專利名稱：黃土大試塊崩解儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種黃土性能測量儀器，尤其是涉及一種黃土大試塊崩 解儀。
背景技術(shù)：
黃土崩解性是黃土的重要物理力學(xué)性質(zhì)之一，對黃土崩解性進(jìn)行研究 具有重要的理論與現(xiàn)實意義。黃土的崩解性越來越受到重視，但由于現(xiàn)有 試驗技術(shù)和手段的局限，導(dǎo)致目前對黃土崩解性的研究尚不深入，以至于 工程及科研領(lǐng)域許多問題不能有效地解決。
現(xiàn)有測定黃土崩解性的試驗儀器(或稱濕化儀)由帶刻度標(biāo)示的浮簡、 掛在浮簡下端的網(wǎng)板以及玻璃外簡構(gòu)成，其具有以下缺點(diǎn)和不足
1、 由于該儀器并非專為測定黃土的崩解性而設(shè)計，因此在對黃土崩 解性進(jìn)行試驗時有許多方面難以滿足試驗要求，尤其是受結(jié)構(gòu)尺寸的限制
(如浮簡不能提供足夠的浮力，且量程也很有限)，而不能對黃土大試塊 進(jìn)行崩解試驗。
2、 在精度方面，由于只能根據(jù)在浮簡齊水面處的刻度讀數(shù)，而在迅 速地將黃土試樣浸入外簡中的過程中不可避免要造成水面的波動，因此水 面的波動以及水面與浮簡接觸部位彎液面的存在必然造成讀數(shù)誤差。
3、 在耐用性方面，由于現(xiàn)有的儀器以玻璃材料制作而成，其強(qiáng)度低 而易碎，不宜長距離顛簸運(yùn)送，而黃土大試塊恰恰又不宜長距離搬運(yùn)至實 驗室，因此不能滿足黃土大試塊野外試驗的要求。
除此之外，由于用于放置試樣的網(wǎng)板周圍無支托，實驗中易因試樣崩 解不平衡而造成試樣歪斜甚至滑脫而導(dǎo)致試驗失敗；外簡底部無底座，使 得使用時難以保持儀器穩(wěn)定；外簡底部無調(diào)節(jié)水平的裝置，導(dǎo)致使用時難以保證儀器在縱向上保持垂直，這些都對儀器的使用造成直接影響。
實用新型內(nèi)容
本實用新型所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提 供一種黃土大試塊崩解儀，其精度高，誤差小，適于大體積黃土試塊的崩 解試驗，且耐用性好，便于遠(yuǎn)距離運(yùn)輸和野外試驗的要求。
為解決上述技術(shù)問題，本實用新型釆用的技術(shù)方案是 一種黃土大試塊 崩解儀，包括豎直設(shè)置的外簡、設(shè)置在外簡內(nèi)的內(nèi)簡以及用于放置黃土試 塊的掛網(wǎng)，所述外簡和內(nèi)簡的頂端開口且底端封閉，在所述內(nèi)簡的底部豎 直向下設(shè)置有掛鉤，所述掛網(wǎng)掛接連接在掛鉤上，其特征在于所述外簡 的側(cè)壁上開有注水孔和溢水孔，并通過注水孔設(shè)置有用于向外簡內(nèi)部注水 的注水管，所述注水管伸入在外簡的內(nèi)部，且注水管的底端低于溢水孔， 所述溢水孔為矩形孔且其上安裝有溢水管，所述溢水管設(shè)置在外簡的外 部；在所述外簡的側(cè)壁上設(shè)置有刻度標(biāo)記，且在內(nèi)簡的側(cè)壁外部水平設(shè)置 有用于指示該刻度標(biāo)記的讀數(shù)指針。
在外簡的側(cè)壁內(nèi)部且位于注水孔的下方粘結(jié)有水平方向的注水管托 板，所述注水管托板上開有用于注水管豎直穿過的注水管定位孔。
所述讀數(shù)指針為底面粘結(jié)在內(nèi)簡側(cè)壁上且尖角端為指示端的楔形指 針，所述尖角端與外簡內(nèi)壁之間的距離為0.2-lmm。
所述內(nèi)簡的側(cè)壁外部呈放射狀設(shè)置有多個水平方向的定位指針，并通 過定位指針防止內(nèi)簡外壁和外簡內(nèi)壁相接觸。
所述定位指針為底面粘結(jié)在內(nèi)簡側(cè)壁上的三角指針，且定位指針的頂 端與外簡內(nèi)壁之間的距離為0. 2-lmm。
所述外簡安裝在外簡底座上，所述外簡底座上均勻設(shè)置有三個水平調(diào) 節(jié)螺栓組，所述水平調(diào)節(jié)螺栓組包括調(diào)節(jié)螺栓和底座，所述底座的頂端開 有帶螺紋的豎直盲孔，所述調(diào)節(jié)螺栓豎直穿插并固定在外簡底座上，并通 過調(diào)整各調(diào)節(jié)螺栓的螺桿伸入在對應(yīng)豎直盲孔內(nèi)的長度保證外簡底座的 水平度。所述掛網(wǎng)由矩形鋼絲網(wǎng)、分別設(shè)置在所述鋼絲網(wǎng)的相對兩端并向上延 伸的兩個護(hù)欄、連接在兩個護(hù)欄之間的掛臂以及設(shè)置在掛臂上并用來與所 述掛鉤相連接的掛環(huán)構(gòu)成，所述護(hù)欄與鋼絲網(wǎng)成90-120°夾角，所述鋼絲 網(wǎng)的另外兩端部的鋼絲伸出在鋼絲網(wǎng)外部并向上延伸，且該伸出部分與鋼
絲網(wǎng)成90-150°夾角。
所述掛網(wǎng)的鋼絲網(wǎng)上設(shè)置有有機(jī)玻璃板。 所述外簡的開口端上設(shè)置有外簡頂蓋。 所述外簡和內(nèi)簡由有機(jī)玻璃制成。
本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)
1、 提高了讀數(shù)精度。根據(jù)內(nèi)簡上的讀數(shù)指針在外簡上的指示而讀數(shù)， 因此避免了因水位波動和彎液面造成的讀數(shù)誤差；同時設(shè)計的外簡底座和 水平調(diào)節(jié)螺栓組使外筒放置更為穩(wěn)定，繼而使外簡保持豎直，這也保證了 讀數(shù)的準(zhǔn)確；另外，由于溢水孔和注水管的設(shè)置，保證了外簡內(nèi)的水位一 直處于恒定狀態(tài)，且消減了水面的波動，因此依據(jù)內(nèi)簡上的刻度標(biāo)記所讀 取的數(shù)值亦可作為參考。
2、 適用范圍大。本實用新型由體積較大的內(nèi)簡提供可靠浮力，因此 可適于大體積黃土試塊的崩解試驗，實踐證明，本實用新型能用來對15cm xl5cmxl5cm的試塊進(jìn)行崩解試驗。試塊尺寸的增大，使得在實際工程或 科研中采集天然含孔洞或裂隙的黃土試樣成為可能，同時也使得在試塊中 人工加工孔洞或裂縫成為可能，從而使用該儀器可對不同空隙率的黃土試 塊進(jìn)行試驗，解決了原有儀器所不能解決的問題。另外，由于讀數(shù)精度高， 所以本實用新型也適于較小尺寸的黃土試塊崩解試驗，因此使用本實用新 型可對不同形狀和大小的黃土試塊進(jìn)行試驗，借以研究黃土崩解性的邊界 效應(yīng)。
3、 耐用性好。本實用新型采用了強(qiáng)度較高的有機(jī)玻璃代替原有的玻 璃材料，且設(shè)置了外簡頂蓋，使得本實用新型不但經(jīng)久耐用，而且也便于 長距離運(yùn)送，因此更適于野外現(xiàn)場試驗。下面通過附圖和實施例，對本實用新型的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述,


圖1為本實用新型的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本實用新型外簡的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖3為本實用新型豎直調(diào)節(jié)螺栓的結(jié)構(gòu)示意圖 圖4為本實用新型螺紋底座的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖5為本實用新型內(nèi)簡的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖6為本實用新型定位指針的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖7為本實用新型讀數(shù)指針的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖8為本實用新型掛網(wǎng)的結(jié)構(gòu)示意圖。 附圖標(biāo)記說明
l一外簡；
4一外簡底座；
7 —溢水孔；
IO—水平調(diào)節(jié)螺栓組:
13—注水孔；
16—定位指針；
2—內(nèi)簡；
5—黃土試塊；
8—溢水管；
ll一注水管；
14一調(diào)節(jié)螺栓;
17—掛鉤；
3—掛網(wǎng)；
6 —外簡頂蓋；
9一初始水位指示線;
12—注水管托板；
15—底座；
18—讀數(shù)指針。
具體實施方式
如圖l、圖2及圖5所示，本實用新型包括豎直設(shè)置的外簡1、內(nèi)簡2 和掛網(wǎng)3,內(nèi)簡2設(shè)置在外簡1的內(nèi)部，在內(nèi)簡2的下方設(shè)置有用于放置 黃土試塊5的掛網(wǎng)3，其中，外簡1和內(nèi)簡2的頂端開口且底端封閉。由 于黃土試塊5在崩解過程中不斷吸水，繼而造成外簡1內(nèi)部水位的下降， 這就需要向外簡1的內(nèi)部注水，所以在外簡1的側(cè)壁上開有注水孔13,并 通過注水孔13設(shè)置有用于向外簡1內(nèi)部注水的注水管ll，注水管11伸入 在外簡l的內(nèi)部；同時，為了使外簡1內(nèi)部水位的保持恒定，在外簡l的
7側(cè)壁上開有溢水孔7，溢水孔7為溢水均勻的矩形孔，且溢水孔7上安裝 有溢水管8,溢水管8設(shè)置在外簡1的外部。其中，注水管11的底端低于 溢水孔7，這樣，注水管ll在注水時，水從水面下注入，以防止注入的水 直接沖在內(nèi)簡2的外壁上或因水流沖撞引起外簡1內(nèi)的水面波動。在內(nèi)簡 2的底部豎直向下設(shè)置有掛鉤17,掛網(wǎng)3掛接連接在掛鉤17上；在外簡1 的側(cè)壁上設(shè)置有刻度標(biāo)記，且在內(nèi)簡2的側(cè)壁外部水平設(shè)置有用于指示該 刻度標(biāo)記的讀數(shù)指針18，通過讀數(shù)指針18在刻度標(biāo)記上的指示，得到內(nèi) 簡2在不同時刻浸入在水里的長度，最后通過計算得到不同時刻黃土的崩 解量。在內(nèi)簡2的側(cè)壁上也設(shè)置有刻度標(biāo)記，在試驗過程中可通過該刻度 標(biāo)記浮出水面的讀數(shù)作為參考讀數(shù)。
在外簡1的側(cè)壁內(nèi)部且位于注水孔13的下方粘結(jié)有水平方向的注水 管托板12,注水管托板12上開有用于注水管11豎直穿過的注水管定位孔。 在本實施方式中，在注水孔13的下方上下設(shè)置有兩個注水管托板12
讀數(shù)指針18為底面粘結(jié)在內(nèi)簡2側(cè)壁上且尖角端為指示端的楔形指 針，所述尖角端與外簡1內(nèi)壁之間的距離為0. 2-lmm。內(nèi)簡2的側(cè)壁外部 呈放射狀設(shè)置有多個水平方向的定位指針16,并通過定位指針16防止內(nèi) 簡2外壁和外簡1內(nèi)壁相接觸。其中，定位指針16為底面粘結(jié)在內(nèi)筒2 側(cè)壁上的三角指針，且定位指針16的頂端與外簡1內(nèi)壁之間的距離為 0. 2-lmm。在本實施方式中，內(nèi)簡2的側(cè)壁外部設(shè)置有一個讀數(shù)指針18和 七個定位指針16,該一個讀數(shù)指針18和七個定位指針16分上下兩層且呈 環(huán)狀均勻分布，其中，讀數(shù)指針18的尖角端與外簡1內(nèi)壁之間的距離為 0. 5mm,定位指針16的頂端與外簡1內(nèi)壁之間的距離為0. 5mm。
外簡1安裝在外簡底座4上，外簡底座4上均勻設(shè)置有三個水平調(diào)節(jié) 螺栓組10，所述水平調(diào)節(jié)螺栓組IO包括調(diào)節(jié)螺栓14和底座15,其中， 底座15的頂端開有帶螺紋的豎直盲孔，調(diào)節(jié)螺栓14豎直穿插并固定在外 簡底座4上，通過調(diào)整各調(diào)節(jié)螺栓14的螺桿伸入在所述豎直盲孔內(nèi)的長 度保證外簡底座4的水平度，繼而保證外簡1的豎直度和穩(wěn)定性。
8掛網(wǎng)3由矩形鋼絲網(wǎng)、分別設(shè)置在所述鋼絲網(wǎng)的相對兩端并向上延伸 的兩個護(hù)欄、連接在兩個護(hù)欄之間的掛臂以及設(shè)置在掛臂上并用來與掛鉤 17相連接的掛環(huán)構(gòu)成。為防止黃土試塊5在崩解過程中從掛網(wǎng)3的端部滑
脫，兩個護(hù)欄為傾斜設(shè)計護(hù)欄與鋼絲網(wǎng)成90-120°夾角，掛網(wǎng)3上沒有 設(shè)置護(hù)欄的兩端的鋼絲伸出在鋼絲網(wǎng)外部并向上延伸，且該伸出部分與鋼 絲網(wǎng)成90-150°夾角。
外簡1的開口端上設(shè)置有外簡頂蓋6。外簡頂蓋6用于和水平調(diào)節(jié)螺 栓組10相配合以保證外簡底座4的水平，在黃土崩解試驗開始前，把外 簡頂蓋6蓋在外簡1上，在外簡頂蓋6上放置羅盤，并根據(jù)羅盤調(diào)整各水 平調(diào)節(jié)螺栓組IO，調(diào)整后，取下外簡頂蓋6，開始黃土崩解試驗。外簡頂 蓋6在本實用新型閑置或運(yùn)輸途中加蓋，以便于保存各組件，同時還可保 持外簡l的內(nèi)部清潔。外簡1和內(nèi)簡2由有機(jī)玻璃制成。鋼絲網(wǎng)上設(shè)置有 有機(jī)玻璃板，以滿足不同試驗的需要(如需研究崩解性的邊界效應(yīng)時)。
為方便試驗操作并減少試驗誤差，根據(jù)黃土試樣5的體積大小，在外 簡1的側(cè)壁上標(biāo)示有初始水位指示線9,這樣在開始試驗前，使外簡1內(nèi) 的水位保持在初始水位指示線9處，在內(nèi)筒2放入內(nèi)簡1中時，內(nèi)筒1中 水位恰好達(dá)到溢水孔7的位置。本實施方式中，在外簡l的側(cè)壁上標(biāo)有三 個不同高度的初始水位指示線9,以適用于不同體積的黃土試樣5的試驗。
使用本實用新型進(jìn)行黃土崩解試驗的過程是首先，把放置有黃土試 塊5的桂網(wǎng)3掛接在內(nèi)筒2的底部，將內(nèi)簡2豎直放入預(yù)先裝有一定量水 的內(nèi)簡1中，此時，外簡1內(nèi)部水位在溢水孔7的位置；測記每間隔10-20 秒鐘時，讀數(shù)指針18在外簡1側(cè)壁上刻度標(biāo)記的指示數(shù)值，并描述該時 間點(diǎn)黃土試樣5的崩解情況，根據(jù)黃土試樣5崩解的快慢，可適當(dāng)縮短或 增長測讀的時間間隔；當(dāng)試樣完全通過網(wǎng)格落下后，試驗即告結(jié)束。如果 黃土試樣5長時間不崩解時，則記錄其在水中的情況。在該試驗過程中， 注水管ll持續(xù)向外簡1內(nèi)部注水，并通過溢水孔7上的溢水管8，使外簡 1內(nèi)部水位的保持在溢水孔7的位置。黃土大試塊崩解儀工作原理主要依據(jù)阿基米德定律和靜力學(xué)平衡原 理，可表達(dá)為下式
由于內(nèi)簡2自重、掛鉤17浮重及掛網(wǎng)3浮重之和G。不變，所以有 A/ = ALVwg = AG (2)
其中，在(1)和(2)式中，/為浮力系統(tǒng)提供的凈浮力，丄為內(nèi)簡2 浸入水中長度的最大值(黃土試樣5完全分解后的讀數(shù))，5為內(nèi)簡2底 面面積，"為內(nèi)簡2浸入水中的體積，^為水的容重，g為重力加速度， G。為內(nèi)簡2自重、掛鉤17浮重及掛網(wǎng)3浮重之和，G為黃土試塊5的浮 重。AZ為內(nèi)簡2浸入水中長度的變化量(即試驗時不同時刻讀數(shù)差值)， ^為浮力的減少量，AG為黃土試塊5的崩解量。
(2)式中，因為S、 Pw、 g為定值，所以試驗中M ^"為定值。 因此，Z為內(nèi)簡2浸入水中長度的最大值(黃土試樣5完全分解后的讀數(shù)), 并設(shè)試驗剛開始時刻~的讀數(shù)為￡。，崩解試驗過程中某時刻^的讀數(shù)為￡', 則至P時刻時試塊的崩解量占試塊總量的百分比為
<formula>formula see original document page 10</formula>
此公式即黃土試樣5的崩解百分比，如果需要知道某時間點(diǎn)黃土試樣 5崩解的質(zhì)量是多少，只要將此百分比乘以黃土試樣5的的總質(zhì)量即可。
以上所述，僅是本實用新型的較佳實施例，并非對本實用新型作任何 限制，凡是根據(jù)本實用新型技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、變 更以及等效結(jié)構(gòu)變換，均仍屬于本實用新型技術(shù)方案的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種黃土大試塊崩解儀，包括豎直設(shè)置的外筒(1)、設(shè)置在外筒(1)內(nèi)的內(nèi)筒(2)以及用于放置黃土試塊(5)的掛網(wǎng)(3)，所述外筒(1)和內(nèi)筒(2)的頂端開口且底端封閉，在所述內(nèi)筒(2)的底部豎直向下設(shè)置有掛鉤(17)，所述掛網(wǎng)(3)掛接連接在掛鉤(17)上，其特征在于所述外筒(1)的側(cè)壁上開有注水孔(13)和溢水孔(7)，并通過注水孔(13)設(shè)置有用于向外筒(1)內(nèi)部注水的注水管(11)，所述注水管(11)伸入在外筒(1)的內(nèi)部，且注水管(11)的底端低于溢水孔(7)，所述溢水孔(7)為矩形孔且其上安裝有溢水管(8)，所述溢水管(8)設(shè)置在外筒(1)的外部；在所述外筒(1)的側(cè)壁上設(shè)置有刻度標(biāo)記，且在內(nèi)筒(2)的側(cè)壁外部水平設(shè)置有用于指示該刻度標(biāo)記的讀數(shù)指針(18)。
2. 按照權(quán)利要求1所述的黃土大試塊崩解儀，其特征在于在外簡(1 ) 的側(cè)壁內(nèi)部且位于注水孔(13)的下方粘結(jié)有水平方向的注水管托板(12), 所述注水管托板(12)上開有用于注水管(11)豎直穿過的注水管定位孔。
3. 按照權(quán)利要求1或2所述的黃土大試塊崩解儀，其特征在于所 述讀數(shù)指針(18)為底面粘結(jié)在內(nèi)簡(2)側(cè)壁上且尖角端為指示端的楔 形指針，所述尖角端與外簡(1)內(nèi)壁之間的距離為0. 2-lmm。
4. 按照權(quán)利要求l或2所述的黃土大試塊崩解儀，其特征在于所述 內(nèi)簡(2)的側(cè)壁外部呈放射狀設(shè)置有多個水平方向的定位指針(16)， 并通過定位指針(16)防止內(nèi)簡(2)外壁和外簡(1)內(nèi)壁相接觸。
5. 按照權(quán)利要求4所述的黃土大試塊崩解儀，其特征在于所述定位 指針(16)為底面粘結(jié)在內(nèi)簡(2)側(cè)壁上的三角指針，且定位指針(16) 的頂端與外簡(1)內(nèi)壁之間的距離為0. 2-lmm。
6. 按照權(quán)利要求l或2所述的黃土大試塊崩解儀，其特征在于所述 外簡(1)安裝在外簡底座(4)上，所述外簡底座(4)上均勻設(shè)置有三 個水平調(diào)節(jié)螺栓組(10)，所述水平調(diào)節(jié)螺栓組(10)包括調(diào)節(jié)螺栓(14)和底座(15),所述底座(15)的頂端開有帶螺紋的豎直盲孔，所述調(diào)節(jié) 螺栓(14)豎直穿插并固定在外筒底座(4)上，并通過調(diào)整各調(diào)節(jié)螺栓(14)的螺桿伸入在對應(yīng)豎直盲孔內(nèi)的長度保證外簡底座(4)的水平度。
7. 按照權(quán)利要求l或2所述的黃土大試塊崩解儀，其特征在于所述 掛網(wǎng)(3)由矩形鋼絲網(wǎng)、分別設(shè)置在所述鋼絲網(wǎng)的相對兩端并向上延伸 的兩個護(hù)欄、連接在兩個護(hù)欄之間的掛臂以及設(shè)置在掛臂上并用來與所述 掛鉤(17)相連接的掛環(huán)構(gòu)成，所述護(hù)欄與鋼絲網(wǎng)成90-120°夾角，所述 鋼絲網(wǎng)的另外兩端部的鋼絲伸出在鋼絲網(wǎng)外部并向上延伸，且該伸出部分 與鋼絲網(wǎng)成90-150°夾角。
8. 按照權(quán)利要求7所述的黃土大試塊崩解儀，其特征在于所述掛網(wǎng) (3)的鋼絲網(wǎng)上設(shè)置有有機(jī)玻璃板。
9. 按照權(quán)利要求l或2所述的黃土大試塊崩解儀，其特征在于所述 外簡(1)的開口端上設(shè)置有外簡頂蓋(6)。
10. 按照權(quán)利要求1或2所述的黃土大試塊崩解儀，其特征在于所 述外簡(1)和內(nèi)簡(2)由有機(jī)玻璃制成。
專利摘要本實用新型公開了一種黃土大試塊崩解儀，包括外筒、內(nèi)筒以及掛網(wǎng)，所述外筒和內(nèi)筒的頂端開口且底端封閉，在內(nèi)筒的底部豎直向下設(shè)置有掛鉤，掛網(wǎng)掛接連接在掛鉤上，外筒的側(cè)壁上開有注水孔和溢水孔，并通過注水孔設(shè)置有用于向外筒內(nèi)部注水的注水管，溢水孔為矩形孔且其上安裝有溢水管；在外筒的側(cè)壁上設(shè)置有刻度標(biāo)記，且在內(nèi)筒的側(cè)壁外部水平設(shè)置有用于指示該刻度標(biāo)記的讀數(shù)指針。本實用新型精度高，誤差小，適于大體積黃土試塊的崩解試驗，且耐用性好，便于遠(yuǎn)距離運(yùn)輸和野外試驗的要求。
文檔編號G01N33/24GK201397328SQ20092003242
公開日2010年2月3日 申請日期2009年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月1日
發(fā)明者李喜安 申請人:長安大學(xué)