專利名稱：實時量測粘土土樣體變的非飽和土試驗裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種巖土工程測量裝置，特別是涉及一種實時量測粘土土樣體變的非飽和土試驗裝置，屬于巖土工程測量儀器制造技術領域。
背景技術：
細粒土、濕陷性土及膨脹土等非飽和土作為工程材料廣泛的應用于路基、地基、擋土墻、垃圾填埋場、核廢料深層地質處置等工程領域。這些工程材料在受外荷載作用、降水滲透作用、地下水毛細作用后，其物理性質、工程性質，尤其是土水特性均會發生變化。同時，在非飽和土應力應變關系模擬中，非飽和土的力學特性除受到基質吸力或含水量變化的影響外，還取決于含水量變化的路徑，含水量變化的路徑即為土樣干燥或浸濕的過程。因此，研究非飽和土在干濕循環作用下的水力特性和力學特性尤其重要。非飽和土的水力特性，即保水特性通常用土水特征曲線SWCCXSoil-water characteristic curve)來表示。應力相關的土水特征曲線是描述在一定應力狀態下非飽和土中基質吸力與含水量或飽和度之間關系的曲線，非飽和土中基質吸力即為土體內部的孔隙氣壓力和孔隙水壓力的差值。 對于某一特定土樣來說，在不考慮溫度影響時，孔隙比是影響土水特征曲線的主要因素。含水量相同，孔隙比不同的兩種土樣，孔隙比大的飽和度與吸力間關系曲線下移。通過土水特征曲線，可以反映出土體的許多重要性質，如強度、體變、應力狀態、滲透性等。目前，測定非飽和土土水特征曲線的常規試驗方法為壓力板法，可以適用于基質吸力小于1500kPa的土樣土水特征參數測量。其原理是利用飽和的高進氣值陶土板，采用軸平移技術控制土樣的基質吸力，即通過施加一定的氣壓控制孔隙氣壓力，使孔隙水壓力保持為零，該氣壓即為當前所施加的基質吸力值。現有的非飽和土測試儀器一般包括活塞式密封的組合式壓力腔室，壓力腔室的頂蓋、底座和透明套筒可以通過組裝和拆卸進行土樣的裝載或移出，壓力腔室的各組裝部分通過卡槽、密封條和緊固構件實現壓力腔室的密封組裝，緊固構件對壓力腔室各個角度進行加固，壓力腔室的頂蓋設有內外相通的進氣孔， 壓力腔室底座有與外部連通的進水孔和出水孔，活塞頭部為端承板，活塞伸向壓力腔室外部的加載端可以承載外來的壓力，在加載端還設有測量活塞在壓力腔室中豎向平移位移的位移傳感器，壓力腔室底部安裝一塊多孔陶土板，土樣放置于多孔陶土板之上進行土水特征參數測量。在外加的基質吸力作用下，土樣吸水或排水，以達到土樣內部的吸力平衡，即土樣內部的基質吸力與所施加的基質吸力達到平衡。當土樣的水體積不再變化，通過體變管中水頭的變化計算得出此時土樣的含水量。然后改變氣壓，等待吸力平衡后再計算含水量。多次重復這一操作，得到一系列的基質吸力以及與之相對應的土樣含水量，從而得到基質吸力與含水量間的關系曲線。同時，假定試驗過程中，試樣環向不發生變形，通過對土樣豎向變形的測定，可得到某一基質吸力下土樣的飽和度，即可得到基質吸力與飽和度間的關系曲線。但測定飽和度吸力間關系有一前提條件，即試樣未脫離環刀或未發生環向變形， 等同假設試樣環向體積未發生收縮或膨脹，此時僅靠豎向位移計即可得到體積變化。而對大多數非飽和土來講，在濕化即吸濕過程中，土體產生彈性膨脹，干化即脫濕過程中，土樣產生明顯的塑性收縮。如膨潤土為高膨脹性土，其在吸濕過程中體積膨脹明顯。要想得到飽和度與吸力間的關系曲線，就需要在每級吸力平衡時，將吸力解除，取出試樣測定試樣的質量、體積，然后再重新加載。這一過程，經過卸載、再加載過程，會產生一定的試驗誤差，以致不能實時的得到準確的飽和度與吸力間關系曲線，量測過程中由于技術要求高而產生的人為誤差也會使非飽和土試驗裝置的應用受到影響。而實際上，現有的用于非飽和土試驗儀器由于結構過于復雜，設計和制造成本較高，操作也很不方便。
發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種實時量測粘土土樣體變的非飽和土試驗裝置，可以精確測量干化和濕化過程中粘土的側向變形和豎向變形，從而可以得到干濕循環狀態下粘土土樣的土水特征曲線，尤其是飽和度與基質吸力間的關系曲線。該儀器具有較好的測試精度，裝置構造簡單，操作方便。為達到上述發明目的，解決現有技術問題，本發明采用以下技術方案
一種實時量測粘土土樣體變的非飽和土試驗裝置，包括一個帶雙向運動加載壓力活塞的側壁透明的組合式壓力腔室，壓力腔室包括頂蓋、底座和透明套筒，透明套筒的上下兩端與底座的上表面和頂蓋的下表面分別開設的套筒槽密封配合，頂蓋設有進氣孔，透明套筒外側設有套筒側向緊箍構件，壓力腔室的外圍還設置有套筒軸向夾緊構件將頂蓋和底座夾緊固定；壓力腔室的底座上表面形成下沉槽，下沉槽中嵌入一個與其槽口直徑相同的高進氣值陶土板；底座設有一個進水孔和一個出水孔，其開口位置皆設在下沉槽底面上；位于壓力腔室中并與土樣直接接觸的活塞頭部為端承板，端承板與豎向傳力桿的一端固定連接，豎向傳力桿另一端穿過頂蓋的通孔與加載板固定連接，豎向傳力桿與通孔動密封配合， 加載板的外緣設有位移計。該實時量測粘土土樣體變的非飽和土試驗裝置還包括在透明套筒外側設置的激光測量裝置，激光量測裝置對裝入壓力腔室內部的土樣的側向變形進行實時測量。壓力腔室頂蓋處的進氣孔，向內通到壓力腔室內部，向外通過管路與外部氣壓源相連通，用來施加孔隙氣壓力。為了防止銹蝕，提高裝置使用壽命，除透明套筒、陶土板外，壓力腔室的其他部分及其外圍支架均采用不銹鋼材料。在壓力腔室底座上的沉槽凹面，用于放置陶土板，根據不同的試驗條件，陶土板可以方便的更換。豎向傳力桿的上端面加載板用來承受對土樣施加的豎向荷載，同時，在加載板的外邊緣處的位移計可測量試驗過程中試樣的豎向位移。下端面的端承板與壓力腔室內試樣上端面相接觸，可以傳遞壓力。上述激光量測裝置包括圍繞透明套筒的四個激光位移傳感器，其中每個激光位移傳感器的入射光束方向都正對裝入壓力腔室內部的土樣表面標注的測試點，且各激光位移傳感器安裝于與底座固定連接的四個豎向導桿上，激光位移傳感器通過沿豎向導桿升降并以其為軸水平擺動進行定位，各豎向導桿在底座平面上的投影相對于透明套筒中軸線在底座平面上的投影集聚點呈中心對稱形式分布。上述陶土板為高進氣值陶土板，陶土板的下部與具有相同直徑的不銹鋼板連接， 一起組成封裝結構，不銹鋼板嵌入下沉槽中，且與陶土板下表面相接觸的不銹鋼板上表面設有從其中心向其邊緣均勻展開的螺旋形輸水凹槽；不銹鋼板上設有入水孔與位于底座的進水孔緊密對應并連通，不銹鋼板上還設有排水孔與位于底座的出水孔緊密對應并連通， 入水孔和排水孔貫通螺旋形輸水凹槽的底部。高進氣值陶土板下面是螺旋狀水槽，可以用來沖刷陶土板下的氣泡。壓力腔室底座的進水孔，可與陶土板下方不銹鋼板上表面的螺旋水槽正中央的入水孔相連，在壓力腔室外側通過管路與體變管相連，另一個為出水孔，一端可與陶土板下方不銹鋼板上表面的螺旋水槽外緣的排水孔相連，另一端通過設有開關閥門的管路通到壓力腔室外部。設置這套通路的作用之一是可以定期的沖刷和量測擴散到高進氣值陶土板下方的氣體，確保陶土板下部沒有氣泡，否則會影響試樣的吸水或排水，并且會使得由體變管測得的試樣的吸(排)水量不準確。作用之二，試驗過程中，可以通過體變管中水頭的變化計算得出試樣中含水量的變化情況。上述套筒側向緊箍構件采用不銹鋼套筒，不銹鋼套筒上下兩端與底座的上表面和頂蓋的下表面分別開設的套筒槽相配合，不銹鋼套筒側壁開設有四個觀察窗口，且相鄰的各觀察窗口的周向間距相等，激光位移傳感器的入射光束應穿過觀察窗口和透明套筒入射到土樣上的測試點；套筒軸向夾封構件包括四個螺栓，螺栓穿過頂蓋的通孔，每個螺栓下端的螺紋分別和位于底座上表面靠近外緣處的帶有內螺紋的沉孔相配合。透明套筒和不銹鋼套筒形成帶有視窗的組合套筒，采用分辨率為2 μ m的激光位移傳感器，并與數據采集系統形成激光量測裝置。采用激光位移傳感器測量壓力腔室內試樣的側向變形是一種非接觸量測位移的方法，應用激光三角漫反射測量原理。激光三角位移測量系統是從光源發射一束光到被測試樣表面，在另一方向通過成像觀察反射光點的位置，從而計算出試樣的變形，這種實時量測試樣體變的試驗裝置的安裝位置與壓力腔室不銹鋼套筒的四個孔洞位置相對應。試驗過程中，根據壓力腔室內試樣高度的變化，可以上下移動激光位移傳感器的位置。試樣表面涂抹無光白漆，或僅在與組合套筒的可視窗位置相對應的區域涂抹白漆，以增大試樣表面的反射系數。同時標注測量點，以便在試驗過程中，隨著試樣高度的變化，調整激光位移計的位置，使激光束垂直入射到試樣表面的測量點。上述觀察窗口為沿不銹鋼套筒軸向開設的橢圓形跑道形狀孔洞。上述豎向導桿與壓力腔室底座外伸的四個支架底座固定連接。上述透明套筒的材料為透明有機玻璃，透明套筒的兩端面上均墊有一層橡皮圈。 橡皮圈分別嵌入套筒槽中，主要起到密封的作用。上述不銹鋼套筒的兩端面上也分別墊有一層橡皮圈，起到進一步強化密封效果的作用。本發明與現有技術相比，具有如下顯而易見的突出的實質性特點和優點
這種實時量測試樣體變的試驗裝置，通過激光位移傳感器可實時監測壓力腔室內部粘土試樣的側向變形，進而可以準確地得到每級荷載下土樣的孔隙比和飽和度的變化規律。 試樣在試驗過程中產生干縮或膨脹，用普通的壓力板試驗儀器是不能準確地得到試樣體變的大小。應用這種實時量測試樣體變的試驗裝置，可以得到干濕循環狀態下粘土土樣的完整的應力相關的土水特征曲線，即含水量與基質吸力間關系曲線以及飽和度與基質吸力間的關系曲線。也可以施加單向壓縮荷載，即忍狀態，得到不同吸力狀態下土樣的一維壓縮曲線。本發明的不銹鋼套筒、有機玻璃套筒與壓力腔室底座和頂蓋之間墊有橡皮圈，并且壓力腔室外圍有四個螺栓固定，可以更加緊密地密封壓力腔室，并且有機玻璃在受環向拉伸時，有外圍不銹鋼套筒的環箍作用，增強了整個壓力腔室的抗力。系統可以控制基質吸力從近似零值到2. 5MPa。另外，本發明可以定期沖刷和測量擴散氣體，可以更換幾個不同進氣值的陶土板，該儀器設備具有較好的測試精度，裝置構造簡單，操作方便，易于控制。
圖1是本發明實時量測粘土土樣體變的非飽和土試驗裝置的結構示意圖。圖2是本發明非飽和土試驗裝置的沿豎向導桿軸線和壓力腔室中軸線的剖視圖。圖3是本發明非飽和土試驗裝置的沿螺栓軸線和壓力腔室中軸線的剖視圖。圖4是本發明非飽和土試驗裝置的壓力腔室底座的結構圖。圖5是本發明非飽和土試驗裝置的壓力腔室頂蓋的結構圖。圖6是本發明非飽和土試驗裝置的加載壓力活塞構件的結構圖。圖7是本發明非飽和土試驗裝置的不銹鋼套筒的結構圖。圖8是本發明非飽和土試驗裝置的透明套筒的結構圖。
具體實施例方式本發明的一個優選的實施例結合附圖詳述如下
參見圖1 3、圖6和圖8，本發明實時量測粘土土樣體變的非飽和土試驗裝置，包括一個帶雙向運動加載壓力活塞的側壁透明的組合式壓力腔室，壓力腔室包括頂蓋1、底座4和透明套筒3，透明套筒3的上下兩端與底座4的上表面和頂蓋1的下表面分別開設的套筒槽 23密封配合，頂蓋1設有面向于壓力腔室內開口的進氣孔8，透明套筒3外側設有套筒側向緊箍構件，壓力腔室的外圍還設置有套筒軸向夾緊構件將頂蓋1和底座4夾緊固定。可取頂蓋1直徑為160士5mm，厚度為22士5mm ；底座4直徑為160士 5mm，厚度為40士5mm;套筒槽23開口內徑為120士5mm，凹進深度為1 士0. 5mm，用于放置固定不銹鋼套筒2和透明套筒 3 ；透明套筒3的外徑為100 士 5mm，內徑為80 士 5mm，高度為85 士 5mm ；頂蓋1的進氣孔8直徑為10 士 1mm，用來向壓力腔室施加孔隙氣壓力。參見圖2 4，壓力腔室的底座4上表面形成下沉槽對，下沉槽M中嵌入一個與其槽口直徑相同的陶土板6。可取下沉槽M凹進深度為10士 1mm，下沉槽M開口內徑與陶土板6的直徑相同，均為80mm ；陶土板6厚度為10 士 1mm。參見圖2、圖3，底座4設有一個進水孔9和一個出水孔11，其開口位置皆設在下沉槽M底面上。可取底座4設有的進水孔9和出水孔11的直徑均為10 士 1mm。參見圖1 3、圖5和圖6，位于壓力腔室中并與土樣19直接接觸的活塞頭部為端承板15，端承板15與豎向傳力桿14的一端固定連接，豎向傳力桿14另一端穿過頂蓋1 的通孔27與加載板13固定連接，豎向傳力桿14的直徑與通孔27的直徑相配合，加載板 13的外緣設有位移計17，其量程為0-30mm。可取豎向傳力桿14上端的加載板13直徑為 120士5mm，厚度為13士 Imm;豎向傳力桿14下端的與土樣19直接接觸的端承板15直徑為 60 士 5mm，厚度為13 士 Imm ；豎向傳力桿14直徑為13 士 1mm，長度為200 士 5mm，用來承受對土樣施加的豎向荷載。本發明實時量測粘土土樣體變的非飽和土試驗裝置還包括在透明套筒3外側設置的激光測量裝置，激光量測裝置對裝入壓力腔室內部的土樣19的側向變形進行實時測量。參見圖1、圖2，激光量測裝置包括圍繞透明套筒3的四個激光位移傳感器16，其中每個激光位移傳感器16的入射光束方向都正對裝入壓力腔室內部的土樣19表面標注的測試點，且各激光位移傳感器16安裝于與底座4固定連接的四個豎向導桿18上，激光位移傳感器16通過沿豎向導桿18升降并以其為軸水平擺動進行定位，各豎向導桿18在底座4平面上的投影相對于透明套筒3中軸線在底座4平面上的投影集聚點呈中心對稱形式分布。 可取豎向導桿18為圓柱形，其直徑為10士 1mm，長度為120士5mm ；激光位移傳感器16的尺寸為30mmX 30mmX 20mm，激光位移傳感器16的探頭距透明套筒3外緣的距離為50士5mm。 試驗過程中，根據土樣19高度的變化，可以上下移動激光位移傳感器16。本發明實驗裝置通過激光位移傳感器16可實時監測壓力腔室內部粘土土樣19的側向變形，可以準確地推算每級荷載下土樣的含水量、孔隙比和飽和度的變化規律，進而可以精確得到干濕循環狀態下粘土土樣的完整的應力相關的土水特征曲線，包括含水量與基質吸力間關系曲線和飽和度與基質吸力間的關系曲線。避免了使用常規壓力板儀測量粘土土樣土水特征曲線的儀器和人為誤差。該裝置也可以施加側限荷載，即忍狀態，得到不同吸力狀態下粘土土樣的一維壓縮曲線。參見圖2、圖3，陶土板6為高進氣值陶土板，陶土板6的下部與具有相同直徑的不銹鋼板21連接，組成封裝結構，不銹鋼板21嵌入下沉槽M中，且與陶土板6下表面相接觸的不銹鋼板21上表面設有從其中心向其邊緣均勻展開的螺旋形輸水凹槽20 ；不銹鋼板21 上設有入水孔10與位于底座4的進水孔9緊密對應并連通，不銹鋼板21上還設有排水孔 12與位于底座4的出水孔11緊密對應并連通，入水孔10和排水孔12貫通螺旋形輸水凹槽 20的底部。可取不銹鋼板21的厚度為15士 1mm，其上的螺旋形輸水凹槽20用于沖刷擴散至陶土板6下方的氣泡。可以定期沖刷和測量擴散氣體，還可以更換幾個進氣值不同的陶土板6。參見圖1 4和圖8，套筒側向緊箍構件采用不銹鋼套筒2，不銹鋼套筒2上下兩端與底座4的上表面和頂蓋1的下表面分別開設的套筒槽23相配合，不銹鋼套筒2側壁開設有四個觀察窗口觀，且相鄰的各觀察窗口觀的周向間距相等，激光位移傳感器16的入射光束應穿過觀察窗口 28和透明套筒3入射到土樣19上的測試點。可取不銹鋼套筒2的外徑為120士5 mm，內徑為100士5mm，高度為85士5mm。參見圖1和圖3 5，套筒軸向夾封構件包括四個螺栓22，螺栓22穿過頂蓋1的通孔沈，每個螺栓22下端的螺紋分別和位于底座4上表面靠近外緣處的帶有內螺紋的沉孔25相配合。螺栓22采用內六角螺栓，其螺桿直徑為15士 1mm，螺桿高度為120士5mm，其螺帽外徑為18 士 1mm，螺帽的高度為8 士 1mm，螺帽內嵌六邊形外接圓直徑12 士 1mm，高度為 5士 Imm;底座4上的沉孔25直徑為15士 1mm，深度為15士 1mm。本發明試驗裝置因不銹鋼套筒2、透明套筒3與底座4和頂蓋1之間橡皮圈7的密封作用，壓力腔室外圍四個螺栓22的固定作用，以及不銹鋼套筒2對透明套筒3的環箍作用，使整個壓力腔室的抗力增強。參見圖1和圖7，觀察窗口觀為沿不銹鋼套筒2軸向開設的橢圓形跑道形狀孔洞。 觀察窗口 28的橢圓形跑道形狀可取由40mmX20mm的長方形與兩端直徑為20mm的半圓組合而成的。參見圖1、圖2和圖4，豎向導桿18與壓力腔室底座4外伸的四個支架底座5固定連接。可取支架底座5的厚度為10士 1mm，寬度為30士 1mm，長度為60士5mm。參見圖1 3，透明套筒3的材料為透明有機玻璃，透明套筒3的兩端面上均墊有一層橡皮圈7。不銹鋼套筒2的兩端面上也分別墊有一層橡皮圈7。 本發明用于實時量測不飽和土樣體變的試驗，結合附圖2 3說明如下
本發明實驗裝置適于測量直徑為55-65mm，高為20_50mm的圓柱形土樣，具體試驗過程如下
1.將高進氣值陶土板6與不銹鋼板21組成的封裝結構嵌入壓力腔室底座4的下沉槽 24上，使陶土板6下面的不銹鋼板21的入水孔10對準底座的進水孔9，使不銹鋼板21的排水孔12對準底座的出水孔11，關閉與底座出水孔11相連的閥門，打開與底座4進水孔 9相連的閥門，使其與壓力腔室外部的體變管相連，在水頭壓的作用下使高進氣值陶土板6 飽和；
2.在土樣19側面曲面部分涂抹四條無光白漆，寬度約為25士5mm，高度為土樣19的高度，位置與不銹鋼套筒2的四個觀察窗口觀孔洞位置相對應，并在白漆上標注激光測試點。
3.關閉與底座4進水孔9相連的閥門，將土樣19放在陶土板6上，將四個激光位移傳感器16安裝在四個豎向導桿18上，調整土樣19的位置，使得激光位移傳感器16的入射光對準土樣19白漆上的四個激光測試點；
4.將與透明套筒3和不銹鋼套筒2相匹配的橡皮圈7放入底座的套筒槽23中，然后把透明套筒3和不銹鋼套筒2按先后分別插入套筒槽23中；
5.再取兩條橡皮圈7放在透明套筒3和不銹鋼套筒2的上面，然后安裝壓力腔室頂蓋 1，此時，豎向傳力桿14已經穿過壓力腔室頂蓋1，調節并固定豎向傳力桿14的位置，使其剛好與土樣上表面接觸，在加載板13的外邊緣安裝位移計17，記錄試驗過程中試樣的豎向位移，也可以根據試驗需要，在加載板13中心處施加豎向荷載；
6.將四個內六角螺栓22穿過壓力腔室頂蓋1的通孔沈，插入底座4上表面的帶有內螺紋的沉孔25中，并將其擰緊；
7.將壓力腔室頂蓋1的進氣孔8與外部氣壓源相連，施加孔隙氣壓力；
8.打開與底座4進水孔9相連的閥門，記錄體變管中水頭、豎向位移計和激光位移傳感器的初始讀數，然后根據試驗需求，施加載荷，并記錄試驗數據；
9.試驗過程中，要定期的對高進氣值陶土板6進行氣泡沖刷，并測量擴散氣泡量。
權利要求
1.一種實時量測粘土土樣體變的非飽和土試驗裝置，包括一個帶雙向運動加載壓力活塞的側壁透明的組合式壓力腔室，所述壓力腔室包括頂蓋(1)、底座(4)和透明套筒(3)，所述透明套筒(3)的上下兩端與所述底座(4)的上表面和頂蓋(1)的下表面分別開設的套筒槽(23)密封配合，所述頂蓋(1)設有進氣孔(8)，所述透明套筒(3)外側設有套筒側向緊箍構件，所述壓力腔室的外圍還設置有套筒軸向夾緊構件將所述頂蓋(1)和底座(4)夾緊固定；所述壓力腔室的底座(4)上表面形成下沉槽(24)，所述下沉槽(24)中嵌入一個與其槽口直徑相同的陶土板(6)；所述底座(4)設有一個進水孔(9)和一個出水孔(11)，其開口位置皆設在下沉槽(24)底面上；位于所述壓力腔室中并與土樣(19)直接接觸的活塞頭部為端承板(15)，所述端承板(15)與豎向傳力桿(14)的一端固定連接，所述豎向傳力桿(14)另一端穿過所述頂蓋(1)的通孔(27)與加載板(13)固定連接，所述豎向傳力桿(14)與通孔 (27)為動密封配合，所述加載板(13)的外緣設有位移計(17)，用于測量土樣(19)的豎向位移；其特征在于在所述透明套筒(3)外側設有一個激光測量裝置，所述激光量測裝置能對裝入所述壓力腔室內部的土樣(19)的側向變形進行實時測量。
2.根據權利要求1所述的實時量測粘土土樣體變的非飽和土試驗裝置，其特征在于， 所述激光量測裝置包括圍繞所述透明套筒(3)的四個激光位移傳感器(16)，其中每個激光位移傳感器(16 )的入射光束方向都正對裝入所述壓力腔室內部的土樣(19 )表面標注的測試點，且各所述激光位移傳感器(16)安裝于與所述底座(4)固定連接的四個豎向導桿(18) 上，所述激光位移傳感器(16)通過沿所述豎向導桿(18)升降并以其為軸水平擺動進行定位，各所述豎向導桿(18)在所述底座(4)平面上的投影相對于所述透明套筒(3)中軸線在所述底座(4)平面上的投影集聚點呈中心對稱形式分布。
3.根據權利要求2所述的實時量測粘土土樣體變的非飽和土試驗裝置，其特征在于， 所述陶土板(6)為高進氣值陶土板，所述陶土板(6)還具有封裝結構，所述陶土板(6)的下部與具有相同直徑的不銹鋼板(21)連接，所述不銹鋼板(21)嵌入所述下沉槽(24)中，且與所述陶土板(6)下表面相接觸的不銹鋼板(21)上表面設有從其中心向其邊緣均勻展開的螺旋形輸水凹槽(20);所述不銹鋼板(21)上設有入水孔(10)與位于所述底座(4)的進水孔(9 )緊密對應并連通，所述不銹鋼板(21)上還設有排水孔(12)與位于所述底座(4 )的出水孔(11)緊密對應并連通，所述入水孔(10)和排水孔(12)貫通所述螺旋形輸水凹槽(20) 的底部。
4.根據權利要求3所述的實時量測粘土土樣體變的非飽和土試驗裝置，其特征在于， 所述套筒側向緊箍構件采用不銹鋼套筒(2)，所述不銹鋼套筒(2)上下兩端與所述底座(4) 的上表面和頂蓋(1)的下表面分別開設的套筒槽(23)相配合，所述不銹鋼套筒(2)側壁開設有四個觀察窗口(28)，且相鄰的各觀察窗口(28)的周向間距相等，所述激光位移傳感器 (16)的入射光束穿過所述觀察窗口(28)和透明套筒(3)入射到土樣(19)上的測試點；所述套筒軸向夾封構件包括四個螺栓(22)，所述螺栓(22)穿過頂蓋(1)的通孔(26)，每個螺栓(22)下端的螺紋分別和位于底座(4)上表面靠近外緣處的帶有內螺紋的沉孔(25)相配合。
5.根據權利要求4所述的實時量測粘土土樣體變的非飽和土試驗裝置，其特征在于， 所述觀察窗口(28)為沿所述不銹鋼套筒(2)軸向開設的橢圓形跑道形狀孔洞；所述不銹鋼套筒(2)的兩端面上也分別墊有一層橡皮圈(7)。
6.根據權利要求2 5中任意一項權利要求所述的實時量測粘土土樣體變的非飽和土試驗裝置，其特征在于，各所述豎向導桿(18)與所述壓力室底座(4)外伸的四個支架底座 (5)固定連接；所述透明套筒(3)的材料為透明有機玻璃，所述透明套筒(3)的兩端面上均墊有一層橡皮圈(7)。
7.根據權利要求2 5中任意一項權利要求所述的實時量測粘土土樣體變的非飽和土試驗裝置，其特征在于，所述頂蓋(1)直徑為160 士 5mm，厚度為22 士 5mm ；所述底座(4) 直徑為160士5mm，厚度為40士5mm ；所述套筒槽(23)開口內徑為120士5mm，凹進深度為 1 士0. 5mm ；所述透明套筒(3)的外徑為100士5_，內徑為80士5_，高度為85士5_ ；所述豎向傳力桿(14)上端的加載板(13)直徑為120士5mm，厚度為13士 Imm ；所述豎向傳力桿(14) 下端的與土樣(19)直接接觸的端承板(15)直徑為60士5mm，厚度為13士 Imm;所述豎向傳力桿(14)直徑為13士 1mm，長度為200士5mm ；所述頂蓋(1)的進氣孔(8)直徑為10士 Imm;所述底座(4)設有的進水孔(9 )和出水孔(11)的直徑均為10 士 Imm ；所述下沉槽(24)凹進深度為10 士 1mm，下沉槽(24)開口內徑與陶土板(6)的直徑相同，均為80mm ；所述陶土板(6) 厚度為10 士 Imm;所述豎向導桿(18)為圓柱形，其直徑為10 士 1mm，長度為120 士 5mm;所述激光位移傳感器(16)尺寸為30mmX30mmX20mm，激光位移傳感器(16)的探頭距透明套筒 (3)外緣的距離為50士5mm。
8.根據權利要求3 5中任意一項權利要求所述的實時量測粘土土樣體變的非飽和土試驗裝置，其特征在于，所述不銹鋼板(21)的厚度為15士 1mm。
9.根據權利要求4或5所述的實時量測粘土土樣體變的非飽和土試驗裝置，其特征在于，所述不銹鋼套筒(2)的外徑為120士5 mm，內徑為100士5mm，高度為85士5mm ；所述螺栓(22)采用內六角螺栓，其螺桿直徑為15士 1mm，螺桿高度為120士5mm，其螺帽外徑為 18 士 1mm，螺帽的高度為8 士 1mm，螺帽內嵌六邊形外接圓直徑12 士 1mm，高度為5 士 Imm ；所述底座(4)上的沉孔(25)直徑為15士 1mm，深度為15士 1mm。
10.根據權利要求5所述的實時量測粘土土樣體變的非飽和土試驗裝置，其特征在于， 所述觀察窗口(28)的橢圓形跑道形狀為由40mmX20mm的長方形與兩端直徑為20mm的半圓組合而成的。
11.根據權利要求6所述的實時量測粘土土樣體變的非飽和土試驗裝置，其特征在于， 所述支架底座(5)的厚度為10士 1mm，寬度為30士 1mm，長度為60士5mm。
全文摘要
本發明公開了一種實時量測粘土土樣體變的非飽和土試驗裝置，屬于巖土工程測量儀器制造技術領域。該裝置包括帶雙向運動加載壓力活塞的側壁透明的組合式壓力腔室，壓力腔室的頂蓋設有進氣孔，透明套筒外側設有加強構件，壓力腔室的底座下沉槽中嵌入陶土板，底座設有進水孔和出水孔，與土樣接觸的活塞頭部為端承板，活塞桿另一端與加載板連接，加載板上設有位移計，此外還包括在透明套筒外側設置的激光測量裝置，激光量測裝置對裝入壓力腔室內的土樣側向變形進行實時測量。使用該儀器可以精確測量干化和濕化過程中粘土的側向變形和豎向變形，從而可以得到干濕循環狀態下粘土土樣的土水特征曲線。該儀器測試精度較好，構造簡單，操作方便，易于控制。
文檔編號G01N15/08GK102183454SQ201110048938
公開日2011年9月14日 申請日期2011年3月2日 優先權日2011年3月2日
發明者孫德安, 孫文靜, 孟德林 申請人:上海大學