一种精确制备不同含水率岩土试样的装置的制造方法

文档序号:10920265阅读:846来源:国知局
一种精确制备不同含水率岩土试样的装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及室内岩土试样制备装置,更具体涉及可精确制备不同含水率岩土试样的装置,属于岩土工程技术领域。该制备装置由恒湿皿、第一温湿度传感器、搅拌器、电加热通风机、控制器、第二温湿度传感器、多孔搁板、压力传感器、试样皿、管路系统组成,本实用新型的精确制备不同含水率岩土试样的装置解决了目前室内试验中不同含水率岩土试样制备存在含水率里外不均、易崩解土样不易制备的难题,精确制备不同含水率岩土试样的装置结构简单,使用方便,实用性强,自动化程度高,可普遍用于不同含水率岩土试样的精确制备。
【专利说明】
一种精确制备不同含水率岩土试样的装置
技术领域
[0001]本实用新型涉及室内岩土试样制备装置,更具体涉及可精确制备不同含水率岩土试样的装置,属于岩土工程技术领域。【背景技术】
[0002]岩土力学试验揭示出饱和岩土体的抗压强度比干燥岩土体降低百分之四十以上, 对于软弱岩土体降低比例可达百分之七十以上。岩土工程中,自然条件下的岩土体强度和变形满足施工要求,但当施工环境变化时,如暴雨、突涌水等,岩土体在含水条件下强度降低,同时发生不均匀大变形,极易诱发滑坡、围岩或周围土体失稳,给地基处理、基坑开挖、 隧道施工、坡面加固等岩土工程施工带来许多问题。因此,室内岩土力学试验和现场工程都揭示出水对岩土体的强度和变形存在弱化作用,为评价水对岩土工程的影响,亟需研究不同含水率下岩土体的弱化程度。
[0003]含水率为水的质量与干燥试样质量的百分比,该指标可反映岩土试样的干湿程度。为研究水对岩土体强度和变形的影响,一般开展对不同含水率的岩土试样进行不同应力路径的室内力学试验,试验前需先制备不同含水率的岩土试样。目前,不同含水率岩土试样的制备方法主要有:1)先将岩土试样用水饱和,再用烘干方法,强行失水不同时间而得; 2)将烘干的岩样浸水不同时间,浸水时间不同导致岩土试样吸水程度有差异,从而得到不同含水率的岩土试样。以上两种制备方法较为简单,且制备时间较短,但是,水按热传导的原理动态变化,由于岩土试样几何形状和大小的限制,在烘干失水或浸泡渗水过程中,岩土试样内含水的分布不是均匀的,即若用烘干法制备则得到的是外干内湿的岩土试样,若用浸泡法得到的是外湿内干的岩土试样,这种不均匀程度随岩土材料的密实程度而异,对于致密的岩石试样,不均匀程度更为明显,试样内部的各向异性较为突出,由于应力集中导致力学试验结果离散性明显;另外,若土样遇水易崩解,制备过程不能接触液态水,则现有制备方法和设备不适用于易崩解土样。
[0004]综上所述,目前制备不同含水率岩土试样存在含水率里外不均、易崩解土样无法制备等问题,研发一种可精确制备不同含水率岩土试样的装置制备里外含水率均匀一致的岩土试样,可为准确揭示水与岩土体耦合作用及评价水影响地下工程岩土体稳定性提供重要的技术支撑。
【发明内容】

[0005]本实用新型的目的是在于提供一种结构简单,使用方便,实用性强,自动化程度高,可精确制备不同含水率岩土试样,且制备的试样里外含水率均匀一致的试验制备装置。
[0006]为了实现上述目的,本实用新型采用以下技术措施。
[0007]—种精确制备不同含水率岩土试样的装置,其特征在于:该制备装置由恒湿皿、第一温湿度传感器、搅拌器、电加热通风机、控制器、第二温湿度传感器、多孔搁板、压力传感器、试样皿、管路系统组成,试样皿由试样皿上盖和试样皿底座构成,管路系统由输水栗、输水阀门、输水管、排水管、排水阀门、第一导气管、第二导气管、第三导气管、第一输气阀门、 第二输气阀门构成,恒湿皿呈圆柱形,恒湿皿顶部内侧沿中心线上接有第一温湿度传感器, 第一温湿度传感器外部罩有第一多孔护罩,第一多孔护罩通过螺丝与恒湿皿固定,第一多孔护罩下方连接搅拌器,搅拌器的叶片伸入有溶质析出的过饱和溶液,恒湿皿底部的边缘连接排水管,排水管上设有排水阀,恒湿皿顶部中心线的一侧连接输水管的一端,输水管的另一端与输水栗连接,输水管上位于输水栗和恒湿皿之间设有输水阀门,恒湿皿顶部中心线的一侧还设有补给端口和第一接线端口,第一温湿度传感器、搅拌器的电信号接入第一接线端口,第一接线端口通过第一数据线与控制器连接,恒湿皿的一侧外壁中部通过第一导气管与电加热通风机的出风口连接,试样皿底座呈圆柱形,电加热通风机的入风口通过第二导气管与试样皿底座的一侧外壁中部连接,第二导气管上设有第一输气阀门,电加热通风机通过第二数据线与控制器连接,恒湿皿的另一侧外壁中部通过第三导气管与试样皿底座的另一侧外壁中部连接,第三导气管上设有第二输气阀门,试样皿底座中心放置有压力传感器,压力传感器上方放置有多孔搁板,多孔搁板上方放置有岩土试样,试样皿底座的外壁上端均匀分布有四个外耳,试样皿底座的外耳与外壁的连接处设有密封圈槽,试样皿底座的外耳上有螺纹孔,试样皿上盖呈圆柱形,试样皿上盖的外壁下端均匀分布有四个外耳,试样皿上盖的外耳与外壁的连接处设有密封圈槽,试样皿上盖的外耳上有螺纹孔,密封圈放置于试样皿底座和试样皿上盖的密封圈槽内,试样皿上盖放置于试样皿底座上,螺栓穿过试样皿上盖的外耳螺纹孔与试样皿底座的外耳螺纹孔,试样皿上盖顶部内侧沿中心线上接有第二温湿度传感器,第二温湿度传感器外部罩有第二多孔护罩,第二多孔护罩通过螺丝与试样皿上盖固定,试样皿上盖顶部中心线的一侧设有第二接线端口,压力传感器、第二温湿度传感器的电信号接入第二接线端口,第二接线端口通过第三数据线与控制器连接。
[0008]根据权利要求1所述的一种精确制备不同含水率岩土试样的装置,其特征在于:所述的第一温度传感器、搅拌器的中心线与恒湿皿的中心线共线,第二温度传感器的中心线与试样皿上盖的中心线共线。
[0009]根据权利要求1所述的一种精确制备不同含水率岩土试样的装置,其特征在于:所述的恒湿皿的底部铺有溶质。
[0010]根据权利要求1所述的一种精确制备不同含水率岩土试样的装置,其特征在于:所述的电加热通风机内置并联的电阻丝和通风机。
[0011]由于采用了以上技术方案,该精确制备不同含水率岩土试样的装置有以下优点。
[0012]1本制备装置由控制器连接第一温湿度传感器、第二温湿度传感器和电加热通风机,第一温湿度传感器、第二温湿度传感器分别与恒湿皿和试样皿的中心线共线,可精确测量恒湿皿和试样皿中的均布温湿度,预设温度为室温稍高的温度值,当恒湿皿与试样皿中的温度小于预设值,湿度差大于预设值时,控制器控制电加热通风机的电阻丝或通风机工作,可精确为试样皿提供恒温条件,由化学热力学中单组分的气-液平衡理论,恒湿皿中的过饱和化学溶液可为岩土试样提供稳定的恒湿环境,该恒温设计采取电阻丝加热和通风模式,未采用制冷控制设计,因此,装置结构简单且节省成本的前提下,制备过程精确,自动化程度高。
[0013]2当恒湿皿与试样皿中的温湿度差小于预设值时,控制器控制电加热通风机的电阻丝或通风机停止工作,节能环保。
[0014]3试样皿底座放置压力传感器,可实时监测岩土试样的重量变化,便于计算含水率和准确判断含水率岩土试样制备过程进展情况,相对于开启试样皿上盖取出岩土试样称量的过程更为简便,且避免了开启试样皿上盖时室内环境对试样皿内部温湿度的干扰。
[0015]4沿恒湿皿中心线设置搅拌器,当需配置过饱和溶液时,通过输水栗向恒湿皿中注水,通过补给端口向恒湿皿提供化学溶质,搅拌器的叶片伸入恒湿皿底部化学溶液并搅拌, 当有不溶解溶质析出时过饱和溶液制备完成,简单方便。
[0016]5当某种含水率的岩土试样制备完成时,关闭第一输气阀门和第二输气阀门,即可方便储藏制备好的岩土试样,且该试样含水率稳定。
[0017]6当某种含水率试验制备完毕,制备其他含水率试样需要更换其他过饱和化学溶液时,打开输水阀门和排水阀门,通过输水栗向恒湿皿输水清洗恒湿皿,避免人工清洗时化学溶液对皮肤的腐蚀,且该清洗过程简单方便。
[0018]本实用新型的精确制备不同含水率岩土试样的装置解决了目前室内试验中不同含水率岩土试样制备存在含水率里外不均、易崩解土样不易制备的难题,精确制备不同含水率岩土试样的装置结构简单,使用方便,实用性强,自动化程度高,可普遍用于不同含水率岩土试样的精确制备。【附图说明】
[0019]附图1为本实用新型的精确制备不同含水率岩土试样的装置结构示意图。【具体实施方式】
[0020]下面结合附图对本实用新型进一步说明,见附图1。
[0021]—种精确制备不同含水率岩土试样的装置,其特征在于:该制备装置由恒湿皿5、 第一温湿度传感器6、搅拌器8、电加热通风机13、控制器18、第二温湿度传感器23、多孔搁板 31、压力传感器32、试样皿、管路系统组成。[〇〇22] 试样皿由试样皿上盖25和试样皿底座33构成。
[0023]管路系统由输水栗1、输水阀门2、输水管3、排水管10、排水阀门11、第一导气管14、 第二导气管20、第三导气管26、第一输气阀门29、第二输气阀门27构成。
[0024]恒湿皿5呈圆柱形,恒湿皿5顶部内侧沿中心线上接有第一温湿度传感器6,可精确测量恒湿皿5中的均布温湿度,第一温湿度传感器6外部罩有第一多孔护罩7,可保护第一温湿度传感器6,第一多孔护罩7通过螺丝与恒湿皿5固定,第一多孔护罩7下方连接搅拌器8, 搅拌器8的中心线与恒湿皿5的中心线共线,搅拌器8的叶片伸入有溶质12析出的过饱和溶液9,恒湿皿12底部的边缘连接排水管10,排水管上设有排水阀11,恒湿皿5顶部中心线的一侧连接输水管3的一端,输水管3的另一端与输水栗1连接,输水管3上位于输水栗1和恒湿皿 5之间设有输水阀门2,通过输水管3和排水管10可方便清洗恒湿皿5,恒湿皿5顶部中心线的一侧还设有补给端口 4和第一接线端口 17,通过补给端口 4可向恒湿皿5中提供溶质12,第一温湿度传感器6、搅拌器8的电信号接入第一接线端口 17,第一接线端口 17通过第一数据线 16与控制器18连接。
[0025]恒湿皿5的一侧外壁中部通过第一导气管14与电加热通风机13的出风口连接,试样皿底座33呈圆柱形,电加热通风机13的入风口通过第二导气管20与试样皿底座33的一侧外壁中部连接,第二导气管20上设有第一输气阀门29,电加热通风机13内置并联的电阻丝和通风机,电加热通风机13通过第二数据线15与控制器18连接,通过控制器18控制电阻丝或通风机开启或关闭,恒湿皿5的另一侧外壁中部通过第三导气管26与试样皿底座33的另一侧外壁中部连接,第三导气管26上设有第二输气阀门27,关闭第一输气阀门29和第二输气阀门27的试样皿为恒湿环境,可方便储存制备好的含水率岩土试样30。[〇〇26] 试样皿底座33中心放置有压力传感器32,压力传感器上方放置有多孔搁板31,多孔搁板31上方放置有岩土试样30,通过压力传感器32可实时获得岩土试样30重量,方便计算岩土试样30含水率数值,试样皿底座33的外壁上端均匀分布有四个外耳,试样皿底座33 的外耳与外壁的连接处设有密封圈槽,试样皿底座33的外耳上有螺纹孔,试样皿上盖25呈圆柱形,试样皿上盖25的外壁下端均匀分布有四个外耳,试样皿上盖25的外耳与外壁的连接处设有密封圈槽,试样皿上盖25的外耳上有螺纹孔,密封圈28放置于试样皿底座33和试样皿上盖25的密封圈槽内,试样皿上盖25放置于试样皿底座33上,螺栓21穿过试样皿上盖 25的外耳螺纹孔与试样皿底座33的外耳螺纹孔,试样皿上盖25顶部内侧沿中心线上接有第二温湿度传感器23,第二温湿度传感器23外部罩有第二多孔护罩24,可保护第二温湿度传感器23,第二多孔护罩24通过螺丝与试样皿上盖25固定,试样皿上盖25顶部中心线的一侧设有第二接线端口 22,压力传感器32、第二温湿度传感器23的电信号接入第二接线端口 22, 第二接线端口 22通过第三数据线19与控制器18连接。[〇〇27]本实用新型的工作原理如下。[〇〇28](1)连接输水栗1、输水管3、恒湿皿5,连接排水管10、恒湿皿5,放置试样皿上盖25于试样皿底座33上,并通过螺栓21固定试样皿上盖25和试样皿底座33,依次连接恒湿皿5、 第三导气管26、试样皿、第二导气管20、电加热通风机13、第一导气管14,形成通气回路,通过第一数据线16、第二数据线15、第三数据线19依次连接控制器18和第一数据端口 17、电加热通风机13、第二数据端口 22。[0〇29](2)制备干燥的岩土试样30,并称量得质量/m,放置岩土试样30于试样皿中多孔搁板31上。
[0030](3)查阅化学手册确定对应某相对湿度的过饱和溶液9,关闭排水阀门11,打开输水阀门2,通过输水栗1向恒湿皿5中注水,通过补给端口 4向恒湿皿5提供溶质12,搅拌器8的叶片伸入恒湿皿5底部的化学溶液并搅拌,当有不溶解的溶质12析出时,该过饱和溶液9制备完成,关闭输水阀门2和补给端口 4。[〇〇31](4)打开第一输气阀门29和第二输气阀门27,预设温度为室温稍高的温度值,当恒湿皿5与试样皿中的温度小于预设值,湿度差大于预设值时,控制器18控制电加热通风机13 的电阻丝或通风机工作,可精确为试样皿提供恒温条件,由化学热力学中单组分的气-液平衡理论,恒湿皿5中的过饱和溶液9可为岩土试样30提供稳定的恒湿环境,当恒湿皿5与试样皿中的温湿度差小于预设值时,控制器18控制电加热通风机13的电阻丝或通风机停止工作。[〇〇32](5)通过压力传感器32实时监测岩土试样30的质量变化,当质量不变时读取质量贝丨J含水率为M)/ MX100%。
[0033](6 )将制备完毕的含水率w的岩土试样30取出并保存,试样皿放入新的干燥岩土试样30,打开输水阀门2和排水阀门11,通过输水栗1向恒湿皿5输水清洗恒湿皿5,清洗完成后,查阅化学手册确定对应不同相对湿度的另一种过饱和溶液9并配置,不断重复以上工作,可精确制备不同含水率的岩土试样30。
【主权项】
1.一种精确制备不同含水率岩土试样的装置,其特征在于:该制备装置由恒湿皿(5)、 第一温湿度传感器(6)、搅拌器(8)、电加热通风机(13)、控制器(18)、第二温湿度传感器 (23)、多孔搁板(31)、压力传感器(32)、试样皿、管路系统组成,试样皿由试样皿上盖(25)和 试样皿底座(33)构成,管路系统由输水栗(1)、输水阀门(2)、输水管(3)、排水管(10)、排水 阀门(11)、第一导气管(14)、第二导气管(20)、第三导气管(26)、第一输气阀门(29)、第二输 气阀门(27)构成,恒湿皿(5)呈圆柱形,恒湿皿(5)顶部内侧沿中心线上接有第一温湿度传 感器(6),第一温湿度传感器(6)外部罩有第一多孔护罩(7),第一多孔护罩(7)通过螺丝与 恒湿皿(5)固定,第一多孔护罩(7)下方连接搅拌器(8),搅拌器(8)的叶片伸入有溶质(12) 析出的过饱和溶液(9 ),恒湿皿(12 )底部的边缘连接排水管(10 ),排水管上设有排水阀 (11),恒湿皿(5)顶部中心线的一侧连接输水管(3)的一端,输水管(3)的另一端与输水栗 (1)连接,输水管(3)上位于输水栗(1)和恒湿皿(5)之间设有输水阀门(2),恒湿皿(5)顶部 中心线的一侧还设有补给端口(4)和第一接线端口(17),第一温湿度传感器(6)、搅拌器(8) 的电信号接入第一接线端口(17),第一接线端口(17)通过第一数据线(16)与控制器(18)连 接,恒湿皿(5 )的一侧外壁中部通过第一导气管(14 )与电加热通风机(13 )的出风口连接,试 样皿底座(33)呈圆柱形,电加热通风机(13)的入风口通过第二导气管(20)与试样皿底座 (33)的一侧外壁中部连接,第二导气管(20)上设有第一输气阀门(29),电加热通风机(13) 通过第二数据线(15)与控制器(18)连接,恒湿皿(5)的另一侧外壁中部通过第三导气管(26)与试样皿底座(33)的另一侧外壁中部连接,第三导气管(26)上设有第二输气阀门(27),试样皿底座(33)中心放置有压力传感器(32),压力传感器上方放置有多孔搁板(31), 多孔搁板(31)上方放置有岩土试样(30),试样皿底座(33)的外壁上端均匀分布有四个外 耳,试样皿底座(33)的外耳与外壁的连接处设有密封圈槽,试样皿底座(33)的外耳上有螺 纹孔,试样皿上盖(25)呈圆柱形,试样皿上盖(25)的外壁下端均匀分布有四个外耳,试样皿 上盖(25)的外耳与外壁的连接处设有密封圈槽,试样皿上盖(25)的外耳上有螺纹孔,密封 圈(28)放置于试样皿底座(33)和试样皿上盖(25)的密封圈槽内,试样皿上盖(25)放置于试 样皿底座(33)上,螺栓(21)穿过试样皿上盖(25)的外耳螺纹孔与试样皿底座(33)的外耳螺 纹孔,试样皿上盖(25)顶部内侧沿中心线上接有第二温湿度传感器(23),第二温湿度传感 器(23)外部罩有第二多孔护罩(24),第二多孔护罩(24)通过螺丝与试样皿上盖(25)固定, 试样皿上盖(25)顶部中心线的一侧设有第二接线端口(22),压力传感器(32)、第二温湿度 传感器(23)的电信号接入第二接线端口(22),第二接线端口(22)通过第三数据线(19)与控 制器(18)连接。2.根据权利要求1所述的一种精确制备不同含水率岩土试样的装置,其特征在于:所述 的第一温度传感器(6)、搅拌器(8)的中心线与恒湿皿(5)的中心线共线,第二温度传感器 (23)的中心线与试样皿上盖(25)的中心线共线。3.根据权利要求1所述的一种精确制备不同含水率岩土试样的装置,其特征在于:所述 的恒湿皿(5 )的底部铺有溶质(12 )。4.根据权利要求1所述的一种精确制备不同含水率岩土试样的装置,其特征在于:所述 的电加热通风机(13)内置并联的电阻丝和通风机。
【文档编号】G01N1/28GK205607727SQ201620395637
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年5月5日
【发明人】李震, 邹正盛, 张运强, 黄敏, 赵志远, 刘宾, 马思远
【申请人】河南理工大学
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