本发明涉及土工室内试验技术领域，尤其涉及一种增湿土样抗扭强度测试装置及测试方法。
背景技术：
用圆柱形三轴土样作抗扭实验可求得扭矩和扭角的关系，相应最大扭矩的最大剪断应力叫抗扭强度，但由于土体抗扭强度较小，试验测量困难，国内外对其研究都相对较少。随着国家基础设施建设逐步开展，对公路路基工程和边坡工程的抗扭能力有了更高的要求，因此，对于土体抗扭强度的研究具有重要的理论意义。目前几乎没有抗扭强度测试装置，也不能实现增湿土样的抗扭测试，因此，为了解决土样抗扭强度测定面临的问题，设计一种可以对增湿土样进行抗扭强度测试将非常重要。
技术实现要素：
针对现有技术存在的不足之处，本发明的目的在于提供一种增湿土样抗扭强度测试装置及测试方法，可以实现土样测试前的增湿操作，也可以实现增湿土样的抗扭强度测试，其具有结构设计合理、成本低廉、易于使用、操作简便、节能环保等优点，提高了科研水平。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种增湿土样抗扭强度测试装置，包括水箱、导管、土样帽腔、测力线、滑轮、砝码、水平杆和砝码高度测量尺，所述土样帽腔由上土样帽与下土样帽上下组合而成，所述水箱底部连通设有导管，所述导管底部贯穿上土样帽并置于土样帽腔中；所述水平杆底部通过固定杆连接有滑轮，所述测力线的一端端部与上土样帽连接，所述测力线的另一端端部绕过滑轮连接有砝码，所述测力线上设有位于上土样帽与滑轮之间的测力计；所述砝码高度测量尺对应砝码设置，所述水箱侧壁上沿着垂直方向设有水量刻度尺。
为了更好地实现本发明，所述导管上设有阀门。
作为优选，本发明还包括垫块，所述下土样帽放置于垫块顶部。
作为优选，本发明还包括底板，所述垫块设置于底板上，所述砝码高度测量尺固定设置于底板上。
作为优选，所述上土样帽具有朝下的上帽腔，所述下土样帽具有朝上的下帽腔，所述上土样帽的上帽腔与下土样帽的下帽腔相对应。
作为优选，所述底板上固定有支撑竖杆，所述水平杆固定连接于支撑竖杆顶部。
作为优选，所述测力线的另一端端部设有砝码挂环，所述砝码顶部设有砝码挂钩，所述砝码底部设有砝码挂环。
作为优选，所述测力线为铁丝。
一种增湿土样抗扭强度测试方法，其方法步骤如下：
a、在三轴土样外部包裹橡皮膜，将包裹有橡皮膜的三轴土样放置于上土样帽的上帽腔与下土样帽的下帽腔之间，通过土样帽腔的上帽腔与下帽腔紧密固定三轴土样的上下两端，将测力线的一端端部穿过上土样帽一侧壁以及三轴土样并固定于上土样帽另一侧壁上，测力线的另一端端部未悬挂砝码；打开导管上的阀门，让水箱中的水经过导管流入到土样帽腔中的三轴土样中，再关闭阀门以实现定量增湿，时间t1之后，三轴土样增湿均匀，然后记录砝码高度测量尺的读数a0；
b、向测力线的另一端端部悬挂一个砝码，记录测力计的读数b1，并记录砝码高度测量尺的读数a1，计算出砝码的下降距离a＝a1-a0；继续向测力线的另一端端部增加一个砝码，记录测力计的读数b2，并记录砝码高度测量尺的读数a2，计算出砝码的下降距离a＝a2-a0；……，当测力线的另一端端部悬挂n个砝码后，三轴土样刚被破坏，记录测力计的读数bn，并记录砝码高度测量尺的读数an，计算出砝码的下降距离a＝an-a0；然后根据测力计的读数bn、砝码高度测量尺的读数an计算出三轴土样的抗扭强度；三轴土样的抗扭强度为三轴土样最大截面应力，即测力计的最大读数比圆柱形土样截面，q＝bn(max)/πr2，r为圆柱形土样截面半径，r＝1.955cm，bn(max)为三轴土样刚被破坏时的测力计的最大读数(多次测量取最大值)。
c、试验完成后，取掉所有砝码、上土样帽，从下土样帽上部清理掉破坏的三轴土样，并回收、清洗橡皮膜以备下次试验使用。
本发明较现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
(1)本发明可以实现土样测试前的增湿操作，也可以实现增湿土样的抗扭强度测试，其具有结构设计合理、成本低廉、易于使用、操作简便、节能环保等优点，提高了科研水平。
(2)本发明通过添加一定数量的砝码实现对三轴土样施加一定的水平扭力，通过测力计及砝码高度测量尺，可精确测量三轴土样所受到的扭力及三轴土样的旋转距离，进而可以计算出三轴土样的抗扭强度。本发明测试试验的精度较高，对土体抗扭强度特性研究具有较高的实践意义。
(3)本发明通过阀门及水量刻度尺可以实现对三轴土样的定量增湿操作，提高了三轴土样的增湿精度，可以反复多次测量不同湿度三轴土样的抗扭强度。
(4)本发明通过上土样帽正中位置缠绕测力线，然后配合施加一定数量的砝码，砝码的重力经过滑轮转化为测力线的拉力，即可实现对土样施加一定的水平扭力。
(5)本发明通过设置测力计及砝码高度测量尺，可精确测量三轴土样所受到的扭力及旋转距离，进而可以计算出三轴土样的抗扭强度。
(6)本发明装置结构简单，加工成本低廉，易于在生产和教学中推广应用。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
其中，附图中的附图标记所对应的名称为：
1－水箱，2－水量刻度尺，3－阀门，4－导管，5－上土样帽，6－橡皮膜，7－垫块，8－三轴土样，9－底板，10－测力计，11－测力线，12－水平杆，13－固定杆，14－滑轮，15－砝码，16－砝码高度测量尺，17－下土样帽。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明：
实施例
如图1所示，一种增湿土样抗扭强度测试装置，包括水箱1、导管4、土样帽腔、测力线11、滑轮14、砝码15、水平杆12、砝码高度测量尺16、垫块7和底板9，土样帽腔由上土样帽5与下土样帽17上下组合而成，水箱1底部连通设有导管4，导管4底部贯穿上土样帽5并置于土样帽腔中。水平杆12底部通过固定杆13连接有滑轮14，测力线11的一端端部与上土样帽5连接，测力线11的另一端端部绕过滑轮14连接有砝码15，本发明测力线11优选为铁丝，铁丝刚度较大，不易伸缩，可以保持处于水平位置。测力线11上设有位于上土样帽5与滑轮14之间的测力计10，测力计10用于测试三轴土样8所受到的扭力。砝码高度测量尺16对应砝码15设置，砝码高度测量尺16用于测量三轴土样8所扭转的距离，水箱1侧壁上沿着垂直方向设有水量刻度尺2。
如图1所示，导管4上设有阀门3，本发明的水箱1通过导管4与三轴土样8相连通，依靠阀门3及水量刻度尺2控制进水量，可实现对三轴土样8的定量增湿。本实施例的下土样帽17放置于垫块7顶部，垫块7设置于底板9上，砝码高度测量尺16固定设置于底板9上。
本发明的上土样帽5具有朝下的上帽腔，下土样帽17具有朝上的下帽腔，上土样帽5的上帽腔与下土样帽17的下帽腔相对应。
为了便于水平杆12的固定与支撑，底板9上固定有支撑竖杆，水平杆12固定连接于支撑竖杆顶部。
本发明优选的测力线11的另一端端部设有砝码挂环，砝码15顶部设有砝码挂钩，砝码15底部设有砝码挂环，本发明的砝码15用于给测力线11施加一定的拉力，进而驱动三轴土样8扭转，可根据试验方案要求施加规定数量的砝码15。
本发明增湿土样抗扭强度测试装置通过上土样帽5正中位置缠绕测力线11(优选为铁丝)，可对三轴土样8施加一定的水平扭力，通过设置测力计10及砝码高度测量尺16，可精确测量三轴土样8所受到的扭力及旋转距离，进而可以计算出三轴土样8的抗扭强度。本发明测试试验的精度较高，对土体抗扭强度特性研究具有较高的实践意义。
一种增湿土样抗扭强度测试方法，其方法步骤如下：
a、在三轴土样8外部包裹橡皮膜6，橡皮膜6包裹于三轴土样8四周，可以防止三轴土样8中的水份蒸发，不会影响三轴土样8的含水率。将包裹有橡皮膜6的三轴土样8放置于上土样帽5的上帽腔与下土样帽17的下帽腔之间，通过土样帽腔的上帽腔与下帽腔紧密固定三轴土样8的上下两端，将测力线11的一端端部穿过上土样帽5一侧壁以及三轴土样8并固定于上土样帽5另一侧壁上(本实施例的上土样帽5正中位置被测力线11缠绕)，测力线11的另一端端部未悬挂砝码15。打开导管4上的阀门3，让水箱1中的水经过导管4流入到土样帽腔中的三轴土样8中，再关闭阀门3以实现定量增湿，时间t1之后，三轴土样8增湿均匀，然后记录砝码高度测量尺16的读数a0；
b、向测力线11的另一端端部悬挂一个砝码15，记录测力计10的读数b1，并记录砝码高度测量尺16的读数a1，计算出砝码15的下降距离a＝a1-a0；继续向测力线11的另一端端部增加一个砝码15，记录测力计10的读数b2，并记录砝码高度测量尺16的读数a2，计算出砝码15的下降距离a＝a2-a0；……，当测力线11的另一端端部悬挂n个砝码15后，三轴土样8刚被破坏，记录测力计10的读数bn，并记录砝码高度测量尺16的读数an，计算出砝码15的下降距离a＝an-a0；然后根据测力计10的读数bn、砝码高度测量尺16的读数an计算出三轴土样8的抗扭强度；三轴土样的抗扭强度为三轴土样最大截面应力，即测力计的最大读数比圆柱形土样截面，q＝bn(max)/πr2，r为圆柱形土样截面半径，r＝1.955cm，bn(max)为三轴土样刚被破坏时的测力计的最大读数(多次测量取最大值)。
c、试验完成后，取掉所有砝码15、上土样帽5，从下土样帽17上部清理掉破坏的三轴土样8，并回收、清洗橡皮膜6以备下次试验使用。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。