专利名称：非接触式岩土三向收缩试验装置及试验方法
技术领域：
本发明涉及土力学与地基基础工程中--种在室内进行细粒土三 向收縮变形测定的试验装置。
背景技术：
目前，国内外测定细粒土的收縮指标的仪器设备一般都是由支 架、接触式测位移装置(如机械式量表或位移传感器)、测板、多孔 板、垫块、土样等组成。进行收縮试验时， 一般都是采用环刀将制备 好的土样置于多孔板上，称试样和多孔板的质量。然后在支架上装好
接触式竖向测位移装置，记下竖向位移初始读数。在温度为1 30°C 的条件下进行收縮试验，根据试样的含水率及收缩速度，每隔1 4 小时测计一次试样的竖向变形和质量，如试样的收縮变形减缓后，测 计时间间隔可以进一步加大，直至两次较长时间间隔所测试样的竖向 变形值基本不变。试样的竖向变形测量完成后，将试样烘干并测定体 积。按标准或规程计算试样的线縮率、体縮率及收縮系数。
采用目前的收縮试验装置进行收縮试验时，对于击实土样，因土 样比较均匀，在失水收縮过程中试样的变形也比较均匀， 一般不会发 生大的局部变形不均匀情况，位移测定设备所测的竖向变形值基本能 够代表整块试样的竖向变形。但是，对于原状土样，因天然土样的不 均匀性以及土样的结构、裂隙等因素的影响，使得土样在失水收縮过
程中多少都会出现局部变形不均匀的情况，特别是在含水率降低到接 近縮限时，对于裂隙性粘土，经常会发生局部翘曲甚至掉块的现象。 使得所测变形值出现异常的"膨胀"或"收縮"现象，给试验数据的 处理和试样收縮性指标的准确计算带来较大困难，甚至会造成试验结 果失真，对土样的收縮性能判别失当的情况。
另外，目前接触式收縮试验装置只能测定土样的垂直向收縮变 形，不能同步测定土样的水平向变形。无论是击实土样还是原状土样， 多少都具有一定的各向异性，在收縮过程中其各向收縮变形也就存在 一定的差异，即土样的各向收縮指标是不相同的。目前的接触式收縮 试验装置无法采用同一土样同时测定其垂直向和水平向的变形，给研 究土体各向异性的收縮变形特性带来较大的困难。
发明内容
本发明的目的是 一方面是为解决目前的粘性土收縮试验装置不 能在试验过程中很好地测定原状土样在低含水率情况下的准确收縮 变形的不足；另一方面，能够解决不能采用同一土样同时测定土体的 竖向和水平向变形的难题。本发明提供一种非接触式岩土三向收縮试 验装置，可方便地根据试样的特点，在试验过程中准确测定土样在各 收縮阶段的整体竖向变形值，为土样收缩指标的准确确定提供保证， 并可同时测定土体的竖向及水平向收縮变形指标，为研究土体的各向 异性变形特性提供帮助。
为达到上述目的，本发明非接触式岩土三向收縮试验装置由方形 框架、激光位移传感器、激光位移传感器支架、土样和土样支座组成;
其特征是方形框架的由框架顶架12、框架侧架13、框架底座14组成；
框架底座14上设有楔形固定槽22和定位挡板23用于固定土样支座 楔形底板20。 土样支座由土样支座支板19、带圆形孔21的多孔板 18、 土样支座楔形底板20组成；方形框架的框架顶架12、框架侧架 13、框架底座14上都设有激光位移传感器支架导槽17;激光位移传 感器支架由激光位移传感器1、带孔螺杆2、外固定螺栓3、内固定 螺栓4、带内螺纹11的激光位移传感器固定座5、激光位移传感器电 缆线6、激光位移传感器丝杆固定座7、激光位移传感器调整丝杆8、 轴承9、手动转轮10、激光位移传感器固定座导向杆15、激光位移 传感器支架导向杆16组成。带孔螺杆2用于固定激光位移传感器1， 并通过外固定螺栓3和内固定螺栓4调节激光位移传感器1与土样 24之间的距离；因激光位移传感器固定座5内带有内螺纹11，通过 手动转轮10将激光位移传感器调整丝杆8转动，就可带动激光位移 传感器1沿激光位移传感器固定座导向杆15方向自由移动；激光位 移传感器支架还可以通过激光位移传感器支架导向杆16在激光位移 传感器支架导槽17内平移。
首先加工一个带导向槽，并可以拆卸的能够安设激光位移传感器 支架的方形刚性框架，刚性框架的尺寸根据激光位移传感器1和土样 24的尺寸来确定，激光位移传感器1的量程取决于土样24的初始状 态、胀縮性，激光位移传感器l的精度则取决于试验的目的及要求。 进行收縮试验时，先将土样24按试验的要求加工制备好，小心安放 在盛放土样24的土样支座的多孔板18上，并称取初始重量，再将土
样24和土样支座一起放进方形框架底座内，并使土样支座楔形底板
20推进楔形固定槽22内，并使土样支座楔形底板20与定位挡板23 良好接触。将5个激光位移传感器1的位置调整好，并在土样24的 5个面上根据试验的要求测定一定数量的激光位移传感器1初始值。 然后可以按照土样24的失水收縮情况，重复称重和读取位移传感器 1读数的步骤，直至土样24收縮稳定。
由于采用激光位移传感器1，可以实现非接触式量测，而且激光 位移传感器1可以在土样24平面两个方向的任意点上定位量测，既 可以按事先画好的网格点进行量测，也可以根据土样24变形的实际 情况进行任意点的量测，使土样24胀縮变形的量测更具代表性，也 更准确。
土样24还可以根据试验的目的和要求采用环刀加工成与常规收 縮试验相同的形状，进行垂直向和水平向收縮变形的量测。
该装置还有一个优点就是可以测定无荷载情况下的土样24缓慢 吸水的三向膨胀量，对土样24膨胀变形的量测干扰降低到最低程度。
图1是非接触式岩土三向收縮试验装置图。
图2是非接触式岩土三向收縮试验装置A-A剖面图。
图3是激光位移传感器支架正视图。
图4是激光位移传感器支架B-B剖面图。
图5是激光位移传感器支架C-C剖面图。
图6是激光位移传感器支架D-D剖面图。图7是激光位移传感器支架E-E剖面图。
图8是激光位移传感器支架F-F剖面图。 图9是土样支座正视图及其G-G剖面图。 图IO是土样支座俯视图及其H-H剖面图。
如图所示激光位移传感器l、带孔螺杆2、外固定螺栓3、内固 定螺栓4、激光位移传感器固定座5、激光位移传感器电缆线6、激 光位移传感器丝杆固定座7、激光位移传感器调整丝杆8、轴承9、 手动转轮IO、内螺纹ll、框架顶架12、框架侧架13、框架底座14、 激光位移传感器固定座导向杆15、激光位移传感器支架导向杆16、 激光位移传感器支架导槽17、多孔板18、 土样支座支板19、 土样支 座楔形底板20、圆形孔21、楔形固定槽22、定位挡板23、 土样24。
具体实施例方式
下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细的说明。图 1是本发明采用立方形土样的非接触式岩土三向收縮试验装置，进行 试验前，先对所用的土样24进行适当的处理，将土样24切削成较规 则的正六面体，以便在进行收縮试验时可根据尽量少的量测点测定土 样24的三向收縮变形。
进行试验时，先将由框架顶架12、框架侧架13、框架底座14组 成的方形框架和由激光位移传感器1、带孔螺杆2、外固定螺栓3、 内固定螺栓4、带内螺纹11的激光位移传感器固定座5、激光位移传 感器电缆线6、激光位移传感器丝杆固定座7、激光位移传感器调整 丝杆8、轴承9、手动转轮IO、激光位移传感器固定座导向杆15、激
光位移传感器支架导向杆16组成的可移动支架组装好，将安放土样
24的土样支座组准备就绪。再将制备好的土样24安放在土样支座带 圆形孔21的多孔板18上，将土样24与土样支座一起放在称重天平 上称取初始重量。然后将非接触式岩土三向收縮试验装置正面的激光 位移传感器支架顺激光位移传感器支架导槽17的方向移动，使土样 支座楔形底板20能够方便地插入框架底座14上的楔形固定槽22内， 再将土样支座推到与定位挡板23接触就位，并固定好。再逐个将前、 后、左、右和上部的固定在激光位移传感器固定座5上的激光位移传 感器1通过激光位移传感器固定座导向杆15、激光位移传感器支架 导向杆16、激光位移传感器支架导槽17、手动转轮IO和激光位移传 感器调整丝杆8调整到土样24对应的位置，并依次读取前、后、左、 右和上部的激光位移传感器1的初始读数，每个激光位移传感器1每 次在土样24 —个面上的测读数据的个数可按试验前确定的方案执 行，或根据土样24在不同阶段收縮变形的情况再灵活掌握。
本发明非接触式岩土三向收縮试验装置可根据试验的需要，实时 量测土样24的三向胀縮变形情况，方便地进行非接触式变形量测， 使土样24的三向胀縮变形试验测定更便捷准确。且结构简单，操作 方便。
权利要求
1.一种非接触式岩土三向收缩试验装置及试验方法，由方形框架、激光位移传感器及二次仪表、激光位移传感器支架、土样和土样支座组成；其特征是方形框架由框架顶架(12)、框架侧架(13)、框架底座(14)组成；框架顶架(12)、框架侧架(13)和框架底座(14)上设有激光位移传感器支架导槽(17)；框架底座(14)上设有楔形固定槽(22)和定位挡板(23)；激光位移传感器支架上由带孔螺杆(2)、外固定螺栓(3)和内固定螺栓(4)、激光位移传感器固定座(5)、内螺纹(11)、手动转轮(10)、激光位移传感器调整丝杆(8)、激光位移传感器固定座导向杆(15)、激光位移传感器支架导向杆(16)组成。
2. 根据权利要求1所述的非接触式岩土三向收縮试验装置及试 验方法，其特征是激光位移传感器支架上的带孔螺杆(2)用于固定 激光位移传感器(1)，并通过外固定螺栓(3)和内固定螺栓(4)调 节激光位移传感器(1)与土样(24)之间的距离；通过待内螺纹(11)、 手动转轮(10)、调节丝杆(8)、带孔螺杆(2)来调节激光位移传感 器(1)在激光位移传感器支架上的位置。
3. 根据权利要求1所述的非接触式岩土三向收縮试验装置及试 验方法，其特征是可以同时量测土样(24)前、后、左、右、上5个 面上的胀縮变形，量测土样(24)胀縮变形的测点位置可以事先定好， 也可以根据的土样(24)胀縮变形情况随时进行调整，测点的数量也可以根据土样(24)胀縮变形的情况和试验而定。
4. 根据权利要求1所述的非接触式岩土三向收縮试验装置及试验方法，方形框架、激光位移传感器支架和土样支座的尺寸，可根据土样(24)的尺寸和胀縮性大小以及激光位移传感器(1)的尺寸， 加工成不同的规格。
5. 根据权利要求1所述的非接触式岩土三向收縮试验装置及试 验方法，其特征是激光位移传感器(1)，可以根据土样(24)的胀縮 性能和对试验精度的要求不同更换不同量程和精度的激光位移传感 器(1)。
全文摘要
一种非接触式岩土三向收缩试验装置及试验方法，本发明是由方形框架、激光位移传感器、激光位移传感器支架、土样和土样支座组成，方形框架上设有用于平移激光位移传感器支架的导槽，底板上设有用于固定土样支座的楔形固定槽，可以通过带内螺纹、调整丝杆、手动转轮、带孔螺杆来调节激光位移传感器在激光位移传感器支架上的位置。这样就可以在试验中进行土样三向胀缩变形的量测，实现土样三向胀缩变形性能的准确测定。
文档编号G01N33/24GK101178395SQ20071016861
公开日2008年5月14日 申请日期2007年12月5日 优先权日2007年12月5日
发明者孔令伟, 郭爱国 申请人:中国科学院武汉岩土力学研究所