[发明专利]一种刚度约束条件下盐渍土盐胀特性试验装置

说明书

本发明涉及一种刚度约束条件下盐渍土盐胀特性试验装置，包括温控箱(1)，均置于温控箱(1)内部的支撑架(2)、试样桶(3)以及刚度约束机构和试验数据检测组件；通过不同刚度约束机构的选择，能够提供不同的刚度约束变化环境，配合顶杆的可移动性形成相应的刚度约束条件，温控箱对土样温度进行调节实现不同刚度约束条件下的冻融循环试验。本发明进一步增设注水口(27)、称重器(11)、加水组件(17)和空气干燥组件等部件，能够实现不同刚度约束条件下的干湿循环试验、干湿‑冻融耦合试验。本发明操作简易，装配方便，可同时测量试样盐胀过程中的盐胀量及盐胀力，监测试样的含水率及温度变化，且数据自动化采集程度高。

技术领域

本发明涉及盐渍土盐胀特性测试技术领域，尤其涉及一种刚度约束条件下盐渍土盐胀特性试验装置。

背景技术

盐渍土是各类盐化、碱化土壤的总称。按分布主要分为内陆盐渍土、滨海盐渍土及高原盐渍土。我国盐渍土面积约20多万平方公里，居世界第四位。Na₂SO₄盐渍土广泛分布于我国内陆及高原地区，盐胀是其主要病害类型之一。以青藏高原为例，该区域土壤盐渍化严重，且该区域地理环境特殊，海拔高，温差大，太阳辐射强烈，冻融循环剧烈。与此同时，伴随降雨、太阳辐射等复杂的周期性气象条件，干湿循环频发。Na₂SO₄在结晶生成Na₂SO₄·10H₂O的过程中体积膨胀3.18倍。在不断的干湿循环作用下，土体表层盐分逐渐累积，盐晶体不断失水和结合水，土体表层会发生显著的盐胀破坏(肖泽岸，赖远明.冻融和干湿循环下盐渍土水盐迁移规律研究[J].岩石力学与工程学报，2018,37(增1):3739-3746)。高含盐量的盐渍土在冻融循环及干湿循环的双重作用下，盐胀病害频发，严重威胁机场、道路、管线、房建等建(构)筑物的稳定性。因此，开展冻融循环，干湿循环及其综合影响下盐渍土盐胀性的研究具有深远的现实意义。

目前，学术界对盐渍土盐胀性的研究大多基于室内模型试验，主要在恒荷载条件下，对单次降温或冻融循环下的盐-冻胀量参数进行测试分析。比如，申请号201610824301.5的发明专利公开了“一种高精度盐胀试验设备”，该设备主要包括试样桶、温度调控系统和试样干湿度控制系统(包括加水容器、空压机)，试样桶包括外桶和设置在外桶内的内筒，内筒内壁上有风干单元，加水容器通过管道连接到内筒外壁并和内筒内腔连通。该设备虽然在一定程度上实现了试样的干湿循环，但仍然存在以下缺点与问题：

1、只能进行恒荷载约束条件下的盐胀试验，无法进行完全约束条件(刚度无穷大即恒体积)下的盐胀试验，同时也无法进行恒刚度或变刚度约束条件下的盐胀性测试。但是，在实际工程中，不同位置的土体具有的约束形式是多样的，因而其盐胀性也有所不同。例如，房建工程中，基础下部土体在发生盐胀时，其荷载可视作恒定，处于恒荷载约束条件；更深层的盐渍化土体在盐胀变形时，其上层土体可能会发生压缩变形，约束力处于变化之中，此时可将其约束简化为等刚度或变刚度约束条件；靠近坚硬岩层或完全刚性结构下的土体被完全限制，此时盐胀力最大，可将其简化为刚度无限大的完全约束条件。并且现实场地中的盐渍土处于干湿循环，冻融循环等复杂周期性气象条件下，单一试验条件下的试验结果，不能真实反映盐渍土实际的盐胀特性，对于实际具体工程的指导意义很有限。

2、测量参数单一，只能对试验过程中盐胀量进行测量，由于试验中的盐胀力始终等于上覆荷载，因此无法监测土体盐胀过程中的盐胀力演变机制，无法对盐胀力进行相关研究分析，且数据自动化采集程度低。

3、进行含水率递增时，从试样桶侧壁加水，水分横向迁移，进行含水率递减时，从试样桶侧壁吹气，这与实际自然工况下的地表接水、地表蒸发条件不符，且在试样桶内部吹气，在一定程度上造成了试样结构性的破坏。单侧吹气会导致试样含水率分布不均，干燥过程中，由于进风口处试样含水率较低，水盐不断向进风口迁移，极大地造成试样盐胀的不均匀性，且这种不均匀性会随着试验的推进而不断增大。