[发明专利]膨胀土胀缩表征参数的测量装置及其测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种膨胀土胀缩表征参数的测量装置及测定膨胀土反复胀缩变形过程中渗水和渗气系数的方法，用于测试膨胀土在竖向荷载作用下反复胀缩特性；属于土木工程学科岩土工程测试技术领域。 

背景技术

膨胀土是一种具有多裂隙和显著胀缩特性的特殊性粘土，具有多裂隙性、遇水膨胀、失水收缩开裂且随含水率变化产生反复胀缩变形等工程性质。膨胀土在我国乃至全世界范围内分布都极其广泛，膨胀土地区的许多工程事故，如建筑物坍塌、路基隆起、边坡失稳等都是由于膨胀土的胀缩变形引起的。而要研究膨胀土的胀缩变形特性，需要进行膨胀土在不同竖向荷载作用下的胀缩试验。目前研究膨胀土胀缩特性的试验有：无荷载膨胀率试验、有荷载膨胀率试验和收缩试验。无荷载膨胀率试验是在膨胀仪内装入试样，注水后土体产生膨胀。有荷载膨胀率试验是在固结仪内装入试样，然后施加竖向荷载使土体压缩，注水后土体产生膨胀。收缩试验是采用收缩仪使土体在自然条件下风干，从而产生收缩变形。这三种试验方法和仪器简单方便，但具有显著的缺点：(1)只能进行单一的膨胀性或收缩性试验，不能进行膨胀、收缩循环往复变形试验；(2)只能测定土体的竖向变形量，试验结果也无法反映土体内部裂隙和结构的变化情况。 

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种膨胀土胀缩表征参数的测量装置，其能够通过控制置于试样水槽中的膨胀土的温度和含水率变化，以测定出膨胀土反复胀缩变形过程的渗水和渗气系数，从而反应出膨胀土在反复胀缩变形过程中土体内部的裂隙和土体结构的变化。 

为实现以上的技术目的，本发明将采取以下的技术方案： 

一种膨胀土胀缩表征参数的测量装置，包括机架以及试样容器，所述试样容器包括试样水槽，所述试样水槽内安置护环，且护环内通过安装在试样水槽底面的下透水石支撑环刀；所述下透水石、环刀的外表面分别与护环的内壁面密封连接；所述环刀内安装膨胀土试样，且膨胀土试样的上方通过安装上透水石与传力板连接；所述护环的上方设置导环，导环与护环、上透水石以及传力板之间的连接面皆分别密封；所述机架上分别安装顶升气缸和百分表；顶升气缸的活塞杆与试样水槽底部接触，百分表的测杆与传力板连接；所述试样水槽的底部分别安装水槽进水管和水槽进气管，且水槽进水管通过其端部安装的接头与水源连接，水槽进气管则通过其端部所安装的接头与气源连接；传力板则分别安装试样出气管与和试样出水管，且试样出气管通过其端部安装的接头与土体渗气量测定器连接；护环的外表面安装电加热器，所述电加热器的温度传感器安置于贯穿传力板和上透水石的测温孔中。

所述土体渗气量测定器包括敞口有机玻璃圆筒以及与该敞口有机玻璃圆筒的壁面密封连接的活塞，所述敞口有机玻璃圆筒的壁面分别设置有与排气管连接的出气口以及与试样出气管连接的进气口，所述进气口和出气口皆分别紧靠着敞口有机玻璃圆筒的底面设置，所述排气管上安装气压表，而气压表与排气管的排气口之间的连接管道上安装阀门。 

所述水槽进水管还与体变管的出水口连接，该体变管的进气口与气源连接。 

所述电加热器包括电源、温度控制器、温度传感器以及电加热片；电加热片安置在护环的外表面，且电加热片通过温度控制器与电源连接，而温度传感器则与温度控制器连接；所述温度控制器通过温度传感器所反馈的温度信息，控制电源与电加热片之间的通断。 

所述机架包括底板、横梁以及通过紧定螺母将底板和横梁连接的拉杆。 

本发明的另一个技术目的是提供一种上述膨胀土胀缩表征参数的测量装置进行膨胀土胀缩的测定方法，包括以下步骤：（1）在试样容器内安装膨胀土试样；（2）通过气缸对膨胀土试样施加设定的法向压力，待试样变形稳定后测量其变形量；（3）对膨胀土试样进行渗水饱和膨胀，待试样膨胀稳定后测定其膨胀变形量；（4）进行膨胀土试样的渗水系数测定；（5）在保持法向压力不变的情况下再对前述渗水膨胀后的膨胀土试样在进行电加热，使其发生失水收缩，当膨胀土试样达到预定含水率后测量其收缩变形量；（6）在保持法向压力不变的情况下进行膨胀土试样的渗气系数测定；（7）反复对膨胀土试样进行步骤（3）、（4）、（5）和步骤（6）的操作，测定每次浸水膨胀后的膨胀变形量和渗水系数及失水后的收缩变形量和渗气系数，通过渗水系数和渗气系数的变化反映试样内部裂隙的发展及结构变化情况。 

所述渗水膨胀具体为：先对膨胀土试样施加竖向载荷；然后在维持对膨胀土试样施加竖向载荷的基础上，从膨胀土试样的底部注水，导致膨胀土试样发生膨胀变形，以进行膨胀土试样渗水系数的测定。