控制吸力条件下的单轴强度试验装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种控制吸力条件下的单轴强度试验装置，包括可以控制升降的调升台，在所述调升台上固定有容器，所述容器内固定有一个放置试样的凸台，所述容器的上边缘固定一个微型搅拌机；所述容器上方由螺纹固定着反压横梁，在该反压横梁中间部位固定有应力环，并安装一个测定应力环形变的位移传感器；所述应力环下端紧密扣接一个用于给试样传递压力的压力帽；在所述调升台的一立柱上固定有检测压力帽位移数据的位移传感器；在调升台的另一立柱上固定一个平衡杆，该平衡杆一头连接砝码，另一头连接试样。本实用新型基于渗析技术能够更好的模拟自然状态，无需任何高压装置，控制吸力的范围大，效果可靠。
【专利说明】控制吸力条件下的单轴强度试验装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及工程检验设备【技术领域】，尤其是一种控制吸力条件下的单轴强度试验装置。
【背景技术】
[0002]工程界遇到的土绝大部分处于地下水位以上，呈非饱和状态，在土木工程行业发展日益蓬勃的今天，越来越多的工程病害问题引起众多科研人员对非饱和土力学特性的研究。相对饱和土力学而言，非饱和土力学的研究相对比较缓慢，其中一个重要因素是当前试验技术和设备不够完善。因此改进和设计新的非饱和土试验仪器设备，是对促进非饱和土力学测试的必要的、不可或缺的前提。
[0003]根据目前已有文献资料，关于非饱和土强度测试中的吸力控制主要通过轴平移技术借助陶土板来控制，一方面由于陶土板控制吸力测量的关键在于试样与陶土板的接触紧密程度，且陶土板厚度较大，故这种实验方法在吸力平衡过程历时很长，使得对试验环境的要求较高，如必须保持长时间不能断电，长时间与试验底座接触使得试样容易与水中离子发生结晶从而影响试验精度等；另一方面目前控制吸力需要通过提高空气压力来实现，高压下设备的安全性和气体扩散问题等均对试验的操作和精度有重大影响，还有就是当土的饱和度较高时，气相成为非连续的气泡状态，轴平移技术的实用性将受到限制。
实用新型内容
[0004]本实用新型针对现有技术的不足，提出一种控制吸力条件下的单轴强度试验装置，结构简单，吸力值通过溶液浓度测定控制也非常简便。
[0005]为了实现上述实用新型目的，本实用新型提供以下技术方案:一种控制吸力条件下的单轴强度试验装置，包括可以控制升降的调升台，在所述调升台上固定有容器，所述容器内固定有一个放置试样的凸台，所述容器的上边缘固定一个微型搅拌机；所述容器上方由螺纹固定着反压横梁，在该反压横梁中间部位固定有应力环，并安装一个测定应力环形变的位移传感器；所述应力环下端紧密扣接一个用于给试样传递压力的压力帽；在所述调升台的一立柱上固定有检测压力帽位移数据的位移传感器；在调升台的另一立柱上固定一个平衡杆，该平衡杆一头连接砝码，另一头连接试样。
[0006]进一步地，还包括信号采集仪，所述位移传感器与所述信号采集仪连接。
[0007]进一步地，所述凸台的直径大于试样的直径。
[0008]与现有技术相比，本实用新型具有以下优点:基于渗析技术能够更好的模拟自然状态，无需任何高压装置，控制吸力的范围大，效果可靠。通过本装置可以对非饱和土在强度测试实验方向进行深入研究，为未来其应用奠定基础。该试验设备的研究，能够为非饱和土力学中强度的测试提供一个新的方向，具有重要的科学意义。
【专利附图】
【附图说明】[0009]图1为本实用新型的结构示意图。
【具体实施方式】
[0010]下面结合附图对本实用新型进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本实用新型的保护范围有任何的限制作用。
[0011]如图1所示的一种控制吸力条件下的单轴强度试验装置，包括可以控制升降的调升台1，固定在调升台I上的容器2，容器2中间固定有一个直径稍微大于试样的凸台21，容器2上边缘固定一个微型搅拌机3 ;调升台I上方由螺纹固定着反压横梁4，在其中间部位固定一个应力环5，并安装一个测定应力环5形变的位移传感器6 ;应力环5下端紧密扣接一个用于给试样传递压力的压力帽7,在调升台I 一个立柱12上固定一个位移传感器8,检测压力帽7位移数据；在调升台I另一立柱13上固定一个平衡杆9，平衡杆9 一头连接砝码10，另一头连接试样；位移传感器8和位移传感器6信号线连接到信号采集仪11。
[0012]本装置基于渗析法的控制吸力的强度试验装置，由于所采用的半透膜厚度远小于陶土板，因而达到吸力平衡的时间大大缩短，同时由于该方法通过渗透吸力控制孔隙水压力为高的负值，土样与自然环境下的状态更为接近，避免了传统高压状态的各种问题，且试验设备简单，轻便的多，吸力值通过溶液浓度测定控制也非常简便。
[0013]根据所需要控制的吸力，选择经过吸力探头、高岭土校定的PEG(聚乙二醇)溶液以及半透膜(保证溶质分子不能通过)。将PEG溶液倒入有机玻璃容器，确保能够淹没试样，开启微型搅拌机以保证PEG溶液浓度稳定。将试验试样装入半透膜密封并进行称重(精确至0.0Olg)记为G1，借助平衡杆吊绳轻轻缓慢置入有机玻璃容器，并确保PEG溶液淹没整个试样，迅速通过平衡杆另一端的砝码进行称重记录，观察并记录其变化数值，直至稳定不再变化记为G2，此时可以认为试样吸力平衡过程已完成。调节压力帽使得与试样接触良好，调节固定应力环的位移传感器Hl及压力帽的位移传感器H2。缓慢升高调节台H3，观察试样的变化情况，记录系列值H1、H2、H3直至试样破坏，拍照称重G3并记录相关试验数据。卸下试验各装置，试验结束。通过G1、G2、G3可以确定试样含水率的变化情况，探求吸力平衡时含水率变化的相关情况，以及破坏过程中含水率的变化；借助H1、H2、H3系列值可以明确试样在不同轴向应力时轴向位移的变化以及试样破坏过程中轴向位移变化的相关情况。
[0014]本试验装置基于渗析法的基础上进行非饱和土力学强度特性试验，与目前采用陶土板控制吸力的试验相比较可以大大缩短吸力平衡的试验历时，提高吸力测量的范围，且土样与自然环境下的状态更为接近，实验设备简单轻便，吸力值通过溶液浓度测定控制也非常方便，同时可以及时准确跟踪试样中含水率和轴向高位移变化等信息。
【权利要求】
1.一种控制吸力条件下的单轴强度试验装置，其特征在于:包括可以控制升降的调升台，在所述调升台上固定有容器，所述容器内固定有一个放置试样的凸台，所述容器的上边缘固定一个微型搅拌机；所述容器上方由螺纹固定着反压横梁，在该反压横梁中间部位固定有应力环，并安装一个测定应力环形变的位移传感器；所述应力环下端紧密扣接一个用于给试样传递压力的压力帽；在所述调升台的一立柱上固定有检测压力帽位移数据的位移传感器；在调升台的另一立柱上固定一个平衡杆，该平衡杆一头连接砝码，另一头连接试样。
2.如权利要求1所述控制吸力条件下的单轴强度试验装置，其特征在于:还包括信号采集仪，所述位移传感器与所述信号采集仪连接。
3.如权利要求2所述控制吸力条件下的单轴强度试验装置，其特征在于:所述凸台的直径大于试样的直径。
【文档编号】G01N3/00GK203772633SQ201420106794
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2014年3月11日 优先权日:2014年3月11日
【发明者】吕擎峰, 刘鹏飞, 申贝, 李军鹏, 赵彦旭 申请人:兰州大学, 中铁二十一局集团有限公司