一種標準擊實功下土體凍脹參數的測試裝置及其測試方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于寒區(qū)土體特性檢測技術領域，尤其涉及一種標準擊實功下土體凍脹參 數的測試裝置及其測試方法，研究路基凍脹翻漿機理及防治措施。
【背景技術】
[0002] 寒區(qū)道路工程中出現的凍脹機理是路基土中水及水的迀移積聚凍結引起土體中 水分重新分布，并平行于凍結界面而形成數層凍層，局部地段尚有冰透鏡體或冰塊，擠壓土 體，體積增大而產生路基隆起現象；而翻漿機理是由于春季溫度上升使地表冰層融化較早， 而下層尚未解凍時，融化層的水分無法向下消散，導致淺層土體含水量增大而出現軟化，強 度顯著降低，由車輛動荷載反復作用下，從而出現翻漿現象。隨著我國國民經濟的發(fā)展，全 國交通運輸量與日倶增，更加劇寒區(qū)道路翻漿的問題。
[0003] 當前對于處理路基凍脹翻漿問題的解決尚未形成有效統(tǒng)一的方法。為解決凍脹翻 漿問題，不少專業(yè)人士嘗試采用各種試驗方法研究凍脹機理，包括現場試驗和室內試驗，鑒 于現場試驗周期較長、費用較高，一般不采用。而室內試驗僅從凍脹量測試的角度出發(fā)研究 凍脹機理，有很大的局限性。

【發(fā)明內容】

[0004] 針對上述缺陷或不足，本發(fā)明提供了一種下標準擊實功下土體凍脹參數的測試裝 置及其測試方法，能夠測試土體凍脹率、水分迀移以及溫度傳遞規(guī)律。
[0005] 為達到以上目的，被發(fā)明的技術方案為：
[0006] -種標準擊實下土體凍脹率、水分迀移及溫度傳遞的測試裝置，包括測試系統(tǒng)、數 據采集系統(tǒng)，以及制冷系統(tǒng)；
[0007] 測試系統(tǒng)包括開設有若干孔的鋼底板，鋼底板上設置有可分離式鐵筒，可分離式 鐵筒外圍設置有機玻璃筒，可分離式鐵筒中放置標準擊實的土樣；可分離式鐵筒的頂端套 設有套環(huán)，且套環(huán)的頂端與有機玻璃筒卡合，鋼底板、有機玻璃筒以及套環(huán)通過緊固裝置鎖 緊；
[0008] 數據采集系統(tǒng)包括設置于土樣中的若干水分溫度傳感器，水分溫度傳感器上連接 有水分溫度數據采集器，土樣上方架設有橫梁，橫梁上安裝有第一、第二位移傳感器，第一、 第二位移傳感器上連接有位移數據采集器，水分溫度數據采集器和位移數據采集器連接于 主控計算機上；
[0009] 制冷系統(tǒng)包括盤繞于有機玻璃筒內壁上的銅管，銅管的入口與出口分別通過第 一、第二塑料軟管與循環(huán)制冷儀器相連接。
[0010] 所述緊固裝置包括安裝于有機玻璃筒兩端的第一螺旋桿和第二螺旋桿，第一螺旋 桿和第二螺旋桿結構相同，其中，第一螺旋桿的一端安裝于鋼底板上，另一端與套環(huán)連接于 套環(huán)邊緣，通過螺母將套環(huán)和鋼底板鎖緊。
[0011] 所述第一、第二位移傳感器沿土樣表面直徑對稱安裝。
[0012] 所述橫梁上安裝有千分表，千分表安裝于第一、第二位移傳感器之間。
[0013] 所述可分離式鐵筒由第一半圓柱鐵筒與第二半圓柱鐵筒無縫對接而成。
[0014] 所述鋼底板上開設有內外兩道環(huán)槽，第一、第二半圓柱鐵筒、機玻璃筒分別嵌于內 外兩道環(huán)槽，第一、第二半圓柱鐵筒實現無縫對接。
[0015] 所述土樣中設置有五個水分溫度傳感器，土樣內部自上而下等差排布有第一、第 二、第三、第四、第五水分溫度傳感器且相鄰兩個水分溫度傳感器間隔錯開布置。
[0016] 所述有機玻璃筒外設置有保溫棉。
[0017] -種標準擊實下土體凍脹率、水分迀移及溫度傳遞的測試方法，包括以下步驟：
[0018]1)、將待測試的土樣分層倒入可分離式鐵筒，同時間隔埋置水分溫度傳感器；
[0019] 2)、擊實得到土樣后，根據實際工況需要，在頂部設置有無荷載，底部有無水源補 充，安裝連接位移傳感器，連接組成數據采集系統(tǒng)；
[0020] 3)、依次按 20Γ、15Γ、10Γ、5Γ、0Γ、-5Γ、-10Γ、-15Γ、-20Γ、-25Γ、-30Γ順 序降溫凍結，20°C~0°C之間每個降溫梯度間隔時間2小時，0°C~30°C之間每個降溫梯度 標準為，獲取主控計算機曲線圖；
[0021]4)、凍結過程結束，按照步驟3)的降溫順序逆向升溫，獲取主控計算機曲線圖；
[0022] 5)、重復步驟3)、4) 3次，完成3次凍融循環(huán)過程，計算每次凍融循環(huán)第i個凍結溫 度下的凍脹率：
[0023]
[0024]
[0025] 其中，ni-第i個凍結溫度下的凍脹率；
[0026]h0(5i)nh0(52)一分別為第一位移傳感器5-1和第二位移傳感器5-2初始位移；
[0027]ht(5i)nht(52)一分別為第一位移傳感器5-1和第二位移傳感器5-2凍結位移；
[0028] 6)、試驗結束，保持凍結狀態(tài)，快速卸去套環(huán)，分開第一、第二半圓柱鐵筒，取出完 整非擾動的土樣，觀察表面及剖開后的凍結紋理，總結水分迀移、溫度傳遞規(guī)律，對比每個 凍融循環(huán)下同一凍結溫度下凍脹率變化規(guī)律。
[0029] 所述可分離式鐵筒中填充最大粒60mm的土體擊實，標準擊實錘4. 5kg，落距45cm， 單位體積擊實功能控制在2677. 2~2687.OkJ/m3范圍內，并分6層擊實，每層擊實次數為 358 次。
[0030] 與現有技術像比較，本發(fā)明的有益效果為：
[0031] 本發(fā)明提供了一種標準擊實下土體凍脹率、水分迀移及溫度傳遞的測試裝置及其 測試方法，通過在測試系統(tǒng)中的鋼底板上設置盛放土樣的可分離式鐵筒，在可分離式鐵筒 中分層倒入待檢測土樣，并且放置水分溫度傳感器和位移傳感器，根據實際工況設置有無 荷載、有無水源補充；設定溫度進行若干凍融循環(huán)并采集數據；結束后保持凍結狀態(tài)取出 完整非擾動的土樣，觀察表面及剖開后的凍結紋理，總結水分迀移、溫度傳遞規(guī)律，對比每 個凍融循環(huán)下同一凍結溫度下凍脹率變化規(guī)律。該裝置拆裝簡單，測試過程方便，數據結果 更加直觀、穩(wěn)定、準確。
[0032] 進一步的，本發(fā)明裝置的主體框架能快速組裝與拆卸取樣，鋼鐵筒兩部分嵌于鋼 底板上的內環(huán)槽，頂部以套環(huán)套牢，套環(huán)外搭于有機有機玻璃筒上沿，即可組裝成結實的主 體框架。
[0033] 進一步的，本發(fā)明中的循環(huán)制冷系統(tǒng)，制冷儀器制備設定溫度下的工業(yè)酒精，由塑 料軟管輸送進入導熱性良好的銅管道，再經由塑料軟管流回制冷儀器，組成一個簡單、實用 的循環(huán)制冷系統(tǒng)，結構簡單，有效。
【附圖說明】
[0034] 圖1是本發(fā)明裝置的結構示意圖。
[0035] 圖2是本發(fā)明裝置的主視圖。
[0036] 圖3是本發(fā)明裝置的側視圖。
[0037] 圖4是本發(fā)明裝置的俯視圖。
[0038] 圖中，1-1 一第一螺旋桿、1-2-第二螺旋桿、2-有機玻璃筒、3-套環(huán)、4 一橫梁、 5-1-第一位移傳感器、5-2-第二位移傳感器、6-1-第一半圓柱鐵筒、6-2-第二半圓柱鐵 筒、7-千分表、8-1-第一位塑料軟管、8-2-第二位塑料軟管、9-1 一第一水分溫度傳感器、 9-2-第二水分溫度傳感器、9-3-第三水分溫度傳感器、9-4 一第四水分溫度傳感器、9-5- 第五水分溫度傳感器、10-銅管、11 一保溫棉、12-鋼底板、13-位移數據采集器、14 一水分 溫度數據采集器、15-主控計算機、16-循環(huán)制冷儀器。
【具體實施方式】
[0039] 下面結合附圖對本發(fā)明做詳細描述。
[0040] 本發(fā)明的測試裝置及測試方法旨在測定路基土體在標準擊實功能下土體不同含 水量、不同級配、不同凍結溫度下的凍脹率，觀察分析總結發(fā)生凍脹時土體中水分的迀移規(guī) 律、溫度傳遞規(guī)律?！揪唧w實施方式】以裝置頂部無荷載、底部有水源補充的工況為例作說明。
[0041] 如圖1~4所示，本發(fā)明提供了一種標準擊實下土體凍脹率、水分迀移及溫度傳遞 的測試裝置，能夠檢測標準擊實功能下土體凍脹率、水分迀移規(guī)律、溫度傳遞規(guī)律，包括測 試系統(tǒng)、數據采集系統(tǒng)，以及制冷系統(tǒng)；
[0042] 測試系統(tǒng)包括開設有若干孔的鋼底板12,鋼底板12上設置可分離式鐵筒，所述可 分離式鐵筒由第一半圓柱鐵筒6-1與第二半圓柱鐵筒6-2無縫對接而成，可分離式鐵筒外 圍設置有機玻璃筒2,可分離式鐵筒中放置標準擊實的土樣；可分離式鐵筒的頂端套設有 套環(huán)3,且套環(huán)3的頂端與有機玻璃筒2卡合，鋼底板12、有機玻璃筒2以及套環(huán)3通過緊 固裝置加緊；所述緊固裝置包括安裝于有機玻璃筒2兩端的第一螺旋桿1-1和第二螺旋桿 1-2,第一螺旋桿1-1和第二螺旋桿1-2結構相同，其中，第一螺旋桿1-1的一端安裝于鋼底 板12上，另一端與套環(huán)連接于套環(huán)3邊緣，通過螺母將套環(huán)3和鋼底板12夾緊。本發(fā)明中 有機玻璃筒2內直徑為30cm;可分離式鐵筒的內直徑為27mm，鋼底板12上開設有若干圓柱 形小孔，小孔直徑為3mm。
[0043] 數據采集系統(tǒng)包括設置于土樣中的若干水分溫度傳感器，水分溫度傳感器上連接 有水分溫度數據采集器14, 土樣上方安裝有位移傳感器，位移傳感器上連接有位移數據采 集器13,水分溫度數據采集器14和位移數據采集器13連接于主控計算機15。
[0044] 制冷系統(tǒng)包括盤繞于有機玻璃筒2內壁上的銅管10,銅管10通過第一、第二塑料 軟管8-U8-2與循環(huán)制冷儀器16相連接。具體的，銅管10的入口與出口分別連接第一、二 塑料軟管8-1、8-2,第一、二塑料軟管8-U8-2連接循環(huán)制冷儀器16與銅管10,有機玻璃筒 2外設置有保溫棉11