[实用新型]一种快速测量非饱和土基质吸力和抗剪强度的装置

说明书

一种快速测量非饱和土基质吸力和抗剪强度的装置，包括离心机舱室及割线工作台、加压系统、压力传感器、透气施压盖、剪切盒、排水收集盒、滚珠、滑道、剪切力施加系统、剪切力传感器和位移传感器：剪切盒与排水收集盒连接，通过滚珠与割线工作台滑道接触；舱室轴心安装加压系统，压力通过透气施压盖作用于试样；剪切力施加系统安装于离心机舱室底部，剪切力竖直向上作用于下剪切盒；通过压力传感器、剪切力传感器和位移传感器采集力和位移的数值。方法步骤为：制备试样；安装试样；基质吸力测量、非饱和强度测量、含水率测量。本实用新型可以实现非饱和试样基质吸力和非饱和强度的快速测量，对非饱和土的研究具有重要意义。

技术领域

本实用新型属于非饱和土力学实验技术领域，特别是涉及一种快速测量非饱和土基质吸力和抗剪强度的装置。

背景技术

人类工程活动所能触及到的土体大多是非饱和土体，如何快速获取土体的基质吸力和非饱和强度是迫切需要解决的问题。目前测量基质吸力方法有滤纸法、轴平移法和张力计法，这些方法虽然能够测量土料基质吸力的大小，但是测量周期在7～30天不等，甚至更长。绘制一条水土特征曲线一般需要6～8数据点，所需的时间成倍增长。目前普遍使用测量土体非饱和强度的仪器有非饱和直剪仪、非饱和三轴仪和GDS非饱和三轴仪，这些仪器都是采用轴平移法为理论依据，先通过外加气压平衡基质吸力，在进行剪切过程，试验周期会更长。使用以上这些仪器会大大降低试验效率，延长科研和工程周期，造成资源以及经济上的浪费。

目前，非饱和土毛细吸入直剪仪及使用方法(CN108956331A)、用于高压实膨润土非饱和剪切性质研究的全自动直剪仪(CN109211687A)、非饱和土蒸发脱湿直剪仪及使用方法(CN108693049A)、非饱和土抗剪切强度参数的测定方法及专用直剪仪(CN107389473A)等等，这些方法虽然能对非饱和土基质吸力和非饱和强度的测量，但是试验效率低、需要耗费大量的时间，在科研和工程上的应用受到了很大的限制。对于专利一种离心模型试验中测量非饱和土基质吸力的测量方法(CN110568151A)，此专利所测量的非饱和数据单一、步骤繁多，在一定程度上造成资源的浪费。因此，本实用新型提出一种快速测量非饱和土基质吸力和抗剪强度的装置。

发明内容

为解决上述技术问题，本实用新型提出了一种快速测量非饱和土基质吸力和抗剪强度的装置。本实用新型能够准确快速高效的测量出非饱和土基质吸力和抗剪强度。

为实现上述目的，本实用新型提供的技术方案如下：

一种快速测量非饱和土基质吸力和抗剪强度的装置，包括离心机舱室1及割线工作台2；加压系统3；水平传力杆5上安装压力传感器6；透气施压盖7；剪切盒9与排水收集盒15连接；排水收集盒15底部滚珠16及滑道17；限位槽13；剪切力施加系统24安装于舱室底部27，剪切力传力杆25上安装剪切力传感器和位移传感器22；离心机舱室封闭装置20。

所述的实验控制系统19通过数据传输线18与实验装置连接，包括离心机转速的控制、轴向压力大小和试样加压个数的控制、剪切速率的控制、电磁铁12的控制、离心机舱室封闭装置20的控制、轴向压力、剪切力和剪切位移采集。

所述的加压系统3包括1个压力缸，将压力缸平均分成4个压力室4，通过控制系统19调节螺旋式活塞进入压力室4的长度，压力室4的压力通过水平传力杆5作用于带有透气孔的透气施压盖7，压力传感器6采集到的信号逆向修正实际加压值。

所述的剪切盒9分为上剪切盒10和下剪切盒11两部分，两部分通过电磁铁12进行连接，在实验中的非剪切阶段均需通电连接，剪切阶段开始时自动断电，上剪切盒10通过螺丝23固定于限位槽13，下剪切盒11与剪切力传力杆25接触。

所述的排水盒15分为一空心圆柱体，圆柱体的顶面带有小孔与试样14直接接触，排水盒与剪切盒9通过螺纹进行连接。

所述的割线工作台2的滑道17长于排水收集盒15底面，且滚珠16与滑道17可以紧密接触。