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专利号: 2020109021564
申请人: 西南交通大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种非饱和土压缩特性及渗透特性试验装置,由土样室单元、加载单元、水气单元、数据采集单元构成,其特征在于:所述的加载单元的结构为:

基台(101)内设有顶升机构(102),顶升机构(102)的顶升杆(102a)向上穿过基台(101)与土样底座(203)相连,且顶升杆(102a)上串接LVDT位移传感器(102b);所述的基台(101)两侧固定有立杆(103),立杆(103)的顶部间连有横向的反力梁(104),反力梁(104)的中部依次通过连接杆(105)、压力计(106)与传力杆(107)的上端接触;所述的传力杆(107)的下端穿过顶盖(201)的中部通孔与加压活塞(108)的顶部相连;

所述的土样室单元的结构为:

土样底座(203)上设置有环刀(204),环刀(204)内从下至上依次设置有下金属透水石(205a)、下滤纸(206a)、非饱和土样(207)、上滤纸(206b)、上金属透水石(205b);所述的环刀(204)顶部盖有顶盖(201),顶盖(201)的底面设有直径与环刀(204)内径相同的圆形的凹槽,且环刀(204)内壁与顶盖(201)的凹槽壁对齐;所述的顶盖(201)还通过两侧竖向的螺杆(202)固定在土样底座(203)上;所述的环刀(204)壁的底部与土样底座(203)间、环刀(204)壁的顶部与顶盖(201)间,皆设有环形的橡胶密封垫(209);

所述的加压活塞(108)内套于环刀(204)的上部,其底面与上金属透水石(205b)接触、顶面与环刀(204)的顶面齐平;所述的加压活塞(108)的中部设有中部通孔,中部通孔内设有吸力计(208),且吸力计(208)的下端穿过上金属透水石(205b)与上滤纸(206b)接触;

所述水气单元的结构是:

排气管(301)的内端穿过顶盖(201)、加压活塞(108)、上金属透水石(205b)与上滤纸(206b)接触,排气管(301)上设置有排气阀(301a),排气管(301)的外端与空气收集器(302)相连,空气收集器(302)上设有气体流量计(302a)和气体流速计(302b);

排水管(303)的内端穿过顶盖(201)、加压活塞(108)与上金属透水石(205b)的上表面接触,排水管(303)的外端位于量筒(304)上方,且排水管(303)上设有排水阀(303a);透明的进水管(305)的内端穿过土样底座(203)与下金属透水石(205a)的下表面接触,进水管(305)上设有进水阀(305a),进水管(305)的注水端高过排水管(303);

所述的数据采集单元的组成为:

数据采集器(501)与气体流量计(302a)、气体流速计(302b)、压力计(106)、吸力计(108)和LVDT位移传感器(102b)电连接。

2.根据权利要求1所述的一种非饱和土压缩特性及渗透特性试验装置,其特征在于,还设有温度控制单元,所述的温度控制单元的具体结构为:环刀(204)的外周包裹有螺旋管(401),螺旋管(401)的外周包裹保温层(403);螺旋管(401)的两端分别与液体控温箱(402)的硅油出油端和硅油回油端连接。

3.一种使用权利要求1所述的非饱和土压缩特性及渗透特性试验装置,对非饱和土的压缩特性及渗透特性进行测试的试验方法,其步骤为:A、压缩特性测试:

关闭进水阀(305a)、排水阀(303a),开启排气阀(301a);启动顶升机构(102),顶升机构(102)的顶升杆(102a)按设定的顶升力向上顶升土样底座(203),非饱和土样(207)的下表面受到向上的挤压力,非饱和土样(207)上表面受到相等的加压活塞(108)的约束力,从而被压缩;非饱和土样(207)因被压缩所排出的气体通过排气管(301)进入空气收集器(302);

数据采集器(501)同步采集并记录空气收集器(302)上的气体流量计(302a)、气体流速计(302b)、压力计(106)、吸力计(108)和LVDT位移传感器的数据;当气体流速计(302b)的数据稳定为0时,结束压缩试验;根据数据采集器(501)采集的数据,得出非饱和土样(207)的压缩特性;

B、渗透特性测试:

压缩试验结束后,保持顶升机构(102)的顶升力不变,关闭排气阀(301a),打开进水阀(305a)、排水阀(303a),通过进水管(30 1)向非饱和土样(207)注水;当排水管(303)有水排出时,非饱和土样(207)进入饱和状态;此时向进水管(305)加水,使进水管(305)的液面高于排水管(303)的最高处,并记录此时进水管(305)的液面与排水管(303)最高处的高度差,记为初始高度h1;经过设定的时间t后,再测量并记录此时进水管(305)的液面与排水管(303)最高处的高度差,记为终止高度h2;最后根据瞬时达西定律,即可计算出非饱和土样(207)的渗透系数k, 其中a为进水管(305)的内腔截面积,L为压缩试验结束后的非饱和土样(207)的高度,A为非饱和土样(207)的横向截面积,lg(·)表示对数运算;

在渗透试验过程中,数据采集器(501)也实时动态采集吸力计(108)的数据,得到渗透过程中吸力的变化数据;

C、更换非饱和土样(207)、调整顶升机构(102)的顶升力,重复步骤A、B步的操作,得到不同土样、不同压力下非饱和土样(207)的压缩特性和渗透特性。

4.一种使用权利要求2所述的非饱和土压缩特性及渗透特性试验装置,对非饱和土的压缩特性及渗透特性进行测试的试验方法,其步骤为:A、压缩特性测试:

开启液体控温箱(402)、并将控温温度设置为设定的温度定值或设定的正弦变化的温度;关闭进水阀(305a)、排水阀(303a),开启排气阀(301a);启动顶升机构(102),顶升机构(102)的顶升杆(102a)按设定的顶升力向上顶升土样底座(203),非饱和土样(207)的下表面受到向上的挤压力,非饱和土样(207)上表面受到相等的加压活塞(108)的约束力,从而被压缩;非饱和土样(207)因被压缩所排出的气体通过排气管(301)进入空气收集器(302);

数据采集器(501)同步采集并记录空气收集器(302)上的气体流量计(302a)、气体流速计(302b)、压力计(106)、吸力计(108)和LVDT位移传感器的数据;当气体流速计(302b)的数据稳定为0时,结束压缩试验;根据数据采集器(501)采集的数据,得出设定温度条件下的非饱和土样(207)的压缩特性;

B、渗透特性测试:

压缩试验结束后,并保持顶升机构(102)的顶升力和液体控温箱(402)的工作状态,关闭排气阀(301a),打开进水阀(305a)、排水阀(303a),通过进水管(305)向非饱和土样(207)注水;当排水管(303)有水排出时,非饱和土样(207)进入饱和状态;此时向进水管(305)加水,使进水管(305)的液面高于排水管(303)的最高处,并记录此时进水管(305)的液面与排水管(303)最高处的高度差,记为初始高度h1;经过设定的时间t后,再测量并记录此时进水管(305)的液面与排水管(303)最高处的高度差,记为终止高度h2;并根据瞬时达西定律,计算出设定温度条件下的非饱和土样(207)的渗透系数k, 其中a为进水管(305)的内腔截面积,L为压缩试验结束后的非饱和土样(207)的高度,A为非饱和土样(207)的横向截面积,lg(·)表示对数运算;

在渗透试验过程中,数据采集器(501)也实时动态采集吸力计(108)的数据,得到设定温度条件下的渗透过程中吸力的变化数据;

C、更换非饱和土样(207)、改变顶升机构(102)的顶升力和液体控温箱(402)的控温温度设置;重复步骤A、B步的操作,得到不同土样、不同压力、不同温度条件下的非饱和土样(207)的压缩特性和渗透特性。