一种无扰动三向收缩试验装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种无扰动三向收缩试验装置，包括一个竖向量测装置放置在一个质量量测装置上；所述竖向量测装置为常规收缩仪，所述质量量测装置为平板电子称；所述竖向量测装置的底座上固定安装一个水平量测装置；试验时，由竖直量测装置的一个竖直量表量测试样的竖向收缩变形，由水平量测装置的周向均布的四个水平量表量测试验的水平向收缩变形，而由质量量测装置量测试样的质量。本发明可以方便量测收缩试验中试样体积和含水量变化情况，具有较好的测试精度，装置构造简单，操作方便，易于掌握，自动化程度高。
【专利说明】一种无扰动三向收缩试验装置
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及土木工程土工试验领域的一种无扰动三向收缩试验装置。
【背景技术】
[0002]土是一种松散颗粒的堆积物，主要物理特性可概括为三相性、碎散性和区域差异性。尤其是膨胀土、黄土、冰溃土、红粘土等特殊土，往往具有裂隙性、分布不均匀性和超固结性，其分布和性质因地、因时、因外界条件而异，通过试验手段研究土的性质是必不可少的。对于具有明显的胀缩特性的特殊土，其土体的胀缩变形可能会导致上附结构基础不均匀沉降、土体开裂，降低地基承载力，也会影响相关土坡的稳定性，故如何准确量测土的胀缩特性并因此对其进行有效处理的研究，具有重要的现实意义。土的胀缩性一般表现为失水收缩和浸水膨胀的特征，土的矿物成分、土的结构、干密度、含水率、温度、湿度和循环条件等因素都会对土的胀缩特性有着不同程度的影响。实验室内一般是通过固结仪和收缩仪联合进行量测以获得土体胀缩特性，常规的收缩仪能较准确量测土试样的竖直向变形，故而在收缩试验中经常会用到收缩仪。
[0003]现有的收缩试验装置普遍使用常规收缩仪。常规收缩仪特点是装置总质量较小，一般在Ikg左右；能测量竖向位移；所测土样的尺寸固定为2cmX6.18cm。然而在收缩试验过程中，常规收缩仪只能测量土试样竖直向的变形，不能测量水平向变形，而实事上往往土样的水平向变形也是很显著的；此外，在收缩试验测量质量时，要通过人为地将整个试验装置放置在天平上，再通过换算得到土样的含水率等参数，这样放置过程不可避免会对土样产生扰动，竖直向位移计或水平向位移计会受干扰，从而影响了试验精度。特别针对于具有明显结构性的原状土，收缩试验时水平向的变形不能忽略，精确量测水平向变形是精确测定土样体积、体缩率等参数变化的重要依据，且扰动问题会直接影响竖向和水平向位移的读数，要加以克服。对于有些改进后能测量水平向变形的收缩仪，只能量测特定方形的土样，且扰动问题也是影响其试验精度的重要因素，故为提高试验精度，优化出一种收缩仪使之既能良好测量水平变形，又能减少土样在测量过程中的扰动的收缩仪，很有现实意义。
【发明内容】
[0004]为了克服现有收缩仪器在收缩试验过程中不能精确量测试样体积变化和质量变化的缺点，本发明提供一种无扰动三向收缩试验装置。该装置操作方法简单，易于掌握，且能够准确量测出收缩过程中的体积和质量变化。
[0005]为达到上述目的，本发明的构思是:
在采用无扰动三向收缩试验装置进行收缩试验过程中，宜调节四个水平量表和水平量表连接细部使之保持水平，调节土样使之与竖向量表良好接触，再使得整个试验装置放置于平面的电子称上。试验时，通过四个水平量表、一个竖向量表和电子称，均匀读数，从而能在很小扰动情况下，准确测量得到土样的竖直向、水平向的变形和土样的质量。
[0006]根据上述发明构思，本发明采用下述技术方案: 本发明的无扰动三向收缩试验装置，包括竖向量测装置、水平量测装置和承重电子称。竖向量测装置包括竖向量表、收缩仪撑杆、多孔板和底板，可对在多孔板上放置的土样进行竖向变形的量测。水平量测装置包括四个水平量表、水平量表连接细部、土样与水平量表端部连接的曲面块体，通过调节连接细部、曲面块体可以均匀测量土样的水平向变形。承重电子称包括与传感器连接打磨的顶部承重板、电子称主体、电子称承重支撑等，通过收缩试验装置的底板和承重电子称顶部承重板接触，可以很好地量测整个实验装置的质量，从而推算出土样的时刻质量。本发明通过试验前调节竖向测量装置、水平量测装置和承重电子称，使之与土样保持良好接触，可以最大限度地减少试验的扰动，从而提高了收缩试验精度。
[0007]根据上述发明构思，本发明采用下述技术方案:
一种无扰动三向收缩仪试验装置，包括一个竖向量测装置放置在一个质量量测装置上；所述竖向量测装置为常规收缩仪，所述质量量测装置为平板电子称；所述竖向量测装置的底座上固定安装一个水平量测装置；试验时，由竖直量测装置的一个竖直量表量测试样的竖向收缩，由水平量测装置的周向均布的四个水平量表量测试验的水平向收缩，而由质量量测装置量测试样的质量。
[0008]所述竖向量测装置包括竖直量表、支架、测板、多孔板、垫块和底座，所述竖直量表安装在支架上，支架固定在底座上，所述竖直量表与侧板连为一体，所述侧板下端和多孔板上端与试样直接接触，垫块在多孔板与底座之间并与多孔板连为一体；所述测板直径为10mm，厚为4mm ;所述多孔板有效工作面积与孔隙面积之比小于2:1 ;所述底座由一块硬质塑料板组成，上端通过四个打孔与四个水平量表连接座连接，每个水平量表连接座各安装一个水平量表；所述四个水平量表尖部焊接一小块光滑的曲面块体；所述平板电子称的量程为2100g，精度为0.lg。
[0009]本发明中的竖向测量装置通过撑杆固定并调节竖向量表，支撑多孔板的垫块应当可调节，多孔板的孔洞的面积应大于整个板的1/2，以保证竖向蒸发排水，使得安装后土样的竖向变形得以准确量测；本发明撑杆与底板穿孔焊接固定，底板的直径为28cm，厚度为
0.5cm。
[0010]本发明装置底座的平台上有四个焊接固定的量表连接部，所述连接部的孔能良好交合内接量表外杆件的外径，每个连接部均有一个螺栓件，用于固定和调节水平量表位置；本发明中与电子称顶部承重板接触的收缩仪装置底板要求平整且有摩擦，试验开始时应轻轻将整个装置通过底板放置在电子称承重顶板上，待数据稳定后再进行试验。
[0011]本发明装置在水平方向四个量表的接触点通过四个曲率和试样相同的曲面块体与环状试样接触，在竖直方向上通过一个测板与试样顶部接触；所述曲面块体应与水平量表顶端焊接固定，且曲面块体允许随试样外径面的变化而变化；所述竖向接触测板应平整光滑；目的都在于使得五个量表的数据变化能反映水平和竖直方向的变形。
[0012]本发明与现有技术相比，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点:
本收缩试验装置可通过竖向量表测得土样竖向变形，通过四个水平量表测得水平
向的平均变形，同时将所发明装置放置满足量程要求的电子称上，在不扰动的情况下，可连续测得整个装置的质量变化，从而推求土样的质量和含水量，此外本发明装置通过调节水平向量表的位置能对不同水平直径的土样进行收缩试验，不仅限于土样的标准尺寸2cmX6.18cm。本发明试验装置可以同时进行不同土样的竖直变形、水平环向变形和质量量测进行收缩试验，提高现有收缩仪使用的范围和精度，具有原理简单，操作简便、少扰动的优点。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1是本发明用于同时进行竖向、环向和质量量测的收缩试验的装置结构示意图。
[0014]图2是竖直方向变形测量装置示意图。
[0015]图3是水平方向变形测量装置示意图。
[0016]图4是装置水平量表连接部示意图。
[0017]图5是装置装好样的水平量表位置示意图。
[0018]图6是装置装好试样的收缩仪底座示意图。
[0019]图7是电子称示意图。
[0020]图8是竖向测量装置、水平测量装置和电子称位置示意图。
[0021]图9是卸除水平变形量测装置后的收缩仪示意图。
【具体实施方式】
[0022]本发明的优选实施例结合【专利附图】
【附图说明】如下:
实施例一:
参见图1?图9，本无扰动三向收缩试验装置，包括包括一个竖向量测装置(17 )放置在一个质量量测装置(19)上；所述竖向量测装置(17)为常规收缩仪，所述质量量测装置(19)为平板电子称(12);所述竖向量测装置(17)的底座上固定安装一个水平量测装置(18);试验时，由竖直量测装置(17)的一个竖直量表量(I)测试样(4)的竖向收缩变形，由水平量测装置(18)的周向均布的四个水平量表(9)量测试验(4)的水平向收缩变形，而由质量量测装置(19)量测试样(4)的质量。
[0023]实施例二:
参见图1?图8，本无扰动三向收缩试验装置，包括竖向量测装置(17)、水平量测装置
(18)和质量量测装置(19)，所述竖向量测装置(17)包括竖向量表(I)、撑杆(2)、测板(3)、试样(4)、多孔板(5)、垫块(6)和底座(7)等，收缩试验过程中，试样放置于多孔板(5)中间，试样(4 )顶部连接测板(3 )。水平量测装置(18 )包括四个水平量表(9 )，所述量表(9 )通过水平连接细部(8)固定并调节水平相对位置，连接细部(8)底角分别焊接在所述竖向量测装置的底板(7)上，每个水平量表(9)顶部增设一块曲率与试样表面一样的曲面块体(11)，所述块体(11)能根据试样体积变化进行微调整。质量量测装置(19)是一个顶部承重板经过打磨了的电子称，所述电子称量程为2100g和最小精度为0.lg。所述试样(4)在收缩试验过程中，试样(4)引起在竖直向和水平向进行不同程度收缩，竖直向变形可直接使得测板
(3)在竖直向移动，其位移变化反应在竖向量表(I)上的数据变化，从而精确测量试样(4)的竖向变形；试样(4)的水平向变形通过四个紧靠试样(4)表面的等向的曲面块体(11)，带动环向四个水平量表(9)数据变化，从而平均地量测出试样(4)的水平向变形；通过不动的承重电子称(19)，量测出不同时间段的所述整体装置的质量，从而推算出试样(4)的含水率等参数。[0024]所述试样(4)的尺寸高度为2cm，外径为6.18cm。
[0025]实施例三:
本实施例与实施例二基本相同，特别之处在于调整了试样(4)尺寸，具体如下:
参见图1?图8，所述竖向量测装置(17)包括竖向量表(I)、撑杆(2)、测板(3)、试样
(4)、多孔板(5)、垫块(6)和底座(7)等，收缩试验过程中，试样放置于多孔板(5)中间，试样(4 )顶部连接测板(3 )。水平量测装置(18 )包括四个水平量表(9 )，所述量表(9 )通过水平连接细部(8)固定并调节水平相对位置，连接细部(8)底角分别焊接在所述竖向量测装置的底板(7)上，每个水平量表顶部增设一块曲率与试样表面一样曲面块体(11)，所述块体(11)能根据试样体积变化进行微调整。质量量测装置(19)是一个顶部承重板经过打磨了的电子称，所述电子称量程为2100g和最小精度为0.lg。所述试样(4)在收缩试验过程中，试样(4)引起在竖直向和水平向进行不同程度收缩，竖直向变形可直接使得测板(3)在竖直向移动，其位移变化反应在竖向量表(I)上的数据变化，从而精确测量试样(4)的竖向变形；试样(4)的水平向变形通过四个紧靠试样(4)表面的等向的曲面块体，带动环向四个水平量表(9)数据变化，从而平均地量测出试样(4)的水平向变形；通过不动的承重电子称
(19)，量测出不同时间段的所述整体装置的质量，从而推算出试样(4)的含水率等参数。
[0026]所述试样(4)的尺寸高度为2cm±0.5cm,外径为6.18cm±0.5cm。
[0027]实施例四:
参见图2?图9，本实施例与实施例一基本相同，特别之处在于卸除水平量测装置，具体如下:
在不严格要求水平向变形的收缩试验中，可以卸除水平量测装置(18)，所述水平测量装置包括四个水平量表(9)，所述量表(9)通过水平连接细部(8)固定并调节水平相对位置，连接细部(8)底角分别焊接在所述常规收缩仪的底板上，每个水平量表顶部增设一块曲率与试样表面一样曲面块体(11),所述块体能根据试样体积变化进行微调整。此时,收缩试验前，小心拆除焊接处(10)，然后将上部装好试样(4)的收缩装置轻轻放置于电子称(12)上，进行试验。
[0028]所述试样(4)的尺寸高度为2cm，外径为6.18cm。
【权利要求】
1.一种无扰动三向收缩试验装置，包括一个竖向量测装置(17)放置在一个质量量测装置(19)上；所述竖向量测装置(17)为常规收缩仪，所述质量量测装置(19)为平板电子称(12);其特征在于:所述竖向量测装置(17)的底座上固定安装一个水平量测装置(18);试验时，由竖直量测装置(17)的一个竖直量表(I)量测试样(4)的竖向收缩变形，由水平量测装置(18)的周向均布的四个水平量表(9)量测试验(4)的水平向收缩变形，而由质量量测装置(19)量测试样(4)的质量。
2.根据权利要求1所述的无扰动三向收缩试验装置，其特征在于:所述竖向量测装置(17)包括竖直量表(I)、支架(2)、测板(3)、多孔板(5)、垫块(6)和底座(7)，所述竖直量表(O安装在支架(2)上，支架(2)固定在底座(7)上，所述竖直量表(I)与侧板(3)连为一体，所述侧板(3)下端和多孔板(5)上端与试样(4)直接接触，垫块(6)在多孔板(5)与底座(7)之间并与多孔板(5)连为一体；所述测板(3)直径为IOmm,厚为4mm ;所述多孔板(5)有效工作面积与孔隙面积之比小于2:1 ;所述底座(7)由一块硬质塑料板组成，上端通过四个打孔与四个水平量表连接座(8 )连接，每个水平量表连接座(8 )各安装一个水平量表(9 );所述四个水平量表(9)尖部焊接一小块光滑的曲面块体(11);所述平板电子称(12)的量程为2100g，精度为0.lg。
3.根据权利要求2所述的无扰动三向收缩试验装置，其特征在于:所述竖直量表(I)为一个常规收缩仪单体；该常规收缩仪单体外形尺寸为长IOOmmX宽105mmX高125mm ;所述常规收缩仪单体通过水平量表连接座(8)、螺栓旋转固定螺孔(10)在水平方向上分别与水平量表(9)、试样(4)连接；所述水平量表连接座(8)能调节水平量表(9)水平向的位置，从而使得所述装置能根据试样(4)大小变化进行调整；所述常规收缩仪单体通过螺栓旋转固定螺孔(10)与收缩仪底座(7)竖直连接。
4.根据权利要求2所述的无扰动三向收缩试验装置，其特征在于:所述竖向量测装置(17)通过打磨了的电子称承重板(15)与电子称(12)连接；经过打磨后的电子称承重板(15 )与收缩仪底座(7 )连接，既能方便退出又可良好接触。
5.根据权利要求1所述的无扰动三向收缩试验装置，其特征在于:所述平板电子称(12)由电子称承重板(16)、电子称液晶显示屏(13)和电子称承重支撑(16)组成。所述电子称的量程为2100g，最小精度为0.lg。
6.根据权利要求2所述的无扰动三向收缩试验装置，其特征在于:所述多孔板(5)上试样(4)高度为2cm，直径为6.18cm。
【文档编号】G01N33/24GK103543250SQ201310522541
【公开日】2014年1月29日 申请日期:2013年10月29日 优先权日:2013年10月29日
【发明者】孙德安, 张添锋, 张俊然, 关伟娜 申请人:上海大学