[发明专利]一种用于土层湿陷性判定的测试装置及其测试方法

权利要求书

1.一种用于土层湿陷性判定的测试装置，包括从锥形探头(16)开始依次连接的外套筒(12)、推进杆(10)及数据处理器(8)，所述锥形探头(16)内包含有土壤水分探测器及应力传感器，土壤水分探测器包括水分传感器(1)和负载电阻(2)，应力传感器包括电阻应变片(3)和顶柱(4)，所述的数据处理器(8)中包含信息输入装置及信息输出装置，数据处理器(8)采用电缆(6)穿过推进杆(10)连接至锥形探头(16)，并通过分线器(5)将电缆(6)内导线分出连接至锥形探头(16)用于采集电子信号，其特征在于，所述的测试装置内还有注水装置，该注水装置包括注水开关(9)、输水通道(7)和注水环，所述注水环包括带孔隔板(13)、砂砾(14)和出水孔(15)，位于锥形探头(16)与外套筒(12)连接处的圆筒外壁分布出水孔(15)；所述输水通道(7)分两部分，一部分为环形输水通道，另一部分为输水管，其中环形输水通道位于外套筒(12)内并靠近外套筒(12)的筒壁，环形输水通道与外套筒(12)共用轴线，输水管位于推进杆(10)内并与环形输水通道相连接，该连接处有密封垫圈套(11)，输水管的进水口上有注水开关(9)，打开注水开关(9)后，水流通过输水管进入环形输水通道，再通过注水环的出水孔(15)进入土壤中。

2.如权利要求1所述的用于土层湿陷性判定的测试装置，其特征在于：

所述环形输水通道为圆筒双层壁通道，其圆筒双层壁的间隙为3～6mm；

圆筒下部的注水环中填充直径1.5～2.5mm的砂砾(14)颗粒；

填充砂砾(14)的注水环圆筒外壁上面分布有孔径为0.8～2mm的出水孔(15)。

3.如权利要求1或2所述的用于土层湿陷性判定的测试装置，其特征在于：

注水环的高度为1～3cm，即填充砂砾(14)和出水孔(15)的顶部平面距离锥形探头(16)锥底平面的高度为1～3cm；

锥形探头(16)的圆锥体锥尖角为55～65度；

圆锥体的锥尖(17)为球型，球型的锥尖(17)与圆锥体相切的圆形横截面直径为1.5～3mm；

锥形探头(16)的圆锥体底面直径为3～5cm。

4.如权利要求3所述的用于土层湿陷性判定的测试装置，其特征在于：

所述环形输水通道为圆筒双层壁通道，其圆筒双层壁的间隙为5mm；

圆筒下部的注水环中填充直径2mm砂砾(14)颗粒；

注水环外壁分布孔径为1mm的出水孔(15)。

5.如权利要求4所述的用于土层湿陷性判定的测试装置，其特征在于：注水环的高度为1.5cm。

6.如权利要求5所述的用于土层湿陷性判定的测试装置，其特征在于：

锥形探头(16)的圆锥体锥尖角为60度；

锥尖(17)与圆锥体相切的圆形横截面直径为2mm；

锥形探头(16)的圆锥体底面直径为4.5cm。

7.一种根据权利要求1或2所述的测试装置来判定土层湿陷性的测试方法，其特征在于，包括如下测试判定步骤：

1)对测试装置顶部施加一个力，将锥形探头(16)匀速压入土中，测得某一深度处土的贯入阻力，推算该处土的强度，其中，所述贯入阻力与土体抗剪强度关系如下：τ＝aR-b；

其中，不排水抗剪强度τ与土体极限承载力q_u存在如下关系τ＝q_u/c，所述c为系数，2＜c＜3，所述天然状态土体强度与锥形探头(16)的圆锥体底面积关系为：P＝q_u·S；

2)开启注水开关，加水使锥形探头(16)所在位置土层至饱和后测该处的饱和土体强度；以及，

3)通过比较土体浸水前后强度的变化，判定土层的湿陷性，其中，P≥6MPa时，判定为非湿陷性土；P＜6MPa时，当p/p_m≥3.5时，判定为湿陷性土；P＜6MPa时，当p/p_m＜3.5时，判定为非湿陷性土；

其中，所述p为天然状态土体强度，p_m为饱和状态土体强度。