CN102221387B - 一种可直接测定土样体积变化的压力板仪 - Google Patents
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Abstract
一种可直接测定土样体积变化的压力板仪装置，本发明是由压力容器、水平位移传感器、垂直位移传感器、位移传感器支架、高进气值陶瓷板、底座、土样、排水体积量测装置，以及压力容器上盖组成。土样的排水体积可以由排水体积量测装置量测，安装在位移传感器支架上水平位移传感器和垂直位移传感器可以量测土样在试验过程中的水平向和垂直向的变形，通过土样水平向和垂直向的变形值即可准确计算出土样的体积和体积应变。
Description
技术领域
本发明涉及土力学与地基基础工程中一种可直接测定土样体积变化的压力板仪装置。
背景技术
土的土-水特征曲线，又称水分特征曲线，是非饱和土的基质吸力与重力含水量、体积含水量、饱和度或有效饱和度之间的关系曲线。土-水特征曲线是与土的结构、土颗粒的成分、孔隙尺寸分布等因素相关的，反映了土对水分的持有能力，它在非饱和土力学的研究中扮演着重要角色。根据土-水特征曲线可以确定非饱和土的强度，计算非饱和土的体应变和渗透系数，还可以用以估算地下水面以上水分分布情况。目前，国内外测定土的土-水特征曲线的仪器一般都是采用用Tempe仪或体积压力板仪，但是这两种仪器在测定土样的土-水特征曲线的过程中不能测定土样随吸力的增大而发生的体积变化，在计算土样的体积含水率时一般是用土样的初始体积，但是这样计算所得的体积含水率的误差比较大，而且这种误差随着土样收缩变形的增大而增大；为了尽量减小这种计算上的误差，有人采用收缩试验所测得的体积变化来修正土-水特征曲线的体积含水率，但是土样在Tempe仪或体积压力板仪中的边界条件、应力状态和应力路径与收缩试验中土样的情况存在很大差异，土样的变形和体应变在两种试验中是不同的，因此，采用收缩试验所测得的体积变化来修正土-水特征曲线的体积含水率也存在很大的局限性，而目前此问题还没有很好的解决办法。
发明内容
本发明的目的是：为解决目前测定土样的土-水特征曲线的体积压力板仪在试验过程中不能测定土样随吸力的增大而发生的体积变化，从而不能准确计算土样体积含水率的不足，本发明提供一种可直接测定土样体积变化的体积压力板仪装置，可方便地测定土样在试验过程中的体积变化，可准确计算不同吸力情况下土样的体积变化和应变，以及体积含水率，使得试验测定结果更准确。
为达到上述目的，本发明可直接测定土样体积变化的体积压力板仪装置由压力容器、压力容器上盖、高进气值陶瓷板、水平位移传感器、垂直位移传感器、传感器线缆、位移传感器支架、底座组成；底座上设有安装高进气值陶瓷板的凹槽和螺旋形槽，并通过管路与排水体积量测装置连接；水平位移传感器、垂直位移传感器安设在位移传感器支架上，位移传感器支架可以安设在底座上，并一起放置在压力容器内。
首先是加工一个能够满足容纳底座、土样、水平位移传感器、垂直位移传感器、位移传感器支架，并带有可密封的传感器电缆孔、排水孔、进气孔的压力容器，排水孔、排水管可以通过连接软管连接并保证与压力容器结合部位的密封。压力容器的尺寸根据土样的尺寸和试验要求确定，根据土样的性质及试验的要求可以在底座上更换不同规格的高进气值陶瓷板，水平位移传感器和垂直位移传感器的量程和精度根据试验的要求确定。
本发明装置中高进气值陶瓷板11安装在底座12上，底座12上有螺旋形槽13和排水孔14相连，排水孔14通过排水软管15与排水管16连接，排水管16再与排水体积量测装置19连接，土样6放置在高进气值陶瓷板11上，土样6排出水的体积就可以由排水体积量测装置19量测；位移传感器支架9固定在底座12上，水平位移传感器7和垂直位移传感器8安装在位移传感器支架9上，水平位移传感器7和垂直位移传感器8可以量测土样6的水平向和垂直向变形，由土样6水平向和垂直向的变形值就可以计算出土样6的体积和体积变化。从而方便地实现了试验过程中量测土样体积和体积变化的目的。
附图说明
图1是一种可直接测定土样体积变化的压力板仪装置图。
图2是圆筒形压力容器的底座和位移传感器支架平面图。
图3是图2的A-A剖面图。
如图所示：压力容器1、压力容器上盖2、螺栓3、压力容器上盖手柄4、O形密封圈5、土样6、水平位移传感器7、垂直位移传感器8、位移传感器支架9、传感器电缆10、高进气值陶瓷板11、底座12、螺旋形槽13、排水孔14、连接软管15、排水管16、传感器电缆孔17、进气孔18、排水体积量测装置19。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。图1是本发明采用圆筒型压力容器的可直接测定体积变化的压力板仪装置图，进行试验前，先对所用的土样6进行适当的处理和必要的土性参数测定。
需要测定土样6的土-水特征曲线时，先根据土样6的性质和试验要求，选择合适规格的高进气值陶瓷板11和量程合适的水平位移传感器7、垂直位移传感器8，将高进气值陶瓷板11在底座12上安装好，按适宜的方法饱和，然后放入压力容器1内，用连接软管15将底座12上的排水孔14和排水管16连接好，排水管16和排水体积量测装置19连接好。再依次将土样6放置在高进气值陶瓷板11上，将位移传感器支架9固定在底座12上，将水平位移传感器7和垂直位移传感器8安装在位移传感器支架9上，采取适宜的方法使水平位移传感器7和垂直位移传感器8能够量测土样6的水平向和垂直向变形，位移传感器电缆线10从传感器电缆孔17中引出并保证密封。准备好之后，通过压力容器上盖手柄4将压力容器上盖2安放在压力容器1上，并在压力容器1和压力容器上盖2之间放置O形密封圈5，再用螺栓3将压力容器1和压力容器上盖2连接紧密，以防止漏气。
通过排水体积量测装置19读取排水的初始体积值，记录水平位移传感器7和垂直位移传感器8的初始读数。
通过进气孔18，按照预定的试验方案分阶段逐步向压力容器1内施加气压，同时通过排水体积量测装置19量测土样6的排水体积，通过水平位移传感器7和垂直位移传感器8量测土样6在水平和垂直方向的变形，由土样6水平向和垂直向的变形就可以计算出土样6的体积和体积变化。
本发明可直接测定体积变化的压力板仪装置可以实现在测定土-水特征曲线的过程中直接测得土样6的体积大小，从而实现了准确获取试验过程中土样6的体积和体积应变，使测得的土-水特征曲线更符合实际。且结构简单，操作方便。
Claims (4)
1.一种可直接测定土样体积变化的压力板仪，主要由压力容器、水平位移传感器、垂直位移传感器、位移传感器支架、高进气值陶瓷板、底座、土样、排水体积量测装置、压力容器上盖组成；其特征是高进气值陶瓷板（11）安装在底座（12）上，底座（12）上有螺旋形槽（13）和排水孔（14）相连，排水孔（14）通过排水软管（15）与排水管（16）连接，排水管（16）再与排水体积量测装置（19）连接，土样（6）放置在高进气值陶瓷板（11）上，土样（6）排出水的体积就可以由排水体积量测装置（19）量测；位移传感器支架（9）固定在底座（12）上，水平位移传感器（7）和垂直位移传感器（8）安装在位移传感器支架（9）上，水平位移传感器（7）和垂直位移传感器（8）可以量测土样（6）的水平向和垂直向变形，由土样（6）水平向和垂直向的变形值就可以计算出土样（6）的体积和体积变化。
2. 根据权利要求1所述的一种可直接测定土样体积变化的压力板仪，其特征是位移传感器支架（9）、水平位移传感器（7）和垂直位移传感器（8）是可以拆装的，且可以根据土样（6）的尺寸调整水平位移传感器（7）和垂直位移传感器（8）在位移传感器支架（9）上的位置。
3. 根据权利要求1所述的一种可直接测定土样体积变化的压力板仪，其特征是可以根据土样（6）的尺寸和试验要求更换不同量程和精度的水平位移传感器（7）和垂直位移传感器（8）。
4. 根据权利要求1所述的一种可直接测定土样体积变化的压力板仪，其特征是可以根据土样（6）的性质和试验要求更换不同规格的高进气值陶瓷板（11）。
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