一种水-热-力耦合作用下黄土结构湿陷无损检测装置

1.本发明属于土壤检测技术领域，具体涉及一种水-热-力耦合作用下黄土结构湿陷无损检测装置。


背景技术：

2.黄土是一种特殊的非饱和土，在我国分布广泛。在地质沉积环境的作用下，黄土具有特殊的土体结构，使其具有显著的湿陷特性，即在一定压力下受水浸湿，土的结构迅速破坏，并产生显著附加下沉的特性。黄土湿陷会造成地面沉陷、地表开裂、边坡失稳、不均匀沉降等多种地质灾害，给黄土地区工程建设和防灾减灾工作的顺利开展带来极大挑战。
3.固结仪是一种工业仪器，分为饱和固结仪与非饱和固结仪，可进行正常慢固结试验和快速固结试验，通常用于测定在不同载荷和有侧限的条件下土的压缩性能，检测土体前期固结压力、压缩指数和回弹指数等参数。对于黄土而言，固结试验可测定湿陷系数和湿陷起始压力等湿陷性参数，通常被用来进行黄土湿陷特性检测。
4.现有黄土结构湿陷检测技术对于湿陷环境因素的控制手段通常较为单一，如传统的非饱和固结仪以及加装弯曲元探头的非饱和固结仪，可检测湿陷黄土的变形特性以及小应变剪切模量，但仅可控制黄土所受荷载与含水条件的变化，忽略了温度环境的影响。更为重要的是，即便是加装了温控装置的非饱和固结仪，可检测荷载、含水条件和温度环境变化条件下黄土湿陷变形特性，现有黄土结构湿陷检测技术仅能在湿陷完成之后，通过对土体进行进一步的破坏取样，才能对湿陷前后的土体结构进行对比分析。因此，现有技术中既没有形成对于黄土结构湿陷的多因素耦合检测技术，又缺少一种无损检测方法实现对结构湿陷全过程不同阶段的连续检测。
5.另外值得注意的是，现有非饱和温控固结仪采用水浴加热方法形成对试样温度的控制，通过水高比热容特性做到较长时间的试样温度相对恒定，但此加热设备与方法较为落后，无法对温度进行准确的控制，并且加热时间较长，延长了试验周期。


技术实现要素：

6.为解决现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种水-热-力耦合作用下黄土结构湿陷无损检测装置，本发明能够方便地在水-热-力耦合作用下，对黄土湿陷过程的变形特性以及结构变化特性实现无损定量检测。
7.本发明是这样实现的：
8.本发明首先提供一种水-热-力耦合作用下黄土结构湿陷无损检测装置，包括压力室、固结盒、加载单元和电加热单元，其中：
9.压力室为一密闭腔室，其顶部设有进气口连通压力室内部，底部设有进水口和出水口连通固结盒内部；
10.固结盒安装在压力室内，包括加压板、透水石、环刀和陶土板，并且：
11.加压板叠置在透水石上，与透水石一起构成固结盒顶盖，透水石上安装有弯曲元
发射端并伸入盒内，弯曲元发射端与透水石之间密封；
12.环刀正对透水石安装在透水石下方，构成固结盒盒体，盒体内放置黄土试样；
13.陶土板安装在环刀下方压力室底座上，构成固结盒底板，陶土板上安装有弯曲元接收端并伸入盒内，弯曲元接收端与陶土板之间密封；
14.加载单元为一加载杆贯穿压力室的顶部并与加压板垂直正对，加载杆与压力室的顶部之间密封；
15.电加热单元用于对固结盒盒体内的黄土试样进行加热。
16.在一些实施例中，所述透水石上开设有供弯曲元发射端穿过的通孔，弯曲元发射端的一端固定安装在加压板上，另一端穿过该通孔，通孔内填充有环氧树脂；
17.陶土板上开设有供弯曲元接收端穿过的通孔，弯曲元接收端的一端固定安装在压力室的底部，另一端穿过该通孔，通孔内填充有环氧树脂。
18.在一些实施例中，所述弯曲元发射端通过一密封单元安装于加压板，该密封单元包括固定外壳、固定体和环氧树脂，固定外壳为一端有底的筒状结构，弯曲元发射端的底端通过固定体固定安装于固定外壳的底部，弯曲元发射端的引线从固定外壳的底部穿出，弯曲元发射端的顶端凸出于固定外壳，固定外壳内的其余空间填充环氧树脂；固定外壳的外部设有密封圈，透水石上开设有供固定外壳穿过的通孔，固定外壳与该通孔之间通过密封圈密封；
19.所述弯曲元接收端以相同的方式安装于压力室的底部，陶土板上开设有供固定外壳穿过的通孔；
20.优选的，所述弯曲元发射端的底端位于固定体的长度不超过弯曲元发射端长度的四分之三，弯曲元发射端的顶端凸出于固定外壳的长度为2-3mm；
21.所述弯曲元接收端的底端位于固定体的长度不超过弯曲元接收端长度的四分之三，弯曲元接收端的顶端凸出于固定外壳的长度为2-3mm；
22.优选的，所述固定体采用塑料。
23.在一些实施例中，还包括热电偶，设置于压力室的底部，位于陶土板的中心，热电偶贯穿陶土板并伸入固结盒内，热电偶与陶土板之间密封。
24.在一些实施例中，所述电加热单元采用电加热环，设置于压力室内所述环刀的外围，包括环形外壳和电热丝，环形外壳具有内腔，所述电热丝设置于内腔中，环形外壳与陶土板同轴设置，环形外壳的内径不小于陶土板的直径；环形外壳的下端与压力室的底部之间密封连接；
25.优选的，所述环形外壳的下端与压力室的底部之间可拆卸密封连接，环形外壳的下端设为台阶，台阶的外表面套设有密封圈，压力室的底部设有用于嵌入台阶的凹槽。
26.在一些实施例中，所述压力室包括压力室上盖、环形侧壁以及压力室底座，压力室上盖与压力室底座通过螺栓连接固定在环形侧壁的顶部和底部，压力室上盖与环形侧壁顶部的接触面上以及压力室底座与环形侧壁底部的接触面上均设有密封圈；
27.优选的，所述陶土板设置于压力室底座上并位于环形侧壁的中心，热电偶和弯曲元接收端均设置于压力室底座上，压力室底座上设有供热电偶和弯曲元接收端的引线穿出的孔道；
28.优选的，所述进水口和出水口开设于压力室底座上。
29.在一些实施例中，还包括气体循环泵、进出水控制器、温度控制器，气体循环泵与进气口连接，进出水控制器与进水口、出水口连接，电加热环和热电偶均与温度控制器连接。
30.在一些实施例中，还包括信号发生器和示波器，弯曲元发射端与信号发生器连接，弯曲元接收端与示波器连接。
31.在一些实施例中，还包括位移传感器，安装于加载杆上，其探头与压力室的顶部接触。
32.本发明还提供一种水-热-力耦合作用下黄土结构湿陷无损检测方法，基于所述的检测装置，包括如下步骤：
33.(1)制备一定尺寸试样，对原位取回的大块土样用环刀从大块土样中取得需要大小的试样，将由环刀包裹的土样一体放入压力室，完成装样流程；
34.(2)连接进气口、进水口、出水口，以及弯曲元发射端、弯曲元接收端；
35.(3)施加载荷至目标荷载，实时监测湿陷过程；
36.(4)设定目标温度，湿陷过程中始终保持稳定；
37.(5)对压力室施加设定的水压至进水体积稳定，实现土样初始含水条件控制，对压力室施加设定的气压，使气体通过透水石孔洞均匀作用于试样的上表面，直至所需的基质吸力；
38.(6)弯曲元发射端激发信号，弯曲元接收端接收信号，实现对土体初始小应变剪切模量的测定以及初始结构的无损检测；
39.(7)改变对压力室施加的水压模拟下一阶段湿陷过程，待进水体积稳定后，重复步骤(6)进行一次弯曲元信号激发并记录，实现对本湿陷阶段土体小应变剪切模量的测定以及结构湿陷的无损检测；
40.(8)重复步骤(7)直至土样饱和，实现对黄土结构湿陷全过程不同阶段的土体剪切模量的测定以及结构湿陷全过程的无损检测。
41.本发明相对于现有技术的有益效果是：
42.可承受较高压力的密闭压力室，可检测高应力环境下黄土湿陷结构变化特性。通过设置电加热环，电加热环内部能够放置环刀，利用电加热环能够直接对环刀内的土进行加热，提高了加热效率，配合热电偶，利用热电偶对环刀内的土进行实时温度检测，能够将环刀内的土快速加热到预设温度，能够方便地实现不同温度下黄土湿陷结构的检测，因为温度对非饱和黄土的强度和湿陷性具有较大影响。通过引进弯曲元系统，对黄土湿陷过程中小应变剪切模量变化情况的测量，实现对黄土结构湿陷全过程不同阶段的连续无损定量检测。
附图说明
43.为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。
44.本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供
熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容涵盖的范围内。
45.图1是本发明一种实施例检测装置的主体部分示意图；
46.图2是本发明一种实施例中固结盒部分剖面图；
47.图3是本发明一种实施例中弯曲元探头示意图；
48.图4为本发明一种实施例电加热环截面图；
49.图5是本发明一种实施例检测装置的整体示意图；
50.其中：1-加载杆，2-加载杆杆头，3-位移传感器，4-进气口，5-弯曲元发射端引线，6-加压板，7-弯曲元发射端，8-环刀，9-电加热环，9-1-环形外壳，9-2-电热丝，9-3-台阶，10-透水石，11-热电偶，12-弯曲元接收端，13-热电偶及弯曲元接收端引线，14-进水口，15-出水口，16-陶土板，17-压力室底座，18-连接螺栓，19-压力室上盖，20-气体循环泵，21-进出水控制器，22-加载架，23-信号放大器，24-示波器，25-温度控制器，26-密封圈，27-环氧树脂，28-固定外壳，29-固定体。
具体实施方式
51.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
52.在本发明的描述中，术语“包括/包含”、“由
……
组成”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的产品、设备、过程或方法不仅包括那些要素，而且需要时还可以包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种产品、设备、过程或方法所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括/包含
……”
、“由
……
组成”限定的要素，并不排除在包括所述要素的产品、设备、过程或方法中还存在另外的相同要素。
53.需要理解的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
54.还需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中心”等指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置、部件或结构必须具有特定的方位、以特定的方位构造或操作，不能理解为对本发明的限制。
55.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
56.以下结合较佳的实施方式对本发明的实现进行详细的描述。
57.参见图1，一种水-热-力耦合作用下黄土结构湿陷无损检测装置，包括压力室、固结盒、加载单元和电加热单元，其中：
58.压力室为一密闭腔室，其顶部设有进气口4连通压力室内部，底部设有进水口14和出水口15连通固结盒内部；
59.固结盒安装在压力室内，包括加压板6、透水石10、环刀8和陶土板16，并且：
60.加压板6叠置在透水石10上，与透水石10一起构成固结盒顶盖，透水石10上安装有弯曲元发射端7并伸入盒内，弯曲元发射端7与透水石10之间密封；
61.环刀8正对透水石10安装在透水石10下方，构成固结盒盒体，盒体内放置黄土试样；
62.陶土板16安装在环刀8下方压力室底座上，构成固结盒底板，陶土板16上安装有弯曲元接收端12并伸入盒内，弯曲元接收端12与陶土板16之间密封；
63.加载单元为一加载杆1贯穿压力室的顶部并与加压板6垂直正对，加载杆1与压力室的顶部之间密封；
64.电加热单元用于对固结盒盒体内的黄土试样进行加热。
65.湿陷是在土体受压及增湿后完成，本发明通过加载杆提供土样历史应力，通过下部进水口模拟增湿过程，通过进气口提供气压，以使土样内孔隙气压达到设定值，再与水压配合得到需要的基质吸力，基质吸力是分析非饱和黄土湿陷性的重要角度。
66.另外，温度对非饱和黄土的强度具有较大影响，当温度在0摄氏度以上时，土体抗剪强度会随温度升高而增大，主要是因为水的粘滞性随温度升高而减小，渗透系数增大，使土的孔隙比减小，强度也随之增大。反映到湿陷性上，温度升高，土体结构进一步破坏，土体团粒化程度提高，湿陷性增强，本发明通过电加热单元能够将环刀内的土快速加热到预设温度，能够方便地实现不同温度下黄土湿陷试验以及湿陷结构的检测。
67.参见图2，本发明中，透水石10上开设有供弯曲元发射端7穿过的通孔，弯曲元发射端7的一端固定安装在加压板6上，另一端穿过该通孔，通孔内填充有环氧树脂27；陶土板16上开设有供弯曲元接收端12穿过的通孔，弯曲元接收端12的一端固定安装在压力室的底部，另一端穿过该通孔，通孔内填充有环氧树脂27。通过在透水石10和陶土板16开设通孔，穿设弯曲元发射端7和弯曲元接收端12，弯曲元发射端7、弯曲元接收端12直接固定在加压板6、压力室的底部上，结构更简单，安装方便。
68.进一步的，由于弯曲元发射端的弯曲元片较为脆弱，使用过程中易损坏，因此本发明弯曲元发射端通过一密封单元安装于加压板6，以提高安装和密封的可靠性。
69.如图3所示，在一个实施例中，密封单元包括固定外壳28、固定体29和环氧树脂27，固定外壳28为一端有底的筒状结构，图中所示为底朝上，弯曲元发射端7的底端通过固定体29固定安装于固定外壳的底部，弯曲元发射端7的引线从固定外壳的底部穿出，弯曲元发射端7的顶端凸出于固定外壳，固定外壳内的其余空间填充环氧树脂27；固定外壳的外部设有密封圈26，透水石10上开设有供固定外壳穿过的通孔，固定外壳与该通孔之间通过密封圈26密封；本发明通过固定体包裹弯曲元片，安装时只需要将该部件对准底透水石预先打好的孔后整体插入即可，这样一方面保证了弯曲元发射端安装后的使用性能，且安装方便，另一方面，若弯曲元片本身材料已损坏，或者用一段时间后为保持精度需要更换，可以实现在弯曲元片出现问题时随时插拔接线后更换，比起传统设计弯曲元片固定在底座中央无法更
换更为优越。
70.同样，弯曲元接收端12以相同的方式安装于压力室的底部，陶土板16上开设有供固定外壳穿过的通孔。
71.本发明中，固定体29采用塑料，塑料体既不会损伤弯曲元片，也可对弯曲元片进行有效的固定。
72.进一步的，弯曲元发射端7的底端位于固定体的长度不超过弯曲元发射端7长度的四分之三，弯曲元发射端7的顶端凸出于固定外壳的长度为2-3mm；通过设计弯曲元发射端的底端位于固定体的长度不超过弯曲元发射端长度的四分之三，能够保证弯曲元发射端的震动，使得接收到的信号较为良好；弯曲元发射端的顶端凸出于固定外壳的长度为2-3mm，在安装时一般将固定外壳的端面与透水石10表面对齐，这样能够保证弯曲元发射端7的顶端伸入环刀内土体的部分长度为2-3mm，既能够保证测量又防止弯曲元发射端对环刀内土体的过多扰动，使得测量结果更加准确，保证测量效果。
73.弯曲元接收端12的底端位于固定体的长度不超过弯曲元接收端12长度的四分之三，弯曲元接收端12的顶端凸出于固定外壳的长度为2-3mm。通过设计弯曲元接收端的底端位于固定体的长度不超过弯曲元接收端长度的四分之三，能够保证弯曲元接收端的震动，使得接收到的信号较为良好，弯曲元接收端的顶端凸出于固定外壳的长度为2-3mm，在安装时一般将固定外壳的端面与陶土板16表面对齐，这样能够保证弯曲元接收端12的顶端伸入环刀内土体的部分长度为2-3mm，既能够保证测量又防止弯曲元接收端对环刀内土体的过多扰动，使得测量结果更加准确，保证测量效果。
74.进一步的，本发明还包括热电偶11，设置于压力室的底部，位于陶土板16的中心，热电偶11贯穿陶土板16并伸入固结盒内，热电偶11与陶土板16之间密封。利用热电偶对环刀内的土进行实时温度检测，配合电加热单元，能够将环刀内的土体快速加热到预设温度，方便地实现不同温度下黄土湿陷结构的检测。
75.如图4所示，在一个实施例中，电加热单元采用电加热环9，设置于压力室内环刀8的外围，包括环形外壳9-1和电热丝9-2，环形外壳9-1具有内腔，电热丝9-2设置于内腔中，环形外壳9-1与陶土板16同轴设置，环形外壳9-1的内径不小于陶土板16的直径；环形外壳9-1的下端与压力室的底部之间密封连接。通过设置电加热环，电加热环内部能够放置环刀，利用电加热环能够直接对环刀内的土体进行加热，提高了加热效率。
76.进一步的，环形外壳9-1的下端与压力室的底部之间可拆卸密封连接，环形外壳9-1的下端设为台阶9-3，台阶9-3的外表面套设有密封圈26，压力室的底部设有用于嵌入台阶9-3的凹槽。台阶、凹槽结构方便环形外壳9-1快速安装，外表面配合使用密封圈26，方便实现与压力室的底部之间密封连接。
77.继续参见图1，本发明中，压力室包括压力室上盖19、环形侧壁以及压力室底座17，压力室上盖19与压力室底座17通过螺栓18连接固定在环形侧壁的顶部和底部，压力室上盖19与环形侧壁顶部的接触面上以及压力室底座17与环形侧壁底部的接触面上均设有密封圈。通过上盖、侧壁、底座以及配合密封结构形成一个稳定的压力室空间，整个结构坐落在一个较大的加载架22上，自重较大的底座作为支撑。加载杆和压力室上盖组装后整体盖上底座，用四个长螺栓与底座相连，并通过底座上o型圈形成密封。控制基质吸力部分通过管线与压力室相连，温度控制部分与底座相连。
78.进一步的，陶土板16设置于压力室底座17上并位于环形侧壁的中心，热电偶11和弯曲元接收端12均设置于压力室底座17上，压力室底座17上设有供热电偶11和弯曲元接收端12的引线穿出的孔道；
79.进一步的，进水口14和出水口15开设于压力室底座17上。
80.再参见图5，本发明中，还包括气体循环泵20、进出水控制器21、温度控制器，气体循环泵20与进气口4连接，进出水控制器21与进水口14、出水口15连接，电加热环9和热电偶11均与温度控制器连接。气体循环泵20通过压力室上盖19处进气口4对压力室施加设定的气压，气体通过透水石孔洞均匀作用于试样的上表面，对试样进行吸力控制；通过温度控制器设定目标温度，湿陷过程中始终保持稳定；进出水控制器21通过进水口14对压力室施加设定的水压，待进水体积稳定后，实现土样初始含水条件控制。
81.进一步的，本发明还包括信号发生器23和示波器24，弯曲元发射端7与信号发生器23连接，弯曲元接收端12与示波器24连接。弯曲元发射端7和弯曲元接收端12的引线分别与信号发生器和示波器相连，弯曲元发射端激发信号，被弯曲元接收端及示波器接收，在示波器形成图像，实现对土体初始小应变剪切模量的测定以及初始结构的无损检测。
82.如图1，本发明还包括位移传感器3，安装于加载杆1上，其探头与压力室的顶部接触。位移传感器采用lvdt(线性可变差动变压器)，lvdt安装于加载杆上，lvdt的铁芯与压力室的顶部接触，位移传感器测量试样的竖向位移变化，同时记录变化数据。
83.参见图1～5，本发明的黄土结构湿陷无损检测装置在试验时，将加载杆1安装在压力室上盖19，将位移传感器lvdt安装在加载杆1上，将加载杆杆头2拧在加载杆1下端，将环刀8置于加热环9内，环刀8放置在陶土板16上，陶土板16嵌于压力室底座17上表面中心，土样放置在环刀8内，透水石10与加压板6粘连，放置在土样上。
84.热电偶11安装在陶土板16中心，顶端露出于陶土板3mm，并用o型圈及环氧树脂与陶土板16之间做好密封。
85.如图2所示，弯曲元发射端7和弯曲元接收端12的一种安装方式为：弯曲元接收端12底部安装在压力室底座17，在陶土板16相应位置打孔使弯曲元接收端12头部露出，并用环氧树脂填补洞口，便于弯曲元的固定及密封。弯曲元发射端7底部安装在加压板6，在透水石相应位置打孔，使发射端露出，并用环氧树脂填补洞口。弯曲元发射端7头部露出透水石10的高度为3mm，弯曲元接收端12头部露出陶土板16的高度为3mm。
86.如图3所示，弯曲元发射端7和弯曲元接收端12的另一种安装方式为：弯曲元发射端7和接收端12顶部露出环氧树脂3mm，弯曲元底端5mm采用塑料体包裹，塑料体既不会损伤弯曲元片，也可对弯曲元片进行有效的固定，用铝合金对塑料体进行包裹，底部留出导线，夹持部分以上13mm采用环氧树脂包裹，此部分及顶端露出3mm为弯曲元片震动部分。此部分为活动件，便于更换。
87.弯曲元发射端引线5通过压力室上盖19打孔引出，并用o型圈及钢制箍头做好密封，热电偶及弯曲元接收端引线13通过在压力室底座17打好通道引出，在出口处用o型圈及钢制箍头做好密封。
88.将压力室放置在加载架上，加载架为现有产品。热电偶11及加热环9与压力室外的温度控制器25相连，温度控制器25为现有产品。进水口14及出水口15与进出水控制器21相连，通过进出水控制器21控制给排水。弯曲元发射端7与接收端12通过引线分别与信号放大
器23及示波器24相连。压力室上盖19处进气口4与气体循环泵20相连，对试样进行吸力控制。
89.温度控制器25设定温度，加热环9升温对试样进行加热，试样的温度通过热电偶11进行测量反馈，完成温度控制。
90.利用本发明的黄土结构湿陷无损检测装置，对不同温度下黄土结构湿陷特性的检测方法包括以下步骤：
91.(1)制备一定尺寸试样，具体是对原位取回的大块土样再用环刀从大块土样中取得需要大小的试样，将由环刀包裹的土样置于底座上电加热环9中，盖上压力室上盖，拧紧螺栓形成密封，完成装样流程；
92.(2)各结构与计算机相连，即连接进气口、进水口、出水口，以及弯曲元发射端、弯曲元接收端，并连接计算机；
93.(3)通过加载架施加载荷至目标荷载，即施加荷载至历史上覆压力，试验开始时，逐级给试样施加0.1mpa的竖向压力，湿陷过程被实时监测，始终保持稳定；
94.(4)通过温度控制器设定目标温度，湿陷过程中始终保持稳定；
95.(5)用管线连接压力室底座上的进水口14和进水控制器，对压力室施加设定的水压，待进水体积稳定后，实现土样初始含水条件控制；同时用管线将压力室上盖进气口与气压控制器相连，对压力室施加设定的气压，使气体通过透水石孔洞均匀作用于试样的上表面；
96.(6)将弯曲元发射端引线5与信号发生器23相连，热电偶及弯曲元接收端引线13与示波器相连，弯曲元发射端激发信号，被弯曲元接收端及示波器接收，在示波器形成图像，实现对土体初始小应变剪切模量的测定以及初始结构的无损检测；
97.(7)改变对压力室施加的水压模拟下一阶段湿陷过程，待进水体积稳定后，重复步骤(6)进行一次弯曲元信号激发并记录，实现对本湿陷阶段土体小应变剪切模量的测定以及结构湿陷的无损检测；
98.(8)重复步骤(7)直至土样饱和，实现对黄土结构湿陷全过程不同阶段的土体剪切模量的测定以及结构湿陷全过程的无损检测。
99.每次试验在步骤(4)中设定不同温度，即可进行不同温度下黄土结构湿陷全过程的无损检测。
100.从上述方案可以看出，本发明具有以下优点：
101.(a)对原位取回的大块土样再用环刀从大块土样中取得需要大小的试样，此时环刀内土样和原始土样除温度外都相同，试验时环刀与土样一体放入压力室进行试验，可视为无损土样，本发明突出在结构性湿陷检测前后不损坏土样，可以对湿陷试验中的试样直接进行结构性检测，实现原位、无损检测；
102.(b)本发明通过电加热环对试样进行温度控制，并用热电偶及温控器实时对土样中心温度进行反馈控制，使土样均匀受热，精度可以控制在
±
1度，精度高，加热快，考虑温度影响更准确；
103.(c)本发明通过引入弯曲元系统，弯曲元系统可以随时启动检测，在未湿陷、加水湿陷时以及湿陷后都可以进行检测，对黄土湿陷过程中小应变剪切模量变化情况的测量，而小应变剪切模量这一参数反应了土体结构性，可以定量评价土体在湿陷过程中结构性的
变化，实现对黄土结构湿陷全过程不同阶段的连续无损定量检测；
104.(d)弯曲元部分为活动件，由于弯曲元片较为脆弱，使用过程中易损坏，本发明将此部分设计为活动件，便于更换；
105.(e)本发明基质吸力控制部分及固结应力均可通过计算机实时监测，便于记录与控制；
106.(f)本发明方案合理，结构明了，容易操作，通过充分考虑影响黄土湿陷的多种因素，对非饱和土黄土湿陷全过程进行精确的刻画。
107.本发明充分考虑了黄土在工程建设及防灾减灾等实际工况中的非饱和状态，同时考虑了随季节变化的湿度、温度环境影响，以及上覆荷载可能发生的变化，提出了在黄土湿陷过程中同时考虑含水率、温度以及荷载影响的多因素耦合检测方法。
108.本领域技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各优选方案可以自由地组合、叠加。
109.以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。