一种模拟干湿循环作用的软岩崩解仪及试验方法

本发明属于土木工程，涉及一种模拟干湿循环作用的软岩崩解仪及试验方法。

背景技术：

1、在南方地区公路建设中，形成大量的泥岩人工路堑边坡，科学研究者发现软岩作为路基填料投入使用过程中，在降雨和炎热两种气候作用下会出现反复失水收缩、吸水膨胀现象，导致裂隙出现和拓展。因此在实验室模拟干湿循环作用下软岩的崩解性十分必要。

2、对于上述的问题已有相关技术公开，但是现有的软岩崩解仪(一种现场测定软岩崩解性的试验装置及方法cn202210454675.8)包括弹簧测力计、水槽、承载架和支架，弹簧测力计放置在支架顶部，支架下方设置水槽，水槽内设置承载架，承载架悬挂于弹簧测力计底部的挂钩上；采用上述结构崩解仪做软岩湿化崩解试验时随着试验的进行，试样湿化增重弹簧测力计对崩解量数据的读取，弹簧测力计读取数据与实际软岩湿化崩解数据相差大，极大地影响了对崩解量的计算，误差大。

3、同时，现有的测试软岩崩解性装置无法模拟干湿循环过程，若要模拟干湿循环过程，在完成湿化试验后，需将软岩试样转移至烘干箱中烘干，在这过程中软岩试样会产生不可逆的损失，进一步影响崩解量计算的准确性。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明提供一种模拟干湿循环作用的软岩崩解仪，模拟真实干燥、湿润环境进行软岩崩解试验，可随时观察土体的崩解状态，结构简单，操作简便，提高了试验数据的准确性。

2、本发明的另一目的是，提供一种可模拟干湿循环作用的软岩崩解试验方法。

3、本发明所采用的技术方案是，一种模拟干湿循环作用的软岩崩解仪，包括实验箱，试样置于实验箱内，所述实验箱为透明的封闭结构，实验箱的侧壁设有注水口和空气干燥装置，用于模拟干湿循环环境；

4、所述实验箱的顶部放置有测试控制器，实验箱内放置有承载架，承载架悬挂在测试控制器的测量端，通过测试控制器实时测量承载架的质量；

5、所述承载架包括底座和挂网，底座安装在挂网内，底座上安装有转动承台，转动承台通过底部转动轴自转，试样放置于转动承台上；

6、所述试样内安装有湿度检测传感器，用于实时测量试样的湿度。

7、所述转动承台上部为圆台，顶部的圆面小于底部的圆面。

8、所述空气干燥装置为加热器，通过电加热空气，多个所述加热器以水平排列的方式设于实验箱的内侧壁，相邻两排加热器之间设有通风孔，从通风孔出来的热空气在风机的抽力作用下向实验箱的内腔通入。

9、所述测试控制器包括滑线电阻r，滑线电阻r的ab的两端连接电源u0，滑线电阻ab的滑动头p1、p2分别连接电压计的两端，滑动头p2与电压计之间连接有连接杆，连接杆接入电路的部分具有导电性，承载架悬挂在连接杆下部的绝缘端；承载架的质量发生变化时，滑动头p1和p2之间的电压u大小随之变化；基于电压u与承载架质量之间的函数关系，根据某时刻接收到的电压u确定承载架的质量。

10、所述电压计的输出端连接放大器的输入端，所述放大器用于放大滑动头p1和p2之间的电压u并发送至信号转换器，信号转换器用于将电压信号转换为数字信号发送至计算机，计算机基于电压u与承载架质量之间的函数关系，根据某时刻接收到的电压u确定承载架的质量，并显示该时刻的承载架的质量。

11、所述实验箱的外部安装有水泥分离器、水池和废料池，水泥分离器的输入口连接实验箱的底部，通过水泥分离器将水和崩解残渣分别排入水池和废料池；水池经净化的水通过注水管连接注水口，注水管上安装有抽水器、水流速度控制器，用于保证水流以平稳速度注入实验箱。

12、所述水泥分离器包括沉淀区、过滤区、净化区，沉淀区设有沉淀斜坡，过滤区设有过滤网，净化区设有渗透网，水泥混合物依次通过沉淀区、过滤区和净化区，水泥混合物先通过沉淀区静置沉淀部分大颗粒土粒，再通过过滤区中的过滤网，净化区的渗透网，最后得到干净的水流以循环使用。

13、所述加热器的加热温度是35℃-120℃。

14、一种模拟干湿循环作用的软岩崩解仪的试验方法，包括以下步骤：

15、s1，空载试验：将承载架连同湿度检测传感器和转动承台悬挂在测试控制器测量端，通过注水管向实验箱内加入水，直至将承载架全部浸入水中为止，记录此时测试控制器显示的读数为me；

16、s2，制作试样：选取干燥的预崩解炭质泥岩粉末制成有最优含水率的试样，测得试样的质量m、体积v；

17、s3，湿化崩解试验：

18、排出实验箱内的水，将制好的试样放置在承载架上，使湿度检测传感器插入试样内，记录此时测试控制器上显示的读数m0，湿度检测传感器上显示的读数w0，通过注水管逐渐向实验箱内注水，直至淹没整个承载架；

19、随着试验进行，试样逐渐湿化崩解掉落至实验箱内，测试控制器显示的读数逐渐减小，湿度检测传感器上显示的试样湿度逐渐增大，在不同时刻t记录下测试控制器显示的读数为mt1，湿度检测传感器上显示的读数wt1；同时，利用3d扫描仪计算并记录不同时刻的试样体积vt1。

20、s4，干燥崩解试验：将实验箱内的水通过水泥分离器全部排出到水池中，记录测试控制器显示读数m1、湿度检测传感器显示读数w1和3d扫描仪显示的试样体积v1；

21、打开空气干燥装置，转动承台缓慢自转使得试样全面干燥，试样的含水率逐渐下降至完全干燥，且试样逐渐崩解掉落至实验箱内，测试控制器上显示的读数逐渐减少，在不同时刻t记录下测试控制器上显示的读数为mt2，湿度检测传感器上显示的读数wt2；同上，通过3d扫描仪计算并记录不同时刻的试样体积vt2；

22、s5，上述s3、s4的两个步骤重复进行，模拟干湿循环；循环过程中，s3的时长和s4的时长保持一致；

23、s6，数据处理：

24、

25、式中：bt1—试样在湿化崩解时间t1时的崩解量/％；m0—试验开始时刻的测试控制器读数/g；mt1—湿化崩解时间t1所对应测试控制器上显示的读数；me—测试控制器初读数/g，即s1中承载架浸入水中时测试控制器上显示的读数；wt1—时间t1所对应试样的湿度；w0—实验开始时刻的湿度，v—试样原始体积，vt1—时间t1所对应试样的体积；

26、

27、式中：bt2—试样在湿化崩解时间t2时的崩解量/％；m1—干燥崩解试验开始时刻的测试控制器读数/g；mt2—时间t2所对应测试控制器上显示的读数；me—测试控制器初读数/g，即s1中承载架浸入水中时测试控制器上显示的读数；wt2—时间t2所对应试样的湿度；w1—干燥崩解试验开始时刻的湿度；v1—湿化崩解试验结束后试样的体积；vt2—时间t2所对应试样的体积。

28、所述s5中，在重复s3前，通过注水管注水使得干燥崩解过程中掉落的崩解物随水流排出；出水口设置一定的坡度，并且不达到试样底部高度，重复进出水，使崩解物完全排出。

29、本发明的有益效果是：

30、1、本发明的软岩崩解仪可自行注排水、通风加热干燥，模拟干湿循环下软岩崩解试验，免除外力造成的扰动，提高了试验数据的准确性。

31、2、本发明使用转动承台(内置电池)将试样绕圆盘中心缓慢自由转动，配合左侧热风，使试样可以实现全方面干燥，避免因为试样干燥不均带来的实验误差，提高试验数据准确性。

32、3、本发明采用水泥分离器装置，将排出去的水泥混合物先通过沉淀区静置沉淀部分大颗粒土粒，再通过过滤区中的过滤网，净化区的渗透网，最后得到干净的水流以循环使用，使其达到自动化循环，减少了水资源的投入成本。

33、4、本发明在出水口设置一定坡度，并低于试样底部高度，重复进出水的情况下使崩解物完全被水流冲刷至废料池，以保证所有崩解物完全排出，避免因崩解物漂浮残留对实验数据带来影响。

34、5、本发明利用湿度检测传感器实时检测试样湿度，可计算出试样的实时含水率、含水量，结合特定的崩解量计算公式，排除了在土样湿化崩解试验过程中土样吸湿增重对崩解量数据读取的影响，准确性更高。