[实用新型]一种高铁地基膨胀土多因素耦合下膨胀量测定仪

说明书

本实用新型提出一种高铁地基膨胀土多因素耦合下膨胀量测定仪，包括加压计量注水装置、均匀渗水约束装置、位移采集显示装置、轴向土样厚度可调压土装置、轴向可变加载装置。本实用新型的有益效果：本实用新型适用于原状膨胀土在含水率、厚度、上覆荷载耦合变化下膨胀量试验；各组件加工成本低、安装简单，操作方便。

技术领域

本实用新型属于铁路、公路路基实验检测设备领域，涉及膨胀土在含水率、厚度、上覆荷载三因素交互耦合变化状况下膨胀量测定的装置。

背景技术

膨胀土是自然地质过程中形成的一种多裂隙、吸水显著膨胀，失水收缩开裂，与正常固结黏土不同的特殊土，对各类浅层工程具有危害作用，被称之为“工程中的癌症”。中国有3亿以上人口生活在膨胀土地区，每年因膨胀土造成的经济损失达数百亿元。近年来，随着我国经济建设迅猛发展，高速铁路、高速公路向中西部地区快速延伸，膨胀土引起的地质灾害对铁路建设、公路建设及运营的危害日趋严重，引起了交通部门和相关专家、学者的高度重视。

高速铁路作为我国交通运输行业的重要组成部分，具有速度快、运能大、能耗低、污染小的独特优势，给国家带来了巨大的经济效益和社会效益，然而其建设中所遇到的问题也日益增多，尤其是穿越膨胀土地区的高铁工程。膨胀土是一种主要由蒙脱石等亲水性黏土矿物组成的高塑性黏土，具有吸水膨胀，失水收缩等特点，常使建筑物或构筑物产生不均匀的竖向或水平向的胀缩变形，对铁路路基的稳定性与工程安全性极为不利。对一般铁路工程而言，膨胀土地基的膨胀变形对路基影响较小，常忽略不计，而高速铁路无砟轨道对膨胀变形值要求极为严格，施工中路基沉降允许调整量为15mm，膨胀允许调整量仅为4mm，当高铁穿越膨胀土地段时，由于路基膨胀变形引起的轨面几何状态的变化一方面将会造成较大的轮轨附加动荷载，导致车辆运行状况质量下降，影响行车安全性和舒适性；另一方面，由于轨下基础的膨胀变形，造成钢轨和轨下基础受力状态变化，进而导致钢轨和轨下基础变形和伤损加剧，反过来又会恶化轨面几何状态，加剧轮轨相互作用，如此形成恶性循环，严重影响高速铁路线路的服役状态与使用寿命。造成高速铁路路基膨胀的主要原因是膨胀土地基的膨胀，而影响膨胀土膨胀的外部因素主要有含水率、膨胀土厚度和上覆荷载，系统深入的研究含水率、厚度、上覆荷载三因素耦合作用下原状膨胀土的膨胀量是解决高速铁路路基上拱的核心问题。

针对膨胀土膨胀量测量仪器的研发，相关学者门进行了大量的探索，取得了颇有价值的成果，如自由膨胀率测定仪、土壤膨胀仪、固结仪，这些仪器，在不同的膨胀土工程中发挥了重要的作用。

现有技术一：自由膨胀率测定仪，主要由无径漏斗、量土杯、搅拌器等组成，主要用于检测粘土的自由膨胀量，用以判定无结构力的松散土粒在水中的膨胀特性。

现有技术一存在以下缺点：仅能测定膨胀土的膨胀特性，而对实际情况下膨胀土的膨胀量无法测定。

现有技术二：土壤膨胀仪，主要有环刀:Φ61.8mm×20mm、调节螺丝、导环和百分表组成。主要用于测定粘性土在浸水过程中体积增大膨胀量与品质稳定后的含水率。

现有技术二存在以下缺点：仅用于测定固定厚度膨胀土的膨胀量，没有考虑厚度和上覆荷载对膨胀土膨胀量的影响。

现有技术三：固结仪，主要有百分表、环刀、杠杆、砝码等构件组成，用于测定粘土在不同上覆载荷和有侧限的条件下的膨胀量。

现有技术三存在以下缺点：测定的方法是用环刀取样，由于环刀高度有限，并不能测定膨胀土厚度发生变化时的膨胀量，使得试验结果带有一定的局限性。

实用新型内容

本实用新型所要解决的问题是针对目前没有在侧限约束条件下膨胀土含水率、厚度、上覆荷载耦合作用下膨胀量测定装置的现状，提供一种技术可行，设计合理，经济适用且能够满足实际试验需求的试验装置。