XY直角坐标系，各组XY直角坐标系共原点并且 原点与透水石的圆心重合。
[0017] 透水石上设有与透水石圆心重合的透明圆板，XY直角坐标系设于透明圆板的上表 面上，所述透明圆板上均勾开设有直径不大于3mm的圆通孔，透明圆板的厚度为0.3mm~ 0.5mm〇
[0018] 所述透水石的圆心上设有凹孔，透明圆板的下表面上设有与凹孔形状相同的凸 台，凸台与凹孔间隙配合，凸台的高度小于凹孔的孔深。
[0019] 由上述技术方案可知，本发明提供的土样体积测定方法，无需使用电子设备，基于 土样均呈圆形，通过多组共原点的XY直角坐标系即可实现土样底面面积的测定，由于实际 操作中，土样为实心不透明固体，其圆心与透水石的圆心往往难以重合，本发明提供的测定 方法中，多组XY直角坐标系共原点，因此体积测定对土样放置透水石上时的位置不做要求， 本发明通过设置多组XY直角坐标系，土样与各XY直角坐标系均形成4个交点，通过4个交点 的刻度值可计算土样的圆心坐标以及土样的底面面积，体积测定对土样放置透水石上时的 位置不做要求，设置多组XY直角坐标系，测定结果取其平均值，因此测定结果准确性高;采 用本方法进行土样体积测定，由于土样的饱和处理和烘干处理均在透水石上进行，测量过 程中不需要拿下土样，即进行干湿循环试验时土样与透水石始终不分离，因此可确保测点 的一致性，其测定结果更接近于土样真实体积。
[0020] 进行多次干湿循环试验，取多次干湿循环试验中相同时间间隔的测定值的平均值 作为土样自然蒸发该时间间隔后的体积，使得试验结果更精确。
[0021] 本发明提供的试样体变测试盘，主体为干湿循环试验时必须使用的透水石，用于 测定的刻度可直接喷涂于透水石表面，也可设置于透明圆板上，装置结构简单并且成本极 低；透明圆板通过凸台与凹孔间隙配合固定于透水石上，通过内部开设的圆通孔实现毛细 作用，对置于其上的土样进行饱和，凸台与凹孔配合保证透明圆板不会滑落，凸台高度小于 凹孔的孔深，确保透明圆板可依靠自重稳定固定在透水石上。
【附图说明】
[0022] 图1为实施例1提供的试样体变测试盘的结构示意图。
[0023] 图2为实施例2提供的试样体变测试盘的全剖视图。
[0024] 图3为实施例2提供的透明圆板的结构示意图。
[0025] 其中，1-透水石，2-XY直角坐标系，3-透明圆板，4-圆通孔，5-凸台，6-凹孔。
【具体实施方式】
[0026] 下面结合附图和实施例对本发明进行详细具体说明，本发明的内容不局限于以下 实施例。
[0027] 实施例1:
[0028] 一种干湿循环试验测定土样体积的方法，包括如下步骤：
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