[发明专利]非饱和粗粒土土水特征曲线联合弯曲元测量装置

说明书

本发明公开了一种非饱和粗粒土土水特征曲线联合弯曲元测定装置，可用于岩土工程中非饱和粗粒土土水特征曲线及最大剪切（弹性）模量联合测定，也可用于不同初始应力和基质吸力下非饱和粗粒土最大剪切（弹性）模量的研究。该仪器包括压力腔室、轴向位移传感器，轴向压力控制系统，围压控制系统，气压控制系统，水压控制系统、高进气值陶土板，陶土板饱和配件，以及镶嵌于顶帽和陶土板中点位置的压电陶瓷弯曲元元件。该仪器通过气压施加轴向压力和围压，可实现不同（各向同性及各向异性）初始应力状态；该仪器通过高进气值陶土板、气压控制系统、水压控制系统，可精确控制试样内部的基质吸力，从而实现土水特征曲线的测定；该仪器通过压电陶瓷弯曲元测量剪切波速或弹性波速，从而实现可控基质吸力状态下非饱和粗粒土最大剪切模量或弹性模量的测量。

技术领域

本发明涉及一种非饱和粗粒土土水特征曲线联合弯曲元测量装置，该装置为土工测试装置，属于岩土工程测量仪器制造技术领域，适用于非饱和粗粒土土水特征曲线及最大剪切（弹性）模量的联合测定，尤其是非饱和粗粒土填料在不同初始应力和基质吸力下最大剪切（弹性）模量的测定。

背景技术

土工测试是获得土体物理力学参数的主要手段，中华人民共和国国家标准《土工试验方法标准》（GB/T 50123-1999）是我国勘察、设计领域中关于土工测试的指导性规范。在该规范中，并没有明确非饱和土尤其是非饱和粗粒土水土特征曲线及相关物理力学参数的测量方法。

非饱和粗粒土广泛存在于路基填料、路面基层、土石坝填料、地基、边坡中，其土水特征曲线及最大剪切（弹性）模量是相关设计或研究的重要参数。以往主要基于大型三轴设备获得非饱和粗粒土土水特征曲线，但大型三轴设备造价昂贵、操作繁琐，并且不能测量土体最大剪切（弹性）模量；通过共振柱测量非饱和粗粒土最大剪切（弹性）模量则往往存在试样尺寸不足，且需要升级基质吸力控制系统等问题，应用不广泛。

压电陶瓷弯曲元目前广泛应用于土体的最大剪切（弹性）模量的测定和研究中，具有无损、精确、操作简单且可以与其他设备联合使用等优点。但目前，较多联合应用常规三轴设备中，无法进行可控基质吸力下非饱和粗粒土试验，为更加简单方便有效的进行非饱和粗粒土土水特征曲线及最大剪切（弹性）模量的联合测定，亟需一种适用于大粒径粗粒土且较为经济的土水特征曲线联合弯曲元测量装置。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种可控初始应力及基质吸力的、适用于大粒径非饱和粗粒土土样的水特征曲线联合弯曲元测定装置，该装置不仅可以测定非饱和粗粒土的土水特征曲线，而且可以测定不同初始应力和基质吸力下非饱和粗粒土的最大剪切（弹性）模量。

为此，本发明提供的非饱和粗粒土土水特征曲线联合弯曲元测量装置，包括金属底板和金属顶板，金属底板和金属顶板采用竖向刚性螺杆支承并连接，所述金属底板上表面设置金属底座，所述金属底座底面设置圆形凹槽及4个贯通螺孔，所述金属底座采用竖向螺栓固定连接于所述金属底板，所述金属底座上部具有开口朝上的安置槽，所述安置槽中嵌设有高进气陶土板，所述金属底座顶面安装固定有高进气陶土板，在所述高进气陶土板顶面中部安装压电陶瓷弯曲元，所述压电陶瓷弯曲元的线缆外接弯曲元数据采集系统，在所述金属底板顶面之上并所述金属底座之外设置刚性透明压力罩，所述刚性透明压力罩为圆柱型，刚性透明压力罩顶面封闭、底面开口，所述金属底座上开设有进气孔、进水孔和线缆孔，通过进气孔与外部气压控制系统连接；竖向刚性连杆通孔内安装竖向刚性连杆并动密封配合，所述竖向刚性连杆下部与顶帽刚性连接，上部与轴力控制系统刚性连接，所述轴力控制系统放置在金属顶板之上，并与空压机连接，所述顶帽设置第四线缆孔及第三通气孔，第三通气孔与第一通气孔连接，顶帽底面中部安装压电陶瓷弯曲元，所述压电陶瓷弯曲元的线缆通过第四线缆孔及第二线缆孔外接弯曲元数据采集系统，所述顶帽顶面中部设置圆形小凹槽，在所述竖向刚性连杆中部通过夹具安装竖向位移传感器，所述竖向位移传感器的测量端抵在所述刚性透明压力罩顶面。