[发明专利]一种膨润土的膨胀力试验装置及测试方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种膨胀土室内试验装置及方法，尤其是一种膨润土的膨胀力试验装置及测试方法。

背景技术

膨胀土在我国的分布范围很广，如广西、云南、河南、湖北、四川、陕西、河北、安徽、江苏等地均有不同范围的分布。膨胀土粘粒成份主要由强亲水性矿物质组成，并且具有显著胀缩性的粘性土，该土具有吸水膨胀，失水收缩并往复变形的性质。

在核废料地下存储过程中，一种特殊膨胀土(膨润土)通常被选作核废料处置库缓冲/回填材料，如何测试其膨胀力对其密封性能至关重；在垃圾的填埋过程中，为了更有效的防止垃圾填埋场周围的土壤和地下水遭到污染，通常选用非饱和膨润土作为垃圾填埋场的防渗隔离层，在防渗隔离层的设计中，控制非饱和膨润土的膨胀力具有至关重要的意义。

传统方法上，通常使用压力传感器测量膨胀力，即取试样放置在底板上，在试样上方设置加载顶，借助于安装在试样侧部的压力传感器，在单轴压缩条件下可以测得其膨胀力。

但是，在进行三轴压力试验时，需要通过围压来模拟围岩作用的环境，这时，因为试样表面套有橡胶皮套，且空间中并无地方放置压力传感器，进而也就无法使用压力传感器去测量其膨胀力；如果是通过在橡胶皮套外面安装环向位移计进行膨胀力的测量，由于有橡胶皮套，会产生微量的变形，导致测量的不准确。

发明内容

为了克服现有技术的上述不足，本发明提供一种膨润土的膨胀力试验装置及测试方法，能够实现三轴压力试验过程中对膨胀力的准确测量，同时可以将膨胀力与其他力区分开，还能获取膨润土在围岩环境下膨胀力随时间变化的规律，实践指导价值高，简单易行。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：

一种膨润土的膨胀力试验装置，包括密封的压力室，在所述压力室的内部中间位置设有封闭的试样容器，试样容器的侧壁由内到外依次是刚性套筒和橡胶皮套，膨润土试样盛放于刚性套筒内，试样容器通过橡胶皮套固定在压力室上，在刚性套筒和橡胶皮套之间均布多个应变片，应变片固定在刚性套筒的外壁上且处于其高度的中间位置，应变片连接至应变仪；在压力室的上方和下方分别设有通入试样容器的气压系统和水压系统，还具有一个连通至压力室内部的油压系统。

一种应用膨润土的膨胀力试验装置进行膨胀力测试的方法，具体操作如下：在第一阶段：首先，在试样容器内填满膨润土试样，再通过油压系统向压力室内注油来对试样容器周围施压，当围压达到预设值后关闭油压系统停止注油，并将应变片清零；然后，开启气压系统，从上部开始向膨润土试样内注气，通过控制气压，在达到稳定状态后，刚性套筒内部气压与注入压力相等时，记录气压值与相应的应变值，之后逐步增加注入的气压，得到一系列的气压值与应变值，根据这些值，建立出压力与应变的关系，通过拟合得到压力与应变的关系公式；在第二阶段：关闭气压系统，打开水压系统从下部向膨润土试样注水，膨润土吸水膨胀对刚性套筒内壁施加一定的压力，即为膨胀力，此时对刚性套筒产生的压力为膨润土的膨胀力以及水压力，随着膨润土持续的吸水膨胀，膨胀力增大，应变值不断增大，待应变值达到稳定后，撤去水压，则对刚性套筒内壁的压力完全是膨胀力，此时的应变值对应的则是膨胀力的大小，读出此时的应变，根据第一阶段建立的压力与应变的关系公式，换算出此时的膨胀力。

本发明的一种膨润土的膨胀力试验装置及测试方法，采用的设备是在压力室的内部中间位置设有封闭的试样容器，试样容器的侧壁由内到外依次是刚性套筒和橡胶皮套，试样容器通过橡胶皮套固定在压力室上，在刚性套筒和橡胶皮套之间均布多个应变片，应变片固定在刚性套筒的外壁上且处于其高度的中间位置，应变片连接至应变仪；还在压力室的上方和下方分别设有通入试样容器的气压系统和水压系统，还具有一个连通至压力室内部的油压系统，具体方法是通过油压系统模拟出特定的围压环境，然后先控制气压系统得到一系列的气压值与应变值，根据这些值，建立出压力与应变的关系，通过拟合得到压力与应变的关系公式，再调控水压系统，得到完全单一膨胀力状态下的应变，进而根据第一阶段建立的压力与应变的关系公式，换算出此时的膨胀力，从而能够实现了三轴压力试验过程中对膨胀力的准确测量，同时做到了将膨胀力与其他力区分开，还能进一步获取到膨润土在围岩环境下膨胀力随时间变化的规律，实践指导价值高，简单易行。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明一个实施例的结构示意图。

图2是图1中试样容器部分的结构放大图。

图3是本发明一个实施例的应变与压力关系图。