[发明专利]湿度控制的粘土收缩变形测量装置及方法

权利要求书

1.湿度控制的粘土收缩变形测量装置，其特征在于，所述的湿度控制的粘土收缩变形测量装置包括数据处理以及控制系统、宏观试验箱和微观试验箱；

所述的数据处理以及控制系统包括计算机(1)、相对湿度控制仪(23)、湿度传感器a(26)和湿度传感器b(27)，湿度传感器a(26)和湿度传感器b(27)通过数据线c18与相对湿度控制仪(23)相连接；

所述的宏观试验箱包括宏观保湿箱、毛面钢制箱(4)、数码相机(12)、LED匀光灯(3)和电子秤(9)；所述的宏观保湿箱是由透明盖板(5)、四块不透明毛面侧板(6)和底板a(10)组成的箱体结构，透明盖板(5)可拆卸；所述的电子秤(9)置于宏观保湿箱内，带孔金属板(8)通过支撑柱b(28)水平安装在电子秤(9)上，待测试的土样a(7)放置在带孔金属板(8)上；所述的湿度传感器b(27)安装在宏观保湿箱内；所述的毛面钢制箱(4)为底部开口的箱体结构，罩在宏观保湿箱外；所述的毛面钢制箱(4)和宏观保湿箱侧面对应位置设置通孔，用于安装导气管a(13)；所述的数码相机(12)和LED匀光灯(3)安装在毛面钢制箱(4)内部的上表面，且数码相机(12)位于土样a(7)的正上方；所述的数码相机(12)通过数据线a(2)与计算机(1)连接，电子秤(9)通过数据线b(11)与计算机(1)连接；

所述的微观试验箱包括微观保湿箱,所述的微观保湿箱是由四个侧板、盖板(19)和底板b(17)组成的箱体，盖板(19)上设有盖钮(20)；其中两个相对的侧板上设有通孔，分别用于安装导气管a(13)和导气管b(21)，通过导气管a(13)将微观试验箱与宏观试验箱连通，使二者保持湿度一致；所述的导气管b(21)与相对湿度控制仪(23)连接，通过相对湿度控制仪(23)控制两个保湿箱中的湿度；湿度传感器a(26)设置在微观保湿箱内；带孔陶土板(15)通过支撑柱a(16)安装在微观保湿箱内，待测试的土样b(14)放置在带孔陶土板(15)上。

2.根据权利要求1所述的湿度控制的粘土收缩变形测量装置，其特征在于，所述的土样a(7)和土样b(14)为相同的土样。

3.根据权利要求1或2所述的湿度控制的粘土收缩变形测量装置，其特征在于，所述的透明盖板(5)的材质为玻璃；所述的不透明毛面侧板(6)、底板a(10)、支撑柱a(16)、底板b(17)和支撑柱b(28)的材质为塑料。

4.湿度控制的粘土收缩变形测量方法，采用权利要求1-3任意所述的装置，其特征在于，具体步骤如下：

(1)制作两份土样，并对土样进行恒体积饱和，分别为土样a(7)和土样b(14)；

(2)打开相对湿度控制仪(23)，转动调控相对湿度调控按钮(22)，使输出的气体湿度达到目标值；湿度传感器a(26)和湿度传感器b(27)实时监测两个保湿箱的气体湿度，并反馈到相对湿度控制仪(23)，相对湿度控制仪(23)根据保湿箱的气体湿度大小调整输出气体的湿度，使系统内气体一直保持在目标值；

(3)待系统内气体湿度达到目标值，带孔金属板(8)涂上凡士林，将土样a(7)放置在带孔金属板(8)中心位置上，再盖上透明盖板(5)；将土样b(14)放置在带孔陶土板(15)上，再盖上盖板(19)；

(4)调整毛面钢制箱(4)，使数码相机(12)的中心对准土样a(7)的中心，并调整LED匀光灯(3)，使土样a(7)表面的亮度均匀；

(5)计算机(1)接收数码相机(12)和电子秤(9)的数据，并对数据进行处理；

(6)根据计算机(1)处理的图片信息以及土样a(7)中含水量变化信息，计算出单位时间内收缩变形量和孔隙水排出量，当同时满足含水量变化速率小于0.025cm³/6h和收缩变形率0.05cm³/6h，认为土样a(7)在此湿度下达到平衡；

(7)待土样a(7)的含水量和收缩变形达到平衡时，将微观试验箱中的土样b(14)拿出进行相关的微观试验；相关微观试测试后，再把土样b(14)放进微观试验箱，并盖紧盖板(19)；

(8)施加下一级湿度，重复上述步骤(6)和(7)；

(9)待所有的湿度等级加载结束，将微观试验箱中的土样a(7)拿出来放进烘箱中烘24h后再称重，用于计算试样的含水率；

(10)通过试验数据计算出随时间变化过程中试样含水率和孔隙比的变化，并最终画出孔隙比-含水率关系图。