一种量测堆石材料在不同压力条件下吸水量的试验装置

摘要

一种量测堆石材料在不同压力下吸水量的试验装置，所述试验装置包括外罐、内罐、外接气源和压差自动量测装置，所述内罐套装在外罐内部，所述内罐包括内罐壁、内罐拉杆、内罐进排水口、连接孔、量管、内罐盖和底座，所述压差自动量测装置包括微压传感器、数据采集、内外罐连接管路、外罐传感器和内罐传感器，其特征在于，所述内罐盖中间设置连接孔，所述连接孔内密封连接量管，所述外罐传感器设置在外罐与内罐之间，所述内罐传感器设置在内罐内部。本发明结构简单合理，操作方便，实现了堆石材料在不同压力下吸水量的量测，并具有较高的检测效率和检测精度，能够在相关领域进行推广。

说明书

技术领域

本发明涉及吸水量试验装置技术领域，尤其涉及一种量测堆石材料在不同压力下吸水量的试验装置。

背景技术

近年来，我国土石坝大规模的建设对堆石材料的力学性质提出了越来越高的要求，在研究其性质的众多试验中，堆石材料试样的饱和是试验开展的重要条件，如果试样饱和度不高，甚至在试验加载过程中堆石材料颗粒还在吸水饱和，必然影响试验结果。比如，在三轴试验中，试样的体积变形量一般是通过测定试样排水量确定，如果试样颗粒没有完全饱和，在试验剪切过程中，试样颗粒会继续吸水从而影响体变量测精度。

此外，对于填筑在坝体内的堆石材料，除大气压力外还需承受上部水产生的压力，如水位为100m时对应的水压力为1MPa。此时，由于水压力的存在，堆石体内微小的贯通裂隙、堆石内化学物质与水发生化学反应后形成的通道内必将产生吸水，因此，有必要对不同压力下堆石材料的吸水量进行量测。

堆石材料颗粒较大，吸水饱和需要时间较长，但到底需要多久能基本饱和并满足试验精度要求，目前为止，还没有明确规定，也没有明确的检测手段。朱俊高等在2016年2月《重庆交通大学学报(自然科学版)》第35卷第1期中发表的《粗粒土浸水饱和时间试验研究》一文中提供了一种量测常压下堆石材料吸水量的装置，但该装置读数需要人工读取，由于堆石材料吸水量随时间变化较为缓慢，所以人工长时间读数将降低检测效率和精度。再者，该装置仅能用于量测常压下堆石材料的吸水量，无法测定特定压力条件下堆石材料的吸水量。

为了解决以上问题，特此提出本发明。

发明内容

本发明的目的,在于提供一种量测堆石材料在不同压力下吸水量的试验装置。

为了实现这些目的，采用如下技术方案：

本发明的目的,在于提供一种量测堆石材料在不同压力下吸水量的试验装置，所述试验装置包括外罐、内罐、外接气源和压差自动量测装置，所述内罐套装在外罐内部，所述内罐包括内罐壁、内罐拉杆、内罐进排水口、连接孔、量管、内罐盖和底座，所述压差自动量测装置包括微压传感器、数据采集、内外罐连接管路、外罐传感器和内罐传感器，其特征在于，所述内罐盖中间设置连接孔，所述连接孔内密封连接量管，所述外罐传感器设置在外罐与内罐之间，所述内罐传感器设置在内罐内部。

优选的，所述外罐包括外罐壁、外罐拉杆、外罐水源接口、外罐吊环、外罐盖、外罐排水口和外罐压力传感器，所述外罐与内罐共用一个底座。

优选的，所述内罐盖位于内罐壁上侧，所述底座位于内罐壁下侧，所述内罐壁分别与内罐盖、底座密封连接，所述内罐壁通过内罐拉杆与底座固定连接，所述内罐进排水口为设置在底座上并可连通内罐内部和外部水源的通孔。

优选的，所述外罐盖位于外罐壁上端，所述底座位于外罐壁下端，所述外罐壁分别与外罐盖、底座密封连接，所述外罐壁通过外罐拉杆与底座固定连接，所述外罐盖上设置有外罐水源接口和外罐压力传感器。

优选的，所述外接气源依次包括气源接口、气源连接管路、调压阀和储气罐，所述气源接口设置在外罐上部。

优选的，所述外罐壁为内部中空、两端开口的圆筒状结构，所述外罐壁材质为有机玻璃。

优选的，所述内罐壁为内部中空、两端开口的圆筒状结构，其外径小于外罐的内径，所述内罐壁和量管材质均为有机玻璃。

优选的，所述内罐进排水口、外罐水源接口、外罐排水口和气源接口处均设置有开关阀门。

有益技术效果：

本发明提供的一种量测堆石材料在不同压力下吸水量的试验装置，通过设置在内罐盖上的量管来记录堆石材料在试验过程中的吸水量，通过设置外接气源来满足不同的试验压力需求，并利用压差自动量测装置将量管内水位的变化量转化为压差的变化量，通过对压差的测量和记录，实现了堆石材料不同时间和不同压力下吸水量的量测。

本发明结构简单合理，操作方便，实现了堆石材料在不同压力下吸水量的量测，并具有较高的检测效率和检测精度，能够在相关领域进行推广。附图说明

图1为本发明的侧视示意图。

图2是本发明的俯视示意图。

附图标记说明：

为进一步清楚的说明本发明的结构和各部件之间的连接关系，给出了以下附图标记，并加以说明。

外罐1，外罐壁101，外罐拉杆102，外罐水源接口103，外罐吊环104，外罐盖105，底座106，外罐排水口107，外罐压力传感器108，外接气源2，气源接口201，气源连接管路202，调压阀203，储气罐204，内罐3，内罐壁301，内罐拉杆302，内罐进排水口303，量管304，连接孔305，内罐盖306，压差自动量测装置4，微压差传感器401，数据采集402，内外罐连接管路403，外罐传感器404，内罐传感器405。

通过上述附图标记说明，结合本发明的实施例，可以更加清楚的理解和说明本发明的技术方案。

具体实施方式

如图1，一种量测堆石材料在不同压力下吸水量的试验装置，所述试验装置包括外罐1、内罐3、外接气源2和压差自动量测装置4，所述内罐3套装在外罐1内部。

如图1-图2，所述外罐1包括外罐壁101、外罐拉杆102、外罐水源接口103、外罐吊环104、外罐盖105、外罐排水口107和外罐压力传感器108，所述外罐1与内罐3共用一个底座106，所述外罐盖105位于外罐壁101上端，所述底座106位于外罐壁101下端，所述外罐壁101分别与外罐盖105、底座106密封连接，所述外罐壁101通过外罐拉杆102与底座106固定连接，所述外罐盖105上设置有外罐水源接口103和外罐压力传感器108，所述外罐水源接口103和外罐排水口107上分别设置有开关阀门。所述外罐壁101为内部中空、两端开口的圆筒状结构，所述外罐壁101材质为有机玻璃。试验时，进样后，可通过外罐水源接口103往外罐1内注水，至外罐1内水位高于内罐盖306且低于量管304顶部时停止注水，注水结束后，关闭外罐水源接口103。

如图1-图2，所述内罐3包括内罐壁301、内罐拉杆302、内罐进排水口303、连接孔305、量管304、内罐盖306和底座106，所述内罐盖306位于内罐壁301上侧，所述底座106位于内罐壁301下侧，所述内罐壁301分别与内罐盖306、底座106密封连接，所述内罐壁301通过内罐拉杆302与底座106固定连接，所述内罐进排水口303为设置在底座106上并可连通内罐3内部和外部水源的通孔，所述内罐进排水口303上设置有开关阀门，所述内罐壁301为内部中空、两端开口的圆筒状结构，其外径小于外罐1的内径，所述内罐壁301和量管304材质均为有机玻璃，所述内罐盖306中间设置连接孔305，所述连接孔305内密封连接量管304。试验过程中，将待测堆石材料试样置于内罐3中，通过内罐进排水口303向内罐3加水，内罐3水位需高于外罐1水位且低于量管304最上端刻度线，使得试样可完全浸没在水中进行充分吸水，其中，量管304最上端刻度线与外罐1内水位的高度差值乘以量管304内截面面积即为该装置可量测堆石材料吸水量的最大值。在试验进行过程中，随着试样不断吸水，量管304内水位将持续下降，水位下降高度与量管304内截面面积的乘积即为试样的吸水量。

如图1-图2，所述外接气源2依次包括气源接口201、气源连接管路202、调压阀203和储气罐204，所述气源接口201设置在外罐1上侧，所述气源接口201处设置有开关阀门。试验时，可通过调压阀203调节外罐1内部的压强得到试验所需压力条件。

如图1-图2，所述压差自动量测装置4包括微压传感器401、数据采集402、内外罐连接管路403、外罐传感器404和内罐传感器405，其特征在于，所述外罐传感器404设置在外罐1与内罐3之间，所述内罐传感器405设置在内罐3内部。试验时，外罐传感器404和内罐传感器405可分别量测外罐1和内罐3内的压强值，微压差传感器401可通过外罐1和内罐3内的压强值得到外罐1和内罐3内的压强差值，该压强差值可进一步传输至数据采集402处进行数据采集。在试验过程中，外罐1和内罐3均处于密封状态，随着试样不断吸水，量管304内水位将持续下降，量管304内水位的下降将导致外罐1和内罐3内的压强差值的变化，通过对压强差值变化的量测和记录得到堆石材料吸水量随时间的变化。

通常试验室堆石材料的最大粒径为60mm，但该装置可通过调整设备外罐1和内罐3的直径来满足更大粒径堆石材料的检测需求。此外，量管304的内径和高度可根据不同堆石材料吸水量的预估值来调整，以提高检测精度。

本发明所述一种量测堆石材料在不同压力下吸水量的试验装置，其运行过程及原理如下：

第一步：进样

打开外罐盖105和内罐盖306，将待测堆石材料试样放入内罐3中，关闭内罐盖306和外罐盖105。

第二步：外罐1内进水

打开外罐水源接口103进水，待水位高于内罐盖306且低于量管304顶部时，关闭外罐水源接口103停止进水。

第三步：内罐3内进水

打开内罐进排水口303开始进水，水需进入内罐盖306上的量管304内，当水位高于外罐1水位且低于量管最上端刻度线时关闭内罐进排水口303停止进水。

第四步：启动压差自动量测装置4

打开压差自动量测装置4的外罐传感器404和内罐传感器405。

第五步：调节试验压力

打开气源接口201的阀门，通过调压阀203调节通往外罐1内的试验压力，调节后的压力也可通过外罐压力传感器108量测。

第六步：数据采集、记录和处理

在试验压力下，通过压差自动量测装置4自动采集该试验压力水平下内罐3和外罐1内压强差值随时间的变化量。进一步，通过数据处理将压强差值随时间的变化量转化为所测堆石材料在试验压力下随时间的吸水量。

试验过程中，在试验压力调节完毕后，外罐1和内罐3均处于密封状态，待测试样完全浸没在内罐3内部的水中将自发的产生吸水，随着试样不断吸水，量管304内水位将持续下降，量管304内水位的下降将导致外罐1和内罐3内的压强差值的改变。通过量管304内单位高度水量的降低所产生的压强差值的变化，可将压强差值随时间的变化转化为试验时对应量管304内水位高度的变化。进一步，根据量管304的内截面面积与量管304内水位高度变化值的乘积，可得到堆石材料吸水量的变化。据此，可通过对试验过程中外罐1和内罐3内的压强差值变化的量测和记录得到相应堆石材料吸水量随时间的变化。

本发明提供的一种量测堆石材料在不同压力下吸水量的试验装置，通过设置在内罐盖上的量管来记录堆石材料的试验过程中的吸水量，通过设置外接气源来提供不同的试验压力，并利用压差自动量测装置将量管内水位的变化量转化为压差的变化量，通过对压差的测量和记录，实现了堆石材料不同时间和不同压力下吸水量的测量。

本发明结构简单合理，操作方便，实现了堆石材料在不同压力下吸水量的量测，并具有较高的检测效率和检测精度，能够在相关领域进行推广。

应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。