一种自平衡土体冻胀试验桶及其试验方法与流程

本发明涉及一种冻胀试验装置及试验方法，尤其涉及一种对于土进行冻胀试验的自平衡土体冻胀试验桶，以及使用这种试验桶对土进行冻胀特性试验的试验方法。

背景技术：

冻土是一种温度低于0℃且含有冰的土岩。根据冻结状态持续时间不同，可把冻土划分为三类，即瞬时冻土、季节性冻土和多年冻土。季节冻土广泛分布在世界各大洲和中国的大部分国土，我国季节性冻土占国土面积的53.5％。国内外已有的大量工程实践和研究结果表明，冻胀作用是季节冻土区各种工程产生冻害的重要原因，特别是对铁路、公路等线性工程，季节性冻土的冻胀引起工程的破坏会更加剧烈。一方面降低铁路、公路等工程的使用质量，减少其使用寿命。另一方面，冻胀引起的路基变形将严重影响铁路、公路的安全运营，带来巨大的经济损失，并对社会产生不良的影响。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种自平衡土体冻胀试验桶及其试验方法，利用该装置进行土体的冻胀特性试验，不需要单独的加压装置，操作方便，适用范围广泛。

本发明的目的是通过如下的技术方案实现的：

一种自平衡土体冻胀试验桶，包括有桶体，桶体中心处安装有圆柱形锚索测力计通道，在桶体顶端设置与桶体壁紧密接触且可上下滑动的有机玻璃顶板，顶板与桶体底板中心均留设孔洞，用于穿插并锚固锚索测力计，锚索测力计通过导线与采集仪相连，沿桶壁高度方向上留设五个测温孔，用于连接埋设在土体中的热电偶温度传感器，热电偶温度传感器通过导线与采集仪相连；在靠近桶体底部且高于固定支座上边缘处的桶壁上，沿周长方向均设有五个补水口，与补水口相连的补水管路终端与一体积恒定的水压槽相连接，在每个补水管路上均安装液体涡轮流量计，在桶体底板上设置五个排气口，桶体底部与固定支座嵌套。

所述桶体为有机玻璃材质，桶壁设置五个热偶测温孔，用于安放电热偶温度传感器。

所述的圆柱形锚索测力计通道是由有机玻璃材质制作，与桶体等高。

所述的顶板和底板均是由有机玻璃材料制作，顶板和底板中心留设孔洞用于锚固锚索测力计。

在靠近桶体底部且高于底座上边缘高度处的桶壁上，沿桶体周长均匀地设有五个补水口。每个补水口通过补水管路与水压槽相连接，补水管路由橡胶材质制成，连接液体涡轮流量计。

所述的固定支座上预留有孔洞；固定支座上设有四个螺栓孔，用以连接四个固定螺杆作为固定支撑。

所述的冻胀试验桶的试验方法，包括以下试验步骤：

（1）在桶体底部放置一张圆形薄滤纸，将土样从顶部装入试验桶内，使其自由滑落到底部；

（2）将锚索从桶体中心穿过，在底端和顶端锚固，锚索测力计安装在锚垫座上，锚索从试验桶中心孔中穿过，测力计置于锚垫座和工作锚之间，并使锚索测力计的轴线与待测索轴线平行；

（3）沿桶壁留设孔插入热电偶温度传感器，接通桶壁上的补水管路，供水并排除底板内气泡，调节供水装置；

（4）根据液体涡轮流量计记录土体含水量，并通过电脑终端记录冻胀力与温度数据。

所述的步骤（2）安装时锚索测力计上下面与承压面之间应清理干净，锚索测力计应放置平稳。

本发明的有益效果：有效解决了季节性冻结土壤的冻胀力测试问题。方便

对土体在室外自然温度下冻胀力的实时测量，具有良好的推广价值。本发明的试验装置结构简单，不需要单独的加压装置，操作方便，适用范围广泛。

附图说明

图1为本发明一种自平衡土体冻胀试验桶的正视图：

图2为桶体的主视图；

图3为固定支座的主视图：

图4为固定支座的仰视图。

其中：1桶体、2顶板、3底板、4锚索测力计通道、5锚索测力计、6热偶测温孔、7固定支座、8固定支撑、9补水口、10排气口、11补水管路、12液体涡轮流量计。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详述：

如图1、2所示，一种自平衡土体冻胀试验桶。包括有机玻璃材质轻质高强的桶体1与固定支座7。桶体1顶端设有与桶壁紧密接触且可上下滑动的有机玻璃顶板2。顶板2与桶体底板3中心均留设孔洞，对中设置与孔洞直径相等的锚索测力计通道4，用于穿插并锚固锚索测力计5。在桶壁右侧不同高度上留设五个热偶测温孔6，用于埋设在土体中的热电偶温度传感器通过导线与外部采集仪连接。在靠近桶体底部的桶壁上均匀设有五个补水口9，补水口9与补水管路11连接，在补水管路11上设有液体涡轮流量计12。桶体底板上留有排气口10，桶体底部嵌套在固定支座7中。固定支座7预留有部分孔洞，以便当桶体与支座嵌固时排气口的通过。固定支座上还设有四个螺栓孔，连接四个固定支撑8，用以稳定该试验桶。

所述桶体及锚索测力计通道均为有机玻璃材质，桶体的外径为800mm，高度为2000mm，桶壁厚30mm。在桶体中心处设置的锚索测力计通道，外径为100mm，高度与桶体高度相等，壁厚30mm。

所述有机玻璃桶体的侧壁上，自底部向上1600mm范围内每隔400mm设置一个热偶测温孔，用于热电偶温度传感器导线穿过，并与外部采集仪连接。

在桶体的顶板与底板中心均留设孔洞，孔洞直径与锚索测力计通道对中，且直径相同，以便锚索测力计穿过并锚固。

在靠近桶体底部且高于底座上边缘高度处的桶壁上，沿桶体周长，均匀设有5个直径50mm的补水口，每个补水口通过补水管路与水压槽相连接。在补水管路上连接液体涡轮流量计，用以控制桶体的进水量。

所述桶体底板上沿圆周均匀地留设5个直径为10mm的排气孔。

如图3、4所示，所述固定支座采用普通钢材制成，其内径与桶体外径相同，侧壁厚度为10mm，高度为200mm。固定支座底部中心处留有孔洞，以便锚索测力端部锚头穿过。固定支座7预留有部分孔洞，以便当通体与支座嵌固时排气口的通过。固定支座上还设有四个螺栓孔，用以连接四个固定支撑。

所述固定支撑为固定螺杆，固定螺杆和支座的直径均为50mm。固定螺杆具有足够的强度来保证固定支座和试验桶体之间不产生相对位移，支座能够支撑整个试验桶和土样的总重量，并使得桶体离开地面一定高度。

所述冻胀试验桶适用于砂土冻胀试验，具体试验过程包括：

（1）在桶体底部放置一张圆形薄滤纸，将土样从顶部装入试验桶内，使其自由滑落到底部。

（2）将锚索从桶体中心穿过，在底端和顶端锚固，锚索测力计安装在锚垫座上，锚索从试验桶中心孔中穿过，测力计置于锚垫座和工作锚之间，并使锚索测力计的轴线与待测索轴线平行。安装时锚索测力计上下面与承压面之间应清理干净，不能有砂粒，否则会影响测值。锚索测力计应放置平稳，如发现几何偏心过大，应及时予以调整。

（3）沿桶壁留设孔插入热电偶温度传感器。接通桶壁上的补水管路，供水并排除底板内气泡，调节供水装置。

（4）根据液体涡轮流量计记录土体含水量，并通过电脑终端记录冻胀力与温度数据。

本发明所述的具体实施方式并不构成对本申请范围的限制，凡是在本发明构思的精神和原则之内，本领域的专业人员能够做出的任何修改、等同替换和改进等均应包含在本发明的保护范围之内。