一種干濕循環(huán)試驗測定土樣體積的方法及試樣體變測試盤的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種非飽和土在含水量變化下試樣體積變化的測定方法和裝置，屬于 土工測試技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] -定含水量的土體，受到外力后容易變形，使其結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。土體從飽和狀態(tài)到 非飽和土狀態(tài)的過程中，含水量逐步減小，基質(zhì)吸力增大，試樣體積逐步變小。從飽和土到 非飽和土測試的過程中，試樣含水量的測量通常采用天平獲取，而試樣體變的測量一直是 個難以解決的一個問題。
[0003] 目前，試樣體變的測量方法通常有以下三種處理方法，第一種認(rèn)為試樣體積變化 較小，忽略試樣體積前后的變化，這種方法適合在在體變非常小的情況下，但是如果體變較 大，不能忽略的時候，就顯得脫離了事實(shí);第二種方法是試樣排水測量法，該方法是將試樣 用橡皮膜密封，排開水的體積就是試樣的體變，這種方法的前提條件是必須將試樣用橡皮 膜密封，確保外部的水不能進(jìn)入試樣，也就是說試樣密封在水環(huán)境的情況下，這種方法是可 行的。但是多數(shù)情況下試樣不能處于橡皮膜密封狀態(tài)，因此這種方法有一定的局限性。第三 種方法是采用游標(biāo)卡尺量通過試樣不同點(diǎn)位上的測量數(shù)據(jù)，對其平均，從而得到試樣的平 均高度和平均直徑，最終得出試樣的體積，該方法在體積變化大的時候，方便易行，操作簡 單，但是對于試樣體積有微小變化但又不能忽略的時候，該方法存在一定的缺陷。由于測量 中測試的不是試樣的同一點(diǎn)，因此不能真正反映土樣高度和直徑的真實(shí)變化。
[0004] 尤其在進(jìn)行土樣干濕循環(huán)試驗時，土樣隨著含水量的蒸發(fā)，試樣高度、試樣直徑均 有微小的變化，采用游標(biāo)卡尺量測時，每次測量需要針對同一個測量點(diǎn)，但是在實(shí)際操作中 按照這一原則進(jìn)行測試有一定的困難。例如:有一定含水量的土樣通常呈現(xiàn)出塑性，因此對 土樣測量點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)注，土樣標(biāo)注點(diǎn)會變形，因此標(biāo)注測定測量是不可行的；通常測量過程 中，土樣將會被移動，從而使得土樣前后循環(huán)測量點(diǎn)不一致，從而高度或者半徑的變化不是 同一測點(diǎn)的數(shù)據(jù)變化，難以反映土樣變化的真實(shí)變化，因此土樣干濕循環(huán)中土樣的體積變 化測量不能夠反映真實(shí)的變化規(guī)律。
[0005] 因此土樣體積變化的精確測量是個需要解決的難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有測量方法的不足，并提供一種操作簡單、測定精度高 的干濕循環(huán)試驗測定土樣體積的方法和裝置。
[0007] 實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的所采用的技術(shù)方案為，一種干濕循環(huán)試驗測定土樣體積的方法， 包括如下步驟：
[0008] (1)在透水石上沿直徑方向均勻設(shè)置N組XY直角坐標(biāo)系，N2 1，N組XY直角坐標(biāo)系共 原點(diǎn)并且原點(diǎn)均與透水石的圓心〇重合，將內(nèi)置土樣的環(huán)刀放置于透水石帶刻度的表面上， 土樣與各XY直角坐標(biāo)系均形成4個交點(diǎn)；
[0009] (2)進(jìn)行干濕循環(huán)試驗，對土樣進(jìn)行飽和處理，飽和處理后將土樣置于干燥處使土 樣中的水分自然蒸發(fā)，土樣體積逐漸縮小，當(dāng)土樣與環(huán)刀脫離后取下環(huán)刀，自然蒸發(fā)過程中 每間隔設(shè)定時間對土樣體積進(jìn)行測量，體積測定的具體內(nèi)容為：
[0010] (2-1)測定土樣的高度hj，j為本次干濕循環(huán)試驗中的高度測量次數(shù)，j 2 1;
[0011] (2-2)記錄土樣與各XY直角坐標(biāo)系形成的4個交點(diǎn)所對應(yīng)的刻度值XijJij'JijP Yij '，其中Xij 2 02 Xij '，Yij 2 02 Yij '，i為各XY直角坐標(biāo)系的編號，N Μ 2 1，計算土樣的底 面面積&，計算公式為
[0012]
[00?3 ] (2-3)計算土樣的體積Vj，計算公式為Vj = hj*S j，環(huán)刀的容積即為土樣的初始體積 Vo〇
[0014] 重復(fù)步驟(2)，進(jìn)行k次干濕循環(huán)試驗，k 2 2,取k次干濕循環(huán)試驗的平均值。
[0015]步驟(2-1)中通過數(shù)顯高度儀測定土樣上與各交點(diǎn)相對應(yīng)部位的高度，取高度的 平均值作為土樣的高度hj。
[0016] 本發(fā)明還對應(yīng)提供了用于上述的方法的試樣體變測試盤，至少包括圓形的透水 石，透水石與土樣接觸的表面上設(shè)有1組以上XY直角坐標(biāo)系，各組XY直角坐標(biāo)系共原點(diǎn)并且 原點(diǎn)與透水石的圓心重合。
[0017] 透水石上設(shè)有與透水石圓心重合的透明圓板，XY直角坐標(biāo)系設(shè)于透明圓板的上表 面上，所述透明圓板上均勾開設(shè)有直徑不大于3mm的圓通孔，透明圓板的厚度為0.3mm~ 0.5mm〇
[0018] 所述透水石的圓心上設(shè)有凹孔，透明圓板的下表面上設(shè)有與凹孔形狀相同的凸 臺，凸臺與凹孔間隙配合，凸臺的高度小于凹孔的孔深。
[0019] 由上述技術(shù)方案可知，本發(fā)明提供的土樣體積測定方法，無需使用電子設(shè)備，基于 土樣均呈圓形，通過多組共原點(diǎn)的XY直角坐標(biāo)系即可實(shí)現(xiàn)土樣底面面積的測定，由于實(shí)際 操作中，土樣為實(shí)心不透明固體，其圓心與透水石的圓心往往難以重合，本發(fā)明提供的測定 方法中，多組XY直角坐標(biāo)系共原點(diǎn)，因此體積測定對土樣放置透水石上時的位置不做要求， 本發(fā)明通過設(shè)置多組XY直角坐標(biāo)系，土樣與各XY直角坐標(biāo)系均形成4個交點(diǎn)，通過4個交點(diǎn) 的刻度值可計算土樣的圓心坐標(biāo)以及土樣的底面面積，體積測定對土樣放置透水石上時的 位置不做要求，設(shè)置多組XY直角坐標(biāo)系，測定結(jié)果取其平均值，因此測定結(jié)果準(zhǔn)確性高;采 用本方法進(jìn)行土樣體積測定，由于土樣的飽和處理和烘干處理均在透水石上進(jìn)行，測量過 程中不需要拿下土樣，即進(jìn)行干濕循環(huán)試驗時土樣與透水石始終不分離，因此可確保測點(diǎn) 的一致性，其測定結(jié)果更接近于土樣真實(shí)體積。
[0020] 進(jìn)行多次干濕循環(huán)試驗，取多次干濕循環(huán)試驗中相同時間間隔的測定值的平均值 作為土樣自然蒸發(fā)該時間間隔后的體積，使得試驗結(jié)果更精確。
[0021] 本發(fā)明提供的試樣體變測試盤，主體為干濕循環(huán)試驗時必須使用的透水石，用于 測定的刻度可直接噴涂于透水石表面，也可設(shè)置于透明圓板上，裝置結(jié)構(gòu)簡單并且成本極 低；透明圓板通過凸臺與凹孔間隙配合固定于透水石上，通過內(nèi)部開設(shè)的圓通孔實(shí)現(xiàn)毛細(xì) 作用，對置于其上的土樣進(jìn)行飽和，凸臺與凹孔配合保證透明圓板不會滑落，凸臺高度小于 凹孔的孔深，確保透明圓板可依靠自重穩(wěn)定固定在透水石上。
【附圖說明】
[0022] 圖1為實(shí)施例1提供的試樣體變測試盤的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023] 圖2為實(shí)施例2提供的試樣體變測試盤的全剖視圖。
[0024] 圖3為實(shí)施例2提供的透明圓板的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025] 其中，1-透水石，2-XY直角坐標(biāo)系，3-透明圓板，4-圓通孔，5-凸臺，6-凹孔。
【具體實(shí)施方式】
[0026] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)具體說明，本發(fā)明的內(nèi)容不局限于以下 實(shí)施例。
[0027] 實(shí)施例1:
[0028] 一種干濕循環(huán)試驗測定土樣體積的方法，包括如下步驟：
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