[发明专利]一种非饱和土各向等压固结试验装置

说明书

所属技术领域

本发明涉及土木工程土工试验领域的一种非饱和土各向等压固结试验装置。

背景技术

土是由固相、液相、气相三相组成的材料，土材料的固体颗粒之间形成土骨架的孔隙，在这些孔隙中含有液体和气体。当土骨架的孔隙全部被水占满时，这种土称为饱和土；当土的孔隙中存在气体时，则此土称为非饱和土。土的饱和度即定义为土中水的体积所占孔隙体积的比值，即水充填土中孔隙的程度。当前，很多学者针对非饱和土的研究工作已经进行了大量的试验研究，并归纳总结出来很多本构模型。这些工作使得人们对非饱和土性质的理解和认识更加深刻。但是，这些本构模型所需要的基本试验参数必须通过基础试验如固结试验等来提供。

现有的固结试验仪普遍采用单向固结仪，即侧向为刚性环刀的仪器。在试验过程中，直接从竖向对试样施加固结压力，试样的侧向不发生变形，把竖向应变当作体应变，因此只能进行一维固结，而不能进行各向等压固结试验。对于饱和粘土的单向固结试验，由于土样中不存在孔隙气体且在固结过程中土样不会脱离环刀，所以测得的试样体积变化即为真实的试样体变，测得的本构模型参数如压缩指数等也能基本满足本构模型参数确定的需要；而对于非饱和土的固结试验，当向土样通入气体进行控制吸力时，土样会发生收缩而导致试样侧面脱离环刀，测得的试样体变不是真实的试样体变，不能真实反映非饱和土的固结压缩特性，测得的本构模型参数也与真实值不符。

发明内容

为了克服现有仪器在非饱和土固结试验过程中不能正确量测试样体积变化的缺点，本发明提供一种非饱和土各向等压固结试验装置。该装置操作方法简单，易于掌握，且能够准确量测出非饱和土试样固结过程中的体积变化。

在非饱和土各向等压固结试验过程中，外压力室内加水高度以不超过内压力室的高度为好；内压力室内加水至超过体变测量装置表面高度，使浮标离体积测量装置表面适当距离，试验时通过体积测量装置与浮标的距离变化来计算试样的体积变化情况。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种非饱和土各向等压固结仪，包括装置双压力室、装置底座、装置上盖、体变测量装置等。内压力室下端与装置底座相连且之间有橡皮圈，外压力室的上下端分别与装置底座和装置上盖相匹配，并且它们之间的连接处都垫有一层橡皮圈。装置底座的上表面和装置上盖的下表面均有压力室槽，与压力室相匹配，橡皮圈分别嵌入槽中。橡皮圈可以防止装置密封后外压力室内的水、气体外泄和内外压力室之间的水流通。本发明使用双压力室是为了防止在较高固结围压下，压力室发生变形影响试样体积变化的量测。

本发明中的内压力室通过带螺栓的固定杆固定在装置底座上，底部内侧通过橡胶圈与装置底座紧密相连，内压力室上部装有一个体变量测装置和一个浮标，试验时内压力室中加水至能将浮标浮起，通过浮标与体变量测装置的距离来量测试样的体积变化。

本发明装置底座的试验平台上有三个带螺纹的固定杆，用于固定内压力室；本发明中整个装置外围另设有三个拉杆，用于固定外压力室，使整个装置密封紧密。

本发明中的试样底座上嵌有一块高进气值的陶土板，该陶土板可以允许水通过而阻止气体通过，达到水气分离；底座下连接一根排水管和孔压传感器，关闭孔压阀可以读取试样的孔隙水压力，打开孔压阀可让试样与大气连通，读取固结试验过程中的排水量。

本发明中的体变测量装置的结构是：在内压力室上方有一个小水槽，该小水槽的底部有水管连通内压力室，该小水槽内放置一个浮标，该浮标下方固定安装一个体变量测装置，该体变测量装置通过数据传输线外接电脑。

本发明中的试样帽上嵌有一块透水石，可以通过试样帽顶上气管向试样施加气体，控制非饱和试样的吸力值。

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：

本固结试验装置可以对非饱和土试样通入气压，控制试样吸力，并施加三维的固结压力，进行各向等压固结试验；采用双压力室，防止压力室在高围压下发生膨胀而引起试样体积变化量测不准的情况；而且通过感应器与浮标之间的距离变化可以准确量测到试样在固结过程中的体积变化情况，并通过电脑自动采集数据。本发明试验装置能进行非饱和土的各向等压固结试验，具有原理简单，操作简便、自动化程度高的优点。

附图说明

图1是本发明用于非饱和土各向等压固结试验的装置结构示意图。

图2是内压力室及体变测量装置示意图。

图3是装好试样的底座示意图。

图4是装置底座俯视图。

图5是装置底座结构三维图。