[发明专利]一种多功能非饱和膨胀土胀缩试验装置及其试验方法

说明书

一种多功能非饱和膨胀土胀缩试验装置及其试验方法，其装置的主要构成是：环刀内土样上下表面放置金属透水石，环刀外设置有金属套筒，上金属透水石上方设置有活塞，活塞上固定连接有活塞连杆，活塞连杆与金属套筒壁间形成空腔；活塞连杆上部通过位移连杆与LVDT直线位移传感器相连，活塞罩顶部与压力计连接；PEG溶液容器放置在电子天平上，进水管和出水管的一端进入PEG溶液容器，另一端与下金属透水石的下表面接触，进水管中部设置有蠕动泵；液体控温箱的输出、输入接头通过管道与充有硅油的螺旋管连接；数据采集器与LVDT直线位移传感器、压力计和液体控温箱连接。本发明适用于测量不同刚度边界条件及不同温度下的膨胀力和膨胀量。

技术领域

本发明涉及一种土工测试仪器及其试验方法，尤其涉及一种非饱和膨胀土胀缩试验装置及其试验方法。

背景技术

非饱和膨胀土是指土壤中富含亲水性矿物，且土中孔隙并非全部由水填充，而是由空气和水共同填充的一类土。非饱和膨胀土由于土颗粒孔隙中存在气体，且亲水性强，具有吸水膨胀、失水收缩及反复胀缩变形特性。而土木工程中的路基或边坡绝大多数都是非饱和膨胀土，其胀缩变形特性会影响上覆的路面或挡土墙的稳定和安全。必须获得在不同环境湿度下路基或边坡(非饱和膨胀土)的胀缩特性，以便在路基或边坡的抗胀缩设计、施工和维护中，保证路基或边坡的胀缩在安全限度内，避免路基路面、边坡挡土墙的开裂、破损。

现有的非饱和膨胀土的膨胀试验测试装置，先通过固结仪向环刀中的试验土样施加特定载荷，再向土样灌水至土样不再膨胀，测量出土壤的膨胀量(灌水前后土样的高度差)；再在土样表面逐级增加载荷，至土样高度回归至灌水前的高度，此时的载荷值，即为待测土样的膨胀力。其存在的问题是：(1)为了测试膨胀力，必须在灌水膨胀后，另增加一个加载压缩的过程，其测试操作复杂、测试时间长。(2)灌水膨胀过程中的最大膨胀力即灌水膨胀结束时的膨胀力，理论上等于加压压缩回归至土样原高度时的压力(载荷)，但实际膨胀过程中的最大膨胀力与加压回缩结束时的压力存在偏差，导致其测试误差大、不准确。(3)土样膨胀时边界刚度固定为零(为自由膨胀)，不能测出不同边界刚度条件下土样的膨胀参数。(4)只能测出完全饱和吸水状态下的土壤膨胀度和膨胀力，不能测出土壤在不同湿度的非饱和状态下的土壤膨胀度和膨胀力；且只能测出膨胀结束时的最大膨胀力，而不能实时测出膨胀过程中的土壤膨胀力的动态变化值；进而无法分析得出土壤的膨胀机理及其相应的治理措施。

发明内容

本发明的第一发明目的是提供一种多功能非饱和膨胀土胀缩试验装置，该装置能实时动态的得到不同刚度、不同环境湿度条件下，非饱和膨胀土样的胀缩特性数据，其测试结果误差小、可靠性高，能为路基或边坡的抗胀缩设计、施工和维护提供更可靠的测试依据；且其测试成本低，操作简单、方便；还便于进一步分析得出土壤的胀缩机理及其相应的治理措施。

本发明实现其第一发明目的所采用的的技术方案是，一种多功能非饱和膨胀土胀缩试验装置，包括土样室单元、环境湿度模拟单元、数据测控单元，其特征在于：

所述的土样室单元的组成为：

底座上表面中部设置有圆形的凹槽，凹槽内从下至上放置有下金属透水石、半透膜、环刀，所述环刀内从下至上依次放置有非饱和膨胀土样、上金属透水石；所述的环刀高出上金属透水石，环刀外壁嵌入活塞套筒下部的环刀槽内；活塞套筒及环刀上部形成的活塞腔内套有活塞，活塞与上金属透水石的上表面接触；活塞顶部固定连接有活塞连杆，排气管穿过活塞及活塞连杆与活塞套筒和活塞连杆形成的空腔连通；所述的空腔下部铺有塑料膜；

所述的环境湿度模拟单元的组成为：

进液管和出液管的土样室端穿过底座与下金属透水石的底面相接，进液管和出液管的另一端伸入带磁力搅拌器的储液缸的PEG溶液中，PEG溶液上覆有一层石蜡油；所述的出液管上串接蠕动泵，储液缸置于电子天平上；

所述的数据测控单元的组成为：