[发明专利]一种固结试验中吸力量测装置

说明书

技术领域

本发明专利涉及一种室内非饱和土力学实验中用于测量土体基质吸力的装置，尤其是公开一种在非饱和土固结试验中既量测固结参数又量测土体吸力参数的装置及其使用方法。

背景技术

在吸力量测技术中，目前应用较多的主要如下四种：轴平移法、张力计法、滤纸法和电热传导传感器法。其中张力计技术可以直接测量负孔隙水压力，当孔隙气压力等于大气压力时负孔隙水压力等于基质吸力。张力计测量结果的精确度取决于土体与张力计之间是否接触良好。因此在实际的室内试验中，欲测量土体中的吸力，一般是将张力计(已充水饱和)的陶瓷头直接插入土体中。

然而，将张力计的陶瓷头直接插入土中并保证两者接触良好并非易事。首先，张力计上的陶瓷头比较脆弱，容易破碎，在插入过程中稍不注意便有可能损坏，这一点在野外试验中更容易出现。其次，如果土体和陶瓷头接触不良好，测量范围将会受到“气蚀”现象的影响。因此，有必要设计一种装置或者采用一种方法，在既保证不用将张力计插入土中便能保证土体和张力计接触良好的基础上，又能保证装置的气密性和水密性良好，不会出现“气蚀”现象。

如果要在非饱和土的固结试验中用张力计量测土体吸力，同时得到固结参数和吸力参数，直接将张力计插入尺寸有限的土样内必将影响量测结果：张力计插入土体中，其作用相当于桩插入土中，直接影响固结试验结果；固结试验轴向荷载通过土体传递至张力计，其作用效果将直接影响吸力量测值。

基于以上所述张力计的局限性和非饱和土固结试验中吸力量测的需要，设计此固结试验吸力量测装置及其使用方法。

发明内容

本发明旨在于提供一种简易实用、操作简便、量测准确的的吸力量测装置。在结合现有吸力量测技术的基础上，对现有技术进行优化与改进，以达到经济实用、操作简便、使用方便、量测结果可靠的目的。

本专利解决上述吸力量测技术的方案是：

一种固结试验中吸力量测装置，整体由四个圆形不锈钢构件制成，从上到下依次为：试样盒1、试验装置底座2、张力计固定板4和垫块6；各部分之间用内六角螺栓连接紧固；试样盒1中间为内表面光滑平直的用于盛放待检测土样的圆柱形空腔，。试样盒周围均匀地钻六个用于和装置底座连接紧固的M5螺纹孔。

所述试验装置底座，由圆柱形不锈钢加工而成。根据所选用的张力计类型和尺寸的不同，中间加工成适应于选定的张力计的安装孔，以插入张力计。本实施例中将张力计安装孔加工成适用于安装ImperialCollege类型张力计的尺寸。装置底座起承上启下的作用，通过螺栓将吸力量测装置四部分连接成整体。

所述张力计固定板，由圆柱形不锈钢板加工而成，外径宜比张力计安装孔稍大并便于和密封盖固定为宜。张力计固定板中央加工成阶梯型，形成与密封盖密合的形状；外圈圆周均匀的钻三个M4螺纹孔，用于和试验装置底座紧固。

所述试验装置底座和张力计固定板用M4螺栓进行紧固，密合后形成的张力计安装孔，用于安装张力计。

所述垫块，由圆柱形不锈钢加工而成，其主要作用是支承上部荷载。为节约材料和减轻重量，中间可加工成空心，下部预留张力计布线孔。

所述试验装置底座和垫块用三个M5螺栓紧固，使上部构建全部支承于垫块上，承受试验过程中的上部荷载。轴向荷载通过固结仪的加载装置(如杠杆加载，液压加载等)实现。

本发明固结试验中吸力量测装置，使用时用一块黑色橡胶膜在土体上方形成一个高度约1.5cm的空间，防止试验过程中水分蒸发以及空气压力影响孔隙气压力，从而可能影响试验结果。

本发明装置通过土样底部张力计上表面的严密接合，保证量测结果的准确性，避免了室内试验中将张力计插入土中引起的量测结果不准确。

本发明装置结合现有吸力量测技术进行优化与改进，经济实用、操作简便、量测结果可靠。在多项关于非饱和土力学的课题研究中，经多次实验验证，用此固结试验中吸力量测装置及其使用方法测得的室内土体吸力值结果较准确。

本发明实现了非饱和土的固结试验中共同进行固结试验和吸力参数量测，其优点主要体现在：一是通过土样底部张力计上表面的严密接合，保证量测结果的准确性，避免了室内试验中将张力计插入土中引起的量测结果不准确；二是用一块黑色橡胶膜在土体上方形成一个高度约1.5cm的空间，防止试验过程中水分蒸发以及空气进入影响试验结果。

附图说明

图1是固结试验中吸力量测装置结构示意图。

图2是试样盒的立面图；图3是试样盒的平面图。

图4是装置底座的立面图；图5是装置底座的平面图。