一种土体干湿循环中的胀缩-裂隙测量装置的制作方法

一种土体干湿循环中的胀缩
‑
裂隙测量装置
技术领域
1.本发明涉及岩土工程技术领域，具体地，涉及一种土体干湿循环中的胀缩
‑
裂隙测量装置。


背景技术：

2.在岩土工程领域中，膨胀土具有遇水膨胀、失水收缩的特性，持续的干燥收缩会导致土体产生明显裂缝。因此，含水量变化所导致膨胀土的胀缩性和裂隙性给工程建设带来显著的影响。故膨胀性土的干湿循环试验以及胀缩和裂隙的测量至关重要。一般情况下，实验室的土体干燥方式采用自然风干或烘箱烘干进行，土体湿润方式采用恒湿箱或泡水方式进行，而这些控制条件不能准确控制时间和土体含水量的均匀，也不能实现土湿干循环的控制。因此，工程建设需要相关学者根据实际需要研发可以精确控制含水量的干湿循环装置。另一方面，土体在干湿循环过程中所发生的胀缩和应变测量问题亦是膨胀土研究的重点，通过测量土样的长度和高度计算土样的胀缩变形，通过图像处理技术监测裂隙的变化。随着岩土工程领域膨胀土研究的深入，工程建设要求的严格，需要获取精确的含水量以及胀缩和裂隙参数的变化。
3.例如中国专利文献cn210720382u公开了一种自动控制岩土干湿循环试验装置，包括箱体、热风系统、时间控制系统、温度控制系统、含水率控制系统及试件盛放装置，箱体为一内置干湿循环工作室的方形空心箱，由干湿循环工作室和箱体外壳组成；试件盛放装置放置于干湿循环工作室内，热风系统镶嵌于干湿循环工作室左侧，时间控制系统镶嵌于箱体外壳左上侧，温度控制系统镶嵌于箱体外壳下部，含水率控制系统镶嵌于箱体外壳左下侧；电源/开关与时间控制系统中的时间控制器相连，时间控制器同时连接温度控制器与含水率控制系统中的含水率控制器。
4.中国专利cn107290505b提供了一种可实时监控土体含水率的干湿循环试验装置，包括干燥箱、饱和箱、电源箱、转动装置、读数控制装置，所述
5.干燥箱由风扇及鼓风机促进土样干燥，饱和箱由加湿器对土样进行加湿饱和，电源箱位于装置底部，转动装置分为自身转动装置和绕大圆环轨道转动装置，读数控制装置对土样含水率进行实时监控。本发明能够同时对多个不同含水率幅度的土样进行干湿循环，在干湿循环过程中通过特殊的转动装置使饱和与干燥更加均匀，能随时监测到土样含水率，并且达到预设含水量指示灯会亮，精确的对土样进行干湿循环。
6.但是，上述两种装置不够集成化，无法便携使用，含水率的控制不够精确，不能实现胀缩及裂隙的监测。


技术实现要素：

7.本发明在传统模拟土水分变化装置的基础上，完成多级精确湿度下干湿循环的控制，实现土的胀缩和裂隙的测量，其目的是解决现有装置不够集成化、湿度控制不精确的问题。
8.本发明的目的可以通过以下技术方案来实现。
9.一种土体干湿循环中的胀缩
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裂隙测量装置，包括干湿循环装置和测量装置，所述干湿循环装置包括一个封闭的恒温试验箱、两个气泵、两条上贯通气管、两条下贯通气管和n 1条分支气管，所述恒温试验箱的横截面为矩形，恒温试验箱顶盖的材料为透明玻璃；
10.所述恒温试验箱分为上下两个封闭空间，其中，下面的封闭空间为盐溶液腔室，上面的封闭空间为试样室，所述试样铺设在试样室的底部；在试样室的两个互相平行的侧壁上对称开有两个通孔，两条上贯通气管的一端通过该两个通孔分别与试样室相通、另一端分别与两个气泵相通，两个气泵的另一端分别与两条下贯通气管相通，两条下贯通与n 1条分支气管相通，即通过两个气泵、两条上贯通气管和两条下贯通气管实现了恒温试验箱上下两个封闭空间中气体的循环；
11.所述n 1条分支气管设置在盐溶液腔室内，分别记为左分支气管、右分支气管和n
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1条中分支气管，n≥3，其中，左分支气管与一条下贯通气管相通，右分支气管与另一条下贯通气管相通，n
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1条中分支气管(13)于盐溶液腔室(8)的横向截面内均匀分布，且该n
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1条中分支气管间隔设置并交错与两条下贯通气管分别相通；
12.所述盐溶液腔室被均匀分割为n
×
n个小腔室，在每个小腔室中各插入两段内支管，即n
×
n个小腔室中共包含2n2个内支管；将盐溶液腔室上上述两个通孔所在侧壁分别定义为左壁和右壁，将每个小腔室内靠近左壁的内支管记为内支管a、靠近右壁的内支管记为内支管b；盐溶液腔室中与左壁相连的n个小腔室的内支管a均与左分支气管相通，盐溶液腔室中与右壁相连的n个小腔室的内支管b均与右分支气管相通，其他内支管a和内支管b呈均匀分布分别与n
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1条中分支气管相通；在每个内支管a和每个内支管b上各安装了一个电子阀c，以控制各个内支管a、内支管b的接通和关断；
13.所述监测装置包括连接滑轨和相机，所述连接滑轨设置在恒温试验箱的正上方，所述相机安装在连接滑轨上；
14.在进行实验时，根据需要在n
×
n个小腔室内加入不同的化学溶液。
15.优选地，所述恒温试验箱的温度为25摄氏度。
16.优选地，n＝3，即所述盐溶液腔室中分割为9个小腔室。
17.优选地，所述化学溶液包括饱和氟化铯溶液、饱和氯化锂溶液、饱和氯化镁溶液、饱和碳酸钾溶液、饱和溴化钠溶液、饱和碘化钾溶液、饱和硝酸钠溶液、饱和氯化钾溶液，饱和硝酸钾溶液。
18.与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
19.1)通过多级湿度精确控制干湿循环含水率，灵敏度高。
20.2)通过相机采集，实时捕捉干湿循环过程中土样表面的图片，通过数字图像处理技术获得胀缩和裂隙的数据，集成化更高。
21.3)本发明专利保证实验精确度的基础上，利用一套装置实现模拟干湿循环的过程控制的同时，实现胀缩和裂隙的定量测量，对水敏性土的研究具有重要的意义。
附图说明
22.图1为本发明实施例中测量装置结构示意图。
23.图2为本发明实施例中盐溶液腔室的俯视图。
24.其中：1、恒温试验箱；2、试样；3、抽气泵；4、上贯通气管；5、下贯通气管；6、试样室；7、送气泵8、盐溶液腔室；9、相机；10、滑轨；11、支架；12、左分支气管；13、中分支气管；14、右分支气管。
具体实施方式
25.下面结合附图1和图2对本发明的具体实施方式进行进一步的说明。
26.图1为本发明实施例中测量装置结构示意图。由图1可见，本发明为一种土体干湿循环中的胀缩
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裂隙测量装置，包括干湿循环装置和测量装置。
27.所述干湿循环装置包括一个封闭的恒温试验箱1、两个气泵3、两条上贯通气管4、两条下贯通气管5和n 1条分支气管，所述恒温试验箱1的横截面为矩形，恒温试验箱1顶盖的材料为透明玻璃。
28.所述恒温试验箱1分为上下两个封闭空间，其中，下面的封闭空间为盐溶液腔室8，上面的封闭空间为试样室6，所述试样2铺设在试样室6的底部。在试样室6的两个互相平行的侧壁上对称开有两个通孔，两条上贯通气管4的一端通过该两个通孔分别与试样室6相通、另一端分别与两个气泵3相通，两个气泵3的另一端分别与两条下贯通气管5相通，两条下贯通气管5与n 1条分支气管相通，即通过两个气泵3、两条上贯通气管4和两条下贯通气管5实现了恒温试验箱1上下两个封闭空间中气体的循环。
29.图2为本发明实施例中盐溶液腔室的俯视图。由图2可见，所述n 1条分支气管设置在盐溶液腔室8内，分别记为左分支气管12、右分支气管14和n
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1条中分支气管13，n≥3，其中，左分支气管12与一条下贯通气管5相通，右分支气管14与另一条下贯通气管5相通，n
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1条中分支气管13于盐溶液腔室8的横向截面内均匀分布，且该n
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1条中分支气管13间隔设置并交错与两条下贯通气管5分别相通。。
30.所述盐溶液腔室8被均匀分割为n
×
n个小腔室，在每个小腔室中各插入两段内支管，即n
×
n个小腔室中共包含2n2个内支管。将盐溶液腔室8上上述两个通孔所在侧壁分别定义为左壁和右壁，将每个小腔室内靠近左壁的内支管记为内支管a、靠近右壁的内支管记为内支管b，盐溶液腔室8中与左壁相连的n个小腔室的内支管a均与左分支气管12相通，盐溶液腔室8中与右壁相连的n个小腔室的内支管b均与右分支气管14相通，其他内支管a和内支管b呈均匀分布分别与n
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1条中分支气管13相通。
31.在每个内支管a和每个内支管b上各安装了一个电子阀c，以控制各个内支管a、内支管b的接通和关断。
32.在进行实验时，根据需要在n
×
n个小腔室内加入不同的化学溶液。
33.所述监测装置包括连接滑轨10和相机9，所述连接滑轨10设置在恒温试验箱1的正上方，所述相机9安装在连接滑轨10上。在本实施例中，连接滑轨10通过两个支架11固定在恒温试验箱1的两侧。
34.在本实施例中，所述恒温试验箱1的温度为25摄氏度。
35.在本实施例中，n＝3，即所述盐溶液腔室8中分割为9个小腔室。具体的，将9个小腔室中的任意一个内支管a别记为aj、任意一个内支管b记为bj，任意一个电子阀c记为cij，j＝1，2...9，i＝a，b。另外分支气管为4条，其中，1条左分支气管12、1条右分支气管14和2条中分支气管13。
36.在本实施例中，9个小腔室中加入的化学溶液依次为饱和氟化铯溶液、饱和氯化锂溶液、饱和氯化镁溶液、饱和碳酸钾溶液、饱和溴化钠溶液、饱和碘化钾溶液、饱和硝酸钠溶液、饱和氯化钾溶液，饱和硝酸钾溶液。具体的，将9个小腔室记为小腔室1
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小腔室9，其排列顺序见图2。
37.本发明测量装置的具体操作如下：
38.步骤1，压制试样2，包括预设试样干密度，根据体积法，制备试样放入恒温试验箱1中。
39.将9种化学溶液按照上述顺序依次加入小腔室1
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小腔室9。
40.步骤2，将恒温试验箱1调节至25摄氏度，调节相机10位置，使相机10位于试样2正上方，抽气泵3和送气泵7处于关闭状态。
41.步骤3，步骤3，干湿循环测量数据采集
42.①
湿润阶段
43.将相机10打开捕捉试样2表面照片，打开抽气泵3和送气泵7，气体从盐溶液腔室8至试样室6贯通流动。
44.从小腔室1开始，依次打开小腔室的电子阀caj和cbj，进行湿润阶段的试验及拍照，若两小时内照片无明显变化，关闭该小腔室的电子阀caj和cbj，，转到下一个小腔室，直至第9个小腔室结束。
45.②
干燥阶段
46.将相机10打开捕捉试样2表面照片，打开抽气泵3和送气泵7。气体从盐溶液腔室8至试样室6贯通流动。
47.从小腔室9开始，依次打开小腔室的电子阀caj和cbj，进行干燥阶段的试验及拍照，若两小时内照片无明显变化，关闭该小腔室的电子阀caj和cbj，，转到下一个小腔室，直至第1个小腔室结束。
48.③
湿润和干燥完成一次记为一次循环，重复步骤
①②
至所需循环次数时，数据采集结束；
49.步骤4，根据相机10捕捉到的照片，通过数字图像处理技术，获得土样胀缩及裂隙长度变化的测量数据。