温湿度可控边界下的膨胀土表面裂隙测试装置和测试方法与流程

1.本发明涉及膨胀土测试实验技术领域，尤其涉及温湿度可控边界下的膨胀土表面裂隙测试装置和测试方法。


背景技术：

2.膨胀土属于一种特殊的非饱和土，具有明显的干缩湿胀特性，在其失水收缩的过程中产生裂隙。而裂隙的存在为雨水进入土体内部提供了通道，增大了膨胀土的渗透系数，现场试验表明，膨胀土出现裂隙时，其原位渗透系数可达砂性土量级，具强透水性。渗透系数的增加进而导致膨胀土饱和，降低其强度，对于膨胀土边坡来说，导致其安全性降低，容易发生滑坡等工程事故。膨胀土裂隙的开展与其含水量具有对应关系。当膨胀土裂隙发展到一定程度时，才会影响其渗透性，将此时膨胀土的含水量称作开裂含水量。开裂含水量对研究膨胀土的渗透性及强度等方面具有重要的意义。
3.目前对于膨胀土的研究主要集中在其裂隙特性方面，但存在以下问题：采用肉眼观测，而肉眼观测易受主观影响，缺乏说服力。


技术实现要素：

4.为解决背景技术中所提出的技术问题，本发明提供温湿度可控边界下的膨胀土表面裂隙测试装置。
5.本发明采用以下技术方案实现：温湿度可控边界下的膨胀土表面裂隙测试装置，包括恒温恒湿箱、设在恒温恒湿箱内的土样放置机构以及用于对土样进行喷淋和烘干的处理机构。
6.恒温恒湿箱由底座和可拆卸安装在底座上方的顶罩组成。
7.土样放置机构沿同一轴线设有周向阵列分布若干组，土样放置机构包括圆形的放置台和同轴设于放置台外侧的回转筒，放置台上用于放置土样。
8.处理机构包括动力组件以及若干组执行组件，若干个执行组件分别安装在各个回转筒上，动力组件用于驱动回转筒转动。
9.作为上述方案的进一步改进，各个回转筒的外圈均设有从动齿圈，驱动组件包括转动安装在底座上的转动环，转动环的外圈安装有主动外齿圈，转动环的内圈设有主动内齿圈，主动内齿圈与各个从动齿圈啮合，且驱动组件还包括安装在底座上的驱动电机和与驱动电机输出轴连接的驱动齿轮，驱动齿轮与主动外齿圈啮合。
10.通过上述结构，能够在测试多个土样的同时，能够带动各个回转筒以及回转筒上的执行组件转动，全方位均匀的对土样进行加湿和烘干，并且做到度无死角拍摄。
11.作为上述方案的进一步改进，执行组件包括固定在回转筒顶面的支撑杆、安装在支撑杆上的喷淋单元和烘干单元，支撑杆靠近土样的一侧分布若干个凹槽，每个凹槽内均安装有用于获取土样图像信息的高清摄像头；高清摄像头获取的图像传输至存储卡中进行储存，并且可以通过线缆连接外界显示屏，方便做到实时显示进行监测。
12.作为上述方案的进一步改进，喷淋单元包括固定在支撑杆外侧的水箱，支撑杆内开设有输送通道，每个凹槽的四周周向阵列分布有若干个和输送通道连通的喷水孔一以及喷淋孔二。喷水孔一以及喷淋孔二的出水口处均可安装雾化喷头，以对土样均匀加湿，避免水压过大，损坏土样表面。
13.作为上述方案的进一步改进，凹槽的相对两侧分布开设有安装槽，两个安装槽内均滑动设置有盖板，盖板能够闭合对应凹槽的槽口，安装槽内设有电磁铁，盖板具有磁吸，且盖板的内端和安装槽内壁通过弹性回复机构连接。当喷水时可以将盖板关闭，避免水珠残留在摄像头表面，影响拍摄质量。
14.作为上述方案的进一步改进，喷水孔一的一侧开设有插槽，插槽内活动设置有定位杆，且插槽和喷水孔一之间设有连通腔，连通腔内转动安装有驱动轮，驱动轮的一侧位于喷水孔一中，能够由水流驱动，驱动轮的另一侧设置有齿圈，且与定位杆外侧所安装的齿板啮合，定位杆的一端能够插入安装槽中，盖板侧面设置有能够和定位杆末端配合的定位槽。通过上述结构，能够实现在喷水的过程中，由于水流驱动带动定位杆和定位槽分离，从而使得盖板自动关闭。
15.作为上述方案的进一步改进，烘干单元包括安装在支撑杆上的热风机，开设在支撑杆中的风道以及分布在支撑杆相邻他土样一侧的吹风孔一、吹风孔二，吹风孔一、吹风孔二和风道连通，风道的进风口和热风机的出风口连通。
16.作为上述方案的进一步改进，凹槽的相邻位置开设有风腔，风腔的一侧通过一连通孔和风道连通，风腔的另一侧和安装槽内部通过若干出气孔连通。
17.作为上述方案的进一步改进，顶罩为透明材质，且其和底座的顶面之间磁吸并密封接触。
18.本方案还提出了温湿度可控边界下的膨胀土表面裂隙测试装置的使用方法，包括如下步骤：
19.步骤一：打开顶罩，将土样放置在底座上的土样放置机构中；
20.步骤二：土样放置完毕，使得顶罩和底座安装完毕，使其内部空间保持恒温恒湿；
21.步骤三：打开处理机构进行工作，反复的喷淋、烘干土样，并且在此过程中利用高清摄像头获取土样外表面的裂隙信息。
22.相比现有技术，本发明的有益效果在于：
23.本发明提出的测试装置，包括恒温恒湿箱、设在恒温恒湿箱内的土样放置机构以及用于对土样进行喷淋和烘干的处理机构。恒温恒湿箱由底座和可拆卸安装在底座上方的顶罩组成。土样放置机构沿同一轴线设有周向阵列分布若干组，土样放置机构包括圆形的放置台和同轴设于放置台外侧的回转筒，放置台上用于放置土样。处理机构包括动力组件以及若干组执行组件，若干个执行组件分别安装在各个回转筒上，动力组件用于驱动回转筒转动。
24.本发明能够方便自动化的对土样进行全方位均匀的加湿以及烘干，并且能够实时获取土样各个位置的图像信息，一次性测试多个土样，提高工作效率以及测试结果的准确性。
附图说明
25.图1为本发明的整体结构示意图；
26.图2为本发明的底座上结构的俯视示意图；
27.图3为本发明的图1中a处放大图；
28.图4为本发明的图3中b处放大图；
29.图5为本发明在的风腔、连通孔以及风道的结构示意图；
30.图6为本发明的支撑杆的侧面结构示意图；
31.主要符号说明：
32.图中：底座1、土样2、支撑杆3、顶罩4、驱动电机5、转动环6、驱动齿轮7、水箱8、温湿度传感器9、回转筒10、高清摄像头11、输送通道12、喷水孔一13、安装槽14、电磁铁15、弹性回复机构16、盖板17、定位杆18、定位槽19、驱动轮20、插槽21、吹风孔一22、吹风孔二23、喷淋孔二24、出气孔26、风腔27、连通孔28、风道29。
具体实施方式
33.下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
34.实施例1：
35.请结合图1-6，温湿度可控边界下的膨胀土表面裂隙测试装置，包括恒温恒湿箱、设在恒温恒湿箱内的土样放置机构以及用于对土样进行喷淋和烘干的处理机构。恒温恒湿箱由底座1和可拆卸安装在底座1上方的顶罩4组成。土样放置机构沿同一轴线设有周向阵列分布若干组，土样放置机构包括圆形的放置台和同轴设于放置台外侧的回转筒10，放置台上用于放置土样2。
36.处理机构包括动力组件以及若干组执行组件，若干个执行组件分别安装在各个回转筒10上，动力组件用于驱动回转筒10转动。
37.在本实施例中，在各个回转筒10的外圈均设有从动齿圈，并且驱动组件包括转动安装在底座1上的转动环6，转动环6的外圈安装有主动外齿圈(未标示)，转动环6的内圈设有主动内齿圈(未标示)，主动内齿圈与各个从动齿圈啮合，且驱动组件还包括安装在底座1上的驱动电机5和与驱动电机5输出轴连接的驱动齿轮7，驱动齿轮7与主动外齿圈啮合。
38.通过上述结构，能够在测试多个土样的同时，能够带动各个回转筒10以及回转筒10上的执行组件转动，全方位均匀的对土样进行加湿和烘干，并且做到360度无死角拍摄。
39.需要注意的是，本方案中，执行组件包括固定在回转筒10顶面的支撑杆3、安装在支撑杆3上的喷淋单元和烘干单元，支撑杆3靠近土样的一侧分布若干个凹槽，每个凹槽内均安装有用于获取土样图像信息的高清摄像头11；高清摄像头获取的图像传输至存储卡中进行储存，并且可以通过线缆连接外界显示屏，方便做到实时显示进行监测。
40.值得说明的是，喷淋单元包括固定在支撑杆3外侧的水箱8，支撑杆3内开设有输送通道12，每个凹槽的四周周向阵列分布有若干个和输送通道12连通的喷水孔一13以及喷淋孔二24。喷水孔一13以及喷淋孔二24的出水口处均可安装雾化喷头，以对土样均匀加湿，避免水压过大，损坏土样表面。
41.作为本发明一可选地实施方式，在凹槽的相对两侧分布开设有安装槽14，两个安装槽14内均滑动设置有盖板17，盖板17能够闭合对应凹槽的槽口，安装槽15内设有电磁铁15，盖板17具有磁吸，且盖板17的内端和安装槽内壁通过弹性回复机构16连接。当喷水时可以将盖板17关闭，避免水珠残留在摄像头表面，影响拍摄质量。
42.为了使得使用更加智能化，具体参照图5，在喷水孔一13的一侧开设有插槽21，插槽21内活动设置有定位杆18，且插槽21和喷水孔一13之间设有连通腔，连通腔内转动安装有驱动轮，驱动轮的一侧位于喷水孔一13中，能够由水流驱动，驱动轮的另一侧设置有齿圈，且与定位杆18外侧所安装的齿板啮合，定位杆18的一端能够插入安装槽14中，盖板17侧面设置有能够和定位杆18末端配合的定位槽19。通过上述结构，能够实现在喷水的过程中，由于水流驱动带动定位杆和定位槽19分离，从而使得盖板自动关闭。
43.可选地，烘干单元包括安装在支撑杆3上的热风机，开设在支撑杆3中的风道29以及分布在支撑杆3相邻他土样2一侧的吹风孔一22、吹风孔二23，吹风孔一22、吹风孔二23和风道29连通，风道29的进风口和热风机的出风口连通。
44.在本方案中，凹槽的相邻位置开设有风腔27，风腔27的一侧通过一连通孔28和风道29连通，风腔27的另一侧和安装槽14内部通过若干出气孔26连通。
45.为了方便观察，本方案中的顶罩4为透明材质，并且其和底座1的顶面之间磁吸并密封接触，能有效密封其内部空间，形成一个稳定的恒温恒湿环境，在顶罩4内设置了温湿度传感器9，能够实时监测内部空间的温湿度状况。
46.实施例2：
47.为了防止空间内湿度过高，本方案中还额外增设了湿度控制机构，且湿度控制机制包括安装在顶罩内侧的蒸发器，蒸发器连接顶罩外压缩机，压缩机通过温湿度传感器控制，所述蒸发器能保证箱内湿度过高时进行冷凝除湿，温度过高时冷凝降温。且本方案也可采用除湿器作为湿度控制机构使用。
48.实施例3：
49.本实施例提出了温湿度可控边界下的膨胀土表面裂隙测试装置的使用方法，包括如下步骤：
50.步骤一：打开顶罩4，将土样放置在底座1上的土样放置机构中；
51.步骤二：土样放置完毕，使得顶罩和底座1安装完毕，使其内部空间保持恒温恒湿；
52.步骤三：打开处理机构进行工作，反复的喷淋、烘干土样，并且在此过程中利用高清摄像头获取土样外表面的裂隙信息。
53.上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

技术特征：
1.温湿度可控边界下的膨胀土表面裂隙测试装置，其特征在于，包括恒温恒湿箱、设在恒温恒湿箱内的土样放置机构以及用于对土样进行喷淋和烘干的处理机构；所述恒温恒湿箱由底座和可拆卸安装在底座上方的顶罩组成；所述土样放置机构沿同一轴线设有周向阵列分布若干组，土样放置机构包括圆形的放置台和同轴设于所述放置台外侧的回转筒，放置台上用于放置土样；所述处理机构包括动力组件以及若干组执行组件，若干个所述执行组件分别安装在各个回转筒上，所述动力组件用于驱动回转筒转动。2.如权利要求1所述的温湿度可控边界下的膨胀土表面裂隙测试装置，其特征在于，各个回转筒的外圈均设有从动齿圈，所述驱动组件包括转动安装在底座上的转动环，所述转动环的外圈安装有主动外齿圈，转动环的内圈设有主动内齿圈，主动内齿圈与各个从动齿圈啮合，且驱动组件还包括安装在底座上的驱动电机和与驱动电机输出轴连接的驱动齿轮，驱动齿轮与所述主动外齿圈啮合。3.如权利要求1所述的温湿度可控边界下的膨胀土表面裂隙测试装置，其特征在于，所述执行组件包括固定在回转筒顶面的支撑杆、安装在支撑杆上的喷淋单元和烘干单元，所述支撑杆靠近土样的一侧分布若干个凹槽，每个凹槽内均安装有用于获取土样图像信息的高清摄像头。4.如权利要求1所述的温湿度可控边界下的膨胀土表面裂隙测试装置，其特征在于，所述所述喷淋单元包括固定在支撑杆外侧的水箱，所述支撑杆内开设有输送通道，每个凹槽的四周周向阵列分布有若干个和输送通道连通的喷水孔一以及喷淋孔二。5.如权利要求1所述的温湿度可控边界下的膨胀土表面裂隙测试装置，其特征在于，所述凹槽的相对两侧分布开设有安装槽，两个安装槽内均滑动设置有盖板，所述盖板能够闭合对应凹槽的槽口，所述安装槽内设有电磁铁，盖板具有磁吸，且盖板的内端和安装槽内壁通过弹性回复机构连接。6.如权利要求1所述的温湿度可控边界下的膨胀土表面裂隙测试装置，其特征在于，所述喷水孔一的一侧开设有插槽，插槽内活动设置有定位杆，且插槽和喷水孔一之间设有连通腔，连通腔内转动安装有驱动轮，所述驱动轮的一侧位于喷水孔一中，能够由水流驱动，所述驱动轮的另一侧设置有齿圈，且与定位杆外侧所安装的齿板啮合，所述定位杆的一端能够插入安装槽中，盖板侧面设置有能够和定位杆末端配合的定位槽。7.如权利要求1所述的温湿度可控边界下的膨胀土表面裂隙测试装置，其特征在于，所述烘干单元包括安装在支撑杆上的热风机，开设在支撑杆中的风道以及分布在支撑杆相邻他土样一侧的吹风孔一、吹风孔二，吹风孔一、吹风孔二和风道连通，风道的进风口和热风机的出风口连通。8.如权利要求1所述的温湿度可控边界下的膨胀土表面裂隙测试装置，其特征在于，所述凹槽的相邻位置开设有风腔，所述风腔的一侧通过一连通孔和风道连通，风腔的另一侧和安装槽内部通过若干出气孔连通。9.如权利要求8所述的温湿度可控边界下的膨胀土表面裂隙测试装置，其特征在于，所述顶罩为透明材质，且其和底座的顶面之间磁吸并密封接触。10.如权利要求1-9任一所述的温湿度可控边界下的膨胀土表面裂隙测试装置的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：打开顶罩，将土样放置在底座上的土样放置机构中；步骤二：土样放置完毕，使得顶罩和底座安装完毕，使其内部空间保持恒温恒湿；步骤三：打开处理机构进行工作，反复的喷淋、烘干土样，并且在此过程中利用高清摄像头获取土样外表面的裂隙信息。

技术总结
本发明涉及膨胀土测试实验技术领域，公开了温湿度可控边界下的膨胀土表面裂隙测试装置，包括恒温恒湿箱、设在恒温恒湿箱内的土样放置机构以及用于对土样进行喷淋和烘干的处理机构。恒温恒湿箱由底座和可拆卸安装在底座上方的顶罩组成。土样放置机构沿同一轴线设有周向阵列分布若干组，土样放置机构包括圆形的放置台和同轴设于放置台外侧的回转筒，放置台上用于放置土样。处理机构包括动力组件以及若干组执行组件，若干个执行组件分别安装在各个回转筒上。本发明能够方便自动化的对土样进行全方位均匀的加湿以及烘干，并且能够实时获取土样各个位置的图像信息，一次性测试多个土样，提高工作效率以及测试结果的准确性。提高工作效率以及测试结果的准确性。提高工作效率以及测试结果的准确性。


技术研发人员：许龙 闫沥学 查甫生 刘争宏 张继文 储诚富
受保护的技术使用者：机械工业勘察设计研究院有限公司
技术研发日：2023.03.30
技术公布日：2023/8/5