黄土增减湿变形过程模拟实验装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种黄土增减湿变形过程模拟实验装置，它涉及一种实验装置。它包括筒体、底座、加热装置、探测仪和数据采集器，底座内设置有加热装置，底座上设置有筒体，筒体内部设置有探测仪，探测仪外接数据采集器；所述的筒体包括内筒和外筒，内筒和外筒之间注有水，内筒内装有土样，外筒上设置有竖直刻度尺，筒体的筒身上分布有两竖排圆孔，两竖排之间的夹角为135°；所述的内筒底部侧壁也设置有呈梅花状分布的圆孔。本实用新型结构简单，操作方便，能够测定裂缝张力，测量准确可靠。
【专利说明】黄土增减湿变形过程模拟实验装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及的是一种实验装置，具体涉及一种黄土增减湿变形过程模拟实验
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【背景技术】
[0002]黄土是一种第四纪沉积物，分布于我国西北和黄河中游的大面积地区。由于其特殊的成因，黄土内部结构及外部形态特征非常独特，他具有以粉粒为主，大孔隙，垂直裂隙发育，富有可溶盐等一系列特征。正是由于这种特殊性质，使得黄土具有不同程度的湿陷性。黄土的湿陷性是指黄土在上覆土层自重应力作用下，或者在自重应力和附加应力共同作用下，因浸水后土的结构破坏而发生显著附加变形的性质。
[0003]黄土在我国西北地区大面积分布，而湿陷性黄土的分布面积约为黄土分布总面积的3/4。随着我国西部大开发政策的推进，更多的人类工程活动(铁路，公路，厂房建设等)需要在这些湿陷性黄土地区开展，所以对湿陷性黄土的研究以及对水分在黄土中的渗流规律与沉降的关系的研究与该地区的农业、工业、水利、交通和建筑等工程建设的发展密切相关。建国50年来，响应国家的号召，广大岩土工作者投入到了湿陷性黄土与黄土渗流的研究中。
[0004]黄土湿陷性评价的主要实验方法分为现场原位实验和室内实验。现场实验分为现场静载荷实验和试坑浸水实验，室内实验分为单压缩曲线法和双压缩曲线法。另外对渗流的研究一般通过做渗流实验来观察黄土内水分迁移情况。
[0005]1、现场静载荷实验
[0006]现场静载实验是指利用上部添加静载的方式施加轴向应力，观测时间与沉降的关系。利用沉降量的实际观测值来评价黄土的湿陷性。该方法所需实验设备有:千斤顶、荷重传感器、位移传感器及百分表。
[0007]2、试坑浸水实验
[0008]在现场开挖一圆形或方形试坑，使其浸水，同时通过设置深标点、浅标点以及地面观测标点来测定浸水后的湿陷量从而判定湿陷性。
[0009]3、单压缩曲线法
[0010]简称单线法。用一个(或多个)试样压缩至一定压力稳定后再浸水，在湿陷沉降量与压力的关系曲线图上得到一条压缩曲线，确定湿陷起始压力等。
[0011]4、双压缩曲线法
[0012]简称双线法。用同一采样点的两块环刀取样，一块在天然含水率下做压缩实验，另一块在25kPa压力下压缩稳定后，加水饱和继续在浸水条件下加压至稳定。实验得出两条压缩曲线，计算湿陷系数，从而确定起始湿陷压力。
[0013]5、渗流实验
[0014]渗流实验是一种水文地质实验方法。其实验原理是基于著名的达西定律，用于测定水分在某种介质中的渗透系数、渗流速度等，从而反映土体特征。
[0015]上述实验方法具有以下缺点:
[0016](I)、现场载荷实验施工复杂，实验成本高，由于荷载一般偏重，加载较困难。且所需仪器较多，包括千斤顶、荷重传感器、位移传感器及百分表，相对室内实验较粗糙，误差较大。
[0017](2)、试坑浸水实验也是野外实验，首先实验成本高，其次由于施工工地条件复杂，地基土的不均匀，坑边有荷载或人为排水均会导致实验出现较大误差，不易控制。
[0018](3)、室内单线法在取样方面不能保证土体各项性质的均一性，会造成误差，且其实验耗时耗力。应用不太广泛。
[0019](4)、室内双线法相对单线法有较大优势，但也存在取样难以保证其均一性问题，且预先浸水后再逐级加压与湿陷性黄土的实际湿陷过程不符。
[0020]总而言之，野外实验较粗糙，影响因素多，成本高，难操作，误差大。室内实验由于土样被扰动，难以准确反映现场真实情况。
实用新型内容
[0021]针对现有技术上存在的不足，本实用新型目的是在于提供一种黄土增减湿变形过程模拟实验装置，结构简单，操作方便，能够测定黄土湿陷沉降量、黄土内部不同深度及不同时间段基质吸力和含水量及土体表面龟裂的裂缝张力，测量准确可靠。
[0022]为了实现上述目的，本实用新型是通过如下的技术方案来实现:黄土增减湿变形过程模拟实验装置，包括筒体、底座、加热装置、探测仪和数据采集器，底座内设置有加热装置，底座上设置有筒体，筒体内部设置有探测仪，探测仪外接数据采集器；所述的筒体包括内筒和外筒，内筒和外筒之间注有水，内筒内装有土样，外筒上设置有竖直刻度尺，筒体的筒身上分布有两竖排圆孔，两竖排之间的夹角为135° ;所述的内筒底部侧壁也设置有呈梅花状分布的圆孔。
[0023]作为优选，所述的底座包括水泥槽、钢制底板、导向轮和扶手，钢制底板与筒体之间设置有水泥槽，水泥槽、钢制底板之间还设置有加热装置，钢制底板底部设置有导向轮，钢制底板一侧固定有扶手。
[0024]作为优选，所述的加热装置为可分离的便携式电炉盘。
[0025]作为优选，所述的探测仪器为水分探头、张力探头和应变片，水分探头、张力探头通过筒体上的两竖排的圆孔分别埋在土样的不同深度位置，应变片设置在土样的表面。
[0026]作为优选，所述的数据采集器采用北京基因公司的EM50数据采集器，方便存储，安全可靠。可同时外接多个探头。
[0027]作为优选，所述的筒体采用亚克力筒体。
[0028]本实用新型的有益效果:
[0029](I)、该实验装置规模大，体积大于3m3，可以更准确反映现场情况，解决了环刀取样的局限性；
[0030](2)、该实验装置实验成本低，效果好，解决了野外实验高成本的问题；
[0031](3)、装置底部装有4个导向轮，方便来回挪动位置；
[0032](4)、装土样用筒为透明的亚克力管，方便观测水分迁移规律；
[0033](5)、该装置为两个直径不等的圆柱形筒套在一起，内筒筒身底部设置一圈小孔，两桶之间注水，内筒装土样，以此利用水头差来模拟向上渗流情况，研究不同渗流方向对黄土的影响。此为其他实验设备不能达到的。
[0034](6)、该实验装置利用电炉丝对钢质底盘加热,底盘与土体接触,从而人为控制水分向上渗流的速率，使实验达到自己想要的条件。
[0035](7)、通过筒身一竖排小孔，用水分探头实时监测筒内土体不同时间不同深度的含水量(可实现多层土体的实验)。
[0036](8)、通过筒身一竖排小孔，用张力探头实时监测筒内土体不同时间不同深度的基质吸力(可实现多层土体的实验)。
[0037](9)、通过透明筒身的刻度尺可肉眼读出土体沉降量，极为方便准确。
[0038](10)、装土样后，土样表面积大(3.14m2)，渗流后容易观察土体表面龟裂情况，同时在土体表面布置应变片，可测定裂缝张力，该实验对黄土龟裂研究有较大贡献。
【专利附图】
【附图说明】
[0039]下面结合附图和【具体实施方式】来详细说明本实用新型；
[0040]图1为本实用新型的结构示意图；
[0041]图2为本实用新型的底座结构示意图。
【具体实施方式】
[0042]为使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合【具体实施方式】，进一步阐述本实用新型。
[0043]参照图1，本【具体实施方式】采用以下技术方案:黄土增减湿变形过程模拟实验装置，包括筒体1、底座2、加热装置3、探测仪4和数据采集器5，底座2内设置有加热装置3，底座2上设置有筒体1，筒体I内部设置有探测仪4，探测仪4外接数据采集器5 ;采用透明的亚克力管作为筒身材料，分为内外两筒，内筒直径90cm，筒壁厚Icm ;外筒直径100cm，筒壁厚约lcm。两筒在平面上呈同心圆的形式嵌套在底座上。内筒与底部钢板之间用水泥槽隔开，防止加热对筒造成破坏(加热时外筒拆掉，内外筒均可拆卸)。外筒上有竖直刻度尺，方便观测沉降。筒身分布有两竖排直径Icm间隔1cm的小圆孔，且两竖排之间夹角约135°，结合水分探头及张力探头，这些孔分别用来测定不同位置土体含水量及基质吸力。筒身底部也有同等规格小孔布置，间隔5cm，呈梅花状沿筒壁分布一圈，这些孔使两筒之间的水分从底部渗入内筒土体内，模拟向上渗流的情况。
[0044]底座2分为三部分:水泥槽、钢制底板、导向轮及扶手；水泥槽位于钢质底板上，直径约90cm,宽约3cm,高约3cm,槽深Icm,宽Icm,用于固定内筒及隔热。钢质底板为一直径100cm,厚Icm的圆盘，主要是固定承重作用以及导热。导向轮与扶手焊接于底板上，方便移动，使得实验易于操作。
[0045]加热装置3为一可分离的便携式电炉盘，通电即可满足加热，通过钢质底板导热至筒内土体，人为控制渗流速率以达到实验者想要的实验条件。
[0046]探测仪器4分为水分探头、张力探头及应变片。分别埋在土体不同深度处，来实时监测土体含水量及基质吸力；应变片布置于土体表面，测定裂缝张力。水分探头和张力探头均外接数据采集器。
[0047]数据采集器5采用北京基因公司的EM50数据采集器，方便存储，安全可靠。可同时外接多个探头。
[0048]本【具体实施方式】可做土体龟裂实验，观察土体渗水后表面龟裂过程并测定裂缝张力；同时实现了从上向下及从下向上的室内渗流试验；通过控制水头差人为控制渗流实验条件；通过加热人为控制从下向上的渗流速率；可用肉眼观察土体龟裂过程、渗流规律及沉降量，结合实验仪器测定，综合研究。较野外实验更精确，易操作，且实验成本大大降低。较室内实验规模大，应用广泛，且更接近野外土体实际情况。通过两种实验的结合，研究不同渗流条件与湿陷性沉降的关系。
[0049]以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
【权利要求】
1.黄土增减湿变形过程模拟实验装置，其特征在于，包括筒体(11底座(2)、加热装置(3)、探测仪⑷和数据采集器(5),底座⑵内设置有加热装置(3),底座⑵上设置有筒体(1),筒体⑴内部设置有探测仪(4),探测仪⑷外接数据采集器(5)；所述的筒体(1)包括内筒(11)和外筒(12),内筒(11)和外筒(12)之间注有水，内筒(11)内装有土样，夕卜筒(11)上设置有竖直刻度尺，筒体(1)的筒身上分布有两竖排圆孔，两竖排之间的夹角为135。；所述的内筒(11)底部侧壁也设置有呈梅花状分布的圆孔。
2.根据权利要求1所述的黄土增减湿变形过程模拟实验装置，其特征在于，所述的底座(2)包括水泥槽(21)、钢制底板(22)、导向轮(23)和扶手(24),钢制底板(22)与筒体(1)之间设置有水泥槽(21),水泥槽(21)、钢制底板(22)之间还设置有加热装置(3),钢制底板(22)底部设置有导向轮(23),钢制底板(22) —侧固定有扶手(24)。
3.根据权利要求1所述的黄土增减湿变形过程模拟实验装置，其特征在于，所述的加热装置(3)为可分离的便携式电炉盘。
4.根据权利要求1所述的黄土增减湿变形过程模拟实验装置，其特征在于，所述的探测仪器(4)为水分探头、张力探头和应变片，水分探头、张力探头通过筒体(1)上的两竖排的圆孔分别埋在土样的不同深度位置，应变片设置在土样的表面。
5.根据权利要求1所述的黄土增减湿变形过程模拟实验装置，其特征在于，所述的数据采集器(5)采用北京基因公司的￡150数据采集器。
6.根据权利要求1所述的黄土增减湿变形过程模拟实验装置，其特征在于，所述的筒体(1)采用亚克力筒体。
【文档编号】G01N33/24GK204154610SQ201420610090
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2014年10月12日 优先权日:2014年10月12日
【发明者】倪万魁, 李征征, 戴磊, 石博溢, 王衍汇, 刘海松, 杜光波, 袁志辉, 吴凯, 李焕焕, 王鲜, 武鹏, 刘辉, 朱晴晴, 景博, 张延磊, 王百升, 江龙阳, 赵文辉 申请人:长安大学