一种路基干湿循环试验的基质吸力控制法制造技术

本发明专利技术涉及土木工程技术领域，特别是涉及一种路基干湿循环试验的基质吸力控制法。本发明专利技术提供一种路基干湿循环试验装置，包括由压力室底座和下敞口式压力室罩所构成的中空的压力室，所述中空的压力室中设有中空的试样装置，所述试样装置位于压力室底座上，所述试样装置底部为试样装置底座、侧壁为橡皮膜、顶部为试样上帽，所述试样装置底座上表面设有高进气值陶土板，所述试样上帽下表面设有透水石，还包括反压传感器、孔隙水压力传感器、气压传感器和围压传感器。本发明专利技术所提供的试验方法所用仪器制造简单，试验结果精度高，使用方便，满足试样干湿循环试验控制要求，可以直接进行各种多孔介质包括砂、砂土、粉土、黏土的干湿循环试验。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及土木工程
，特别是涉及。本专利技术提供一种路基干湿循环试验装置，包括由压力室底座和下敞口式压力室罩所构成的中空的压力室，所述中空的压力室中设有中空的试样装置，所述试样装置位于压力室底座上，所述试样装置底部为试样装置底座、侧壁为橡皮膜、顶部为试样上帽，所述试样装置底座上表面设有高进气值陶土板，所述试样上帽下表面设有透水石，还包括反压传感器、孔隙水压力传感器、气压传感器和围压传感器。本专利技术所提供的试验方法所用仪器制造简单，试验结果精度高，使用方便，满足试样干湿循环试验控制要求，可以直接进行各种多孔介质包括砂、砂土、粉土、黏土的干湿循环试验。【专利说明】
本专利技术涉及土木(岩土)工程
，进一步涉及一种土工测试方法，特别是涉及。
技术介绍
道路在运营期间，由于边坡渗流、地下水位升降、地表水蒸发与植物吸收等原因，将会造成路基湿度反复变化，特别是路基的边坡等位置极易出现此类干湿循环现象。已有研究表明，非饱和土经过反复干湿循环的应力路径后，其力学特性将产生不可逆转的变化。因此，针对干湿循环后的路基性能研究是保障路基稳定性、提闻路基路用性能的基础，而在室内模拟路基干湿循环是此类研究的第一步，也是关键的一步。目前，室内干湿循环试验主要应用于膨胀土研究，所采用的方法有常规的浸水(喷水)-蒸发干燥法，也有化学分析法。常规方法对含水率的变化情况没有有效的控制措施、对于试样在吸水过程中可能会出现膨胀破坏预防不足，且手段粗糙、人为影响因素多，误差大。化学分析法试验步骤多、溶液配制复杂、对使用人员技术要求高、不易操作。该申请就是要专利技术一种试验装置，以准确模拟路基干湿循环过程，确保试样经历干湿循环过程后依然满足后续试验要求。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供，用于解决现有技术中的问题。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术第一方面提供一种路基干湿循环试验装置，包括由压力室底座和下敞口式压力室罩所构成的中空的压力室，所述中空的压力室中设有中空的试样装置，所述试样装置位于压力室底座上，所述试样装置底部为试样装置底座、侧壁为橡皮膜、顶部为试样上帽，所述试样装置底座上表面设有高进气值陶土板，所述试样上帽下表面设有透水石，还包括反压传感器、孔隙水压力传感器、气压传感器和围压传感器，所述反压传感器通过反压管道与高进气值陶土板相连，所述反压管道上设有反压控制阀，所述孔隙水压力传感器通过孔隙水压力管道与高进气值陶土板相连，所述气压传感器通过气压管道与透水石相连，所述气压传感器上设有气压控制阀，所述围压传感器通过围压管道与压力室相通，所述围压管道上设有围压控制阀。在试验时，试样填充于试样装置中。优选的，还包括固定杆，所述试样上帽通过固定杆与压力室罩罩体相连。优选的，所述高进气值陶土板的上表面和所述透水石的下表面均设有滤纸。优选的，所述反压控制阀、反压传感器、孔隙水压力传感器、气压控制阀、气压传感器、围压控制阀和围压传感器均位于压力室外。优选的，所述橡皮膜长度为15~20cm,直径为4~6cm。优选的,所述压力室罩内径≥20cm,高度为25~35cm。优选的，所述试样装置底座的高度为7~9cm，优选的，所述试样上帽的高度为I?3cm，直径为4?6cm。一般情况下试样上帽的直径与橡皮膜的直径相匹配。本领域技术人员可根据实际情况，选择适当的管道类型和尺寸作为气压管道、围压管道、反压管道。优选的，所述气压管道、围压管道、反压管道采用高压水管或气管。本专利技术第二方面提供，使用所述路基干湿循环试验装置，包括如下步骤:I)将试样置于试样装置中，2)关闭反压控制阀、气压控制阀和围压控制阀，在压力室内注满水；3)开周围压力阀，先对试样施加一定量的围压，观察围压传感器读数，待围压变化稳定，开反压控制阀，再施加一定量的反压，检查孔隙水压力传感器，待孔隙水压力稳定，再进一步逐级交替提高围压和反压，直至试样饱和；4)待试样饱和后，关闭反压控制阀，进一步适当提升围压至试样固结稳定；再关闭围压控制阀、打开气压控制阀，并将气压调节至与孔隙水压力相等，此时基质吸力S = O;5)打开反压控制阀，并提升气压开始脱湿过程；6)脱湿过程结束后，降低气压开始吸湿过程；重复步骤5)和步骤6)进行干湿循环试验，评价试样的干湿循环性能。优选的，所述步骤I)中，将橡皮膜分别与试样上帽和压力室底座扎紧，以密封内部试样。优选的，所述步骤2)中的水不含有残留的气泡。步骤3)中，施加围压的具体方式为通过围压管道注入水，施加反压的具体方式为通过反压管道注入水。具体的，先对试样施加50kPa的围压，观察围压传感器读数，待围压变化稳定，开反压力控制阀，再施加40kPa的反压，检查孔隙水压力传感器，待孔隙水压力稳定，再进一步逐级交替提高围压和反压，每级围压和反压均为50kPa。每施加一级压力后都需测定孔隙水压力。优选的，所述步骤3)中，所述试样饱和具体指:当孔隙水压力增量与围压压力增量之比小于0.98时,试样达到饱和。所述孔隙水压力增量和围压压力增量具体指逐级施加围压和反压时，每次增加的量。所述步骤3)的加压过程中，试样中本来所含有的少量空气由于压力提升，会溶于水内。优选的，所述步骤4)中，围压值应与工程实际荷载相适应，根据土样所处层位计算确定。优选的，所述步骤5)中，所述脱湿过程的结束以反压管道中排水基本结束为准。优选的，所述步骤6)中，所述吸湿过程的结束以反压管道中注水基本结束为准。所述排水和注水基本结束具体为:24h测得试样排水或者吸水体积小于试样体积的 0.05%。气压传感器的压力为Ua，孔隙水压力传感器的压力为uw。步骤3)中饱和完成时围压为σ。，步骤4)中固结稳定时围压为Otl，步骤5)中提升气压和步骤6)中降低气压的量为Aua。所述饱和完成时围压σ。为各级施加的围压之和。优选的，重复步骤5)和步骤6)进行干湿循环的总次数为5-8次。基质吸力控制法的试验原理就是运用轴平移技术控制基质吸力的改变，从而实现室内模拟路基干湿循环过程，采用轴平移技术，必须能够控制孔隙气压力，并且能够控制或者量测孔隙水压力，通常的做法是借助于封闭在仪器底座的饱和高进气值陶土板，这种陶土板是一种多孔陶瓷板，水可以通过，而自由空气不能通过，且须保证土样中的水同高进气值陶土板中的水是连续的，这样才能正确量测吸力；受公路所在地大气环境及地下水位等因素的综合影响，路基运营期的含水率远大于填筑期的最佳含水率ω_±2%情况，一般为ωορ?~ω_+7%，出于对路基最不利状态的考虑及便于试验过程的操作等方面，本方法建议选择路基饱和含水率为干湿循环上限，目标含水率为下限，即S = OkPa为基质吸力范围下限，目标含水率时的基质吸力做为上限；本试验所采用吸力平衡的判别标准为:24h测得试样排水或者吸水体积小于试样体积的0.05%，稳定后控制围压不变，进行下一级基质吸力加、减过程。本专利技术第三方面提供所述路基干湿循环试验的基质吸力控制法在土工测试领域的应用。如上所述，本专利技术所提供的试验方法所用仪器制造简单，试验结果精度高，使用方便，满足试样干湿循环试验控制要求，可以直接进行各种多孔介质包括砂、砂土、粉土、黏土的干湿循环试验。 此外，本专利技术所提供的试验方法和装置适用范围，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种路基干湿循环试验装置，其特征在于，包括由压力室底座(7)和下敞口式压力室罩(2)所构成的中空的压力室，所述中空的压力室中设有中空的试样装置，所述试样装置位于压力室底座(7)上，所述试样装置底部为试样装置底座(21)、侧壁为橡皮膜(4)、顶部为试样上帽(20)，所述试样装置底座(21)上表面设有高进气值陶土板(6)，所述试样上帽(20)下表面设有透水石(19)，还包括反压传感器(10)、孔隙水压力传感器(12)、气压传感器(15)和围压传感器(18)，所述反压传感器(10)通过反压管道(8)与高进气值陶土板(6)相连，所述反压管道(8)上设有反压控制阀(9)，所述孔隙水压力传感器(12)通过孔隙水压力管道(11)与高进气值陶土板(6)相连，所述气压传感器(15)通过气压管道(13)与透水石(19)相连，所述气压传感器(15)上设有气压控制阀(14)，所述围压传感器(18)通过围压管道(16)与压力室相通，所述围压管道(16)上设有围压控制阀(17)。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：钱劲松，凌建明，李冬雪，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海;31