一種標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)功下土體凍脹參數(shù)的測試裝置及其測試方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于寒區(qū)土體特性檢測技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)功下土體凍脹參 數(shù)的測試裝置及其測試方法，研究路基凍脹翻漿機(jī)理及防治措施。
【背景技術(shù)】
[0002] 寒區(qū)道路工程中出現(xiàn)的凍脹機(jī)理是路基土中水及水的迀移積聚凍結(jié)引起土體中 水分重新分布，并平行于凍結(jié)界面而形成數(shù)層凍層，局部地段尚有冰透鏡體或冰塊，擠壓土 體，體積增大而產(chǎn)生路基隆起現(xiàn)象；而翻漿機(jī)理是由于春季溫度上升使地表冰層融化較早， 而下層尚未解凍時(shí)，融化層的水分無法向下消散，導(dǎo)致淺層土體含水量增大而出現(xiàn)軟化，強(qiáng) 度顯著降低，由車輛動(dòng)荷載反復(fù)作用下，從而出現(xiàn)翻漿現(xiàn)象。隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，全 國交通運(yùn)輸量與日倶增，更加劇寒區(qū)道路翻漿的問題。
[0003] 當(dāng)前對于處理路基凍脹翻漿問題的解決尚未形成有效統(tǒng)一的方法。為解決凍脹翻 漿問題，不少專業(yè)人士嘗試采用各種試驗(yàn)方法研究凍脹機(jī)理，包括現(xiàn)場試驗(yàn)和室內(nèi)試驗(yàn)，鑒 于現(xiàn)場試驗(yàn)周期較長、費(fèi)用較高，一般不采用。而室內(nèi)試驗(yàn)僅從凍脹量測試的角度出發(fā)研究 凍脹機(jī)理，有很大的局限性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對上述缺陷或不足，本發(fā)明提供了一種下標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)功下土體凍脹參數(shù)的測試裝 置及其測試方法，能夠測試土體凍脹率、水分迀移以及溫度傳遞規(guī)律。
[0005] 為達(dá)到以上目的，被發(fā)明的技術(shù)方案為：
[0006] -種標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)下土體凍脹率、水分迀移及溫度傳遞的測試裝置，包括測試系統(tǒng)、數(shù) 據(jù)采集系統(tǒng)，以及制冷系統(tǒng)；
[0007] 測試系統(tǒng)包括開設(shè)有若干孔的鋼底板，鋼底板上設(shè)置有可分離式鐵筒，可分離式 鐵筒外圍設(shè)置有機(jī)玻璃筒，可分離式鐵筒中放置標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)的土樣；可分離式鐵筒的頂端套 設(shè)有套環(huán)，且套環(huán)的頂端與有機(jī)玻璃筒卡合，鋼底板、有機(jī)玻璃筒以及套環(huán)通過緊固裝置鎖 緊；
[0008] 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括設(shè)置于土樣中的若干水分溫度傳感器，水分溫度傳感器上連接 有水分溫度數(shù)據(jù)采集器，土樣上方架設(shè)有橫梁，橫梁上安裝有第一、第二位移傳感器，第一、 第二位移傳感器上連接有位移數(shù)據(jù)采集器，水分溫度數(shù)據(jù)采集器和位移數(shù)據(jù)采集器連接于 主控計(jì)算機(jī)上；
[0009] 制冷系統(tǒng)包括盤繞于有機(jī)玻璃筒內(nèi)壁上的銅管，銅管的入口與出口分別通過第 一、第二塑料軟管與循環(huán)制冷儀器相連接。
[0010] 所述緊固裝置包括安裝于有機(jī)玻璃筒兩端的第一螺旋桿和第二螺旋桿，第一螺旋 桿和第二螺旋桿結(jié)構(gòu)相同，其中，第一螺旋桿的一端安裝于鋼底板上，另一端與套環(huán)連接于 套環(huán)邊緣，通過螺母將套環(huán)和鋼底板鎖緊。
[0011] 所述第一、第二位移傳感器沿土樣表面直徑對稱安裝。
[0012] 所述橫梁上安裝有千分表，千分表安裝于第一、第二位移傳感器之間。
[0013] 所述可分離式鐵筒由第一半圓柱鐵筒與第二半圓柱鐵筒無縫對接而成。
[0014] 所述鋼底板上開設(shè)有內(nèi)外兩道環(huán)槽，第一、第二半圓柱鐵筒、機(jī)玻璃筒分別嵌于內(nèi) 外兩道環(huán)槽，第一、第二半圓柱鐵筒實(shí)現(xiàn)無縫對接。
[0015] 所述土樣中設(shè)置有五個(gè)水分溫度傳感器，土樣內(nèi)部自上而下等差排布有第一、第 二、第三、第四、第五水分溫度傳感器且相鄰兩個(gè)水分溫度傳感器間隔錯(cuò)開布置。
[0016] 所述有機(jī)玻璃筒外設(shè)置有保溫棉。
[0017] -種標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)下土體凍脹率、水分迀移及溫度傳遞的測試方法，包括以下步驟：
[0018]1)、將待測試的土樣分層倒入可分離式鐵筒，同時(shí)間隔埋置水分溫度傳感器；
[0019] 2)、擊實(shí)得到土樣后，根據(jù)實(shí)際工況需要，在頂部設(shè)置有無荷載，底部有無水源補(bǔ) 充，安裝連接位移傳感器，連接組成數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；
[0020] 3)、依次按 20Γ、15Γ、10Γ、5Γ、0Γ、-5Γ、-10Γ、-15Γ、-20Γ、-25Γ、-30Γ順 序降溫凍結(jié)，20°C~0°C之間每個(gè)降溫梯度間隔時(shí)間2小時(shí)，0°C~30°C之間每個(gè)降溫梯度 標(biāo)準(zhǔn)為，獲取主控計(jì)算機(jī)曲線圖；
[0021]4)、凍結(jié)過程結(jié)束，按照步驟3)的降溫順序逆向升溫，獲取主控計(jì)算機(jī)曲線圖；
[0022] 5)、重復(fù)步驟3)、4) 3次，完成3次凍融循環(huán)過程，計(jì)算每次凍融循環(huán)第i個(gè)凍結(jié)溫 度下的凍脹率：
[0023]
[0024]
[0025] 其中，ni-第i個(gè)凍結(jié)溫度下的凍脹率；
[0026]h0(5i)nh0(52)一分別為第一位移傳感器5-1和第二位移傳感器5-2初始位移；
[0027]ht(5i)nht(52)一分別為第一位移傳感器5-1和第二位移傳感器5-2凍結(jié)位移；
[0028] 6)、試驗(yàn)結(jié)束，保持凍結(jié)狀態(tài)，快速卸去套環(huán)，分開第一、第二半圓柱鐵筒，取出完 整非擾動(dòng)的土樣，觀察表面及剖開后的凍結(jié)紋理，總結(jié)水分迀移、溫度傳遞規(guī)律，對比每個(gè) 凍融循環(huán)下同一凍結(jié)溫度下凍脹率變化規(guī)律。
[0029] 所述可分離式鐵筒中填充最大粒60mm的土體擊實(shí)，標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)錘4. 5kg，落距45cm， 單位體積擊實(shí)功能控制在2677. 2~2687.OkJ/m3范圍內(nèi)，并分6層擊實(shí)，每層擊實(shí)次數(shù)為 358 次。
[0030] 與現(xiàn)有技術(shù)像比較，本發(fā)明的有益效果為：
[0031] 本發(fā)明提供了一種標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)下土體凍脹率、水分迀移及溫度傳遞的測試裝置及其 測試方法，通過在測試系統(tǒng)中的鋼底板上設(shè)置盛放土樣的可分離式鐵筒，在可分離式鐵筒 中分層倒入待檢測土樣，并且放置水分溫度傳感器和位移傳感器，根據(jù)實(shí)際工況設(shè)置有無 荷載、有無水源補(bǔ)充；設(shè)定溫度進(jìn)行若干凍融循環(huán)并采集數(shù)據(jù)；結(jié)束后保持凍結(jié)狀態(tài)取出 完整非擾動(dòng)的土樣，觀察表面及剖開后的凍結(jié)紋理，總結(jié)水分迀移、溫度傳遞規(guī)律，對比每 個(gè)凍融循環(huán)下同一凍結(jié)溫度下凍脹率變化規(guī)律。該裝置拆裝簡單，測試過程方便，數(shù)據(jù)結(jié)果 更加直觀、穩(wěn)定、準(zhǔn)確。
[0032] 進(jìn)一步的，本發(fā)明裝置的主體框架能快速組裝與拆卸取樣，鋼鐵筒兩部分嵌于鋼 底板上的內(nèi)環(huán)槽，頂部以套環(huán)套牢，套環(huán)外搭于有機(jī)有機(jī)玻璃筒上沿，即可組裝成結(jié)實(shí)的主 體框架。
[0033] 進(jìn)一步的，本發(fā)明中的循環(huán)制冷系統(tǒng)，制冷儀器制備設(shè)定溫度下的工業(yè)酒精，由塑 料軟管輸送進(jìn)入導(dǎo)熱性良好的銅管道，再經(jīng)由塑料軟管流回制冷儀器，組成一個(gè)簡單、實(shí)用 的循環(huán)制冷系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡單，有效。
【附圖說明】
[0034] 圖1是本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0035] 圖2是本發(fā)明裝置的主視圖。
[0036] 圖3是本發(fā)明裝置的側(cè)視圖。
[0037] 圖4是本發(fā)明裝置的俯視圖。
[0038] 圖中，1-1 一第一螺旋桿、1-2-第二螺旋桿、2-有機(jī)玻璃筒、3-套環(huán)、4 一橫梁、 5-1-第一位移傳感器、5-2-第二位移傳感器、6-1-第一半圓柱鐵筒、6-2-第二半圓柱鐵 筒、7-千分表、8-1-第一位塑料軟管、8-2-第二位塑料軟管、9-1 一第一水分溫度傳感器、 9-2-第二水分溫度傳感器、9-3-第三水分溫度傳感器、9-4 一第四水分溫度傳感器、9-5- 第五水分溫度傳感器、10-銅管、11 一保溫棉、12-鋼底板、13-位移數(shù)據(jù)采集器、14 一水分 溫度數(shù)據(jù)采集器、15-主控計(jì)算機(jī)、16-循環(huán)制冷儀器。
【具體實(shí)施方式】
[0039] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做詳細(xì)描述。
[0040] 本發(fā)明的測試裝置及測試方法旨在測定路基土體在標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)功能下土體不同含 水量、不同級配、不同凍結(jié)溫度下的凍脹率，觀察分析總結(jié)發(fā)生凍脹時(shí)土體中水分的迀移規(guī) 律、溫度傳遞規(guī)律?！揪唧w實(shí)施方式】以裝置頂部無荷載、底部有水源補(bǔ)充的工況為例作說明。
[0041] 如圖1~4所示，本發(fā)明提供了一種標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)下土體凍脹率、水分迀移及溫度傳遞 的測試裝置，能夠檢測標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)功能下土體凍脹率、水分迀移規(guī)律、溫度傳遞規(guī)律，包括測 試系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，以及制冷系統(tǒng)；
[0042] 測試系統(tǒng)包括開設(shè)有若干孔的鋼底板12,鋼底板12上設(shè)置可分離式鐵筒，所述可 分離式鐵筒由第一半圓柱鐵筒6-1與第二半圓柱鐵筒6-2無縫對接而成，可分離式鐵筒外 圍設(shè)置有機(jī)玻璃筒2,可分離式鐵筒中放置標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)的土樣；可分離式鐵筒的頂端套設(shè)有 套環(huán)3,且套環(huán)3的頂端與有機(jī)玻璃筒2卡合，鋼底板12、有機(jī)玻璃筒2以及套環(huán)3通過緊 固裝置加緊；所述緊固裝置包括安裝于有機(jī)玻璃筒2兩端的第一螺旋桿1-1和第二螺旋桿 1-2,第一螺旋桿1-1和第二螺旋桿1-2結(jié)構(gòu)相同，其中，第一螺旋桿1-1的一端安裝于鋼底 板12上，另一端與套環(huán)連接于套環(huán)3邊緣，通過螺母將套環(huán)3和鋼底板12夾緊。本發(fā)明中 有機(jī)玻璃筒2內(nèi)直徑為30cm;可分離式鐵筒的內(nèi)直徑為27mm，鋼底板12上開設(shè)有若干圓柱 形小孔，小孔直徑為3mm。
[0043] 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括設(shè)置于土樣中的若干水分溫度傳感器，水分溫度傳感器上連接 有水分溫度數(shù)據(jù)采集器14, 土樣上方安裝有位移傳感器，位移傳感器上連接有位移數(shù)據(jù)采 集器13,水分溫度數(shù)據(jù)采集器14和位移數(shù)據(jù)采集器13連接于主控計(jì)算機(jī)15。
[0044] 制冷系統(tǒng)包括盤繞于有機(jī)玻璃筒2內(nèi)壁上的銅管10,銅管10通過第一、第二塑料 軟管8-U8-2與循環(huán)制冷儀器16相連接。具體的，銅管10的入口與出口分別連接第一、二 塑料軟管8-1、8-2,第一、二塑料軟管8-U8-2連接循環(huán)制冷儀器16與銅管10,有機(jī)玻璃筒 2外設(shè)置有保溫棉11