一种通过水体积变化计算土样胀缩变形量的真三维胀缩仪

摘要

本发明公开了一种通过水体积变化计算土样胀缩变形量的真三维胀缩仪，包括底座，所述底座的上端面布置容器，所述容器底部设有突出的带有进水孔的凹槽，所述容器内布置内部套装试样的硅胶膜，所述试样的上下两端分别布置透水石；所述底座设置一根支架，千分表与所述支架相连接；所述容器的侧壁设有容器侧壁进水孔，所述容器侧壁进水孔与容器侧壁联通且与第一供水设备相连；所述容器的底部设有容器底部凹槽进水孔，所述容器底部凹槽进水孔与容器底部凹槽联通且与第二供水设备相连。通过水从试样底部向上渗流过程中观察容器内水体积的变化以及竖向千分表的读数。千分表的读数反应了试样的竖向变形，容器内水体积的变化反应了试样的侧向变形，测量更加精确。

说明书

技术领域

本发明涉及一种通过水体积变化计算土样胀缩变形量的真三维胀缩仪，属于土样检测装置技术领域。

背景技术

现有测量圆柱式土样的膨胀仪是将试样放在圆柱式容器内，约束侧向变形，只能用于观测土样的垂直向变形，无法测量土样的侧向变形。另外可采用长方体膨胀仪，申请号为201110160363.8, 发明名称为“一种膨胀仪”的专利申请中公开了结构为密闭式长方体容器，试验时注满水，试样为长方体可同时观测竖向及侧向变形，但是试样侵入水内试样的棱角处容易崩解。“一种真三维胀缩仪”申请号为201310229146.9，试验过程中当膨胀土膨胀时侧向千分表容易凹进试样内，凹进数值无法测量，同时试验时水源是从试样顶部往下渗入，试样内部的空气无法排出。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种通过水体积变化计算土样胀缩变形量的真三维胀缩仪，通过水从试样底部向上渗流过程中观察容器内水体积的变化以及竖向千分表的读数。千分表的读数反应了试样的竖向变形，容器内水体积的变化反应了试样的侧向变形。无水时可以同时观测土样的法向及侧向的胀缩变形, 测量更加精确。

为解决上述技术问题，本发明提供一种通过水体积变化计算土样胀缩变形量的真三维胀缩仪，其特征在于，包括底座，所述底座的上端面布置容器，所述容器底部设有突出的带有进水孔的凹槽，所述容器内布置内部套装试样的硅胶膜，所述试样的上下两端分别布置透水石；所述底座设置一根支架，千分表与所述支架相连接；所述容器的侧壁设有容器侧壁进水孔，所述容器侧壁进水孔与容器侧壁联通且与第一供水设备相连；所述容器的底部设有容器底部凹槽进水孔，所述容器底部凹槽进水孔与容器底部凹槽联通且与第二供水设备相连。

进一步地，所述底座内布置平衡水珠，所述底座的下端面布置若干个可调节螺栓。

进一步地，所述硅胶膜的底部用橡皮筋紧套在容器的凹槽外部，防止试验时水进入试样，所述硅胶膜的顶部套在透水石的外侧。

进一步地，所述容器为圆柱型容器。

进一步地，所述容器顶部设置带孔盖子，孔的直径略大于千分表的直径，孔的作用是容器进水时排气，与无盖容器相比又能减少水的蒸发。

进一步地，所述容器的侧壁带有刻度，用于量测水填充容器的体积。

进一步地，所述容器的侧壁与硅胶膜之间的距离为5～10厘米。

进一步地，所述第一供水设备和第二供水设备带有刻度，用于记录进水量与进水速度，且设有顶盖，所述顶盖中间设有小孔，可以透气。

进一步地，所述第一供水设备和第二供水设备挂在可以上下移动的设备架上。所述第一供水设备和第二供水设备上布置供水水管，供水水管上布置供水管止水夹。当测量试样的膨胀特性时，第一供水设备和第二供水设备在试样的上部，当测量试样的收缩特性时，第一供水设备不动，第二供水设备移动到试样的下部。

进一步地，所述千分表通过连杆与所述支架相连接。

本发明所达到的有益效果：

1.本发明设有两个进水口，一个进水口从容器底部进水，水从试样底部向上渗流，试样遇水膨胀且试样容易排气，另外一个进水口从侧壁进水，试验时两个进水口的进水速度保持一致，硅胶膜内外的水位保持相等，这样硅胶膜不会鼓起。

2.本发明实现了通过容器内部水体积的变化测量试样的侧向变形，通过千分表的读数可以测量试样的竖向变形。本发明与原来装置相比减少了多个支架及两个千分表，减少了一个托盘，减少了原来试验装置因为侧向千分表容易凹进橡皮膜而产生的误差。无水时同样可以观测土样的法向及侧向的胀缩变形, 测量更加精确。

3.本发明试验数据精确及结构方便简单；在试样内外保持水位相等的条件下可以同时测量竖向与侧向真三维胀缩；可以做原状试样在不同含水量下的干缩试验及膨胀试验。

附图说明

图1是本发明不加试样时的结构示意图；

图2是本发明膨胀试验时的结构示意图；

图3和图4是本发明收缩试验时的结构示意图。

其中：1、底座；2、圆柱容器；3、支架；4、千分表；5、圆柱容器顶盖；6、透水石；7、试样；8、可调节螺栓；9、平衡水珠；10、硅胶膜 ；11、容器侧壁进水孔；12、容器底部凹槽进水孔；13、第一供水设备；14、第二供水设备；15、进出水管止水夹。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

实施例1、试样的膨胀试验

下面结合附图2对本发明的技术方案进行详细说明：

如图1 所述，一种通过水体积变化计算土样胀缩变形量的真三维胀缩仪，包括底座1，底座1内布置平衡水珠9，底座1的下端面布置若干个可调节螺栓8，底座1 的上端面布置圆柱容器2带有刻度，圆柱容器2 内布置内部套装试样7的硅胶膜10，硅胶膜10的上下两端分别布置透水石6，硅胶膜7的下方套在容器底部凹槽的外侧，用橡皮筋箍紧防止水从外部进入；容器底部凹槽进水孔2与第二供水设备14相连通，容器侧壁进水孔11与第一供水设备13相连通。

如图2所示，本发明的供水系统包括第一供水设备13、第二供水设备14，第一供水设备13、第二供水设备14布置可以移动的设备架上，第一供水设备13、第二供水设备14上布置供水水管，供水水管上布置供水管止水夹15。

如图2所示，本发明的供水设备包括与容器2侧壁连接的进水管，进水管为硅胶管。

本发明提供的膨胀仪的操作过程如下：

1）将膨胀仪放置在一个稳定的操作台上，调整仪器底座下方的可调节螺栓8，观测仪器底座上方的平衡水珠9的状态，使之处于水平。将放在试样底部的透水石6在侧面涂抹一周凡士林，然后浸水饱和，其次容器底部凹槽进水，水位刚要突出凹槽，然后用饱和后的透水石从一侧推过去。底部透水石6放在容器凹槽上直径大小与凹槽相等。

（2）将事先准备好的试样（原状样、击实样等圆柱形试样）套好硅胶膜10测量试样的直径D及高度H用于计算试样初始体积V₀，放置在容器的透水石6上部，然后用橡皮筋箍紧在圆柱容器2底部的凹槽外侧。

（3）将放在顶部的透水石6浸水饱和，后涂抹凡士林防止失水（或者不透水轻质树脂板代替），最后放在试样顶部，硅胶膜10稍微高出透水石6，安装完毕后用试纸擦掉容器底部的多余水珠。

（4）加上圆柱容器2顶部的顶盖5。

（5）安装法向千分表4，穿过顶盖5与透水石6接触设计一个初始值，如果是做膨胀试验初始值可以较小，如果做收缩试验，初始值根据膨胀性设定。

（6）再次观察安装好试样的设备是否处于水平位置，就位后记录千分表4的初读数，初读数尽量要小。

（7）安装完毕后供水设备开始进水，首先第一供水设备13先进水当水位与底部透水石6上表面平齐时停止进水，此时记住圆柱容器2的刻度V20及第一供水设备13的刻度h130，同时记住第二供水设备14的初始刻度h140，然后同时打开第一供水设备13和第二供水设备14，根据硅胶膜10内试样渗透进程调节进水速度，如果硅胶膜10有水鼓胀说明第一供水设备13进水较慢，尽量让硅胶膜10内外水位一致，或者硅胶膜10外侧的水位略高于内侧一些。

（8）当第一供水设备13和第二供水设备14进水量与试样顶部的透水石6下表面平齐时放慢进水速度，当竖向膨胀量及圆柱容器2的水位不在发生变化时停止供水(或者在10小时内停止供水时上部透水石6下表面有一层水膜，且容器内水位不在发生变化时)，记住此时的第一供水设备13和第二供水设备14的刻度(h131,h141)及圆柱容器2的刻度V21和千分表4的读数L。

（9）数据处理：因为土样变形为各向异性体侧向变形不影响竖向变形，所以侧向变形（V₁）通过水体积变化计算得到，竖向变形（V₂）通过千分表4读数进行计算，由上面读数进行计算。

试样的初始尺寸为直径记作D，高记作H；

圆柱容器2初始读数记作V₂₀，结束试验时读数为V₂₁；

第一供水设备13初始读数记作V₁₃₀，结束试验时读数为V₁₃₁；

第二供水设备14初始读数记作V₁₄₀，结束试验时读数为V₁₄₁；

千分表4初始读数记作h₄₀,结束试验时读数记作h₄₁；变化量记作h=h₄₁-h₄₀

侧向膨胀体积计算公式：V₁=（V₂₁->20）-（V₁₃₀-V₁₃₁）

竖向体积变形量计算公式：V₂=

体积变化量为V=V₁+V₂

试验结束时的进水量V_水：V_水=V₁₄₀->141

实施例2、试样的收缩试验

下面结合附图3对本发明的技术方案进行详细说明：

如图3所述，一种通过水体积变化计算土样胀缩变形量的真三维胀缩仪，包括底座1，底座1内布置平衡水珠9，底座1的下端面布置若干个可调节螺栓8，底座1 的上端面布置圆柱容器2带有刻度，圆柱容器2 内布置内部套装试样7的硅胶膜10，硅胶膜10的上下两端分别布置透水石6，硅胶膜7的下方套在容器底部凹槽的外侧，用橡皮筋箍紧防止水从外部进入；容器底部凹槽进水孔2与第二供水设备14相连通，容器侧壁进水孔11与第一供水设备13相连通。

如图3所示，本发明的供水系统包括第一供水设备13和第二供水设备14，第一供水设备13和第二供水设备14布置可以移动的设备上，第一供水设备13和第二供水设备14上布置供水水管，供水水管上布置供水管止水夹15。

如图3所示，本发明的供水设备包括与容器2侧壁连接的进水管，进水管为硅胶管。

本发明提供的收缩仪的操作过程如下：

在试验过程当中第二供水设备14一直移动到底座水平线以下不动，且供水设备里的水位要高于出水口。

（1）将收缩仪放置在一个稳定的操作台上，调整仪器底座下方的可调节螺栓8，观测仪器底座上方的平衡水珠9的状态，使之处于水平。将放在试样底部的透水石6在侧面涂抹一周凡士林，然后放在容器底部的凹槽上。

（2）将事先准备好的试样（原状样、饱和样等圆柱形试样）套好硅胶膜10测量试样的直径D及高度H用于计算试样初始体积V₀，放置在容器的透水石6上部，然后用橡皮筋箍紧在圆柱容器2底部的凹槽外侧，防止试样中的水流向容器内。

（3）将放在顶部的透水石6直接放在试样顶部无需饱和（或者不透水轻质树脂板代替），硅胶膜稍微高出透水石6，安装完毕。

（4）加上圆柱容器2顶部的顶盖5。

（5）安装法向千分表4，穿过顶盖5与透水石6接触设计一个初始值，初始值随着试样的收缩会变小。

（6）再次观察安装好试样的设备是否处于水平位置，就位后记录千分表4的初读数，初读数尽量要大记为h₄₀。

（7）安装完毕后，首先第一供水设备13在试样顶部以上，第一供水设备13先进水如图3所示，当水位与顶部透水石6下表面平齐时停止进水，此时记住圆柱容器2的刻度V₂₀及第一供水设备13的刻度h₁₃₀（检查进水量是否相等，相等就没有误差），然后第一供水设备13移动到低于底座水平线以下如图4所示，同时打开止水夹，容器里的水会回到第一供水设备13中来，当容器内无水时夹上止水夹15。然后打开第二供水设备14的止水夹，此时试样开始在第二供水设备14>

（8）在自然风干状态下，千分表4不再变化此时读数为h₄₁，硅胶膜10与试样基本脱离，初步可以判断试样不再收缩。此时记住千分表4的读数L，然后第一供水设备13移动到试样水平线以上开始往容器2中进水如图3所示，直到进水水位到试样顶部透水石6下表面，此时记住容器2的刻度值V₂₁及第一供水设备13的进水量V₁₃₁。检查V₂₁与>131是否相等，如果相等就没有误差。

（9）数据处理：侧向变形（V₁）通过水体积变化计算得到，竖向变形（V₂）通过千分表4读数进行计算，由上面读数进行计算。

试样的初始尺寸为直径记作D，高记作H；

圆柱容器2初始读数记作V₂₀，结束试验时读数为V₂₁；

千分表4初始读数记作h₄₀,结束试验时读数记作h₄₁；变化量记作h=h₄₀-h₄₁

侧向膨胀体积计算公式：V₁=（V₂₁->20）

竖向体积变形量计算公式：V₂=

体积变化量为V=V₁+V₂

（10）如果记录第二供水设备14的初始读数V₁₄₀及结束试验的读数V₁₄₁，可以计算试样收缩后的排水量V_水：V_水=V₁₄₁->140。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。