一种饱和土中水密度测定装置及试验方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于岩土工程技术领域，公开了一种饱和土中水密度的测定装置，包括固结容器、位移计、体变管、加压装置和制样模具，所述固结容器包括相互匹配并套设的加压上盖、固结容器上盒和固结容器下盒。该装置具有构造简单、易于加工、操作方便、可靠性高的特点。还公开了一种饱和土中水密度的试验方法，包括制备试样、安装试样、饱和试样、安装固结容器、饱和管路、压缩试样、拆除试样等步骤，能够准确获得不同含水率状态下饱和土样中水的平均密度，在此基础上建立饱和土中水密度与含水率的函数关系，以达到准确量化土中水体积、土的饱和度、土的体积含水率等物性指标的目的。

【技术实现步骤摘要】
一种饱和土中水密度测定装置及试验方法
本专利技术属于岩土工程
，涉及一种涉及土力学、土壤学、地质学、水文学、岩土工程领域中饱和土中水密度测定装置及试验方法。
技术介绍
土中水是土孔隙中的水和黏土矿物吸附的水，土中水密度指土中水质量与土中水体积的比值。在土力学、土壤学、地质学、水文学、岩土工程领域中通常认为土中水密度与自由水密度相同，即在4℃时密度为1.0g/cm3，然而，由于受到土中黏土矿物的吸附效应，土中水密度不是定值，最高可达1.68g/cm3。土中水密度是量化土的物理性质指标(如土中水体积、土的饱和度、土的体积含水率)的基础，例如计算土中水体积时需要用到水密度，由于通常土中水密度大于自由水密度，如果用1.0g/cm3的水密度代入计算则会招致过大的土中水体积，这也是很多情况下采用1.0g/cm3的水密度计算出饱和土样饱和度大于100％的原因。虽然土中水密度是量化土的物理性质指标的基础，土中水密度随重力含水率降低而增大亦有共识，但迄今为止，对于测定饱和土中水密度并没有非常有效可行的设备与方法。周葆春等人2015年发表的《压缩过程中非饱和膨胀土体变特征与持水特性的水力耦合效应》文章中开展了土中水密度试验、饱和与控制吸力下的非饱和一维压缩试验，准确测量了压缩与卸荷回弹过程中孔隙比–重力含水率–吸力–竖向净应力关系，探讨了水力耦合状况下非饱和膨胀土的体变特征与持水特性规律，但没有研究饱和土中水密度随饱和土中含水率变化规律模型。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种饱和土中水密度测定装置及试验方法，能够准确获得不同含水率状态下饱和土样中水的平均密度，在此基础上建立饱和土中水密度与含水率的函数关系，以达到准确量化土中水体积、土的饱和度、土的体积含水率等物性指标的目的。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术提供一种饱和土中水密度测定装置，包括固结容器、位移计、体变管、加压装置和制样模具，所述固结容器包括相互匹配并套设的加压上盖、固结容器上盒和固结容器下盒；所述加压上盖两侧对称开设排气通孔，所述排气通孔上通过O型垫圈设置密封螺丝；所述固结容器上盒沿圆周对称开设多个位移计杆螺纹孔；所述固结容器下盒内部设置有土样放置槽，所述土样放置槽底部开设S型的排水槽，所述排水槽两端分别与排水阀连接，其中一个排水阀与所述体变管连接；固结容器上盒和固结容器下盒通过锁紧螺丝固定，固结容器上盒和固结容器下盒通过第二O型密封圈密封接触；加压上盖通过第一O型密封圈与固结容器上盒内壁密封接触；所述位移计通过位移计架与位移计杆固定，所述位移计杆插入位移计杆螺纹孔内。进一步地，所述固结容器上盒沿圆周对称开设多个上盒锁紧螺纹孔，固结容器下盒沿圆周对称开设有多个下盒锁紧螺纹孔。进一步地，所述固结容器上盒为中空的T形，固结容器上盒中空部分的直径等于加压上盖的直径，固结容器下盒中土样放置槽的直径等于加压上盖的直径。进一步地，所述土样放置槽的直径为3.91cm、面积为12cm2。进一步地，所述加压装置包括砝码、平衡锤、加压杆和加压框架，所述加压杆施加的竖向压力范围为12.5kPa～12000kPa。进一步地，所述制样模具包括压头、导环、环刀和底座；所述环刀的内径为3.91cm、高为1.0cm。本专利技术还提供利用上述一种饱和土中水密度测定装置的饱和土中水密度的试验方法，包括如下步骤：步骤1：利用制样模具制备试样；步骤2：通过锁紧螺丝将固结容器上盒与固结容器下盒连接，依次在土样放置槽内放置透水石、滤纸，从环刀中将试样推入土样放置槽中，再在试样上依次放入滤纸、透水石和加压上盖；将位移计杆插入位移计杆螺纹孔内，安装好位移计架与位移计，将位移计调零；步骤3：将固结容器下部的两个排水阀打开，将固结容器置于真空缸中进行抽气饱和；饱和完成后通过位移计读数获得试样高度变化，再根据试样初始高度确定试样饱和后的高度，进而获得饱和后的试样体积；步骤4：关闭两个排水阀，从真空缸中取出固结容器，拧紧加压上盖的密封螺丝；再将固结容器置于加压框架正中，调整加压框架使试样与上下各部件接触良好；调整位移计读数为零；步骤5：将两个排水阀分别与体变管和针筒连接，打开排水阀，用针筒注入蒸馏水饱和管路，管路饱和后使体变管水面与试样中心高度齐平，然后关闭与针筒连接的排水阀，取下针筒；步骤6：通过加压装置施加竖向压力，观察位移计读数、体变管读数直至二者读数均不变时记录下位移计读数、体变管读数、水温；继续加载下一级竖向压力，重复步骤6操作；步骤7：试验结束后，取出试样，称量质量，烘干后测得干土质量；步骤8：依据试验测得结果，计算不同饱和土中含水率下的饱和土中水密度，建立饱和土中水密度随饱和土中含水率变化的数学模型。进一步地，所述饱和土中水密度为ρw,i，式中：ρw,i为第i级压力下排水稳定后饱和土中水密度，g/cm3；mw为第i级压力下排水稳定后饱和土中水质量，g；Vw为第i级压力下排水稳定后饱和土中水体积，cm3；m0为试样饱和后的质量，是整个试验结束后的试样质量与压缩过程中总排水质量之和，g；ms为干土质量，g；Vi为第i级压力下排水稳定后的体变管读数，mL；V0为安装试样后施加竖向压力前的体变管初始读数，mL；ρw,T为试验温度T对应的纯水密度，g/cm3；h0为安装试样后施加竖向压力前的试样高度，cm；Hi为第i级压力下排水稳定后的试样高度变化，cm；A0为试样面积，cm2；Gs为土粒比重；ρw,4℃为4℃对应的纯水密度，g/cm3；所述饱和土中含水率为wi，相比现有技术，本专利技术的有益效果在于：本专利技术试验方法基于饱和土样进行压缩试验，通过量测压缩过程中土样排出的水体积、土样的总体积变化，能够准确获得不同含水率状态下饱和土样中水的平均密度，在此基础上建立饱和土中水密度与含水率的函数关系，以达到准确量化土力学、土壤学、地质学、水文学、岩土工程领域中水体积、土的饱和度、土的体积含水率等物性指标的目的；本专利技术装置具有构造简单、易于加工、操作方便、可靠性高的特点。附图说明图1为本专利技术饱和土中水密度测定装置的示意图。图2为本专利技术图1中固结容器的剖面示意图。图3为本专利技术图1中加压上盖的剖面示意图。图4为本专利技术图1中固结容器上盒的俯视示意图。图5为本专利技术图1中固结容器上盒的剖面示意图。图6为本专利技术图1中固结容器下盒的俯视示意图。图7为本专利技术图1中固结容器下盒的剖面示意图。图8为本专利技术中制样模具的剖面示意图。图9为本专利技术图8制样模具中环刀的正视图。图10为本专利技术实施例3中测得的饱和土中水密度随含水率变化的关系曲线。附图中标记：1为位移计，2为加压杆，3为加压框架，4为加压上盖，401为密封螺丝，402为第一O型密封圈，403本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种饱和土中水密度测定装置，包括固结容器、位移计(1)、体变管(10)、加压装置(18)和制样模具，其特征在于，所述固结容器包括相互匹配并套设的加压上盖(4)、固结容器上盒(5)和固结容器下盒(6)；/n所述加压上盖(4)两侧对称开设排气通孔(404)，所述排气通孔(404)上通过O型垫圈(403)设置密封螺丝(401)；所述固结容器上盒(5)沿圆周对称开设多个位移计杆螺纹孔(502)；所述固结容器下盒(6)内部设置有土样放置槽，所述土样放置槽底部开设S型的排水槽(602)，所述排水槽(602)两端分别与排水阀(7)连接，其中一个排水阀(7)与所述体变管(10)连接；/n固结容器上盒(5)和固结容器下盒(6)通过锁紧螺丝(11)固定，固结容器上盒(5)和固结容器下盒(6)通过第二O型密封圈(601)密封接触；加压上盖(4)通过第一O型密封圈(402)与固结容器上盒(5)内壁密封接触；/n所述位移计(1)通过位移计架(8)与位移计杆(9)固定，所述位移计杆(9)插入位移计杆螺纹孔(502)内。/n

【技术特征摘要】
1.一种饱和土中水密度测定装置，包括固结容器、位移计(1)、体变管(10)、加压装置(18)和制样模具，其特征在于，所述固结容器包括相互匹配并套设的加压上盖(4)、固结容器上盒(5)和固结容器下盒(6)；
所述加压上盖(4)两侧对称开设排气通孔(404)，所述排气通孔(404)上通过O型垫圈(403)设置密封螺丝(401)；所述固结容器上盒(5)沿圆周对称开设多个位移计杆螺纹孔(502)；所述固结容器下盒(6)内部设置有土样放置槽，所述土样放置槽底部开设S型的排水槽(602)，所述排水槽(602)两端分别与排水阀(7)连接，其中一个排水阀(7)与所述体变管(10)连接；
固结容器上盒(5)和固结容器下盒(6)通过锁紧螺丝(11)固定，固结容器上盒(5)和固结容器下盒(6)通过第二O型密封圈(601)密封接触；加压上盖(4)通过第一O型密封圈(402)与固结容器上盒(5)内壁密封接触；
所述位移计(1)通过位移计架(8)与位移计杆(9)固定，所述位移计杆(9)插入位移计杆螺纹孔(502)内。


2.根据权利要求1所述的一种饱和土中水密度测定装置，其特征在于，所述固结容器上盒(5)沿圆周对称开设多个上盒锁紧螺纹孔(501)，固结容器下盒(6)沿圆周对称开设有多个下盒锁紧螺纹孔(603)。


3.根据权利要求1所述的一种饱和土中水密度测定装置，其特征在于，所述固结容器上盒(5)为中空的T形，固结容器上盒(5)中空部分的直径等于加压上盖(4)的直径，固结容器下盒(6)中土样放置槽的直径等于加压上盖(4)的直径。


4.根据权利要求1所述的一种饱和土中水密度测定装置，其特征在于，所述土样放置槽的直径为3.91cm、面积为12cm2。


5.根据权利要求1或4所述的一种饱和土中水密度测定装置，其特征在于，所述加压装置(18)包括砝码(20)、平衡锤(19)、加压杆(2)和加压框架(3)，所述加压杆(2)施加的竖向压力范围为12.5kPa～12000kPa。


6.根据权利要求1所述的一种饱和土中水密度测定装置，其特征在于，所述制样模具包括压头(14)、导环(15)、环刀(16)和底座(17)；所述环刀(16)的内径为3.91cm、高为1.0cm。


7.利用权利要求1～6任一项所述的一种饱和土中水密度测定装置的饱和土中水密度的试验方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：利用制样模具制备试样(12)；
步骤2：通过锁紧螺丝(11)将固结容器上盒(5)与固结...

【专利技术属性】
技术研发人员：周葆春，卢宁，杜基俊，马全国，赵鑫鑫，郎梦婷，
申请(专利权)人：信阳师范学院，
类型：发明
国别省市：河南;41