[发明专利]一种测量土体固结性能和膨胀力的装置

权利要求书

1.一种测量土体固结性能和膨胀力的方法，其特征在于：包括支架、加载组件、土壤膨胀仪、量力环、智能终端，支架上端可拆卸连接有一横梁，横梁的中部竖直设有一螺孔；

加载组件包括伺服电机，伺服电机固定设置于横梁上，伺服电机传动连接有一螺杆，螺杆设于螺孔内；螺杆的底端连接量力环，土壤膨胀仪设于量力环的测量表测量头的正下方；

待测量土体置于土壤膨胀仪的内部，量力环的测量表和土壤膨胀仪的位移表均连接智能终端的输入端，伺服电机连接智能终端的输出端；

支架的底部可拆卸连接有底座，土壤膨胀仪设于底座上；

土壤膨胀仪包括水槽，水槽内底部通过压板固定设置有下透水石，下透水石上设置有环刀，环刀内部设有上透水石，上透水石上端面盖设有顶盖，位移表设于顶盖的上方；待测量土体置于上透水石和下透水石之间，待测量土体位于环刀内部；

底座上还设有一表架，土壤膨胀仪的位移表设于表架上；

表架为开关式万向强磁力表架；

环刀和所述顶盖均由304不锈钢材料制成，环刀的直径为61.8mm，高为20mm，

测量表和位移表均为数显百分表，测量表和位移表均与智能终端通过数据线连接；

测量表的测量头位于顶盖上表面中心位置；

测量待测量土体的固结性能时，每当测量表的读数改变0.01mm，智能终端控制伺服电机带动螺杆向下移动，使测量表的读数恢复到改变前的读数；

测量待测量土体的膨胀力时，每当位移表的读数改变0.01mm，智能终端控制伺服电机带动螺杆向下移动，提供与膨胀力大小相等、方向相反的荷载压力，使位移表的读数恢复到改变前的读数，

待测量的土体置于土壤膨胀仪的内部，

在环刀内壁均匀涂抹一薄层凡士林，切取土样，将上下两面修理平整，制成高度为20mm的试样，并称取环刀和土样的质量，

土样经过抽气饱和处理，将试样放置在下透水石上，并通过压板固定，然后在试样上表面加盖上透水石，再在上透水石上覆盖顶盖，调节横梁的高度使量力环的测量表的测量头与顶盖恰好接触，最后在水槽中注入水，使试样完全浸没于水中，调节好位移表，使其测量头与顶盖相接触，记录位移表的初始读数，

当进行固结压缩性能检测时，首先通过智能终端对测量表和位移表进行初始化，设置应力路径，智能终端控制伺服电机旋转一定角度，带动螺杆向下移动，进一步带动量力环向下移动，进而对顶盖施加一定的荷载，当试样受到荷载压力时，发生形变，位移表读数发生变化并自动采集固结压缩数据发送给智能终端，由于试样发生形变收缩，导致试样受到的压力减小，从而测量表的读数发生相应变化，每当测量表的读数改变0.01mm，则智能终端就自动调节伺服电机进行相应的动作，带动螺杆下移，通过量力环对顶盖施加向下的压力，使测量表恢复到原来的读数，以保证提供恒定的荷载，直到智能终端判定位移表的读数稳定时，智能终端调节伺服电机驱动螺杆下移，对试样加载下一级别的荷载，重复上述实验原理完成固结压缩性能检测，

当检测膨胀力时，智能终端对测量表和位移表进行初始化，在水槽中加入水后，土体试样吸水膨胀，产生竖向形变，位移表的读数就发生相应变化，每当位移表读数改变0.01mm，智能终端接收位移表的位移信号控制伺服电机作出相应动作，使螺杆向下移动，通过量力环对顶盖施加向下的压力，进而控制试样不发生膨胀，使其不产生竖向变形，使位移表的读数恢复到初始读数，直到测量表的读数稳定时，此时螺杆通过量力环对试样产生的压力即为此刻土体试样的吸水膨胀力，测量表上采集的数据即为土体试样的膨胀力值，通过智能终端接收的测量表和位移表的数据自动调节伺服电机，进而驱动螺杆向下移动对试样施加荷载，实时监测试样的荷载变化和形变量，避免了通过调节加载砝码的数量调整荷载的复杂步骤，保证了试样恒体积状态下的膨胀力测量，提高了对土体试样固结压缩性能和膨胀力测量的精确性。