本發(fā)明屬于土體性質(zhì)測(cè)試領(lǐng)域，具體涉及一種土體凍脹率及融沉系數(shù)聯(lián)合測(cè)定試驗(yàn)儀。

背景技術(shù)：

道路的翻漿是季節(jié)性凍土區(qū)特有的現(xiàn)象。也是公路工程最常見病害之一，發(fā)生的頻率大，范圍廣，影響較為嚴(yán)重。而凍脹是誘發(fā)翻漿的主要原因。土體的凍脹性主要用凍脹率來(lái)表征。

然而，目前在土體凍融性質(zhì)測(cè)試方面存在如下缺陷：一、國(guó)內(nèi)的凍脹率和融沉系數(shù)的試驗(yàn)是分開進(jìn)行的，費(fèi)時(shí)費(fèi)力；二、常規(guī)方法適用于粘質(zhì)土與粒徑較小的砂質(zhì)土。對(duì)于粘質(zhì)土與粒徑較小的砂質(zhì)土來(lái)說(shuō)，試樣盒可以用外徑120mm、壁厚10mm、高100mm的有機(jī)玻璃筒作為側(cè)壁，但是對(duì)于粒徑較大的土由于儀器偏小，試驗(yàn)結(jié)果往往偏差較大；三、常規(guī)的凍脹率試驗(yàn)，沒(méi)有測(cè)定土體試樣豎直方向的水分變化，只是測(cè)定的土試樣不同高度的溫度變化，不能說(shuō)明土體凍結(jié)過(guò)程中由于溫度場(chǎng)的變化，而引發(fā)的水分場(chǎng)的重分布現(xiàn)象。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種土體凍脹率及融沉系數(shù)聯(lián)合測(cè)定試驗(yàn)儀，以克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明可以在保證水位穩(wěn)定的前提下，同時(shí)測(cè)定土體在有無(wú)水源補(bǔ)給兩種條件下的凍脹率以及融沉系數(shù)；與此同時(shí)，還可以測(cè)定土體在凍融過(guò)程中的溫度場(chǎng)和水分場(chǎng)的變化，可以說(shuō)明水分場(chǎng)隨溫度場(chǎng)梯度變化的水分遷移規(guī)律。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

土體凍脹率及融沉系數(shù)聯(lián)合測(cè)定試驗(yàn)儀，包括兩端貫通的土體填裝桶，土體填裝桶的底部設(shè)置有水槽，水槽上連接有用于使水槽內(nèi)水位保持恒定的水源補(bǔ)給裝置，土體填裝桶上部連接有用于使土體處于低溫恒溫狀態(tài)的低溫恒溫系統(tǒng)以及若干用于檢測(cè)土體位移的位移傳感器，土體填裝桶上還穿插設(shè)有若干用于檢測(cè)土體水分及溫度的溫濕度傳感器，所述的位移傳感器和溫濕度傳感器分別通過(guò)位移數(shù)據(jù)采集器和水分溫度記錄儀連接至主控計(jì)算機(jī)。

進(jìn)一步地，低溫恒溫系統(tǒng)包括設(shè)置在土體上方的降溫板以及設(shè)置在土體填裝筒外側(cè)的低溫恒溫槽，降溫板的入口端及出口端通過(guò)軟管連接至低溫恒溫槽的出口端及入口端。

進(jìn)一步地，土體填裝筒的外側(cè)及降溫板上方設(shè)有保溫棉。

進(jìn)一步地，土體裝填筒筒壁下側(cè)設(shè)有若干滲水孔，且滲水孔位于水槽內(nèi)水位線以下。

進(jìn)一步地，水槽的外沿固定有若干螺紋桿，螺紋桿的頂部固定有橫梁，位移傳感器通過(guò)壓板固定在橫梁上。

進(jìn)一步地，溫濕度傳感器沿土體填裝筒的軸向設(shè)置成一列，且溫濕度傳感器沿土體填裝筒的徑向穿插設(shè)置在土體中。

進(jìn)一步地，所述的水源補(bǔ)給裝置為馬氏瓶，水槽與馬氏瓶通過(guò)橡膠管連通。

進(jìn)一步地，土體填裝筒為有機(jī)玻璃筒。

進(jìn)一步地，土體填裝筒為圓柱形，其直徑為20cm，高為40cm，壁厚為1.5cm。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益的技術(shù)效果：

本發(fā)明采用土體填裝筒填裝土壤，采用水源補(bǔ)給裝置為土體填裝筒內(nèi)土壤提供水源補(bǔ)給，采用低溫恒溫系統(tǒng)保證土體的低溫恒溫狀態(tài)，采用位移傳感器及溫濕度傳感器檢測(cè)土體的位移數(shù)據(jù)及溫濕度數(shù)據(jù)，主控計(jì)算機(jī)通過(guò)所測(cè)數(shù)據(jù)即可計(jì)算土體凍脹率及融沉系數(shù)，本發(fā)明可以同時(shí)測(cè)定土體在有無(wú)水源補(bǔ)充兩種條件下的凍脹率以及融沉系數(shù)，使用方便，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作靈活。

進(jìn)一步地，低溫恒溫系統(tǒng)包括設(shè)置在土體填裝筒內(nèi)部、裝填的土體上方的降溫板，以及設(shè)置在土體填裝筒外側(cè)的低溫恒溫槽，低溫恒溫槽中可以設(shè)置冷卻液，經(jīng)降溫板對(duì)土體進(jìn)行低溫恒溫處理，保證了實(shí)驗(yàn)過(guò)程中溫度的穩(wěn)定性和可操作性。

進(jìn)一步地，土體裝填筒筒壁下側(cè)設(shè)有若干滲水孔，且滲水孔位于水槽內(nèi)水位線一下，水槽內(nèi)的水通過(guò)滲水孔對(duì)筒內(nèi)土體進(jìn)行水源補(bǔ)給，可以在保證水位穩(wěn)定的條件下，測(cè)定土體在有水源補(bǔ)給情況下的凍脹率以及融沉系數(shù)。

進(jìn)一步地，將位移傳感器通過(guò)設(shè)置在螺紋桿上的橫梁固定，避免了位移傳感器自身移動(dòng)造成的誤差。

進(jìn)一步地，溫濕度傳感器沿土體填裝筒的軸向設(shè)置成一列，且溫濕度傳感器沿土體填裝筒的徑向穿插設(shè)置在土體中，可以測(cè)定土體在凍脹過(guò)程中的豎向溫度場(chǎng)變化與水分場(chǎng)變化，說(shuō)明水分隨溫度場(chǎng)梯度變化的遷移規(guī)律。

進(jìn)一步地，土體填裝筒的外側(cè)及降溫板上側(cè)設(shè)有保溫棉，可以有效保證土體低溫恒溫。

進(jìn)一步地，土體填裝筒為圓柱形，其直徑為20cm，高為40cm，壁厚為1.5cm，適用于粒徑較大的土作為測(cè)試對(duì)象。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2(a)是本發(fā)明的土體填裝筒的組裝主視圖；

圖2(b)是本發(fā)明的土體填裝筒的組裝側(cè)視圖；

圖2(c)是本發(fā)明的土體填裝筒的組裝俯視圖；

圖3(a)是本發(fā)明的水槽的結(jié)構(gòu)主視圖；

圖3(b)是本發(fā)明的水槽的結(jié)構(gòu)側(cè)視圖；

圖3(c)是本發(fā)明的水槽的結(jié)構(gòu)俯視圖。

其中，1-螺紋桿；2-橫梁；3-位移傳感器；4-土體裝填筒；5-降溫板；6-溫濕度傳感器；7-低溫恒溫槽；8-馬氏瓶；9-位移數(shù)據(jù)采集器；10-水分溫度記錄儀；11-主控計(jì)算機(jī)；12-水槽；13-軟管；14-橡膠管。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述：

參見圖1、圖2(a)～圖2(c)以及圖3(a)～圖3(c)，一種土體凍脹率及融沉系數(shù)聯(lián)合測(cè)定試驗(yàn)儀，包括兩端貫通的土體填裝筒4，土體填裝筒4為圓柱形的有機(jī)玻璃筒，其直徑為20cm，高為40cm，壁厚為1.5cm。土體填裝筒4下方置于水槽12內(nèi)。土體填裝桶(4)上部連接有用于使土體處于低溫恒溫狀態(tài)的低溫恒溫系統(tǒng)，水槽12底板上穿插固定有螺紋桿1，且螺紋桿1對(duì)稱位于土體裝填筒4兩側(cè)。螺紋桿1上固定有橫梁2，位移傳感器3固定于橫梁2上，且感應(yīng)端立在降溫板5上。土體填裝筒4上還穿插設(shè)有若干用于檢測(cè)土體水分及溫度的溫濕度傳感器6，用以感應(yīng)土體內(nèi)不同高度處水分場(chǎng)和溫度場(chǎng)的變化。位移傳感器3和溫濕度傳感器6分別通過(guò)位移數(shù)據(jù)采集器9和水分溫度記錄儀10連接至主控計(jì)算機(jī)11，用以采集和記錄試驗(yàn)數(shù)據(jù)。主控計(jì)算機(jī)11通過(guò)所測(cè)數(shù)據(jù)即可計(jì)算土體凍脹率及融沉系數(shù)，同時(shí)位于土體填裝筒4軸向的溫濕度傳感器6還能夠測(cè)定土體在凍脹過(guò)程中的溫度梯度變化與水分變化，可以說(shuō)明水分隨溫度梯度變化的遷移規(guī)律。

低溫恒溫系統(tǒng)包括置于土體裝填筒4內(nèi)部，試驗(yàn)土樣上表面的降溫板5，降溫板5通過(guò)軟管13與設(shè)置在土體裝填筒4外側(cè)的低溫恒溫槽7連接，形成循環(huán)回路，通過(guò)制冷劑在回路中的循環(huán)流動(dòng)，為試驗(yàn)提供所需的恒定的低溫，用以使土體處于單向的低溫恒溫狀態(tài)。土體裝填筒4上側(cè)筒壁上留有用于穿插軟管13的預(yù)留孔，降溫板5上留有活動(dòng)借口，便于筒內(nèi)土體擊實(shí)完成后，降溫板5的接入，使實(shí)驗(yàn)儀器更靈活方便。

土體裝填筒4下側(cè)置于水槽12中，水槽12通過(guò)橡膠管(14)與馬氏瓶(8)相連，用以保證試驗(yàn)過(guò)程中水槽內(nèi)水位線的穩(wěn)定，保證試驗(yàn)過(guò)程中，土樣所承受的水壓恒定，保證試驗(yàn)條件的可靠性和可操作性，利用廣義連通器原理，制成恒壓系統(tǒng)。為試驗(yàn)提供所需的恒定的水位補(bǔ)給線。保證了試驗(yàn)的可靠性和可行性。

當(dāng)測(cè)定土體在有水源補(bǔ)充條件下的凍脹率以及融沉系數(shù)時(shí)，打開馬氏瓶8的龍頭開關(guān)，調(diào)節(jié)馬氏瓶8，使水槽12內(nèi)水位穩(wěn)定在試驗(yàn)所需的位置。當(dāng)測(cè)定土體在無(wú)水源補(bǔ)充條件下的凍脹率以及融沉系數(shù)時(shí)，無(wú)需開啟馬氏瓶8。

下面對(duì)本發(fā)明的操作過(guò)程做詳細(xì)描述：

使用時(shí)，首先將土體填裝筒4進(jìn)行土樣擊實(shí)，擊實(shí)完成后，將土體裝填筒4轉(zhuǎn)移至水槽12中。將水槽12通過(guò)橡膠管14與馬氏瓶8相連，建立恒壓系統(tǒng)，為試驗(yàn)過(guò)程中的水分補(bǔ)給提供恒定的水位。將降溫板5置于土樣頂部，并用軟管13與外界低溫恒溫槽7連接。然后將位移傳感器3的上端通過(guò)壓板固定在橫梁2上，下端立在降溫板5上，通過(guò)降溫板5的移動(dòng)進(jìn)行土體位移監(jiān)測(cè)。將溫濕度傳感器6固定在土體填裝筒4上，通過(guò)主控計(jì)算機(jī)11收集記錄位移數(shù)據(jù)采集器9和水分溫度記錄儀10采集到的數(shù)據(jù)。通過(guò)所測(cè)數(shù)據(jù)即可計(jì)算土體凍脹率及融沉系數(shù)，同時(shí)位于土體填裝筒4軸向的溫濕度傳感器6還能夠測(cè)定土體在凍脹過(guò)程中的溫度梯度變化與水分場(chǎng)變化，可以說(shuō)明水分隨溫度梯度變化的遷移規(guī)律。

當(dāng)測(cè)定土體在有水源補(bǔ)充條件下的凍脹率以及融沉系數(shù)時(shí)，打開馬氏瓶8的龍頭開關(guān)，調(diào)節(jié)馬氏瓶8，使水槽12內(nèi)水位穩(wěn)定在試驗(yàn)所需的位置。當(dāng)測(cè)定土體在無(wú)水源補(bǔ)充條件下的凍脹率以及融沉系數(shù)時(shí)，無(wú)需開啟馬氏瓶8。