雙室凍土體積凍脹率測定儀的製作方法

2023-09-19 06:58:55 1

雙室凍土體積凍脹率測定儀的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種雙室凍土體積凍脹率測定儀，包括保溫室、試樣管、隔熱座、試樣容器、壓差傳感器和冷浴；試樣管上設有進水管，且該試樣管設置在保溫室內，試樣管的底部管口與隔熱座之間密封連接；試樣容器設置在試樣管內，且置於隔熱座上；壓差傳感器的一端通過導水管與試樣管連通，另一端連接有參考水管；冷浴分別連通保溫室和試樣管；試樣容器內設有用於盛放待測試樣的腔室；保溫室和試樣管內均設有冷凍液。本發明只需打開冷浴設定好冷凍溫度，就可以給保溫室和試樣管內的冷凍液降溫，操作簡便；同時由於試樣的外側包裹有可伸縮的彈性橡皮套，當試樣凍結時，試樣可以不受約束地在三維空間內膨脹，從而得出準確的凍土體積凍脹率。
【專利說明】 雙室凍土體積凍脹率測定儀
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種土工試驗儀器，特別涉及一種凍土體積凍脹率測定儀。
【背景技術】
[0002]土壤凍結過程中，土中的水分包括土中原孔隙水和外界向凍結鋒面遷移、補給的水凍結成冰，並生成許多冰夾層、冰透鏡體，從而引起土顆粒的相對位移，發生土體膨脹，稱為凍漲。凍脹量是土壤的凍脹特性值，是衡量土凍結時凍脹變形大小的尺度，是研究土凍脹時最重要、最基本的參數。
[0003]目前，通常的測定凍脹率的試驗儀器由供水裝置、百分表、試樣盒等組成。其試驗過程是將試樣裝入試樣盒內，使試樣與頂板和底板接觸緊密。將盛有試樣的試樣盒放入恆溫箱內，該恆溫箱內設置有冷浴，打開供水裝置向試樣中供水，百分表測量頂板的位移量，然後開啟冷浴後依次間隔一段時間記錄百分表的讀數，計算出凍脹率。但是，由於試驗方法所測定的變形為試樣豎直方向的變形，在試樣徑向變形受到限制的條件下，將試樣豎直方向的變形視為試樣體積的總體變形不夠準確，從而計算出的凍土體積凍脹率也是不精確的。

【發明內容】

[0004]本發明要解決的技術問題是提供一種雙室凍土體積凍脹率測定儀；該測定儀不僅操作簡便，而且能夠測量出三維立體空間內的凍土體積的變形量，從而得出精確的凍土體積凍脹率。
[0005]為解決上述技術問題，本發明採用下述技術方案:
[0006]一種雙室凍土體積凍脹率測定儀包括保溫室、試樣管、隔熱座、試樣容器、壓差傳感器和冷浴；
[0007]所述試樣管上設有進水管，且該試樣管設置在保溫室內，所述試樣管的底部管口與所述隔熱座之間密封連接；所述試樣容器設置在試樣管內，且置於隔熱座上；
[0008]所述壓差傳感器的一端通過導水管與所述試樣管連通，另一端連接有參考水管；
[0009]所述冷浴通過導水管分別與所述保溫室、試樣管連通；
[0010]所述試樣容器內設有用於盛放待測試樣的腔室；
[0011]所述保溫室和試樣管內均設有冷凍液。
[0012]採用這樣的結構後，只要打開冷浴設定好冷凍溫度，就可以給保溫室和試樣管內的冷凍液降溫，從而使試樣凍結，操作起來非常的簡便。同時由於試樣的外側包裹有可伸縮的彈性橡皮套，當冷凍液溫度降低試樣凍結時，該試樣可以不受約束地在三維空間內膨脹，從而引起冷凍液壓力的變化，該冷凍液壓力變化值可以通過壓差傳感器準確地測量出來，經過計算就可以得出準確的凍土體積凍脹率了。
[0013]進一步的，所述試樣容器包括頂蓋、底座和橡皮套；所述橡皮套的上口與頂蓋密封連接，所述橡皮套的下口與底座密封連接；所述頂蓋的底面上設有上層透水石，所述底座的頂面上設有下層透水石；
[0014]上層透水石與下層透水石之間為用於盛放待測試樣的腔室。
[0015]進一步的，所述試樣容器上設有補水管，該補水管穿過所述隔熱座和所述試樣容器的底座向所述下層透水石補水。
[0016]採用這樣的結構後，打開補水管的開關後，水流到下層透水石上，通過下層透水石，試樣可以均勻地吸水，從而可以測定出試樣不同含水率下的體積凍脹率。
[0017]進一步的，試樣瓶頂端上設置有與其相連通的觀察管。
[0018]進一步的，所述保溫室的材質為透明材質。採用這樣的結構後，便於試驗員觀察試樣凍脹的過程，從而確定試驗的終點時刻。
[0019]進一步的，所述保溫室底部設有排水管。
[0020]進一步的，所述雙室凍土體積凍脹率測定儀還包括一氣泵，該氣泵與保溫室密封連接。採用這樣的結構後，當打開氣泵向保溫室內充入一定的空氣時，將使保溫室內具有一定的壓力，從而模擬出試樣在地下受到壓力時的情形，能夠得出更準確的凍土體積凍脹率來。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1為本發明雙室凍土體積凍脹率測定儀的結構圖。
【具體實施方式】
[0022]下面結合【專利附圖】

【附圖說明】本發明的【具體實施方式】。
[0023]如圖1所示種雙室凍土體積凍脹率測定儀包括試樣管1、隔熱座2、壓差傳感器3、導水管4、參考水管5、試樣容器6、補水管7、進水管8、保溫室9和冷浴10，試樣管I頂端上設置有與其相連通的觀察管11，試樣管I的底端與隔熱座2密封連接，該試樣管I內盛裝有冷凍液，試樣管I的側壁上開有一孔，通過導水管4與壓差傳感器3的一端連接，壓差傳感器3的另一端連接參考水管5 ;試樣容器6位於所述試樣管I內，放置於所述隔熱座2上，該試樣容器6包括:頂蓋61、上層透水石62、下層透水石63、底座64和橡皮套65,橡皮套65的上口和下口分別與頂蓋61和底座64密封連接，中間形成的腔室用於盛放待測試樣；補水管7 —端穿過所述隔熱座2和試樣容器的底座64向下層透水石63補水；進水管8與試樣管I連通，用於向試樣管I內注入冷凍液。所述保溫室9設有一密封連接的蓋91，該保溫室9內部盛裝有冷凍液，其底端設有排水管92，所述試樣管I和隔熱座2置於該保溫室9內，冷浴10的一端連通保溫室9，另一端連通試樣管I。
[0024]雙室凍土體積凍脹率測定儀還包括氣泵12，該氣泵12與保溫室9密封連接。
[0025]試驗開始時，首先把隔熱座2放置在保溫室9內，然後在待測試樣上表面放置與其大小相匹配的頂蓋61、上層透水石62、在待測試樣下表面放置與其大小相匹配的下層透水石63和底座64，然後把它們全部裝進彈性橡皮套65內，彈性橡皮套65的上口和下口分別與頂蓋61和底座64用橡皮筋紮緊密封連接好，接著將處理好的待測試樣放置在隔熱座2上，使底座64和隔熱座2上的孔對準，插入補水管7到下層透水石63的下表面。接著把試樣管I與隔熱座2密封安裝起來，將導水管4與壓差傳感器3的一端連接上，壓差傳感器3的另一端連接上參考水管5。把冷浴10通過管路與保溫室9和試樣管I連通上，然後通過進水管8向試樣管I中注入常溫冷凍液直到其液面到達觀察管11內，然後關閉進水管8。接著向保溫室9中注入常溫冷凍液，使觀察管11的端頭在保溫室9冷凍液液面的上方，接著向參考水管5注入常溫的冷凍液，向補水管7中注入常溫的水，接著蓋好保溫室9的蓋子91，使保溫室9密封，然後接通和保溫室9密封連接的氣泵，為模擬試樣的受力狀態，打開氣泵向保溫室9裡面施加相應的圍壓，打開補水管7的開關向試樣中補入一定比率的水，然後讀取壓差傳感器3測定的參考水管5和試樣管I中液壓的差值μ i，接下來打開冷浴10，使保溫室9和試樣管I中的冷凍液的溫度下降到設定溫度-15° C，然後查看觀察管11中的液面，直到其不再上升為止，記錄下這時壓差傳感器3的讀數μ2。
[0026]根據壓強公式，得出:
[0027]μ ! = P g Δ hi
[0028]μ 2 = P g Δ h2
[0029]則試樣管I中的液面變化量Ah= Ah2-Ah1
[0030]則試樣的凍脹率為
【權利要求】
1.一種雙室凍土體積凍脹率測定儀，其特徵在於:所述測定儀包括保溫室、試樣管、隔熱座、試樣容器、壓差傳感器和冷浴； 所述試樣管上設有進水管，且該試樣管設置在保溫室內，所述試樣管的底部管口與所述隔熱座之間密封連接；所述試樣容器設置在試樣管內，且置於隔熱座上； 所述壓差傳感器的一端通過導水管與所述試樣管連通，另一端連接有參考水管； 所述冷浴通過管路分別與所述保溫室、試樣管連通； 所述試樣容器內設有用於盛放待測試樣的腔室； 所述保溫室和試樣管內均設有冷凍液。
2.根據權利要求1所述的一種雙室凍土體積凍脹率測定儀，其特徵在於:所述試樣容器包括頂蓋、底座和橡皮套；所述橡皮套的上口與頂蓋密封連接，所述橡皮套的下口與底座密封連接；所述頂蓋的底面上設有上層透水石，所述底座的頂面上設有下層透水石；上層透水石與下層透水石之間為用於盛放待測試樣的腔室。
3.根據權利要求1所述的一種雙室凍土體積凍脹率測定儀，其特徵在於:所述試樣容器上設有補水管，該補水管穿過所述隔熱座和所述試樣容器的底座向所述下層透水石補水。
4.根據權利要求1所述的一種雙室凍土體積凍脹率測定儀，其特徵在於:試樣管頂端上設置有與其相連通的觀察水管。
5.根據權利要求1所述的一種雙室凍土體積凍脹率測定儀，其特徵在於:所述保溫室的材質為透明材質。
6.根據權利要求1所述的一種雙室凍土體積凍脹率測定儀，其特徵在於:所述保溫室底部設有排水管。
7.根據權利要求1所述的一種雙室凍土體積凍脹率測定儀，其特徵在於:所述雙室凍土體積凍脹率測定儀還包括一氣泵，該氣泵與保溫室密封連接。
【文檔編號】G01N33/24GK103487564SQ201310311617
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年7月23日 優先權日:2013年7月23日
【發明者】陳立宏, 彭文, 孫洪月, 秦曉鵬, 柴小兵, 樊海柱 申請人:北京交通大學