[发明专利]全吸力范围内实时量测非饱和土内拉应力及裂隙试验装置

说明书

本发明公开了一种全吸力范围内实时量测非饱和土内拉应力及裂隙试验装置，包括土样受拉单元、应力应变测试单元和图像采集单元，所述土样受拉单元为环形土样受拉单元，所述环形土样受拉单元上可拆卸设置有低吸力测量装置和高吸力测量装置，所述环形土样受拉单元的正上方悬空设置有摄像装置，所述环形土样受拉单元通过摄像装置与图像采集单元连接，所述环形土样受拉单元与应力应变测试单元电连接，联合运用张力计和饱和盐溶液两种控制吸力方法，能够进一步扩大吸力研究的变化范围，动态观测全吸力范围内土体内部拉应力的变化及裂隙的发育情况。

技术领域

本发明属于岩土工程技术领域，具体涉及全吸力范围内实时量测非饱和土内拉应力及裂隙试验装置。

背景技术

在非饱和土中，抗拉强度和拉应力是控制土壤裂隙发展的两个主要因素。吸力的增加使得土体逐步收缩干化，内部拉应力渐渐增大，当拉应力超过抗拉强度时，土体出现裂缝，了解非饱和土中吸力增加导致裂纹萌生的机理至关重要。为了测量和预测抗拉强度，人们提出了许多实验方法和理论模型。然而，对于全吸力范围内实时量测非饱和土的内部拉应力及其裂隙的环形试验装置却很少在岩土工程中使用。

土体内部拉应力的变化过程较为复杂，往往与土体粒径、含水量、吸力等因素有关。在以往预测土体拉应力的研究中，大部分着重于解决拉应力与含水量的关系，较少考虑吸力这一因素。不管是利用夹具等装置，还是使用三轴仪器，这些传统土体抗拉强度测试方法施加的荷载均属于外部荷载，无法真正测得土体内部的拉应力变化。吸力作为土体内部的应力状态量，能够更加真实的反应拉应力变化过程，对土壤抗拉强度的预测也更为可靠，因此研究拉应力和吸力的变化规律，观察吸力对土体裂隙的影响，具有一定的理论指导意义和工程实践意义。由于张力计量测的吸力值有限，不适用于自身吸力较大的土体，因此对于全吸力范围内拉应力及裂隙变化的研究急需进一步探索。

发明内容

鉴于此，本发明提供一种全吸力范围内实时量测非饱和土内拉应力及裂隙试验装置，具有扩大吸力范围、动态观测全吸力范围内土体内部拉应力的变化及裂隙的发育情况。

全吸力范围内实时量测非饱和土内拉应力及裂隙试验装置，包括土样受拉单元、应力应变测试单元和图像采集单元，所述土样受拉单元为环形土样受拉单元，所述环形土样受拉单元上可拆卸设置有低吸力测量装置和高吸力测量装置，所述环形土样受拉单元的正上方悬空设置有摄像装置，所述环形土样受拉单元通过摄像装置与图像采集单元连接，所述环形土样受拉单元与应力应变测试单元电连接。

所述低吸力测量装置的吸力测量值不超过2.6MPa，所述高吸力测量装置的吸力测量值大于2.6MPa。

所述低吸力测量装置和高吸力测量装置均与吸力显示器电连接，所述吸力显示器内设置有具有数据处理和控制功能的芯片，所述芯片为单片机芯片。

所述低吸力测量装置为张力计，所述张力计包括张力计主体、多孔陶土板、隔膜、张力应变片、储水器和张力帽，其中，所述隔膜将张力计主体分割为第一腔室和第二腔室，所述第一腔室且与隔膜相对的端口处设置有张力帽，所述第一腔室内设置有张力应力片，所述张力应变片与吸力显示器电连接，所述第二腔室内设置有多孔陶土板，所述多孔陶土板与隔膜之间设置有储水器。

所述高吸力测量装置为吸力控制循环系统，所述吸力控制循环系统包括环形土样密闭缸、饱和盐溶液密闭缸和空气循环泵，其中，所述环形土样密闭缸包括上盖、下盖和缸体，所述缸体可拆卸设置在上盖和下盖之间，所述土样密闭缸上盖上和饱和盐溶液密闭缸顶端均相对设置有两个管道通孔，所述管道通孔中各设置有管道，所述环形土样密闭缸通过两支管道与饱和盐溶液密闭缸连接，所述两支管道中的任一管道上设置有空气循环泵和压力传感器，所述压力传感器与吸力显示器电连接。

所述环形土样受拉单元包括环形土样盛放装置、土样裂隙捕捉层和称重装置，其中，所述称重装置上设置有环形土样盛放装置，所述环形土样盛放装置内盛放有环形土样，所述环形土样的顶层可拆卸设置有土样裂隙捕捉层，所述土样裂隙捕捉层上设置有摄像装置。