[发明专利]一种在冻土中测量孔隙水压力的装置

说明书

技术领域

本发明涉及冻土实验仪器领域，具体说是一种在冻土中测量孔隙水压力的装置。

背景技术

在冻土物理力学研究领域，孔隙水压力的测量已经成为了探索冻土冻胀、融沉等变形机理和开展相关计算的关键点。在冻土中，并不是所有的水都以冰的形式存在，当冻土温度接近于相变点时，未冻水体积含量会达到总含水量的20%-30%，但是由于环境温度较低，当冻土中的未冻水在荷载作用下排出到土体表面时会发生冻结，所以传统固结试验在实验罐壁测量孔隙水压力的方法不能适用于冻土。此外，在传统的土力学实验中，一定的实验仪器所能适应的土样高度是固定的。另外在冻土实验中，为了观察冻土在温度梯度下的水分运移现象，需要将土样的高度增加，在传统的土力学实验中，一定的实验仪器所能适应的土样高度是固定的，无法满足冻土在温度梯度下的水分运移现象的观测，从而需要设计一种能适应不同土样高度的实验装置成为必要。

发明内容

综上所述，本发明的目的在于提供一种在冻土中测量孔隙水压力的装置，以解决冻土中孔隙水压力测量的难题。

本发明的目的是通过以下技术来实现的：

一种在冻土中测量孔隙水压力的装置，包括温控箱1、实验罐和渗压计，底座与固定板之间设有实验罐，并通过固定件连接；实验罐顶部设有加压头；加压头上端设有加压杆，下端设有透水石；在底座和透水石之间为冻土试样；实验罐之间以及实验罐与底座之间有密封圈。

上述底座和加压头的内部设有冷液循环通道。

上述实验罐1-5个，采用有机玻璃制作，实验罐的罐壁上设有掏槽和钻孔，掏槽并钻孔处安放渗压计，钻孔处安放温度探头。

上述的渗压计是由微探头、传压管、压力传感器和数据采集线构成；传压管的前端连接微探头，后端连接压力传感器；传压管和压力传感器之间设有饱和补液口；压力传感器的末端接数据采集线；数据采集线与控温箱外部的数据采集仪相连。

上述的微探头的直径为4±0.3mm，采用透水石，或陶土板，或多孔陶瓷制作。

上述的传压管中充满低温不冻结的传压介质。

上述的传压介质为对癸烷，或石油醚，或二甲基硅油，或三氯甲烷，或乙醇。

本发明的优点及有益效果：

1、本发明采用分层实验罐，可以对不同土样、不同高度位置处的孔隙水压力进行实时量测。

2、本发明采用一个微小的探头，将其置于土体中，通过低温不冻的传压介质将冻土中的压力导出土体，从而取代传统在土体表面测量孔隙水压力的方式，这样，就不需要土体向外排水便可测量孔隙水压力的变化情况，由于探头在掏槽内埋设，所以不会因为土样变形太大而造成微探头的破坏，同时解决了传统实验中由于水渗出土体表面后冻结，导致在冻土中无法测量孔隙水压力的问题。

3、本发明采用的分层实验罐旨在解决适应不同试样高度的实验罐装置问题，并且能在实验中监测土体不同高度处温度和孔隙水压力的变化情况。

4、本发明结合传统压缩实验的优点，可以测量土样压缩变形量、温度分布、孔隙水压力变化等情况，具有操作方便，控制简单的优点。

 

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为图1中渗压计的放大示意图。

图3为粘土试样在-1.0℃、90kPa荷载作用下测出的孔隙水压力变化曲线。

图4为黄土试样在-1.0℃、102kPa荷载作用下测出的孔隙水压力变化曲线。

图中：1-控温箱  2-底座  3-密封圈  4-渗压计  5-有机玻璃实验罐  6-透水石 7-固定板  8-加压头  9-加压杆 10-固定件 11-温度探头  12-掏槽  13-微探头  14-传压管  15-饱和补液口  16-压力传感器  17-数据采集线

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明：

如图1、2所示，一种在冻土中测量孔隙水压力的装置，包括温控箱1、实验罐5和渗压计4，底座2与固定板7之间设有实验罐5，并通过固定件10连接；实验罐5顶部设有加压头8；加压头8上端设有加压杆9，下端设有透水石6；在底座2和透水石6之间为冻土试样；实验罐5之间以及实验罐5与底座2之间有密封圈3。