凍脹試驗筒及其試驗方法
【專利摘要】本發明公開了一種凍脹試驗筒及其試驗方法，包括帶有加熱功能的筒體，導熱性良好的頂板，在頂板上設有冷凍液的循環進出口Ⅰ以及單向流通孔道Ⅰ，在筒體底部設有導熱性良好的底板，底板內部設有冷凍液的單向流通孔道Ⅱ，底板下部設有四個進出口,其中兩個是冷凍液的循環進出口Ⅱ，另外兩個分別為補水口以及補水排氣口，在筒體的頂部設有固定板，同定板內側設置有環形凹槽用以固定筒體的上部，在固定板上還設有四個與固定支撐相連接的螺栓孔，在底板下部還設有支座，在固定板上通過螺栓桿還固定有位移支架。適用于粗粒土凍脹試驗，可避免外界因素對凍脹變形量測的干擾，減小了試驗誤差。
【專利說明】
凍脹試驗筒及其試驗方法
技術領域
[0001]本發明涉及一種土壤試驗裝置，特別涉及一種粗粒土凍脹試驗裝置。
【背景技術】
[0002]凍土是一種溫度低于O°(:且含有冰的土巖。它是一種特殊土，其特殊性主要表現為土的性質與溫度具有密切的關系。根據凍結狀態持續時間不同，可把凍土劃分為三類，SP瞬時凍土.、季節性凍土和多年凍土。瞬時凍土是指凍結狀態持續幾個小時至半月的土;季節性凍土是指的凍結狀態保持半月至數月的土;多年凍土是凍結狀態持續多年的土。多年凍土主要分布在俄羅斯、加拿大、中國和美國的阿拉斯加等地。我國多年凍土主要分布在青藏高原、帕米爾、東北大小興安嶺等地。季節性凍土遍布在不連續多年凍土外圍地區，我國季節凍土面積為513.7x104km2，約占全國國土面積的53.5%,主要分布于東北、華北、西北和內蒙古等地，其中深季節凍土約占全國國土面積的三分之一。國內外已有的大量工程實踐和研究結果表明，凍脹作用是季節凍土區各種工程產生凍害的重要原因，特別是對鐵路、公路等線性工程，季節性凍土的凍脹引起工程的破壞會更加劇烈，嚴重影響了鐵路、公路的安全運營，帶來/巨大的經濟損失和社會不良影響。
[0003]現行的《鐵路工程土工試驗規程》(TB10102-2010)中進行凍脹率試驗的試驗盒僅適用于原狀、擾動粘性土和砂類土，適用范圍小，無法進行細圓礫土A、B組填料等粗粒土的凍脹實驗。
【發明內容】
[0004]本發明的發明目的是提供一種適用于粗粒土凍脹試驗的實驗裝置，利用裝置進行細圓礫土A、B組填料的凍脹特性試驗。本發明具有結構簡單、操作方便、適用范圍等特點。
[0005]本發明的技術方案如下:
一種凍脹試驗筒，包括帶有加熱功能的筒體，在筒體內腔設有與筒體內表面緊密接觸且可上下滑動的導熱性良好的頂板，在頂板上設有冷凍液的循環進出口 I以及單向流通孔道I，在筒體底部設有導熱性良好的底板，底板內部設有冷凍液的單向流通孔道Π，底板下部設有四個進出口，其中兩個是冷凍液的循環進出口 Π，另外兩個分別為補水口以及補水排氣口，在筒體的頂部設有固定板，同定板內側設置有環形凹槽用以固定筒體的上部，在固定板上還設有四個螺栓孔，四個螺栓孔用以連接四個固定支撐，使固定板、固定支撐與底板形成一封閉框架抵抗凍脹試驗過程中出現的凍脹力，在底板下部還設有支座，在所述的固定板上通過螺栓桿還固定有位移支架。
[0006]本發明的有益效果:有效地解決了粗粒土的凍脹實驗問題，不僅適用于原狀、擾動粘性土和砂類土，還適用于粗粒土的凍脹特性的研究，具有更廣闊的推廣價值。本發明具有結構簡單、操作方便、適用范圍廣等特點。
【附圖說明】
[0007]圖1為本發明的結構設計圖；
1、筒體，2、頂板，3、底板，4、固定板，5、固定支撐，6、位移支架，7、循環進出口 I，71、循環進出口 Π，8、補水排氣口，9、補水口，10、支座，11、把手。
【具體實施方式】
[0008]—種凍脹試驗筒，包括帶有加熱功能的筒體(I)，在筒體內腔設有與筒體內表面緊密接觸且可上下滑動的導熱性良好的頂板(2)，在頂板上設有冷凍液的循環進出口 1(7)以及單向流通孔道I，在筒體底部設有導熱性良好的底板(3)，底板內部設有冷凍液的單向流通孔道Π，底板下部設有四個進出口，其中兩個是冷凍液的循環進出口 Π (71)，另外兩個分別為補水口(9)以及補水排氣口(8)，在筒體的頂部設有固定板(4)，同定板內側設置有環形凹槽用以固定筒體的上部，在固定板上還設有四個螺栓孔，四個螺栓孔用以連接四個固定支撐(5)，使固定板、固定支撐與底板形成一封閉框架抵抗凍脹試驗過程中出現的凍脹力，在底板下部還設有支座(10)，在所述的固定板上通過螺栓桿還固定有位移架(6)。
[0009]所述的筒體為有機玻璃材質，筒體的內徑為200mm，高度為300 mm，壁厚為20mm，在有機玻璃的筒體的邊壁上，自底部向上160 mm范圍內每隔2 cm設置一個熱敏電阻傳感器插入孔，用于安放熱敏電阻傳感器。
[0010]所述的頂板由輕質高強并且導熱性能良好的合金材料制成，其形狀為直徑198mm、高度40 mm的圓柱體，在頂板的上部正中部位設有凸起的下凹圓槽，用以安置把手(11)，方便在試驗過程中放入或取出頂板。為了保證冷凍液在頂板內部的循環制冷，在頂板內部設有單向流通孔道I。
[0011]所述的底板由輕質高強并且導熱性能良好的合金材料制成，其直徑為280mm,高度為40 mm。底板內部設有單向流通孔道Π，保證冷凍液的循環。
[0012]所述的固定板采用普通鋼材制作，其內徑為200mm,外徑為280mm,厚度為7mm。
[0013]所述的固定支撐為固定螺桿，固定螺桿螺桿和支座的直徑均為lcm。固定螺桿具有足夠的強度來保證固定板和試驗筒的底板之間不產生相對位移，支座能夠支撐整個試驗筒和土樣的總重量。
[0014]所述的頂板與筒體內表面之間的過盈量為0.3?0.5mm。
[0015]所述位移支架是由寬度為30mm、厚度為3 mm的鋼板條加工而成，位移支架具有足夠的剛度來抵抗外界因素的干擾，避免了位移支架變形。同時，位移支架通過螺栓桿固定在試驗筒的固定板上，保證支架和凍脹試驗筒成為整體，這樣也可避免外界因素對凍脹變形量測的干擾，減小了試驗誤差。
[0016]所述凍脹試驗筒適用于粗粒土凍脹試驗的凍脹試驗筒，具體試驗過程包括:
(1)在筒體的有機玻璃桶壁上涂抹一薄層凡士林，在底板上放置一張薄型濾紙，將土樣從頂部裝入試驗桶內，讓其自由滑落在底板上；
(2)在土樣的頂面再放置一張薄型濾紙，然后使頂板滑落，土樣與頂板、底板應接觸緊密；
(3)凍脹試驗桶放入恒溫箱內，在土樣的周側、頂板以及底板內插入熱敏電阻溫度計，土樣周圍包裹5cm厚的泡沫塑料保溫，連接頂板以及底板的冷凍液循環管路，接通底板上的補水管路，供水并排除底板內氣泡，調節供水裝置水位；(4)安裝百分表，然后開啟恒溫箱冷浴裝置進行凍脹實驗，記錄水位，溫度變形量等數據。
【主權項】
1.一種凍脹試驗筒，其特征是包括帶有加熱功能的筒體，在筒體內腔設有與筒體內表面緊密接觸且可上下滑動的導熱性良好的頂板，在頂板上設有冷凍液的循環進出口 I以及單向流通孔道I，在筒體底部設有導熱性良好的底板，底板內部設有冷凍液的單向流通孔道Π，底板下部設有四個進出口，其中兩個是冷凍液的循環進出口 Π，另外兩個分別為補水口以及補水排氣口，在筒體的頂部設有固定板，同定板內側設置有環形凹槽用以固定筒體的上部，在固定板上還設有四個螺栓孔，四個螺栓孔用以連接四個固定支撐，使固定板、固定支撐與底板形成一封閉框架抵抗凍脹試驗過程中出現的凍脹力，在底板下部還設有支座。2.根據權利要求1所述的凍脹試驗筒，其特征是所述的筒體為有機玻璃材質，筒體的內徑為200 mm，高度為300 mm，壁厚為20mm，在有機玻璃的筒體的邊壁上，自底部向上160_范圍內每隔2 cm設置一個熱敏電阻傳感器插入孔，用于安放熱敏電阻傳感器。3.根據權利要求2所述的凍脹試驗筒，其特征是所述的固定板上通過螺栓桿還設置有位移支架，位移支架是由寬度為30 mm、厚度為3 mm的鋼板條加工而成。4.根據權利要求1所述的凍脹試驗筒，其特征是所述的頂板由輕質高強并且導熱性能良好的合金材料制成，其形狀為直徑198 mm、高度40 mm的圓柱體，在頂板的上部正中部位設有凸起的下凹圓槽，用以安置把手。5.根據權利要求1所述的凍脹試驗筒，其特征是所述的底板由輕質高強并且導熱性能良好的合金材料制成，其直徑為280 mm，高度為40 mm。6.根據權利要求1所述的凍脹試驗筒，其特征是所述的固定板采用普通鋼材制作，其內徑為200mm,外徑為280mm,厚度為7 mm。7.根據權利要求1所述的凍脹試驗筒，其特征是所述固定支撐為固定螺桿，固定螺桿螺桿和支座的直徑均為I cm ο8.根據權利要求1所述的凍脹試驗筒，其特征是所述的頂板與筒體內表面之間的過盈量為0.3?0.5mm。9.使用如權利要求1至8任一所述的凍脹試驗筒的試驗方法，其特征是所述試驗步驟包括: 1)在筒體的有機玻璃桶壁上涂抹一薄層凡士林，在底板上放置一張薄型濾紙，將土樣從頂部裝入試驗桶內，讓其自由滑落在底板上； 2)在土樣的頂面再放置一張薄型濾紙，然后使頂板滑落，土樣與頂板、底板應接觸緊密； 3)凍脹試驗桶放入恒溫箱內，在土樣的周側、頂板以及底板內插入熱敏電阻溫度計，土樣周圍包裹5cm厚的泡沫塑料保溫，連接頂板以及底板的冷凍液循環管路，接通底板上的補水管路，供水并排除底板內氣泡，調節供水裝置水位； 4)安裝百分表，然后開啟恒溫箱冷浴裝置進行凍脹實驗，記錄水位，溫度變形量等數據。
【文檔編號】G01N25/00GK105928966SQ201610384792
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年6月2日
【發明人】吳城, 廉云亮, 劉寵, 張思坤, 趙飛, 孫小猛
【申請人】中鐵四局集團第二工程有限公司