[发明专利]一种变性土膨胀系数测定装置及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及土力学和土壤测试技术领域，具体涉及一种变性土膨胀系数测定装置及其应用。

背景技术

变性土是一种吸水膨胀、失水收缩显著的土壤，这种土壤在世界范围内分布很广泛，截至目前已经有40多个国家发现有变性土的存在，由于变性土这种显著膨胀收缩的特性，给当地的建筑及农用带来很多破坏，以中国为例，我国是膨胀土分布最广的国家之一，每年都有大量工程建筑遭受膨胀土的严重破坏。初步估计，我国每年因土的膨胀性造成各类工程建筑物破坏的损失，大约在数亿元以上。鉴于此，对变性土膨胀收缩性能的研究是急需解决的一个问题。

在美国土壤系统分类和中国土壤系统分类中变性土是一个土纲。它是一种富含2∶1型膨胀性矿物的粘质土壤。这种土壤干燥时土体强烈收缩形成裂隙，吸水膨胀后体积增大，具有强烈胀缩和扰动特性的粘质土壤。因此，膨胀收缩特性是变性土的基本特性，在土壤的鉴定和分类中，土壤膨胀系数是重要的诊断特性和指标；在工程建设和农业生产中，土壤膨胀系数是了解土壤基本性质的主要指标，如膨胀土分布区的道路、建筑物和其它土建工程项目都需要测定土壤的膨胀系数；由于土壤膨胀也强烈影响土壤水分运动和管理，在土壤水分和耕作等农业管理中也需要测定土的膨胀系数；土的膨胀系数也是判断膨胀土改良和处理技术的主要指标。

目前，国内外土工和土壤物理学领域对变性土膨胀性的测定主要有萨冉树脂法、搓条法和针管法，其中最常用的是后两种，土壤测试中搓条法和针管法都是先将土装入环刀中，底部用滤纸和纱布封好，浸水饱和24小时，然后放到石英砂上失水24小时，等到能成型再进行搓条法和针管法测定。搓条法在搓条时由于每次用力不同导致条的形状、直径都不同，针管法在取样时对土柱有挤压力，每次挤压力的大小不同，导致测定条件很难控制一致；搓条法和针管法在烘干过程中不仅长度会减小，直径也会减小，对膨胀系数的测定产生较大影响；搓条法和针管法在处理和测试过程中都需要比较长的时间、操作繁琐、人为因素影响较大，测定结果的重现性差。因此，发明一种能避免人为因素影响、重现性好的土壤膨胀系数测定装置与方法，具有重要的理论和实际应用价值。

发明内容

本发明提供了一种可反复利用的变性土膨胀系数测定装置，结构简单，操作方便，测试效率高。

一种变性土膨胀系数测定装置，包括盛水容器、带有刻度的内管及带有活塞杆的活塞，所述的盛水容器的底面带有第一通孔，所述的内管架设在盛水容器中，所述的活塞位于内管中且与内管的内壁之间带有过水间隙，所述的活塞顶部设有用于阻挡试样的透水部件，所述的活塞杆贯穿所述的第一通孔且与第一通孔内缘密封配合。

所述的变性土膨胀系数测定装置还包括底座以及固定在该底座上的固定杆，所述的内管通过第一连接件与所述的固定杆连接，所述的盛水容器通过第二连接件与所述的固定杆连接。

所述的盛水容器安放在所述的底座顶面，所述的底座带有位置与所述的第一通孔相应的第二通孔，所述的活塞杆依次贯穿所述的第一通孔、第二通孔，所述的活塞杆的长度大于内管的长度，以便于测试样品的更换。

作为优选，所述的盛水容器和内管同轴布置，以便于直观观察水和试样的高度。

作为优选，所述的第一连接件、第二连接件均为管夹，以夹紧固定内管、外管。

作为优选，所述的盛水容器的外壁带有刻度，以便于读取测试样品膨胀时的吸水量。

作为优选，所述的透水部件为两张滤纸以及位于这两张滤纸间的透水石。

本发明还提供了上述变性土膨胀系数测定装置在土壤膨胀系数测定中的应用。

所述的变性土膨胀系数测定装置的应用方法为：将活塞拉至内管的最底端，把变性土装入内管中，轻轻拍实，以控制土壤容重在要求的范围内，记下内管上土壤表面的刻度，然后向盛水容器内加入水，使其水位与内管中土壤的高度持平，盛水容器中的水分沿内管与底座间的缝隙，透过滤纸与透水石进入内管，使土壤吸水膨胀，吸水膨胀24小时后，记下此时内管中土壤表面的刻度；根据内管刻度前后读数的差异算出土壤的膨胀量；按照公式