[发明专利]土体膨胀冻胀联合测试装置及测试方法

说明书

技术领域

本发明涉及土体性质测试领域，具体是涉及一种用于膨胀土的膨胀率和冻胀率联合测试的装置及测试方法。

背景技术

膨胀土是一种具有膨胀结构以及多裂隙性、强胀缩性和强度衰减性的高塑性粘性土，也是典型的非饱和土。膨胀土分布范围较广，对工程建设的危害较大，防治较为困难。目前，对膨胀土的研究已成为当前岩土工程的重要研究方向之一，近年来国内外学者对膨胀土的研究比较多，而且研究多集中在土体的膨胀特性方面。

目前，国内外针对膨胀土开展的冻胀特性试验，采用的仍然是适用于普通土的冻胀试验方法，而未考虑土体的膨胀量，这就导致试验结果的不准确。发明人曾多次开展试验，尝试采用两种方法进行对比，试验结果证明，当前的膨胀土冻胀性试验并不完善，计算结果存在较大偏差，导致对膨胀土的工程性质掌握不准确、不全面，从而对工程设计产生不利影响。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有针对膨胀土膨胀特性测试不准确的问题，而提供土体膨胀冻胀联合测试装置及测试方法。

本发明土体膨胀冻胀联合测试装置包括恒温箱、顶板低温循环浴、底板低温循环浴、试样盒、顶板、多个热敏电阻温度计、位移传感器、供水装置、数据采集系统和主控计算机，其中试样盒为有机玻璃圆筒，在恒温箱的下部设置有顶板低温循环浴和底板低温循环浴，试样盒置于恒温箱内的底板上，顶板安放到试样盒顶部并通过导管与顶板低温循环浴的出口相连接，试样盒底部的底板通过导管与底板低温循环浴的出口相连接，在试样盒的侧壁、顶板和底板上均插有热敏电阻温度计，顶板的上方安装有位移传感器，底板的下表面通过水管连接供水装置，热敏电阻温度计与位移传感器的信号输出端分别连接到数据采集系统的信号输入端，数据采集系统的信号输出端连接主控计算机。

本发明土体膨胀冻胀联合测试方法按下列步骤实现：

一、将试验土料装入试验盒中，使用压力机将土体压制成型，得到土体试样；

二、在底板上铺设透水石和滤纸，放入步骤一得到的土体试样，然后在土体试样的上表面再放上滤纸和透水石，加盖顶板，完成土体试样的装样；

三、在试样盒的侧壁、顶板和底板上插入热敏电阻温度计，在顶板的上方安装位移传感器，连接顶板低温循环管路和底板低温循环管路，再连接上底板的供水装置，供水排除底板内气泡，最后连接电路完成联合测试装置的组装；

四、开启恒温箱，设定恒温箱内的温度为20℃，调节顶板低温循环浴和底板低温循环浴的温度为20℃，完成初始温度调节；

五、通过供水装置自下而上向试样盒内注水，使水面高出土体试样5mm，当位移传感器读数稳定时，记录位移传感器的初始读数z₀（mm）；

六、记录24～48h内某任一时间的位移传感器读数z_t（mm），按如下的公式(Ⅰ)计算无荷载膨胀率；

δe=zt-z0h0×100---(I)]]>

其中δ_e—时间为t时的无荷载膨胀率(%)；

h₀—土体试样的高度（mm）；

七、调节恒温箱内的温度为1℃，调节顶板低温循环浴和底板低温循环浴的温度为1℃，恒温至土体试样达到1℃，完成冻胀初始温度调节；

八、将顶板温度调节到-15℃，保持0.5h，然后再将顶板温度调节到-2℃，使土体试样的温度以0.3℃/h的速度下降，持续72h后记录位移传感器读数z′_t（mm）；

九、将土体试样从试样盒中取出，测量土体试样的冻结深度H_f（mm），计算总冻胀量△h=z′_t-z_t，再按如下的公式（Ⅱ）计算冻胀率，完成土体膨胀冻胀联合测试；