一种用于土样变形试验的测试设备及其测试方法与流程

本技术涉及土样变形试验，尤其是涉及一种用于土样变形试验的测试设备及其测试方法。

背景技术：

1、目前，土样变形试验是一种用于研究土壤的力学特性和变形行为的试验。这些试验旨在测量土壤在受到外部应力时的变形响应，以了解土壤的强度、刚度和变形特性。而土样变形试验包括三轴试验、直剪试验、压缩试验、扭剪试验。

2、而压缩试验用于测定土壤的压缩性和变形特性。土样通常在一个封闭的容器中施加垂直应力，然后测量土样的压缩位移和应力，以了解土壤的压缩行为和固结特性。

3、现有公开号为cn114018700a的中国专利，其公开了一种大型土石混合土样室内压缩仪与填土变形、稳定性计算方法，其压缩仪包括加载与测试系统和试样容纳装置，其中试样容纳装置包括容纳试样的护环，以及与试样连接的定量加湿器，以及沿试样环向设置的多个压力盒；加载与测试系统包括加压于试样顶部的千斤顶，以及与千斤顶控制连接的自动控制与记录装置，还包括与自动控制与记录装置双向连接的压力传感器，并在试样的顶部还设置有多个位移传感器。

4、使用上述压缩仪对土样进行变形测试前，将环刀装入护环内，然后在环刀内装好试样，试样上依次放上薄型滤纸、上透水钢板和加压盖板，并将其置于加压框架正中，使加压盖板与框架中心对准，安装位移传感器。之后通过试样上方的千斤顶对试样施加竖向压力向土样施加预压力使试样与仪器上下各部件之间接触，随后测读位移传感器的位移值。

5、针对上述中的相关技术，目前在环刀内加入土样进行土样变形试验时，土样与环刀的内壁之间存在摩擦力，不能真实的模拟土样在地下的变形情况，进而导致土样变形试验产生误差，影响工作人员对土样的判断。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于：提供一种用于土样变形试验的测试设备及其测试方法，它解决了在环刀内加入土样进行土样变形试验时，土样与环刀的内壁之间存在摩擦力，不能真实的模拟土样在地下的变形情况，进而导致土样变形试验产生误差，影响工作人员对土样判断的技术问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

3、一种用于土样变形试验的测试设备及其测试方法，包括机架，所述机架上安装有试样筒，所述试样筒内套设有橡皮膜，所述橡皮膜与所述试样筒之间形成有限位腔，且所述橡皮膜背离所述限位腔的内侧形成有试样腔，试样放置在所述试样腔内，且试样与所述橡皮膜抵触；所述机架上设置有限位组件、加压组件、排水组件以及测量组件；限位组件，所述限位组件通过所述限位腔对试样的侧面进行限位；加压组件，所述加压组件通过所述试样腔对试样的底面进行加压；排水组件，试样经过加压变形后，试样内的溶液通过所述排水组件排出所述试样筒；测量组件，所述测量组件对试样加压变形后的变形数值进行测量。

4、通过上述技术方案，将橡皮膜套设在试样筒上，然后将试样放置在橡皮膜内侧形成的试样腔内，之后限位组件通过限位腔对试样的侧面进行限位，随后加压组件对试样的底面两侧进行加压，随着加压组件对试样进行加压，由于限位组件已对试样的侧面进行限位，因此，试样在加压的过程中，试样仅会在轴线方向上发生压缩，随着试样逐渐被压缩，试样内存在的溶液被压出，压出的溶液通过排水组件排出，最后测量组件对试样变形的数值进行测量。通过橡皮膜对试样的侧面进行限位，能够减小试样在被压缩过程中，试样侧面的摩擦力，使得试样能够真实的模拟试样在地下的变形情况，减小试样变形试验产生的误差，使得工作人员能够对试样情况进行精准的判断。

5、进一步的，所述限位组件包括注水管与出水管，所述注水管与出水管均与所述试样筒的限位腔连通，所述注水管上设置有第一开关阀，所述出水管上设置有第二开关阀，所述第一开关阀与第二开关阀控制所述注水管与出水管的打开或关闭。

6、通过上述技术方案，将注水管的第一开关阀打开，出水管上的第二开关阀关闭，然后通过注水管向试样筒与橡皮膜之间的限位腔进行注水，待限位腔内注满液态水后，关闭第一开关阀，通过液态水对试样的侧面进行限位，进而减小试样在向底面加压的过程中，试样侧面发生形变量。

7、进一步的，所述限位组件还包括可收缩的储水袋，所述机架上安装有抽液泵，所述抽液泵与所述注水管之间设置有第一导管，所述第一导管的一端与储水袋连接，另一端连接在所述抽液泵上，且所述抽液泵与所述注水管之间设置有第二导管，所述第二导管的一端与所述抽液泵连接，另一端与所述注水管连接。

8、通过上述技术方案，将无气水装入储水袋中，然后抽液泵通过第一导管与第二导管将无气水注入到试样筒的限位腔内，一方面能够防止无气水在限位腔内被压缩，另一方面，将无气水装入可收缩的储水袋中，能够防止无气水在储存的过程中空气溶解到无气水中。

9、进一步的，所述试样筒的两侧分别设置有支撑座与压盖，所述试样筒位于所述支撑座与所述压盖之间，且所述压盖上设置有固定螺栓，所述固定螺栓的一端穿过所述压盖，且所述固定螺栓的一端与所述支撑座连接，所述橡皮膜夹紧在所述支撑座与所述压盖之间。

10、通过上述技术方案，支撑座与压盖将试样筒的两端抵紧，使得橡皮膜被夹紧在试样筒与支撑座、压盖之间，然后固定螺栓的一端穿过压盖并与支撑座连接，进而使得橡皮膜套设在试样筒上的稳定性得以提升。

11、进一步的，所述加压组件包括加压座，所述加压座内形成有加压腔，所述加压座上设置有固定座，且所述加压座与所述固定座之间设置有顶膜，所述加压座上设置有连接螺栓，所述连接螺栓的一端穿过所述加压座，且所述连接螺栓穿过所述加压座的一端与所述固定座连接；所述固定座上设置有第一基板，所述第一基板与所述顶膜呈间隔设置，且所述第一基板滑移安装在所述固定座上，所述第一基板的一侧设置有第二基板，所述第一基板与第二基板之间设置有连杆，所述连杆连接所述第一基板与第二基板，所述第二基板与所述支撑座抵触。

12、通过上述技术方案，向加压座的加压腔内通入气体，随着加压腔内气体的增加，顶膜将第一基板顶起，随着第一基板被顶起，由于第二基板通过连杆连接在第一基板上，因此，第二基板将试样筒抬起，通过顶膜缓慢的将试样筒抬起，能够模拟试样在地下的受力情况，防止突然的加压对试样造成破坏。

13、进一步的，所述机架上设置有立杆，所述立杆上设置有压杆，所述压杆位于所述试样筒靠近所述压盖的一侧，且所述压盖上设置有压块，所述压块的一端穿过所述压盖并向所述试样腔内延伸；所述压杆上设置有抵紧螺栓，所述抵紧螺栓螺纹连接在所述压杆上，且所述抵紧螺栓的一端与所述压块抵触。

14、通过上述技术方案，将压块的一端穿过压盖，使压块抵紧在试样上，然后转动抵紧螺栓，使抵紧螺栓的一端抵紧在压块上，使得压块抵紧在试样上的稳定性得以提升。

15、进一步的，所述支撑座内形成有第一透水腔，所述支撑座上开设有第一透水孔，所述第一透水孔连通所述试样腔与第一透水腔，且所述支撑座的第一透水孔上覆盖有第一透水石，所述支撑座上还开设有第一出水孔，所述第一出水孔连通所述第一透水腔与所述支撑座的外侧。

16、通过上述技术方案，试样在被压缩的过程中，试样内的溶液通过第一透水石流向第一透水孔，然后溶液通过第一透水孔流向第一透水腔，之后溶液通过第一出水孔流出支撑座，进而防止试样压出后的溶液影响试样的变形实验。

17、进一步的，所述排水组件包括排水箱，所述支撑座上设置有第一排水管，所述出水管上设置有第二排水管，所述第一排水管的一端与所述第一出水孔连通，另一端与所述排水箱连通，所述第二排水管的一端与所述出水管连通，另一端与所述排水箱连通。

18、通过上述技术方案，第一排水管与第二排水管的一端分别与第一出水孔、出水管连接，另一端均与排水箱连接，进而使得试样变形实验过程中流出的溶液能够被收集，一方面，防止流出的溶液影响设备整体的整洁，另一方面，收集的废水在经过过滤处理后还能再次进行实用，减少水资源的浪费。

19、进一步的，所述测量组件包括安装板，所述安装板的一端连接在所述第二基板上，另一端向远离所述第二基板的一侧延伸；所述安装板上连接有支撑杆，所述支撑杆的一端与所述安装板连接，另一端向靠近压杆的一侧延伸，且所述支撑杆上安装有滑杆，所述滑杆滑移安装在所述支撑杆上，且所述滑杆上设置有百分表，所述百分表包括表盘与量杆，所述量杆的一端抵紧在所述压杆上。

20、通过上述技术方案，调节滑杆在支撑杆上的位置，使百分表的一端抵紧在压杆上，使用时，随着第二基板将试样筒抬起，由于支撑杆是通过安装板安装在第二基板上的，因此，第二基板向上抬起的间距即为试样变形的间距，工作人员通过百分表即可观察到试样具体的变形数值。

21、本发明还请求保护上述土样变形试验的测试方法，具体步骤如下所述：

22、步骤一：采集具有代表性的土样，使用环刀来采样土壤，以获得圆柱形的试样，然后将试样从环刀内推出；

23、步骤二：将橡皮膜套设在试样筒上，然后将试样放置在橡皮膜试样腔内；

24、步骤三：将放置有试样的试样筒连同支撑座放置在第二基板上，然后将压块穿过压盖，使压块抵紧在试样上，之后转动抵紧螺栓，随着抵紧螺栓的转动，抵紧螺栓抵紧在压块上；

25、步骤四：打开抽液泵与第一开关阀，抽液泵通过第一导管与第二导管将储水袋内的液态水注入到橡皮膜与试样筒之间的限位腔内，待限位腔内注满液态水后，则关闭第一开关阀；

26、步骤五：调节滑杆在支撑杆上的位置，使百分表上的量杆抵紧在压杆上；

27、步骤六：向加压座的加压腔内进行通气，随着加压腔内压强变大，加压座与固定座之间的顶膜将第一基板顶起，顶膜向第一基板施加一个恒定的压力，随着第一基板被顶起，第二基板将支撑座抬起，支撑座在抬起的过程中，试验筒内的试样发生变形；

28、步骤七：支撑座在抬起的过程中，试样被压缩后渗出的液体从第一透水石与第二透水石渗出，最后流到排水箱内；

29、步骤八：当百分表的读数变化量每小时小于0.005mm时，工作人员读取百分表上的读数。

30、综上所述，本技术包括以下至少一种用于土样变形试验的测试设备及其测试方法有益技术效果：

31、使用时，将橡皮膜套设在试样筒上，然后将试样放置在橡皮膜内侧形成的试样腔内，之后限位组件通过限位腔对试样的侧面进行限位，随后加压组件对试样的底面两侧进行加压，随着加压组件对试样进行加压，由于限位组件已对试样的侧面进行限位，因此，试样在加压的过程中，试样仅会在轴线方向上发生压缩，随着试样逐渐被压缩，试样内存在的溶液被压出，压出的溶液通过排水组件排出，最后测量组件对试样变形的数值进行测量。通过橡皮膜对试样的侧面进行限位，能够减小试样在被压缩过程中，试样侧面的摩擦力，使得试样能够真实的模拟试样在地下的变形情况，减小试样变形试验产生的误差，使得工作人员能够对试样情况进行精准的判断。