本实用新型涉及岩土工程技术领域，具体是一种野外快速进行不同含水率土样固结实验的简易装置。
背景技术：
在工程实践中，土的压缩性对于施工场地综合工程地质条件的评判至关重要，而作为描述土体压缩性大小的物理量—压缩系数，其通常是由室内常规压缩试验所得的e-p曲线而得来的。传统的固结试验仪虽能进行常规压缩试验，但是其试验用样需要通过挖掘-包装-搬运-削样-测试等一系列流程，尤其是包装和搬运，所需费用较大，并且搬运过程中会对土体进行或多或少的二次扰动，那么如果在野外原地进行该项试验，既可避免室内试验中土样的搬运工作，降低试验成本，又可弥补试验样本质量和数量的不足。
不同含水率、不同竖向压力下土体的竖向变形量不同，目前很少有人进行含水率连续变化的固结试验，
技术实现要素：
本实用新型的目的在于提供一种野外快速进行不同含水率土样固结实验的简易装置，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
一种野外快速进行不同含水率土样固结实验的简易装置，包括：
底座，开设有3个排水口及多条第一环形凹槽，所述多条环形凹槽连通所述排水口；底座边缘平均分布6个固定孔，与固定螺纹杆配套使用；底座边缘6个带六角螺纹(外切圆半径为8mm)的螺母与半径为5mm的长杆(杆长180mm)焊接构成固定螺纹杆；边缘环形凹槽放置密封圈；
压力室，压力室外壁固定在所述底座上；所述压力室内部为空腔，顶部设置有密封盖，其中部为可滑动的中轴传压杆；
加压组件，主要是滑动加压盖，通过人工对向调节螺母的位置来对样品进行加压，压力的大小通过称重传感器来接收，配套使用数显仪，称重传感器下部连接压力盖；
位移组件，是指百分表安装在滑动加压盖上，并与其相对固定，能测定轴向位移；
装样组件包括环刀、护环、滤纸、压力盖和透水石，环刀尺寸为Φ61.8mm×H20mm，壁厚为1.7mm，材料为不锈钢或铝合金；护环通过下部接触环刀，上部通过密封圈接触密封盖，起到密封的作用；滤纸为快速定性滤纸；压力盖与透水石直接接触，用来分布压力；透水石分上透水石和下透水石，上透水石的尺寸Φ61.8mm×H10mm，下透水石的尺寸Φ 65.2mm×H10mm，其作用是均匀分散下部水流的压力；
水份控制系统包括注射器、塑料软管和阀门，所述注射器固定在方座支架上，并且有 10、20和50mL三种规格可供选择，根据情况选取适合的规格，可以控制进入土样的水量；所述塑料软管的内径为2mm，外径为3mm，注射器中的蒸馏水通过塑料软管经阀门接入底座，然后进入土样；
其中，当进行固结实验时，将所述土样填充在所述空腔内。
作为本实用新型进一步的方案：所述底座的材料为高硬度铝合金或不锈钢制品，底座边缘平均分布6个固定孔，与固定螺纹杆配套使用；所述底座边缘6个带六角螺纹(外切圆半径为8mm)的螺母与半径为5mm的长杆(杆长180mm)焊接构成固定螺纹杆；所述底座的边缘还平均分布3个排水口，外接2个阀门控制水流进出，剩余1个用螺母封住，以备后期改进使用；所述底座中部开设多条共圆心的环形凹槽，并且其中开设3个径向对称小孔，所述环形凹槽与所述排水口连通；所述环形凹槽放置第一密封圈，在进行实验时，需用凡士林对其进行涂抹，达到密封良好的效果。
作为本实用新型再进一步的方案：所述压力室外壁为空心结构的有机高强度玻璃圆筒，内径46mm，外径50mm，壁厚为8mm，高度为80mm；所述压力室外壁内圆周上开设有一环形凹槽，环形凹槽能够与底座的密封圈结合良好，环形凹槽径向宽度为1.5mm，高度为0.5mm；所述密封盖中部设置一中轴传压杆孔A，中轴传压杆经A孔穿插在与密封盖中部，两者之间通过中轴传压杆密封组件接触，既可以上下活动，又完全密封；所述中轴传压杆半径沿轴向不等，上部直径为12mm，外螺纹，与滑动加压盖相连；中部直径为15mm；下部环形凹槽直径为12mm，称重传感器顶部镶嵌在其环形凹槽内；所述中轴传压杆中部通过密封组件(密封圈、螺母等)与密封盖相接触，达到密封的效果；其底部与传感器上部直接接触，用来传递压力，与下面的压力盖相连；所述密封盖开设有进线口B、排水孔C 和进气孔D，B的作用为引出传感器的数据线，C为排水孔需要阀门，D为进气孔，需要阀门，野外不用，室内试验可用于施加气压；所述密封盖为圆板结构，所述密封盖对应圆筒的位置上开设有一环形凹槽，所述环形凹槽内设置有第二密封圈，所述第一密封圈及第二密封圈将所述压力室内部的空腔密封；所述密封盖边缘平均分布6个固定孔，所述圆筒与所述底座通过6根螺栓固定连接。
作为本实用新型再进一步的方案：所述滑动加压盖为圆板结构，边缘平均分布6个固定孔，与固定螺纹杆配套使用，并通过人工对向调节3组螺母的位置来对样品进行加压，滑动加压盖4通过中轴传压杆将压力传递给土样，压力的大小通过称重传感器来接收；所述滑动加压盖开设一螺纹孔，百分表通过固定支架安装在滑动加压盖上，并与其相对固定，底部与密封盖接触，通过滑动加压盖与密封盖之间的相对位移来反映土样固结量，百分表需要提前校准；所述滑动加压盖下部中心开设有一尺寸与中轴压力杆上部相配套的螺孔，以便中轴传压杆与滑动加压盖相连。
作为本实用新型再进一步的方案：所述上、下透水石分别设置在所述称重传感器与所述土样之间及所述土样与所述底座之间；所述带有土体的环刀的放置方式为倒放，即刃角朝上；所述滤纸设置在所述透水石与所述土样之间；所述压力盖与透水石直接接触，用来分布压力；所述称重传感器量程0-20kg，精度0.1％，配套使用数显仪，数显仪自带电源。
作为本实用新型再进一步的方案：所述简易实验装置还包括：
铝盒和酒精，用于测定土体的初始含水率。
电子天平，用于称量土样的质量。
注射器，固定在方座支架上，通过针栓给土样供应设定水量。
塑料软管，一端与所述注射器连接，一端与所述底座连接。
阀门，设置在所述塑料软管上，控制水流进出。
固定螺纹杆，6根，部分区域为外螺纹，每根一端螺栓固定在底座上，中部1个螺母来固定仪器，顶部2个螺母与所述滑动加压盖通过螺纹连接，通过拧动所述螺母使所述滑动加压盖相对所述压力室滑移以给土样施加压力，螺母内螺纹直径均为10mm。
一种野外快速进行不同含水率土样固结实验的简易装置的实验步骤包括：
S1、把底座1和方座支架22固定好，然后通过方座支架22固定注射器21，注射器 21通过塑料软管20、阀门19接入底座1，阀门19接头两端涂抹凡士林；将称重传感器7 固定在压力盖14上，称重传感器7的数据线8通过B孔穿出并密封；检查各管路接头处、底座1与圆筒连接处是否漏水；通过注射器21将底座1环形凹槽中的空间填满，其水平面高度与下透水石13的底面齐平；
S2、取原状黄土，并测定其含水率，将土样削成Φ61.8mm×H20mm；对透水石13和滤纸12的质量进行称重；
S3、依次把透水石13、滤纸12、环刀11、滤纸12和透水石13放入底座1；将第一密封圈25、第二密封圈28分别放在底座1和密封盖3的环形凹槽中，并涂抹凡士林；
S4、将压力室圆筒固定在底座1上，并将与称重传感器7连接好的压力盖14放在上透水石13上，然后将护环15与倒扣的环刀11对接，最后通过固定螺纹杆5和螺母6将密封盖3、压力室圆筒以及底座1形成密闭空间；
S5、将固定支架17固定在滑动加压盖4上，并将滑动加压盖4与中轴加压杆16连接，通过固定螺纹杆5和螺母6将其固定；百分表18安装在固定支架17上，百分表18的底部通过滑动加压盖4上的孔到达密封盖3；
S6、首先通过人工拧动螺母6使滑动加压盖4相对所述压力室2滑移以给土样10施加压力，保持压力不变，按10ml、20ml、30ml和50ml逐级进水；施加每一级水量后宜用下列时间顺序测记；时间为6s、15s、1min、2min15s、4min、6min15s、9min、12min15s、 16min、20min15s、5min、30min15s、36min、42min15s、49min、64min、100min、200min 至稳定为止；压力的大小以及土样沉降的高度均通过数显仪9显示出来；
S7、实验完成后，测定透水石13和滤纸12的质量，然后将其中所含的水量从注射器21进入土样的水量中剔除掉，平均分配并重新计算各级含水率下的沉降量；
S8、按照上述步骤可以测定不同压力、不同含水率下土样的沉降量。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型的实验装置小巧便携，能合理进行应力加载，在野外能快速测定不同竖向压力、不同含水率下的压缩系数，避免了室内试验中土样的搬运工作，降低了试验成本，弥补了试验样本数量的不足，并且根据试验结果可以求解出满足工程经济性和安全性的最佳含水率，尤其是在换土垫层法中最大限度地控制换土量，在某种程度上降低施工成本，可为区域性的工程建设工作提供数据支撑。
附图说明
图1为本实用新型提供的简易实验装置的结构示图；
图2为本实用新型提供的实验装置主体部分的结构示图；
图3为图1中底座的三维结构示图；
图4为图1中密封盖顶面的三维结构示图；
图5为图1中密封盖底面的三维结构示图；
图6为图1中滑动加压盖顶面的三维结构示图；
图7为图1中滑动加压盖底面的三维结构示图；
图8为图1中中轴传压杆的剖面示图；
图9为图1中称重传感器的剖面示图；
图10为图1中压力盖的三维结构示图；
图11为图1中压力盖的剖面示图；
图12为图1中护环的三维结构示图；
图13为图1中护环的剖面示图；
图14为图1中固定螺纹杆的三维结构示图；
图15为图14中螺母剖面图。
图中：1-底座、2-压力室、3-密封盖、4-滑动加压盖、5-固定螺纹杆、6-螺母、7-称重传感器、8-数据线、9-数显仪、10-土样、11-环刀、12-滤纸、13-透水石、14-压力盖、15-护环、16-中轴传压杆、17-固定支架、18-百分表、19-阀门、20-塑料软管、21-注射器、22-方座支架、23-烧杯、24-中轴传压杆密封组件、25-第一密封圈、26-排水口、27- 固定孔、28-第二密封圈。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
请参阅图1，本实用新型实施例中，一种野外快速进行不同含水率土样固结实验的简易装置，包括：底座1、压力室2、加压组件、位移组件、装样组件和水份控制系统。
压力室2固定在底座1上；底座1开设有4个排水口26及多条第一环形凹槽，多条第一环形凹槽连通排水口26；压力室2内部为空腔，当进行固结实验时，将土样10填充在空腔内。压力室2的顶部设置有密封盖3；密封盖3开设有中轴传压杆孔A、进线口B、排水孔C、进气孔D及2条第二环形凹槽，内侧第二环形凹槽连通放置第二密封圈。
加压组件，主要是滑动加压盖4，通过人工对向调节螺母6的位置来对样品进行加压，压力的大小通过称重传感器7来接收，称重传感器7通过数据线8连接数显仪9，数显仪 9显示给土样所施加的压力，称重传感器7下部连接压力盖14。
位移组件，是指百分表18安装在滑动加压盖4上，并与其相对固定，能测定轴向位移，同样通过数据线8将百分表18与数显仪9连接在一起，显示土样的轴向位移。
装样组件包括环刀11、护环15、滤纸12、压力盖14和透水石13，环刀11尺寸为Φ 61.8mm×H20mm，壁厚为1.7mm，材料为不锈钢或铝合金；护环15通过下部接触环刀11，上部通过第二密封圈25接触密封盖3，起到密封的作用；滤纸12为快速定性滤纸；压力盖14与透水石13直接接触，用来分布压力；透水石13分上透水石和下透水石，上透水石的尺寸Φ61.8mm×H10mm，下透水石的尺寸Φ65.2mm×H10mm，其作用是均匀分散下部水流的压力。
水份控制系统包括注射器21、塑料软管20和阀门19，所述注射器21有10、20和50mL 三种规格，根据情况选取适合的规格，可以控制进入土样的水量；所述塑料软管20的内径为2mm，外径为3mm，注射器21中的蒸馏水通过塑料软管20经阀门19接入底座1，然后进入土样10。
该简易实验装置不仅能在室内进行常规固结试验，也可以在野外快速进行常规固结试验。该装置结构简单、便携轻巧、易于操作、稳定性好，对安装测试人员要求较低。
进一步的，参见附图1～图3，底座1边缘平均分布6个固定孔27，与固定螺纹杆5配套使用；底座1边缘还平均分布3个排水口26，外接2个阀门19控制水流进出，剩余1 个用螺母封住，以备后期改进使用；底座中部开设多条共圆心的环形凹槽，并且其中开设 3个径向对称小孔，所述环形凹槽与所述排水口26连通；所述环形凹槽放置第一密封圈，在进行实验时，需用凡士林对其进行涂抹，达到密封良好的效果。
进一步的，参见附图1、图2、图4和图5，压力室2为空心结构的圆筒；压力室2外壁一侧的内圆周上开设有一环形凹槽，环形凹槽能够与底座的第一密封圈25结合良好；密封盖3为圆板结构，所述密封盖对应圆筒的位置上开设有一环形凹槽，所述环形凹槽内设置有第二密封圈28，所述第一密封圈25及第二密封圈28将所述压力室1内部的空腔密封；圆筒与底座1通过螺栓5固定连接；底座1对应圆筒的位置也开设有一环形凹槽，环形凹槽内设置有第一密封圈；其中，第一密封圈25及第二密封圈28将压力室2内部的空腔密封；密封盖3开设有进线口B、排水孔C和进气孔D，B的作用为引出传感器的数据线 8，C为排水孔需要阀门，D为进气孔，需要阀门，野外不用，室内试验可用于施加气压；密封盖3中部设置一中轴传压杆孔A，中轴传压杆16经A孔穿插在与密封盖3中部，两者之间通过中轴传压杆密封组件24接触，既可以上下活动，又完全密封。
进一步的，参见附图1、图2、图6和图7，滑动加压盖4为圆板结构，边缘平均分布 6个固定孔27，与固定螺纹杆5配套使用，并通过人工对向调节3组螺母6的位置来对样品进行加压，滑动加压盖4通过中轴传压杆16将压力传递给土样10，压力的大小通过称重传感器7来接收；滑动加压盖4开设一螺纹孔，百分表18通过固定支架17安装在滑动加压盖4上，并与其相对固定，底部与密封盖3接触，通过滑动加压盖4与密封盖4之间的相对位移来反映土样固结量，百分表18需要提前校准；滑动加压盖4下部中心开设有一尺寸与中轴压力杆上部相配套的螺孔，以便中轴传压杆与滑动加压盖相连。
进一步的，参见附图1、图2和附图8，中轴传压杆16半径沿轴向不等，上部直径为 12mm，外螺纹，与滑动加压盖4相连；中部直径为15mm；下部环形凹槽直径为12mm，称重传感器7顶部镶嵌在其环形凹槽内。
进一步的，参见附图1、图2和附图9，称重传感器7量程0-20kg，精度0.1％，配套使用数显仪9，数显仪自带电源，与下面的压力盖14相连。
进一步的，参见附图1、图2、图10-图13，该简易实验装置还包括：压力盖14、2 层滤纸12、2块透水石13、护环15和环刀11。两块透水石分别设置在滤纸12与压力盖 14及底座1与滤纸12之间，用来分布压力。护环15设置在环刀11与密封盖3之间。带有土体的环刀11的放置方式为倒放，即刃角朝上。
进一步的，参见附图1，该简易实验装置还包括：注射器21、塑料软管20和阀门19。注射器21固定在方座支架22上，并通过针栓给土样10供应设定水量。塑料软管20一端与注射器21连接，一端与底座1连接。阀门19设置在塑料软管20上，控制水流进出。
进一步的，参见附图1、图2、图14和图15，该简易实验装置还包括：固定螺纹杆5， 6根，部分区域为外螺纹，每根一端螺栓固定在底座1上，中部1个螺母来固定仪器，顶部2个螺母与滑动加压盖4通过螺纹连接，通过拧动螺母6使滑动加压盖4相对压力室2 滑移以给土样10施加压力，螺母内螺纹直径均为10mm。
本实用新型的工作原理是：本固结系统是以太沙基单轴固结理论为基础。由于外载荷作用，水和空气从孔隙挤出，土的骨架颗粒间相互挤紧，导致土体压缩变形，通过数显仪来采集应力和压缩变形量。组装仪器时，通过密封圈防止漏水、漏气，通过在部件接触处涂抹黄油或凡士林等(润滑剂)减小密封盖3与中轴传压杆16之间的摩擦。
通过加压组件给土样施加轴向荷载；通过酒精燃烧法对土样10的原始含水率进行测定，然后通过注射器21的水量、透水石和滤纸中的水量的变化来综合反映土样中含水率的变化；通过称重传感器、百分表和数显仪获取不同轴向应力下的土样沉降量。
下面野外对Φ61.8mm×H20mm的黄土土样10进行固结实验，实验步骤包括：
S1、把底座1和方座支架22固定好，然后通过方座支架22固定注射器21，注射器 21通过塑料软管20、阀门19接入底座1，阀门19接头两端涂抹凡士林；将称重传感器7 固定在压力盖14上，称重传感器7的数据线8通过B孔穿出并密封；检查各管路接头处、底座1与圆筒连接处是否漏水；通过注射器21将底座1环形凹槽中的空间填满，其水平面高度与下透水石13的底面齐平；
S2、取原状黄土，并测定其含水率，将土样削成Φ61.8mm×H20mm；对透水石13和滤纸12的质量进行称重；
S3、依次把透水石13、滤纸12、环刀11、滤纸12和透水石13放入底座1；将第一密封圈25、第二密封圈28分别放在底座1和密封盖3的环形凹槽中，并涂抹凡士林；
S4、将压力室圆筒固定在底座1上，并将与称重传感器7连接好的压力盖14放在上透水石13上，然后将护环15与倒扣的环刀11对接，最后通过固定螺纹杆5和螺母6将密封盖3、压力室圆筒以及底座1形成密闭空间；
S5、将固定支架17固定在滑动加压盖4上，并将滑动加压盖4与中轴加压杆16连接，通过固定螺纹杆5和螺母6将其固定；百分表18安装在固定支架17上，百分表18的底部通过滑动加压盖4上的孔到达密封盖3；
S6、首先通过人工拧动螺母6使滑动加压盖4相对所述压力室2滑移以给土样10施加压力，保持压力不变，按10ml、20ml、30ml和50ml逐级进水；施加每一级水量后宜用下列时间顺序测记；时间为6s、15s、1min、2min15s、4min、6min15s、9min、12min15s、16min、20min15s、5min、30min15s、36min、42min15s、49min、64min、100min、200min 至稳定为止；压力的大小以及土样沉降的高度均通过数显仪9显示出来；
S7、实验完成后，测定透水石13和滤纸12的质量，然后将其中所含的水量从注射器 21进入土样的水量中剔除掉，平均分配并重新计算各级含水率下的沉降量；
S8、按照上述步骤可以测定不同压力、不同含水率下土样的沉降量。
对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。