[发明专利]一种直接测试粗粒土橡皮膜嵌入量的装置及方法

说明书

技术领域

本发明属岩土工程测试技术领域，具体涉及一种测试粗粒土试样橡皮膜嵌入量的装置及方法。

背景技术

目前，室内测定粗粒土橡皮膜嵌入常用的有等向固结试验和在试样周围填充细砂的方法来消除橡皮膜嵌入试验。等向固结试验间接的测量橡皮膜的嵌入，试验方法简单，其认为试样的排水量等于土骨架变形（固结排水量）与橡皮膜嵌入引起的排水量之和，在对试验成果的校正中运用较多。但是其存在以下一些问题：①土骨架的变形与因土骨架变形引起的固结排水量在通常情况下并不相等，这是因为试样内部半封闭、封闭气泡的存在，使得其饱和度通常达不到100%；②试样的饱和过程中，橡皮膜与试样之间通常会存在一定量的积水，此时测定的固结排水量与土骨架变形不可能相等。虽然试验中采用小围压饱和的方法加以改善，但是不可能根本上消除。③为了确定土骨架的变形与轴向变形的关系，其假定试样为各向同性的土体，这与实际并不相符，试样采用分层制作而成，具有明显的层状结构而表现出一定的各向异性特性。因此,试验测定的粗粒土橡皮膜的嵌入量并不一定可靠，用其来对试验成果进行校正的有效性值得商榷,其相关成果也很难应用于工程实践。

利用在试样周围填充细砂的方法来填平试样表面凹凸不平，阻止橡皮膜的嵌入，这一方法在试验中使用较多。但是该方法存在如下问题：①在试样周围填充细砂后，饱和过程中，砂土浸水变湿产生收缩，对试样形成附加的箍力，变相的提高了试样的围压，对试样的应力变形产生影响；②填充细砂后，试验过程中，试样内部的渗流场变得复杂，如果土体颗粒较大，一方面用于填充试样表面的细砂用量会增大，另一方面细砂在试样内部可能会发生迁移，对试验结果产生较大影响。

发明内容

本发明旨在克服现有技术的不足，提供一种用于直接测定粗粒土橡皮膜嵌入量的装置和方法。

为了达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

所述直接测试粗粒土橡皮膜嵌入量的装置包括一端开口的试验槽、盖在试验槽上的顶部盖板和装于试验槽开口端的端部盖板；所述试验槽由隔板分成填料区和注水区，注水区与试验槽的开口端连通；所述端部盖板上设有注水孔和加压孔；所述隔板与试验槽之间通过可拆卸连接件连接；所述端部盖板与试验槽的开口端之间通过密封机构密封；所述注水区中设有与其体积相等且一端开口的橡皮膜；所述橡皮膜开口端边缘通过端部盖板压固。

其中，所述顶部盖板上对应注水区的位置设有排气孔；所述加压孔上装有压力控制阀门；所述可拆卸连接件为螺栓；所述密封机构包括设于试验槽开口端端面上的U型凹槽，设于顶部盖板同端部盖板连接的端面上的顶部盖板凹槽；所述U型凹槽和顶部盖板凹槽构成闭合的方形凹槽；所述方形凹槽内设有橡皮圈；所述试验槽顶部设有顶部螺栓孔；所述试验槽的端部开口上设有端部翼缘，端部翼缘上设有试验槽端部螺栓孔；所述顶部盖板上设有与顶部螺栓孔对应的顶部固定螺栓；所述顶部盖板同端部盖板连接的端面上设有顶部盖板翼缘，顶部盖板翼缘上设有顶部盖板端部螺栓孔；所述端部盖板上设有与试验槽端部螺栓孔和顶部盖板端部螺栓孔对应的端部盖板螺栓；所述橡皮膜开口端的边缘宽度大于端部翼缘和顶部盖板翼缘的宽度；所述装置由不锈钢材料制作而成。

本发明还提供了一种直接测试粗粒土橡皮膜嵌入量的方法，包括如下步骤：

（1）用隔板将一端开口的试验槽分成填料区和注水区，注水区与试验槽开口端连通，在填料区内制作试样，试样的高度与试验槽的深度一致，制好试样后调整隔板使隔板紧贴试样；

（2）将顶部盖板固定在试验槽上；

（3）在注水区内放置一个与其体积相等的一端开口的橡皮膜，使橡皮膜底部紧贴隔板； 

（4）将端部盖板固定在试验槽的开口端并密封，同时压紧橡皮膜开口端的边缘，在橡皮膜内形成一个密封的压力室；

（5）从注水孔往压力室内注水，待水溢出时，将注水孔堵住，然后通过加压孔向压力室内加压，压力稳定后记录加压器的出水量；

（6）做一个平行试验：在填料区内制作好试样后取出隔板，固定顶部盖板，在注水区内安放橡皮膜，使橡皮膜底部紧贴试样，再用端部盖板封闭端部开口并压紧橡皮膜的开口边缘，然后按照步骤（5）记录加压器的出水量；

（7）将步骤（5）和（6）所得的出水量相减，其绝对值即为橡皮膜的嵌入量。

其中，所述步骤（3）和步骤（6）中，在注水区内安放橡皮膜后，通过排气孔吸出橡皮膜与注水区内壁间隙中的气体；所述步骤（5）中，向压力室内加压时打开压力控制阀门，加压完毕后关闭压力控制阀门。

下面结合附图、设计原理对本发明作进一步说明：