[发明专利]一种干湿循环试验测定土样体积的方法及试样体变测试盘

说明书

技术领域

本发明涉及一种非饱和土在含水量变化下试样体积变化的测定方法和装置，属于土工测试技术领域。

背景技术

一定含水量的土体，受到外力后容易变形，使其结构发生变化。土体从饱和状态到非饱和土状态的过程中，含水量逐步减小，基质吸力增大，试样体积逐步变小，见《用收缩试验资料间接估算压力板试验中的体积含水量》(张华等，《岩土力学》第20卷第2期)。从饱和土到非饱和土测试的过程中，试样含水量的测量通常采用天平获取，而试样体变的测量一直是个难以解决的一个问题。

目前，试样体变的测量方法通常有以下三种处理方法，第一种认为试样体积变化较小，忽略试样体积前后的变化，这种方法适合在在体变非常小的情况下，但是如果体变较大，不能忽略的时候，就显得脱离了事实；第二种方法是试样排水测量法，该方法是将试样用橡皮膜密封，排开水的体积就是试样的体变，见《新双室非饱和土体积变化测量系统》(詹良通、吴宏伟，香港科技大学土木工程系，香港)，这种方法的前提条件是必须将试样用橡皮膜密封，确保外部的水不能进入试样，也就是说试样密封在水环境的情况下，这种方法是可行的。但是多数情况下试样不能处于橡皮膜密封状态，因此这种方法有一定的局限性。第三种方法是采用游标卡尺量通过试样不同点位上的测量数据，对其平均，从而得到试样的平均高度和平均直径，最终得出试样的体积，该方法在体积变化大的时候，方便易行，操作简单，但是对于试样体积有微小变化但又不能忽略的时候，该方法存在一定的缺陷，见《土建筑遗址表部土体收缩特征曲线测定》(刘平等，《岩土力学与工程学报》，第29卷第4期)。由于测量中测试的不是试样的同一点，因此不能真正反映土样高度和直径的真实变化。

尤其在进行土样干湿循环试验时，土样随着含水量的蒸发，试样高度、试样直径均有微小的变化，采用游标卡尺量测时，每次测量需要针对同一个测量点，但是在实际操作中按照这一原则进行测试有一定的困难。例如：有一定含水量的土样通常呈现出塑性，因此对土样测量点进行标注，土样标注点会变形，因此标注测定测量是不可行的；通常测量过程中，土样将会被移动，从而使得土样前后循环测量点不一致，从而高度或者半径的变化不是同一测点的数据变化，难以反映土样变化的真实变化，因此土样干湿循环中土样的体积变化测量不能够反映真实的变化规律。

因此土样体积变化的精确测量是个需要解决的难题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有测量方法的不足，并提供一种操作简单、测定精度高的干湿循环试验测定土样体积的方法和装置。

实现本发明目的所采用的技术方案为，一种干湿循环试验测定土样体积的方法，包括如下步骤：

(1)在透水石上沿直径方向均匀设置N组XY直角坐标系，N≥1，N组XY直角坐标系共原点并且原点均与透水石的圆心O重合，将内置土样的环刀放置于透水石带刻度的表面上，土样与各XY直角坐标系均形成4个交点；

(2)进行干湿循环试验，对土样进行饱和处理，饱和处理后将土样置于干燥处使土样中的水分自然蒸发，土样体积逐渐缩小，当土样与环刀脱离后取下环刀，自然蒸发过程中每间隔设定时间对土样体积进行测量，体积测定的具体内容为：

(2-1)测定土样的高度h_j，j为本次干湿循环试验中的高度测量次数，j≥1；

(2-2)记录土样与各XY直角坐标系形成的4个交点所对应的刻度值X_ij、X_ij’、Y_ij和Y_ij’，其中X_ij≥0≥X_ij’，Y_ij≥0≥Y_ij’，i为各XY直角坐标系的编号，N≥i≥1，计算土样的底面面积S_j，计算公式为

(2-3)计算土样的体积V_j，计算公式为V_j＝h_j*S_j，环刀的容积即为土样的初始体积V₀。

重复步骤(2)，进行k次干湿循环试验，k≥2，取k次干湿循环试验的平均值。

步骤(2-1)中通过数显高度仪测定土样上与各交点相对应部位的高度，取高度的平均值作为土样的高度h_j。

本发明还对应提供了用于上述的方法的试样体变测试盘，至少包括圆形的透水石，透水石与土样接触的表面上设有1组以上XY直角坐标系，各组XY直角坐标系共原点并且原点与透水石的圆心重合。