[发明专利]一种高吸力控制的路基材料干湿循环试验装置及其试验方法

说明书

技术领域

本发明属于岩土工程技术领域，具体涉及一种高吸力控制的路基材料干湿循环试验装置及其试验方法。

背景技术

道路路基在使用过程中，不仅受到车辆荷载重复作用，还受到外部环境因素的综合作用，其内部含水率出现季节性重复变化。研究表明，路基填土材料在干湿循环条件作用下，其内部结构产生不可逆的变化，导致其强度、刚度降低，甚至使路基发生失稳。

为了研究路基材料在干湿循环条件作用下，其物理力学特性的变化规律，目前，国内外学者主要通过室内干湿循环试验的手段进行研究，而传统的增湿方法一般是浸水法或喷水法，脱湿方法一般采用烘干法或风干法。这些方法在干湿循环过程中，增、脱湿作用过于剧烈，或者因为人工操作不当，造成试件表面开裂严重，颗粒损失等现象，影响最终试验结果，也与路基结构内部材料(距地下水位、边坡较远处)含水率变化缓慢、均匀的情况不符。

在非饱和土理论中，描述土体含水率与基质吸力之间关系的曲线称为土-水特征曲线，含水率的重复变化过程可以看作是基质吸力的重复作用，因而试件在控制吸力一定的条件下平衡，就能够使土体试件均匀地达到目标含水率，实现干湿循环的过程。目前，仅有利用轴平移技术进行吸力控制的干湿循环试验装置，但由于轴平移技术受高进气陶瓷的进气值影响，只能够对MPa级以内的吸力进行控制，使其应用受到限制。

发明内容

鉴于现有干湿循环试验装置的缺点，本发明的目的在于提供一种高吸力控制的路基材料干湿循环试验装置与试验方法，以期适用于更广的基质吸力变化范围，满足室内干湿循环试验的需要。

一种高吸力控制的路基材料干湿循环试验装置，包括：容纳试样的试验腔室(10)和吸力控制装置(20)；

所述试验腔室(10)包括基座(11)、外壁(12)、上帽(13)和试样(14)，基座(11)上表面设置有圆形凹槽，用于试验腔室外壁嵌入和固定，上帽(13)位于外壁内；基座(11)与上帽(13)的中心通过气体管道与吸力控制装置相连，所述试样(14)置于基座中心正上方，侧壁为橡胶膜(17)，试验土样置于橡胶膜(17)内包裹并且同时在上下部位用O型圈(18)密封，底部设置有底部透水石(15)和底部土壤水分传感器(S1)，顶部设置有顶部透水石(16)和顶部土壤水分传感器(S2)；

所述吸力控制装置(20)包括第一饱和盐溶液容纳瓶(21)和第二饱和盐溶液容纳瓶(22)，混合气体缓冲容器(23)、湿度计(24)、气体循环泵(25)、第一节流阀(26)、第一流量计(27)、第二节流阀(28)、第二流量计(29)；

所述基座(11)正中心的出气管连接至气体循环泵(25)，分流后分别插入第一饱和盐溶液容纳瓶(21)和第二饱和盐溶液容纳瓶(22)的底部，采用并联形式连接至混合气体缓冲容器(23)中，最终与上帽(13)的进气管道相连，湿度计(24)位于混合气体缓冲容器(23)中用于监测混合气体的相对湿度，第一饱和盐溶液容纳瓶(21)的出气管道上设置有第一节流阀(26)和第一流量计(27)，第二饱和盐溶液容纳瓶(22)的出气管道上设置有第二节流阀(28)和第二流量计(29)。

优选的，所述第一饱和盐溶液容纳瓶(21)和第二饱和盐溶液容纳瓶(22)内的饱和盐溶液为已知特定温度下相对湿度与吸力的稳定饱和盐溶液。

优选的，所述第一饱和盐溶液容纳瓶(21)内的饱和盐溶液为氯化镁、氯化钠或硫酸钾中的任意一种。

优选的，所述第二饱和盐溶液容纳瓶(22)内的饱和盐溶液为氯化镁、氯化钠或硫酸钾中的任意一种，但与第一饱和盐溶液容纳瓶(21)内的饱和盐溶液不同。

优选的，所述第一饱和盐溶液容纳瓶(21)和第二饱和盐溶液容纳瓶(22)为密闭容器，进气管口距瓶底2～3cm，没入饱和盐溶液的液面以下，出气管口距瓶口2～3cm。

优选的，所述混合气体缓冲容器(23)为密闭容器，进气管口距容器底部2～3cm，出气管口距容器顶部2～3cm以保证气体充分混合。

优选的，所述试验腔室(10)内壁涂有隔热涂料，所述第一饱和盐溶液容纳瓶(21)、第二饱和盐溶液容纳瓶(22)、所述混合气体缓冲容器(23)以及气体管道使用隔热材料制成。

优选的，所述第一饱和盐溶液容纳瓶(21)和第二饱和盐溶液容纳瓶(22)中所装溶液不超过容器容积的二分之一。

一种应用上述试验装置进行高吸力控制的路基材料干湿循环方法，包括如下步骤：