专利名称：炎热多雨气候影响下监测深部土体胀缩变形的实验装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于岩土工程与工程地质领域的土体的监测试验装置，具体涉及一种室内模拟多雨炎热气候影响下监测深部土体胀缩变形的大尺度的试验装置。其优点是减小了外界环境对实验结果的影响，提高了监测结果的可靠度，操作简单。
背景技术：
某些土体(如裂隙黏土、膨胀土、红土等)对气候变化特别敏感，在降雨和蒸发的作用下土体内部水分发生干湿循环的周期性变化，此过程中不均勻胀缩会使土体产生无序的破裂裂缝，生成较大变形，对建筑物基础与边坡稳定性破坏严重。因此，研究多雨炎热气候影响下土体胀缩变形规律就显得格外重要。由于野外现场试验造价昂贵且受周围环境影响显著，目前对于这一领域的研究多采用室内试验。中国土工试验方法标准(GB/T 50123-1999)提到的土的膨胀与收缩试验是目前使用较多的试验方法，该方法采用的试验装置直径为61. 8mm或79. 8mm，高度为20mm的环刀，利用这种小尺度试验装置得到结果与实际情况有较大偏差，同时该方法仅能测量环刀内小范围土样的位移，对不均勻胀缩变形无法测量。为此，河海大学的陈亮等发明了一种土体裂隙发育的监测方法(专利号CN200910026062. 9)，在该方法中提到的试验装置虽然可以在大尺度空间范围内监测土体胀缩变形，但仅能实现对土体裂隙发育的监测，无法对由裂隙引起的变形进行监测。唐朝生等在文献(唐朝生，施斌，刘春，王宝军。影响黏性土表面干缩裂缝结构形态的因素及定量分析。水利学报，2007，38 (10) ,1186-1193)将土样配制成泥浆放入16CmX16CmX3Cm的长方体玻璃缸中，然后放入烘箱中恒温干燥失水，采用计算机图片处理技术分析了黏土表面干缩裂缝的发育规律，进而探讨了受其影响的干缩变形规律，但利用这种长方体的玻璃缸仅能对土体表面裂缝的研究，无法获得深部土体的变形规律。综上可见，目前用于土体胀缩变形监测的实验装置的使用并不理想，为此，必须开发一种全新的大尺度测量范围的土体的胀缩变形的实验装置，更重要的是，装置能提供的试验环境应与久旱降雨与多雨炎热气候下基础发生病害实际工况相吻合，且应能测量深部土体的不均勻胀缩变形。利用该装置获得的试验结果可为我国南方地区的地基处理与设计以及边坡稳定性分析提供理论依据与技术支持。
发明内容本实用新型的目的在于提出了一种模拟多雨炎热气候影响下监测深部土体胀缩变形的实验装置，其优点是减小了外界环境对实验结果的影响，提高了监测结果的可靠度， 操作简单。为实现上述目的，采用如下技术方案—种模拟多雨炎热气候影响下监测深部土体胀缩变形的实验装置，包括模型槽、 接水台、洒水壶、反射型电热器、第一百分表、第一沉降片，其特征在于
3[0008]接水台上连接模型槽，模型槽的开有漏水孔，接水台两侧分别放上第一架设台、第二架设台、第一架设台顶部架设洒水壶，第二架设台顶部架设反射型电热器。第一支架上焊接有第一钢筋条、第二钢筋条、第三钢筋条、第四钢筋条、第五钢筋条、第六钢筋条；第一支架中部设有螺丝旋入口。第一支架整体放在模型槽顶部，并用夹板固定。第一钢筋条下部架设第一百分表，第一百分表的量杆放在第一沉降片的上垫片上，第一沉降片由上垫片与下垫片通过连接棒连接组成；连接棒及下垫片埋入土体内。第二钢筋条与第二百分表及第二沉降片的位置结构关系同第一钢筋条与第一百分表及第一沉降片的位置结构关系。同样，第三钢筋条与第二百分表及第二沉降片、第四钢筋条与第四百分表及第四沉降片、第五钢筋条与第五百分表及第五沉降片、第六钢筋条与第六百分表及第六沉降片的结构均同上。第二沉降片、第三沉降片、第四沉降片、第五沉降片、第六沉降片的结构均同第一沉降片。第二支架和第三支架的整体结构均同第一支架，第一支架、第二支架、第三支架三者通过螺丝旋入螺丝旋入口连接。所述的模型槽为钢制，底部漏水孔的直径为0. 2cm，孔间距为1cm。所述的接水台为高km，直径1. 2m的钢制容器。本实用新型实验装置的原理是采用洒水器与加热器联合对土样实施加湿过程与烘干蒸发过程，在室内模拟多雨炎热气候。通过在不同位置的土体内部埋设沉降片，由于沉降片的底端与土体接触面积较大，土体在发生胀缩变形的同时，沉降片也会相应产生位移。 位移量可通过沉降片上部架设的百分表测量得到，任意时刻百分表的读数减去实验开始时百分表的读数即为此时土体胀缩变形值。与现有技术相比，本实用新型具有如下优点和有益效果试验采用的是在大尺度模型试验槽上进行，减小了室内试验与实际工况间的尺寸效应，数据结果可靠性明显提高；提供了一种的室内模拟久旱降雨与多雨炎热气候的试验方法，该方法操作简单；通过在不同区域不同深度埋设沉降片，在其上架设百分表来监测土体变形情况，可对土体内部的不均勻胀缩变形进行连续动态的监测，减小了人为与外界环境对实验的影响。
图1为本实用新型试验装置整体结构示意图；图2为下部接水台的主视图；图3为模型槽底部俯视图；图4为沉降片的构造图；图5支架主视图；图6支架俯视图；图7夹板构造示意图；图8监测点位置布置图。[0029]图中1 一模型槽；2a —第一支架；2b —第二支架；2c —第三支架；3a —第一架设台；3b —第二架设台；4 一接水台；5 —洒水壶；6 —反射型电热器；7a —第一百分表； 7b 一第二百分表；7c —第三百分表；7d —第四百分表；7e —第五百分表；7f —第六百分表； 8a—第一沉降片；8b—第二沉降片；8c—第三沉降片；8d—第四沉降片；8e—第五沉降片； 8f 一第六沉降片；9 一漏水孔；IOa —上垫片；IOb —下垫片；11 一连接棒；12 —螺丝；13 — 螺丝旋入口 ； Ha—第一钢筋条；14b —第二钢筋条；Hc —第三钢筋条；14d—第四钢筋条； 14e 一第五钢筋条；14f 一第六钢筋条；15 —夹板。
具体实施方式
以下结合附图对本使用新型的一个实施例作进一步的描述一种模拟多雨炎热气候影响下监测深部土体胀缩变形的实验装置，包括模型槽1、 接水台4、洒水壶5、反射型电热器6、第一百分表7a、第一沉降片8a，其特征在于接水台4上连接模型槽1，模型槽1的开有漏水孔9，接水台4两侧分别放上第一架设台3a、第二架设台3b、第一架设台3a顶部架设洒水壶5，第二架设台北顶部架设反射型电热器6。第一支架加上焊接有第一钢筋条14a、第二钢筋条14b、第三钢筋条14c、第四钢筋条14d、第五钢筋条14e、第六钢筋条14f ；第一支架加中部设有螺丝旋入口 13。第一支架加整体放在模型槽1顶部，并用夹板15固定。第一钢筋条1 下部架设第一百分表7a，第一百分表7a的量杆放在第一沉降片 8a的上垫片IOa上，第一沉降片8a由上垫片IOa与下垫片IOb通过连接棒11连接组成； 连接棒11及下垫片IOb埋入土体内。第二钢筋条14b与第二百分表7b及第二沉降片8a的位置结构关系同第一钢筋条 14a与第一百分表7a及第一沉降片8a的位置结构关系。同样，第三钢筋条Hc与第二百分表7c及第二沉降片Sc、第四钢筋条14d与第四百分表7d及第四沉降片8d、第五钢筋条He与第五百分表7e及第五沉降片Se、第六钢筋条14f与第六百分表7f及第六沉降片8f的结构均同上。第二沉降片Sb、第三沉降片Sc、第四沉降片8d、第五沉降片Se、第六沉降片8f的结构均同第一沉降片8a。第二支架2b和第三支架2c的整体结构均同第一支架加，第一支架2a、第二支架 2b、第三支架2c三者通过螺丝12旋入螺丝旋入口 13连接。所述的模型槽1为钢制，底部漏水孔9的直径为0. 2cm,孔间距为1cm。所述的接水台4为高km，直径1. 2m的钢制容器。一种模拟多雨炎热气候影响下深部土体胀缩变形的监测方法，其步骤是1、组装仪器如附图1所示，在平整宽阔场地放置接水台4，将钢制模型槽1放在接水台4上。 由于模型槽1尺寸较大，加湿过程所喷洒的水量较多，下部的接水台体积不宜过小，采用高 km，直径1. 2m的圆柱形钢制容器。保证模型槽1与接水台4中心对齐，同时检查仪器安装的牢固性，防止实验过程中仪器发生倾斜，影响监测结果精度。在接水台4两边(见附图2) 放上第一架设台3a与第二架设台3b，第一架设台3a顶部架设洒水壶5，第二架设台北顶部架设反射型电热器6，洒水壶5与反射型电热器6的高度距模型槽顶端表面20cm。2、装样由于土样厚度较大，为加快其渗水速度，加速烘干蒸发过程，在模型槽1底部设置了漏水孔9 (附图3)，漏水孔直径0.2cm，孔间距lcm。装样前在模型槽1底部铺上厚0. Im 的粉砂层，或者用透水石代替粉砂层。将土样取回后经风干后粉碎，过2mm筛，测得含水率与密度。将风干土按天然土样的含水率与密度配比好后，以分层铺设方式放置模型槽1中。 当模型槽1被填满后，需用气泡水平仪检查土体表面是否平整，然后将模型槽1密封静置M 小时，使之得到初步的沉降固结。3、安装测量系统在装样同时需同时安装用来监测变形的沉降片(附图4)，埋设的监测点位置如附图8所示，垫片IOa上部接百分表，垫片IOb埋设在土体内部。第一支架加上的垫片IOb 埋设深度为据土样表面Om ；第二支架2b上的垫片IOb埋设深度为据土样表面0. 2m ；第三支架2c上的垫片IOb埋设深度为据土样表面0. 35m。需要注意的是，沉降片的埋设必须水平，否则得到的土体变形值会产生一定误差。第一支架加上焊接有第一钢筋条14a、第二钢筋条14b、第三钢筋条14c、第四钢筋条14d、第五钢筋条14e、第六钢筋条14f ；第一支架加中部设有螺丝旋入口 13 ；第一支架加整体放在模型槽1顶部，并用夹板15固定；第一钢筋条1 下部架设第一百分表7a， 第一百分表7a的量杆放在第一沉降片8a的上垫片IOa上，第一沉降片8a由上垫片IOa与下垫片IOb通过连接棒11连接组成；连接棒11及下垫片IOb埋入土体内；第二钢筋条14b 与第二百分表7b及第二沉降片8a的位置结构关系同第一钢筋条1 与第一百分表7a及第一沉降片8a的位置结构关系；同样，第三钢筋条Hc与第二百分表7c及第二沉降片Sc、 第四钢筋条14d与第四百分表7d及第四沉降片8d、第五钢筋条He与第五百分表7e及第五沉降片Se、第六钢筋条14f与第六百分表7f及第六沉降片8f的结构均同上；第二沉降片8b、第三沉降片Sc、第四沉降片8d、第五沉降片Se、第六沉降片8f的结构均同第一沉降片8a ；第二支架2b和第三支架2c的整体结构均同第一支架加，第一支架加、第二支架2b、 第三支架2c三者通过螺丝12旋入螺丝旋入口 13连接。4、干湿循环试验将蒸馏水通过洒水壶5以淋滤的方式对土样进行模拟多雨环境，利用反射型加热器6对土样进行烘烤模拟高温环境。每次加热后当土体出现明显裂纹且其含水率低于10% 后，认为一次干燥过程完毕；每次降雨后当土体含水率大于100%后认为加湿过程完毕。例如某设计方案为干湿循环为4次，先加热再降雨，共4次，每次循环时间不小于1周。5、采集数据由于增湿与干燥过程能引发土体裂隙的产生与发展，在增湿过程中小裂隙会闭合而大裂隙会扩展，在干燥过程中小裂隙会扩展而大裂隙会收缩，因此，干湿过程会导致土体产生较大变形。本发明对土体变形的监测是通过在不同位置与不同深度埋设沉降片(8iT8f )，然后在其上架设百分表(78a、f )，通过记录干湿过程的百分表(78a、f )读数进而获得土体的变形值。同时为了研究含水率与温度对土体变形的影响，在记录百分表 (78a^8f)读数时需采用探针式土壤水分仪与温度计观测土体的实时湿度与温度，同时利用温度计与湿度计对室内温度进行监控。[0054]6、处理数据当百分表(78a、f)架设完毕后，实施加湿或加热过程前纪录百分表(78a、f)的数值作为变形的初始值，此后试验过程中记录的百分表(78a、f)读数减去初始值即为土样的变形值。以土样变形值为纵坐标，深度、含水率、加湿或加热时间、循环次数为横坐标绘制关系曲线，由此获得不同深度、含水率、加湿或加热时间、循环次数下的土体胀缩变形情况。
权利要求1.一种炎热多雨气候影响下监测深部土体胀缩变形的实验装置，包括模型槽(1)、接水台(4)、洒水壶(5)、反射型电热器(6)、第一百分表(7a)、第一沉降片(8a)，其特征在于接水台(4)上连接模型槽(1 )，模型槽(1)的开有漏水孔(9)，接水台(4)两侧分别放上第一架设台(3a)、第二架设台(3b)、第一架设台(3a)顶部架设洒水壶(5)，第二架设台(3b) 顶部架设反射型电热器(6);第一支架(2a)上焊接有第一钢筋条(1 )、第二钢筋条(14b)、第三钢筋条(He)、第四钢筋条(14d)、第五钢筋条(He)、第六钢筋条(14f)；第一支架(2a)中部设有螺丝旋入口 (13)；第一支架(2a)整体放在模型槽(1)顶部，并用夹板(15)固定； 第一钢筋条(Ha)下部架设第一百分表(7a)，第一百分表(7a)的量杆放在第一沉降片 (8a)的上垫片(IOa)上，第一沉降片(8a)由上垫片(IOa)与下垫片(IOb)通过连接棒(11) 连接组成；连接棒(11)及下垫片(IOb)埋入土体内；第二钢筋条(14b)与第二百分表(7b)及第二沉降片(8a)的位置结构关系同第一钢筋条(14a)与第一百分表(7a)及第一沉降片(8a)的位置结构关系；同样，第三钢筋条(14c)与第二百分表(7c)及第二沉降片(Sc)、第四钢筋条(14d)与第四百分表(7d)及第四沉降片(8d)、第五钢筋条(He)与第五百分表(7e)及第五沉降片 (Se)、第六钢筋条(14f)与第六百分表(7f)及第六沉降片(8f)的结构均同上；第二沉降片(8b)、第三沉降片(Sc)、第四沉降片(8d)、第五沉降片(Se)、第六沉降片 (8f)的结构均同第一沉降片(8a)；第二支架(2b)和第三支架(2c)的整体结构均同第一支架(2a)，第一支架(2a)、第二支架(2b )、第三支架(2c )三者通过螺丝(12 )旋入螺丝旋入口( 13 )连接。
2.根据权利要求1所述的一种炎热多雨气候影响下监测深部土体胀缩变形的实验装置，其特征在于模型槽(1)为钢制，底部漏水孔(9)的直径为0. 2cm，孔间距为1cm。
3.根据权利要求1所述的一种炎热多雨气候影响下监测深部土体胀缩变形的实验装置，其特征在于接水台(4)为高km，直径1. 2m的钢制容器。
专利摘要本实用新型为一种适用于模拟多雨炎热气候影响下监测深部土体胀缩变形的实验装置，主要由模型槽、接水台、洒水壶、反射型电热器、百分表、沉降片构成。其原理是采用洒水器与加热器联合对土样实施加湿与烘干蒸发过程，在室内模拟多雨炎热环境。通过在实验槽内土体的不同区域、不同深度埋设沉降片，并在其上架设百分表，进而测量深部土体的胀缩变形量。本实用新型是一种大尺度模型试验装置，可对土体内部的不均匀胀缩变形进行连续动态的监测，其优点是减小了外界环境对实验结果的影响，提高了监测结果的可靠度，操作简单。
文档编号G01N33/24GK202133659SQ201120221029
公开日2012年2月1日 申请日期2011年6月27日 优先权日2011年6月27日
发明者刘观仕, 孔令伟, 张先伟, 李新明, 王勇, 郭爱国 申请人:中国科学院武汉岩土力学研究所