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专利号: 2020111670055
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:

1.一种多功能非饱和膨胀土胀缩试验装置,包括土样室单元、环境湿度模拟单元、数据测控单元,其特征在于:

所述的土样室单元的组成为:

底座(101)上表面中部设置有圆形的凹槽,凹槽内从下至上放置有下金属透水石(102a)、半透膜(103)、环刀(104),所述环刀(104)内从下至上依次放置有非饱和膨胀土样(105)、上金属透水石(102b);所述的环刀(104)高出上金属透水石(102b),环刀(104)外壁嵌入活塞套筒(108)下部的环刀槽内;活塞套筒(108)及环刀(104)上部形成的活塞腔内套有活塞(106),活塞(106)与上金属透水石(102b)的上表面接触;活塞(106)顶部固定连接有活塞连杆(107),排气管(109)穿过活塞(106)及活塞连杆(107)与活塞套筒(108)和活塞连杆(107)形成的空腔(110)连通;所述的空腔(110)下部铺有塑料膜(111);

所述的环境湿度模拟单元的组成为:

进液管(201)和出液管(202)的土样室端穿过底座(101)与下金属透水石(102a)底面相接,进液管(201)和出液管(202)的另一端伸入带磁力搅拌器(204)的储液缸(203)的PEG溶液(205)中,PEG溶液(205)上覆有一层石蜡油(206);所述的出液管(202)上串接蠕动泵(207),储液缸(203)置于电子天平(208)上;

所述的数据测控单元的组成为:

所述的底座(101)上设有反力架(301),反力架(301)的立杆下部与活塞套筒(108)外壁螺栓连接;所述的活塞连杆(107)上部罩有铝罩(302),活塞连杆(107)的顶部固定连接有横板(303),横板(303)两端穿出铝罩(302)侧面的条形孔;横板(303)的一端与LVDT位移测量传感器(304)的感应头相连,LVDT位移测量传感器(304)固定在反力架(301)的立杆上;铝罩(302)底部的法兰与活塞连杆(107)外套的弹簧(308)的顶部相接,弹簧(308)的下端与活塞(106)顶部连接;铝罩(302)的顶部通过钢珠(305)与压力计(306)相接,压力计(306)的基座固定在反力架(301)的横梁中部的下方;

所述的压力计(306)、LVDT位移测量传感器(304)和电子天平(208)均与数据采集器(307)电连接。

2.根据权利要求1所述的一种多功能非饱和膨胀土胀缩试验装置,其特征在于,所述的土样室单元和环境湿度模拟单元之间还设有温度控制单元,温度控制单元的具体组成为:环刀(104)的壁为夹层结构,其夹层内缠绕有保温管一(401),夹层的外层为保温材料构成;储液缸(203)内壁螺旋布置有保温管二(402);所述的保温管一(401)及保温管二(402)的进油端和出油端分别与液体控温箱(403)的硅油出油端和硅油回油端连接;所述的液体控温箱(403)的温度信号输出端与数据采集器(307)电连接。

3.一种使用权利要求1所述的多功能非饱和膨胀土胀缩试验装置,对非饱和膨胀土进行胀缩特性测试的方法,其步骤为:

A、试验前,测量并记录环刀(104)中的非饱和膨胀土样(105)的初始含水率、初始干密度和初始质量;

B、启动磁力搅拌器(204),磁力搅拌器(204)对储液缸(203)内的PEG溶液(205)进行搅拌,使储液缸(203)内的PEG溶液(205)的浓度均匀;启动蠕动泵(207),PEG溶液(205)经蠕动泵(207)、出液管(202)、储液缸(203)、进液管(201)、下金属透水石(102a)、出液管(202)、蠕动泵(207)形成循环;下金属透水石(102a)的PEG溶液(205)通过半透膜(103)与非饱和膨胀土样(105)进行水交换,使非饱和膨胀土样(105)吸水膨胀或失水收缩;吸水膨胀或失水收缩过程中,非饱和膨胀土样(105)通过排气管(109)向活塞(106)上部的空腔(110)排气或吸气;

C、开启电子天平(208)和数据采集器(307),数据采集器(307)实时记录:压力计(306)测出的非饱和膨胀土样(105)的膨胀力、LVDT位移测量传感器(304)测出非饱和膨胀土样(105)的胀缩位移和电子天平(208)测出的储液缸(203)内PEG溶液(205)的质量;至LVDT位移测量传感器(304)测出的非饱和膨胀土样(105)的胀缩位移保持两小时不变,即完成试验;

D、更换非饱和膨胀土样(105)、不同刚度的弹簧(308)和不同浓度的PEG溶液(205),重复步骤A、B、C步的操作,即得到不同土样、不同刚度、不同环境湿度条件下的非饱和膨胀土样(105)的胀缩特性数据。

4.一种使用权利要求2所述的多功能非饱和膨胀土胀缩试验装置,对非饱和膨胀土的胀缩特性进行测试的方法,其步骤为:

A、试验前,测量并记录环刀(104)中的非饱和膨胀土样(105)的初始含水率、初始干密度和初始质量;

B、开启液体控温箱(403),将温度设置为设定的温度值,通过环刀(104)夹层的保温管一(401)和储液缸(203)内壁的保温管二(402),使环刀(104)内的非饱和膨胀土样(105)与储液缸(203)内PEG溶液(205)的温度均等于设定的温度值;

C、启动磁力搅拌器(204),磁力搅拌器(204)对储液缸(203)内的PEG溶液(205)进行搅拌,使储液缸(203)内的PEG溶液(205)的浓度均匀;启动蠕动泵(207),PEG溶液(205)经蠕动泵(207)、出液管(202)、储液缸(203)、进液管(201)、下金属透水石(102a)、出液管(202)、蠕动泵(207)形成循环;下金属透水石(102a)的PEG溶液(205)通过半透膜(103)与非饱和膨胀土样(105)进行水交换,使非饱和膨胀土样(105)吸水膨胀或失水收缩;吸水膨胀或失水收缩过程中,非饱和膨胀土样(105)通过排气管(109)向活塞(106)上部的空腔(110)排气或吸气;

D、开启电子天平(208)和数据采集器(307),数据采集器(307)实时记录:压力计(306)测出的非饱和膨胀土样(105)的膨胀力、LVDT位移测量传感器(304)测出非饱和膨胀土样(105)的胀缩位移和电子天平(208)测出的储液缸(203)内PEG溶液(205)的质量;至LVDT位移测量传感器(304)测出的非饱和膨胀土样(105)的胀缩位移保持两小时不变,即完成试验;

E、更换非饱和膨胀土样(105)、不同刚度的弹簧(308)、不同浓度的PEG溶液(205)和改变液体控温箱(403)设定的温度,重复步骤A、B、C、D步的操作,即得到不同土样、不同刚度、不同环境湿度和不同温度条件下的非饱和膨胀土样(105)的胀缩特性数据。