土体膨胀冻胀联合测试装置及测试方法
【专利摘要】土体膨胀冻胀联合测试装置及测试方法，本发明涉及土体性质测试领域，具体是涉及一种用于膨胀土的膨胀率和冻胀率联合测试的装置及测试方法，它要解决现有针对膨胀土膨胀特性测试不准确的问题。测试装置中的试样盒置于恒温箱的底板上，试样盒上、下表面上的顶板和底板分别连接低温循环浴，顶板上方安装有位移传感器，底板还与供水装置相连，各传感器与数据采集系统相连。本发明测试方法首先通过位移传感器读数的变化，计算土体试样的无荷载膨胀率，然后降低顶板温度，冻结土体试样，再通过位移传感器读数计算土体冻胀率。本发明测试得到的冻胀率数据更接近工程实际，对膨胀土的冻胀特性认识更加准确。
【专利说明】 土体膨胀冻胀联合测试装置及测试方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及土体性质测试领域，具体是涉及一种用于膨胀土的膨胀率和冻胀率联合测试的装置及测试方法。
【背景技术】
[0002]膨胀土是一种具有膨胀结构以及多裂隙性、强胀缩性和强度衰减性的高塑性粘性土，也是典型的非饱和土。膨胀土分布范围较广，对工程建设的危害较大，防治较为困难。目前，对膨胀土的研究已成为当前岩土工程的重要研究方向之一，近年来国内外学者对膨胀土的研究比较多，而且研究多集中在土体的膨胀特性方面。
[0003]目前，国内外针对膨胀土开展的冻胀特性试验，采用的仍然是适用于普通土的冻胀试验方法，而未考虑土体的膨胀量，这就导致试验结果的不准确。发明人曾多次开展试验，尝试采用两种方法进行对比，试验结果证明，当前的膨胀土冻胀性试验并不完善，计算结果存在较大偏差，导致对膨胀土的工程性质掌握不准确、不全面，从而对工程设计产生不利影响。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是为了解决现有针对膨胀土膨胀特性测试不准确的问题，而提供土体膨胀冻胀联合测试装置及测试方法。
[0005]本发明土体膨胀冻胀联合测试装置包括恒温箱、顶板低温循环浴、底板低温循环浴、试样盒、顶板、多个热敏电阻温度计、位移传感器、供水装置、数据采集系统和主控计算机，其中试样盒为有机玻璃圆筒，在恒温箱的下部设置有顶板低温循环浴和底板低温循环浴，试样盒置于恒温箱内的底板上，顶板安放到试样盒顶部并通过导管与顶板低温循环浴的出口相连接，试样盒底部的底板通过导管与底板低温循环浴的出口相连接，在试样盒的侧壁、顶板和底板上均插有热敏电阻温度计，顶板的上方安装有位移传感器，底板的下表面通过水管连接供水装置，热敏电阻温度计与位移传感器的信号输出端分别连接到数据采集系统的信号输入端，数据采集系统的信号输出端连接主控计算机。
[0006]本发明土体膨胀冻胀联合测试方法按下列步骤实现:
[0007]一、将试验土料装入试验盒中，使用压力机将土体压制成型，得到土体试样；
[0008]二、在底板上铺设透水石和滤纸，放入步骤一得到的土体试样，然后在土体试样的上表面再放上滤纸和透水石，加盖顶板，完成土体试样的装样；
[0009]三、在试样盒的侧壁、顶板和底板上插入热敏电阻温度计，在顶板的上方安装位移传感器，连接顶板低温循环管路和底板低温循环管路，再连接上底板的供水装置，供水排除底板内气泡，最后连接电路完成联合测试装置的组装；
[0010]四、开启恒温箱，设定恒温箱内的温度为20°C，调节顶板低温循环浴和底板低温循环浴的温度为20°C，完成初始温度调节；
[0011]五、通过供水装置自下而上向试样盒内注水，使水面高出土体试样5mm，当位移传感器读数稳定时，记录位移传感器的初始读数Zci (mm)；
[0012]六、记录24~48h内某任一时间的位移传感器读数zt (mm),按如下的公式(I )计算无荷载膨胀率；
[0013]
【权利要求】
1.土体膨胀冻胀联合测试装置，其特征在于该土体膨胀冻胀联合测试装置包括恒温箱(1)、顶板低温循环浴(11)、底板低温循环浴(12)、试样盒(9)、顶板(6)、多个热敏电阻温度计(7)、位移传感器(8)、供水装置(2)、数据采集系统(3)和主控计算机(4)，其中试样盒(9)为有机玻璃圆筒，在恒温箱(1)的下部设置有顶板低温循环浴(11)和底板低温循环浴(12)，试样盒(9)置于恒温箱(1)内的底板(5)上，顶板(6)安放到试样盒(9)顶部并通过导管(61)与顶板低温循环浴(11)的出口相连接，试样盒底部的底板(5)通过导管(51)与底板低温循环浴(12 )的出口相连接，在试样盒(9 )的侧壁、顶板(6 )和底板(5 )上均插有热敏电阻温度计(7)，顶板(6)的上方安装有位移传感器(8)，底板(5)的下表面通过水管(21)连接供水装置(2)，热敏电阻温度计(7)与位移传感器(8)的信号输出端分别连接到数据采集系统(3)的信号输入端，数据采集系统(3)的信号输出端连接主控计算机(4)。
2.根据权利要求1所述的土体膨胀冻胀联合测试装置，其特征在于热敏电阻温度计(7)沿试样盒(9)的径向方向插入试样盒(9)。
3.根据权利要求1所述的土体膨胀冻胀联合测试装置，其特征在于在试样盒(9)的侧壁上插有多个热敏电阻温度计(7)，相邻两个热敏电阻温度计沿试样盒(9)的轴向方向的间隔为1cm。
4.土体膨胀冻胀联合测试方法，其特征在于土体膨胀冻胀联合测试方法按下列步骤实现: 一、将试验土料装入试验盒中，使用压力机将土体压制成型，得到土体试样； 二、在底板上铺设透水石和滤纸，放入步骤一得到的土体试样，然后在土体试样的上表面再放上滤纸和透水石，加盖顶板，完成土体试样的装样； 三、在试样盒的侧壁、顶板和底板上插入热敏电阻温度计，在顶板的上方安装位移传感器，连接顶板低温循环管路和底板低温循环管路，再连接上底板的供水装置，供水排除底板内气泡，最后连接电路完成联合测试装置的组装； 四、开启恒温箱，设定恒温箱内的温度为20°C，调节顶板低温循环浴和底板低温循环浴的温度为20°C，完成初始温度调节； 五、通过供水装置自下而上向试样盒内注水，使水面高出土体试样5mm，当位移传感器读数稳定时，记录位移传感器的初始读数Zci (mm)； 六、记录24~48h期间内某一时间的位移传感器读数zt(mm),按如下的公式(I )计算无荷载膨胀率；
5.根据权利要求1所述的土体膨胀冻胀联合测试方法，其特征在于步骤一土体试样的密度为 1.5g/cm3 ~1.`7g/cm3。
【文档编号】G01N33/24GK103776984SQ201410062316
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2014年2月24日 优先权日:2014年2月24日
【发明者】徐丽丽, 张滨, 刘丽佳, 李兆宇, 孙景路, 曲祥民, 陶琦 申请人:黑龙江省水利科学研究院