一种岩土体的三维膨胀力测试装置及测试方法

摘要

本发明涉及膨胀土（岩）一种新型的三维膨胀力测试装置，尤其适用于大块岩土体膨胀力的测试。支架体系、集水槽、内部装置和制样装置共四大部分，第一部分支架体系；支架体系主要包括：支架底座、反力梁、螺旋杆、旋转扶手、旋转盘、压力计组成。反力梁包括两根立柱盒一根连梁；连梁长中心的开孔以便螺旋杆的穿入；第二部分为集水槽；集水槽内径为立方体；第三部分内部装置；内部装置包括：透水盖板、试样盒、压力盒、透水石、试样盒底座。本试验装置的试验对象采用正方体膨胀土或膨胀岩，正方体的结构形式保证了土体的膨胀力均匀，可以更真实的反应土的膨胀力，更加的接近实际工程。

说明书

技术领域

本发明涉及膨胀土（岩）一种新型的三维膨胀力测试装置，尤其适用于大块岩土体膨胀力的测试。

背景技术

我国膨胀土分布范围广泛，膨胀土具有吸水膨胀、失水收缩开裂的特性，大规模的施工建设过程中，若遇到膨胀土（岩）等不良地质，就会产生膨胀力荷载，容易引起结构的开裂、建筑物的不均匀沉降倾斜等问题，因此，准确多方位的测量膨胀力至关重要。

膨胀力是指在加水过程中，体积不变的情况下所产生的膨胀压力，传统的测试方法有平衡加压法、膨胀反压法、加压膨胀法，传统方法只能测试小块试样的膨胀力，且只能单个垂直方向的测试；为了克服这一缺陷，现发明一种新型的膨胀力测试装置，可以同时测定X、Y、Z三个方向的膨胀力，并且可以测试更大体积的试样，使其更加的接近工程实际。

发明内容

针对上述问题本发明要解决的技术问题是提供一种岩土体的三维膨胀力测试装置及测试方法。

本发明专利采用以下拟技术方案：

一种岩土体的三维膨胀力测试装置主要包括：支架体系、集水槽、内部装置和制样装置共四大部分，第一部分支架体系；支架体系主要包括：支架底座、反力梁、螺旋杆、旋转扶手、旋转盘、压力计组成，支架底座尺寸为300mmx300mmx10mm；反力梁包括两根立柱盒一根连梁，立柱直径20mm高400mm的圆柱体；连梁长宽高尺寸分别为240mmx20mmx10mm，中心的开孔直径为10mm，以便螺旋杆的穿入；螺旋杆直径为10mm，长20mm；旋转扶手直径10mm，高15mm；旋转盘直径80mm，厚度为5mm； 第二部分为集水槽；集水槽内径为200mmx200mmx200mm的立方体，壁厚均为2mm；第三部分内部装置；内部装置包括：透水盖板、试样盒、压力盒、透水石、试样盒底座；透水盖板包括顶板盒顶帽，顶板尺寸为149mmx149mmx10mm的立方体，板上采用均匀的等间距圆形开孔，开孔直径2mm，间距为10mm，以便水渗入填土试样盒内浸湿岩土体；透水盖板中心处为直径10mm高20mm的圆柱形顶帽；试样盒内径为150mmx150mmx170mm，壁厚为10mm，四周壁均采用均匀的等间距圆形开孔，开孔直径2mm，间距为10mm；在前臂和侧壁中心位置各预留一个压力槽，以便放入压力盒，测取岩土体的侧向膨胀力；压力传感器嵌入在内壁，尺寸为直径10mm，深度5mm，再在压力槽中心位置处开孔直径为4mm，以便导线穿出；透水石尺寸为150mmx150mmx10mm的立方块体；试样盒底座尺寸190mmx190mmx20mm，底部10mm高的这部分四周各设置一个开口槽，开口槽尺寸为20mmx30mmx10mm，开口槽设置目的是让水慢慢均匀的进入试样盒内润湿岩土体；上部10mm高度为一个框架形式，外部190mmx190mmx10mm，内部170mmx170mmx10mm挖空；第四部分为制样装置；制样装置又包括制样盒和推出器；制样盒内径为150mmx150mmx150mm，四周壁厚为10mm，上下两端开口，左右两边各有一个制样盒的扶手，扶手为一个半圆环行柱，半经4mm高为10mm，扶手的设计便于移动制样盒，把试样推进实验试样盒内部；推出器包括底板、推力杆和推出盘，底板尺寸149mmx149mmx10mm，小于制样盒内径1mm；推力杆为直径20mm、高160mm的圆柱体；推出盘为一个外径80mm，内径70mm的圆环，并通过4根直径10mm的圆柱连接到推力杆上，共同形成一个完整的推出器。

一种岩土体的三维膨胀力测试装置，其测试方法特征为：步骤如下：

第一步，首先在填土槽X、Y两个方向预留的两个压力槽内放置2个压力盒传感器，从槽中引线出，以便后续检测膨胀压力；

第二步，在集水槽内放入试样盒底座，试样盒底座位于集水槽内部中心位置处；并在试样盒底座上，再放置已放置好的压力盒的试样盒；

第三步，再在试样盒内部放入透水石，透水石上面放一张实验滤纸；

第四步，进行制样操作，先在制样盒内部涂抹一层凡士林，以便后续推出试样；在制样盒内填充预设好参数的岩土体，上部多余部分用修土刀给刮平；

第五步，将制样盒底部对其试样盒顶部，再用推出器底板对准试样顶部用力推出至试样盒内，并在试样上端放上一张滤纸并盖上如图8所示的透水盖板；

第六步，将整个装置放于支架体系正中位置处，并在螺旋杆上装置好压力传感器，手摇旋转扶手使得螺旋杆底部与透水盖板的顶帽刚好接触，固定螺旋杆位置；

第七步，最后向集水槽内加入纯水至透水盖板以上5mm处，观察并记录X、Y、Z三个方向的膨胀压力变化。

本试验装置的试验对象采用正方体膨胀土或膨胀岩，正方体的结构形式保证了土体的膨胀力均匀，可以更真实的反应土的膨胀力，更加的接近实际工程。将待测土样或岩样置于浸水过程中，X、Y方向以及轴向方向的压力传感器，可直接、准确的测量膨胀土三维的膨胀力。

附图说明

图1是三维膨胀力测试装置正视图；

图2是三维膨胀力测试装置侧视图；

图3是三维膨胀力测试装置俯视图；

图4是三维膨胀力测试装置三维立体图；

图5支架体系三维图；

图6内部装置三维图；

图7透水石三维图；

图8透水盖板三维图；

图9试样盒底座三维图；

图10侧壁压力盒放置图；

图11集水槽三维图；

图12试样盒三维图；

图13制样盒三维图；

图14推出器三维图。

图中：1-顶帽；2-顶板；3-试样盒；4-预留压力槽；5-压力盒；6-连接导线；7-透水石；8-试样盒底座；9-底座开口槽；10-集水槽；11-支架底座；12-立柱；13-连梁；14-旋转扶手；15-旋转盘；16-螺旋杆；17-压力计；18制样盒；19-制样盒扶手；20-底板；21-推力杆；22-推出盘。

具体操作方式

为使本专利的优点和技术方案更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本专利实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

一种岩土体的三维膨胀力测试装置主要包括：支架体系、集水槽、内部装置和制样装置共四大部分，第一部分支架体系；支架体系主要包括：支架底座、反力梁、螺旋杆、旋转扶手、旋转盘、压力计组成，支架底座尺寸为300mmx300mmx10mm；反力梁包括两根立柱盒一根连梁，立柱直径20mm高400mm的圆柱体；连梁长宽高尺寸分别为240mmx20mmx10mm，中心的开孔直径为10mm，以便螺旋杆的穿入；螺旋杆直径为10mm，长20mm；旋转扶手直径10mm，高15mm；旋转盘直径80mm，厚度为5mm； 第二部分为集水槽；集水槽内径为200mmx200mmx200mm的立方体，壁厚均为2mm；第三部分内部装置；内部装置包括：透水盖板、试样盒、压力盒、透水石、试样盒底座；透水盖板包括顶板盒顶帽，顶板尺寸为149mmx149mmx10mm的立方体，板上采用均匀的等间距圆形开孔，开孔直径2mm，间距为10mm，以便水渗入填土试样盒内浸湿岩土体；透水盖板中心处为直径10mm高20mm的圆柱形顶帽；试样盒内径为150mmx150mmx170mm，壁厚为10mm，四周壁均采用均匀的等间距圆形开孔，开孔直径2mm，间距为10mm；在前臂和侧壁中心位置各预留一个压力槽，以便放入压力盒，测取岩土体的侧向膨胀力；压力传感器嵌入在内壁，尺寸为直径10mm，深度5mm，再在压力槽中心位置处开孔直径为4mm，以便导线穿出；透水石尺寸为150mmx150mmx10mm的立方块体；试样盒底座尺寸190mmx190mmx20mm，底部10mm高的这部分四周各设置一个开口槽，开口槽尺寸为20mmx30mmx10mm，开口槽设置目的是让水慢慢均匀的进入试样盒内润湿岩土体；上部10mm高度为一个框架形式，外部190mmx190mmx10mm，内部170mmx170mmx10mm挖空；第四部分为制样装置；制样装置又包括制样盒和推出器；制样盒内径为150mmx150mmx150mm，四周壁厚为10mm，上下两端开口，左右两边各有一个制样盒的扶手，扶手为一个半圆环行柱，半经4mm高为10mm，扶手的设计便于移动制样盒，把试样推进实验试样盒内部；推出器包括底板、推力杆和推出盘，底板尺寸149mmx149mmx10mm，小于制样盒内径1mm；推力杆为直径20mm、高160mm的圆柱体；推出盘为一个外径80mm，内径70mm的圆环，并通过4根直径10mm的圆柱连接到推力杆上，共同形成一个完整的推出器。

岩土体的三维膨胀力测试装置，其测试方法特征为：步骤如下：

第一步，首先在填土槽X、Y两个方向预留的两个压力槽内放置2个压力盒传感器，从槽中引线出，以便后续检测膨胀压力；

第二步，在集水槽内放入试样盒底座，试样盒底座位于集水槽内部中心位置处；并在试样盒底座上，再放置已放置好的压力盒的试样盒；

第三步，再在试样盒内部放入透水石，透水石上面放一张实验滤纸；

第四步，进行制样操作，先在制样盒内部涂抹一层凡士林，以便后续推出试样；在制样盒内填充预设好参数的岩土体，上部多余部分用修土刀给刮平；

第五步，将制样盒底部对其试样盒顶部，再用推出器底板对准试样顶部用力推出至试样盒内，并在试样上端放上一张滤纸并盖上如图8所示的透水盖板；

第六步，将整个装置放于支架体系正中位置处，并在螺旋杆上装置好压力传感器，手摇旋转扶手使得螺旋杆底部与透水盖板的顶帽刚好接触，固定螺旋杆位置；

第七步，最后向集水槽内加入纯水至透水盖板以上5mm处，观察并记录X、Y、Z三个方向的膨胀压力变化。

一种岩土体的三维膨胀力测试装置包括：图5支架体系、图11集水槽、图6内部装置和图13、14的制样装置共四大部分。

一种岩土体的三维膨胀力测试方法步骤如下：

第一步，首先在填土槽X、Y两个方向预留的两个压力槽内放置2个压力盒传感器如图10所示，从槽中引线出，以便后续检测膨胀压力；

第二步，在集水槽内放入如图9所示的试样盒底座，试样盒底座位于集水槽内部中心位置处；并在试样盒底座上，再放置已放置好的压力盒的试样盒；

第三步，再在试样盒内部放入透水石7，透水石上面放一张实验滤纸；

第四步，进行制样操作，先在如图13所示制样盒内部涂抹一层凡士林，以便后续推出试样；在制样盒内填充预设好参数的岩土体，上部多余部分用修土刀给刮平；

第五步，将制样盒底部对其如图12的试样盒顶部，再用如图14所示的推出器底板对准试样顶部用力推出至试样盒内，并在试样上端放上一张滤纸并盖上如图8所示的透水盖板；

第六步，将整个装置放于支架体系正中位置处，并在螺旋杆上装置好压力传感器，手摇旋转扶手使得螺旋杆底部与透水盖板的顶帽刚好接触，固定螺旋杆位置；

第七步，最后向集水槽内加入纯水至透水盖板以上5mm处，观察并记录X、Y、Z三个方向的膨胀压力变化。