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专利名称：黄土大试块崩解仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种黄土性能测量仪器，尤其是涉及一种黄土大试块崩 解仪。
背景技术：
黄土崩解性是黄土的重要物理力学性质之一，对黄土崩解性进行研究 具有重要的理论与现实意义。黄土的崩解性越来越受到重视，但由于现有 试验技术和手段的局限，导致目前对黄土崩解性的研究尚不深入，以至于 工程及科研领域许多问题不能有效地解决。
现有测定黄土崩解性的试验仪器(或称湿化仪)由带刻度标示的浮简、 挂在浮简下端的网板以及玻璃外简构成，其具有以下缺点和不足
1、 由于该仪器并非专为测定黄土的崩解性而设计，因此在对黄土崩 解性进行试验时有许多方面难以满足试验要求，尤其是受结构尺寸的限制
(如浮简不能提供足够的浮力，且量程也很有限)，而不能对黄土大试块 进行崩解试验。
2、 在精度方面，由于只能根据在浮简齐水面处的刻度读数，而在迅 速地将黄土试样浸入外简中的过程中不可避免要造成水面的波动，因此水 面的波动以及水面与浮简接触部位弯液面的存在必然造成读数误差。
3、 在耐用性方面，由于现有的仪器以玻璃材料制作而成，其强度低 而易碎，不宜长距离颠簸运送，而黄土大试块恰恰又不宜长距离搬运至实 验室，因此不能满足黄土大试块野外试验的要求。
除此之外，由于用于放置试样的网板周围无支托，实验中易因试样崩 解不平衡而造成试样歪斜甚至滑脱而导致试验失败；外简底部无底座，使 得使用时难以保持仪器稳定；外简底部无调节水平的装置，导致使用时难以保证仪器在纵向上保持垂直，这些都对仪器的使用造成直接影响。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提 供一种黄土大试块崩解仪，其精度高，误差小，适于大体积黄土试块的崩 解试验，且耐用性好，便于远距离运输和野外试验的要求。
为解决上述技术问题，本实用新型釆用的技术方案是 一种黄土大试块 崩解仪，包括竖直设置的外简、设置在外简内的内简以及用于放置黄土试 块的挂网，所述外简和内简的顶端开口且底端封闭，在所述内简的底部竖 直向下设置有挂钩，所述挂网挂接连接在挂钩上，其特征在于所述外简 的侧壁上开有注水孔和溢水孔，并通过注水孔设置有用于向外简内部注水 的注水管，所述注水管伸入在外简的内部，且注水管的底端低于溢水孔， 所述溢水孔为矩形孔且其上安装有溢水管，所述溢水管设置在外简的外 部；在所述外简的侧壁上设置有刻度标记，且在内简的侧壁外部水平设置 有用于指示该刻度标记的读数指针。
在外简的侧壁内部且位于注水孔的下方粘结有水平方向的注水管托 板，所述注水管托板上开有用于注水管竖直穿过的注水管定位孔。
所述读数指针为底面粘结在内简侧壁上且尖角端为指示端的楔形指 针，所述尖角端与外简内壁之间的距离为0.2-lmm。
所述内简的侧壁外部呈放射状设置有多个水平方向的定位指针，并通 过定位指针防止内简外壁和外简内壁相接触。
所述定位指针为底面粘结在内简侧壁上的三角指针，且定位指针的顶 端与外简内壁之间的距离为0. 2-lmm。
所述外简安装在外简底座上，所述外简底座上均匀设置有三个水平调 节螺栓组，所述水平调节螺栓组包括调节螺栓和底座，所述底座的顶端开 有带螺紋的竖直盲孔，所述调节螺栓竖直穿插并固定在外简底座上，并通 过调整各调节螺栓的螺杆伸入在对应竖直盲孔内的长度保证外简底座的 水平度。所述挂网由矩形钢丝网、分别设置在所述钢丝网的相对两端并向上延 伸的两个护栏、连接在两个护栏之间的挂臂以及设置在挂臂上并用来与所 述挂钩相连接的挂环构成，所述护栏与钢丝网成90-120°夹角，所述钢丝 网的另外两端部的钢丝伸出在钢丝网外部并向上延伸，且该伸出部分与钢
丝网成90-150°夹角。
所述挂网的钢丝网上设置有有机玻璃板。 所述外简的开口端上设置有外简顶盖。 所述外简和内简由有机玻璃制成。
本实用新型与现有技术相比具有以下优点
1、 提高了读数精度。根据内简上的读数指针在外简上的指示而读数， 因此避免了因水位波动和弯液面造成的读数误差；同时设计的外简底座和 水平调节螺栓组使外筒放置更为稳定，继而使外简保持竖直，这也保证了 读数的准确；另外，由于溢水孔和注水管的设置，保证了外简内的水位一 直处于恒定状态，且消减了水面的波动，因此依据内简上的刻度标记所读 取的数值亦可作为参考。
2、 适用范围大。本实用新型由体积较大的内简提供可靠浮力，因此 可适于大体积黄土试块的崩解试验，实践证明，本实用新型能用来对15cm xl5cmxl5cm的试块进行崩解试验。试块尺寸的增大，使得在实际工程或 科研中采集天然含孔洞或裂隙的黄土试样成为可能，同时也使得在试块中 人工加工孔洞或裂缝成为可能，从而使用该仪器可对不同空隙率的黄土试 块进行试验，解决了原有仪器所不能解决的问题。另外，由于读数精度高， 所以本实用新型也适于较小尺寸的黄土试块崩解试验，因此使用本实用新 型可对不同形状和大小的黄土试块进行试验，借以研究黄土崩解性的边界 效应。
3、 耐用性好。本实用新型采用了强度较高的有机玻璃代替原有的玻 璃材料，且设置了外简顶盖，使得本实用新型不但经久耐用，而且也便于 长距离运送，因此更适于野外现场试验。下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述,


图1为本实用新型的整体结构示意图。
图2为本实用新型外简的结构示意图。 图3为本实用新型竖直调节螺栓的结构示意图 图4为本实用新型螺紋底座的结构示意图。 图5为本实用新型内简的结构示意图。 图6为本实用新型定位指针的结构示意图。 图7为本实用新型读数指针的结构示意图。 图8为本实用新型挂网的结构示意图。 附图标记说明
l一外简；
4一外简底座；
7 —溢水孔；
IO—水平调节螺栓组:
13—注水孔；
16—定位指针；
2—内简；
5—黄土试块；
8—溢水管；
ll一注水管；
14一调节螺栓;
17—挂钩；
3—挂网；
6 —外简顶盖；
9一初始水位指示线;
12—注水管托板；
15—底座；
18—读数指针。
具体实施方式
如图l、图2及图5所示，本实用新型包括竖直设置的外简1、内简2 和挂网3,内简2设置在外简1的内部，在内简2的下方设置有用于放置 黄土试块5的挂网3，其中，外简1和内简2的顶端开口且底端封闭。由 于黄土试块5在崩解过程中不断吸水，继而造成外简1内部水位的下降， 这就需要向外简1的内部注水，所以在外简1的侧壁上开有注水孔13,并 通过注水孔13设置有用于向外简1内部注水的注水管ll，注水管11伸入 在外简l的内部；同时，为了使外简1内部水位的保持恒定，在外简l的
7侧壁上开有溢水孔7，溢水孔7为溢水均勻的矩形孔，且溢水孔7上安装 有溢水管8,溢水管8设置在外简1的外部。其中，注水管11的底端低于 溢水孔7，这样，注水管ll在注水时，水从水面下注入，以防止注入的水 直接冲在内简2的外壁上或因水流冲撞引起外简1内的水面波动。在内简 2的底部竖直向下设置有挂钩17,挂网3挂接连接在挂钩17上；在外简1 的侧壁上设置有刻度标记，且在内简2的侧壁外部水平设置有用于指示该 刻度标记的读数指针18，通过读数指针18在刻度标记上的指示，得到内 简2在不同时刻浸入在水里的长度，最后通过计算得到不同时刻黄土的崩 解量。在内简2的侧壁上也设置有刻度标记，在试验过程中可通过该刻度 标记浮出水面的读数作为参考读数。
在外简1的侧壁内部且位于注水孔13的下方粘结有水平方向的注水 管托板12,注水管托板12上开有用于注水管11竖直穿过的注水管定位孔。 在本实施方式中，在注水孔13的下方上下设置有两个注水管托板12
读数指针18为底面粘结在内简2侧壁上且尖角端为指示端的楔形指 针，所述尖角端与外简1内壁之间的距离为0. 2-lmm。内简2的侧壁外部 呈放射状设置有多个水平方向的定位指针16,并通过定位指针16防止内 简2外壁和外简1内壁相接触。其中，定位指针16为底面粘结在内筒2 侧壁上的三角指针，且定位指针16的顶端与外简1内壁之间的距离为 0. 2-lmm。在本实施方式中，内简2的侧壁外部设置有一个读数指针18和 七个定位指针16,该一个读数指针18和七个定位指针16分上下两层且呈 环状均匀分布，其中，读数指针18的尖角端与外简1内壁之间的距离为 0. 5mm,定位指针16的顶端与外简1内壁之间的距离为0. 5mm。
外简1安装在外简底座4上，外简底座4上均匀设置有三个水平调节 螺栓组10，所述水平调节螺栓组IO包括调节螺栓14和底座15,其中， 底座15的顶端开有带螺紋的竖直盲孔，调节螺栓14竖直穿插并固定在外 简底座4上，通过调整各调节螺栓14的螺杆伸入在所述竖直盲孔内的长 度保证外简底座4的水平度，继而保证外简1的竖直度和稳定性。
8挂网3由矩形钢丝网、分别设置在所述钢丝网的相对两端并向上延伸 的两个护栏、连接在两个护栏之间的挂臂以及设置在挂臂上并用来与挂钩 17相连接的挂环构成。为防止黄土试块5在崩解过程中从挂网3的端部滑
脱，两个护栏为倾斜设计护栏与钢丝网成90-120°夹角，挂网3上没有 设置护栏的两端的钢丝伸出在钢丝网外部并向上延伸，且该伸出部分与钢 丝网成90-150°夹角。
外简1的开口端上设置有外简顶盖6。外简顶盖6用于和水平调节螺 栓组10相配合以保证外简底座4的水平，在黄土崩解试验开始前，把外 简顶盖6盖在外简1上，在外简顶盖6上放置罗盘，并根据罗盘调整各水 平调节螺栓组IO，调整后，取下外简顶盖6，开始黄土崩解试验。外简顶 盖6在本实用新型闲置或运输途中加盖，以便于保存各组件，同时还可保 持外简l的内部清洁。外简1和内简2由有机玻璃制成。钢丝网上设置有 有机玻璃板，以满足不同试验的需要(如需研究崩解性的边界效应时)。
为方便试验操作并减少试验误差，根据黄土试样5的体积大�。�在外 简1的侧壁上标示有初始水位指示线9,这样在开始试验前，使外简1内 的水位保持在初始水位指示线9处，在内筒2放入内简1中时，内筒1中 水位恰好达到溢水孔7的位置。本实施方式中，在外简l的侧壁上标有三 个不同高度的初始水位指示线9,以适用于不同体积的黄土试样5的试验。
使用本实用新型进行黄土崩解试验的过程是首先，把放置有黄土试 块5的桂网3挂接在内筒2的底部，将内简2竖直放入预先装有一定量水 的内简1中，此时，外简1内部水位在溢水孔7的位置；测记每间隔10-20 秒钟时，读数指针18在外简1侧壁上刻度标记的指示数值，并描述该时 间点黄土试样5的崩解情况，根据黄土试样5崩解的快慢，可适当缩短或 增长测读的时间间隔；当试样完全通过网格落下后，试验即告结束。如果 黄土试样5长时间不崩解时，则记录其在水中的情况。在该试验过程中， 注水管ll持续向外简1内部注水，并通过溢水孔7上的溢水管8，使外简 1内部水位的保持在溢水孔7的位置。黄土大试块崩解仪工作原理主要依据阿基米德定律和静力学平衡原 理，可表达为下式
由于内简2自重、挂钩17浮重及挂网3浮重之和G。不变，所以有 A/ = ALVwg = AG (2)
其中，在(1)和(2)式中，/为浮力系统提供的净浮力，丄为内简2 浸入水中长度的最大值(黄土试样5完全分解后的读数)，5为内简2底 面面积，"为内简2浸入水中的体积，^为水的容重，g为重力加速度， G。为内简2自重、挂钩17浮重及挂网3浮重之和，G为黄土试块5的浮 重。AZ为内简2浸入水中长度的变化量(即试验时不同时刻读数差值)， ^为浮力的减少量，AG为黄土试块5的崩解量。
(2)式中，因为S、 Pw、 g为定值，所以试验中M ^"为定值。 因此，Z为内简2浸入水中长度的最大值(黄土试样5完全分解后的读数), 并设试验刚开始时刻~的读数为￡。，崩解试验过程中某时刻^的读数为￡', 则至P时刻时试块的崩解量占试块总量的百分比为
<formula>formula see original document page 10</formula>
此公式即黄土试样5的崩解百分比，如果需要知道某时间点黄土试样 5崩解的质量是多少，只要将此百分比乘以黄土试样5的的总质量即可。
以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何 限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变 更以及等效结构变换，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。
权利要求1.一种黄土大试块崩解仪，包括竖直设置的外筒(1)、设置在外筒(1)内的内筒(2)以及用于放置黄土试块(5)的挂网(3)，所述外筒(1)和内筒(2)的顶端开口且底端封闭，在所述内筒(2)的底部竖直向下设置有挂钩(17)，所述挂网(3)挂接连接在挂钩(17)上，其特征在于所述外筒(1)的侧壁上开有注水孔(13)和溢水孔(7)，并通过注水孔(13)设置有用于向外筒(1)内部注水的注水管(11)，所述注水管(11)伸入在外筒(1)的内部，且注水管(11)的底端低于溢水孔(7)，所述溢水孔(7)为矩形孔且其上安装有溢水管(8)，所述溢水管(8)设置在外筒(1)的外部；在所述外筒(1)的侧壁上设置有刻度标记，且在内筒(2)的侧壁外部水平设置有用于指示该刻度标记的读数指针(18)。
2. 按照权利要求1所述的黄土大试块崩解仪，其特征在于在外简(1 ) 的侧壁内部且位于注水孔(13)的下方粘结有水平方向的注水管托板(12), 所述注水管托板(12)上开有用于注水管(11)竖直穿过的注水管定位孔。
3. 按照权利要求1或2所述的黄土大试块崩解仪，其特征在于所 述读数指针(18)为底面粘结在内简(2)侧壁上且尖角端为指示端的楔 形指针，所述尖角端与外简(1)内壁之间的距离为0. 2-lmm。
4. 按照权利要求l或2所述的黄土大试块崩解仪，其特征在于所述 内简(2)的侧壁外部呈放射状设置有多个水平方向的定位指针(16)， 并通过定位指针(16)防止内简(2)外壁和外简(1)内壁相接触。
5. 按照权利要求4所述的黄土大试块崩解仪，其特征在于所述定位 指针(16)为底面粘结在内简(2)侧壁上的三角指针，且定位指针(16) 的顶端与外简(1)内壁之间的距离为0. 2-lmm。
6. 按照权利要求l或2所述的黄土大试块崩解仪，其特征在于所述 外简(1)安装在外简底座(4)上，所述外简底座(4)上均匀设置有三 个水平调节螺栓组(10)，所述水平调节螺栓组(10)包括调节螺栓(14)和底座(15),所述底座(15)的顶端开有带螺紋的竖直盲孔，所述调节 螺栓(14)竖直穿插并固定在外筒底座(4)上，并通过调整各调节螺栓(14)的螺杆伸入在对应竖直盲孔内的长度保证外简底座(4)的水平度。
7. 按照权利要求l或2所述的黄土大试块崩解仪，其特征在于所述 挂网(3)由矩形钢丝网、分别设置在所述钢丝网的相对两端并向上延伸 的两个护栏、连接在两个护栏之间的挂臂以及设置在挂臂上并用来与所述 挂钩(17)相连接的挂环构成，所述护栏与钢丝网成90-120°夹角，所述 钢丝网的另外两端部的钢丝伸出在钢丝网外部并向上延伸，且该伸出部分 与钢丝网成90-150°夹角。
8. 按照权利要求7所述的黄土大试块崩解仪，其特征在于所述挂网 (3)的钢丝网上设置有有机玻璃板。
9. 按照权利要求l或2所述的黄土大试块崩解仪，其特征在于所述 外简(1)的开口端上设置有外简顶盖(6)。
10. 按照权利要求1或2所述的黄土大试块崩解仪，其特征在于所 述外简(1)和内简(2)由有机玻璃制成。
专利摘要本实用新型公开了一种黄土大试块崩解仪，包括外筒、内筒以及挂网，所述外筒和内筒的顶端开口且底端封闭，在内筒的底部竖直向下设置有挂钩，挂网挂接连接在挂钩上，外筒的侧壁上开有注水孔和溢水孔，并通过注水孔设置有用于向外筒内部注水的注水管，溢水孔为矩形孔且其上安装有溢水管；在外筒的侧壁上设置有刻度标记，且在内筒的侧壁外部水平设置有用于指示该刻度标记的读数指针。本实用新型精度高，误差�。�适于大体积黄土试块的崩解试验，且耐用性好，便于远距离运输和野外试验的要求。
文档编号G01N33/24GK201397328SQ20092003242
公开日2010年2月3日 申请日期2009年4月1日 优先权日2009年4月1日
发明者李喜安 申请人:长安大学