一种土工CBR自动试验装置

技术领域

本发明属于土木工程试验检测领域，具体涉及一种土工CBR试验装置，主要用于土工CBR试验试件浸泡及后续的贯入试验。

背景技术

承载比试验简称CBR试验，由美国加州公路局提出，CBR值指试件贯入量为2.5mm时，单位压力对标准碎石压入相同贯入量时标准荷载强度的比值，CBR是路基施工过程中一项关键性力学指标，其表征路基在不利状态下的承载能力，在试验检测工作中，准确高效获得CBR值对指导现场施工具有重要意义。

CBR试验通常制备三组（共九个）试样，需将试件在水中浸泡4昼夜后进行贯入试验，浸水过程中水面需保持在试筒上部25mm。在浸水过程中，水面会因试件吸水而降低，常需人工长时间不间断监测水位变化并及时向容器内补水以使水面满足试验要求；试验过程中水温会随着环境温度变化而不断变化，影响试验结果；试验过程中需要人工读取百分表读数，可能因视角与表盘不垂直而产生读数误差；浸水结束后需要人工将容器内的水舀出；为量测试验浸水后含水率的变化，需人工将试件抱起放到电子秤上称量其泡水后的质量；在对试件进行贯入试验时，还需将各个试件依次放入路强仪。

使用传统的试验方式及试验器具进行CBR试验存在试验数据精度低、水位控制难、试验给排水不便、试验装置及试样移动不便、需要花费大量人力及时间进行试验等诸多问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有试验方式中存在不足，提供一种土工CBR全过程自动试验装置。

本发明的技术方案：一种土工CBR自动试验装置，包括试验箱、试样系统、膨胀量测定装置，试样系统含有试筒、荷载板，试筒内装试样，试样系统置于试验箱内，试样系统有多套，成环形布置在试验箱内，试验箱为圆桶形，箱底为秤体放置凹槽，秤体放置凹槽用于放置秤体，秤体之上是秤盘，荷载板中间有孔，试样与荷载板间是带调节杆的多孔板，调节杆从荷载板中间孔穿出，还设有给排水装置、水位传感器、恒温装置、加荷装置、置物架及总控系统；所述给排水装置包括给水泵、排水泵、给水管、排水管、蓄水箱，给水泵连接给水管，给水管一端伸进试验箱内，给水泵从蓄水箱抽水至试验箱内，排水泵连接排水管，排水管一端伸进蓄水箱内，排水泵从试验箱把水排至蓄水箱；所述水位传感器安装于试验箱内壁，水位传感器电连接总控系统，总控系统电连接给水泵、排水泵；膨胀量测定装置连接于试验箱侧壁，用于测定试样膨胀量；加荷装置置于试验箱旁侧，用于测量荷载大小及贯入量，总控系统电连接加荷装置，控制加荷装置的工作；所述恒温装置包括水循环泵、水温传感器、加热装置、制冷装置、进水管、进水管阀门、出水管、出水管阀门、恒温控制装置，进水管阀门和进水管阀门位于圆形箱体的底部并分别与进水管、出水管以及水循环泵串联，水温传感器置于试验箱内，水温传感器电连接总控系统，总控系统电连接水循环泵、加热装置及制冷装置，水循环泵、加热装置及制冷装置位于恒温装置内部，恒温控制装置用于显示试验箱中水的温度，水温传感器用于测量试验箱内水的温度，加热装置、制冷装置包在进水管或出水管进入恒温装置内的区段的外围，加热装置为电加热套、制冷装置为含有冷凝液的制冷套；置物架用于放置试验箱，置物架上安装旋转装置，试验箱底部边沿放在旋转装置上，旋转装置内圈范围内有凹孔，凹孔用于容纳秤体放置凹槽；秤体、秤盘为质量测定装置，浸泡试验时取出，称重时放入秤体放置凹槽；秤体、加荷装置经信号线连接总控系统，总控系统接收水位传感器水位信号、水温信号，反馈控制信号控制给排水装置、恒温装置的工作。

所述给水泵及排水泵为潜水泵，给水泵及排水泵分别位于蓄水箱底部和圆形箱体底部，给水管伸入圆形箱体底部，排水管伸入蓄水箱内部。

所述膨胀量测定装置包括电子百分表、磁力表座、百分表支架及支架连接器，支架连接器为带有两个呈垂直布置的螺孔的部件，百分表支架为两端带有螺纹的圆杆，磁力表座连接竖直向的百分表支架，百分表支架连接支架连接器，支架连接器连接横向的百分表支架，横向的百分表支架末端连接支架连接器，支架连接器竖向螺孔中安装电子百分表，磁力表座吸附在试验箱外侧，电子百分表底部顶接调节杆顶端面，电子百分表连接总控系统。

所述加荷装置包括加荷控制装置、贯入杆和地锚装置，地锚装置将加荷装置固定于地面，贯入杆由加荷控制装置控制伸出、回退量。

所述蓄水箱底部设有箱底万向轮，恒温装置底部有万向轮，置物架底部有架底万向轮，箱底万向轮、万向轮、架底万向轮均通过螺栓连接在各自的配套物体底部，且箱底万向轮、万向轮、架底万向轮均有制动功能。

本发明的有益效果：（1）本发明试样浸水膨胀测量为电子百分表自动采集，避免了人为读数误差。

（2）本发明自带蓄水箱、给水泵和排水泵，无需外接水源，可实现水的重复利用。

（3）本发明可自动实试验箱内水位的恒定，能够自动注水及排水，自动化程度高；试样浸泡、称量及贯入试验均在圆形箱体内，省去试件反复人工搬运；各装置均安装有万向轮，移动灵活，极大的节省了人力及时间。

（4）本发明可控制试验箱内水温恒定，保证了试验的精确性。

（5）本发明操作简单，组装简便，便于室内布置，可通过该试验装置高效完成CBR试验。

附图说明

图1是本发明装置浸水试验的西南等轴测图；

图2是本发明装置浸水试验的东南等轴测图；

图3是本发明装置浸水试验的的俯视图；

图4是本发明装置贯入试验的西南等轴测图；

图5是本发明装置贯入试验的东南等轴测图；

图6是本发明装置贯入试验的俯视图；

图7是本发明装置中加荷装置的西南等轴测图；

图8是本发明装置中置物架的西南等轴测图；

图9是本发明装置中膨胀量测定装置的西南等轴测图；

图10是本发明装置中试样系统的西南等轴测图；

图11是本发明装置中给排水装置的西南等轴测图；

图12是本发明装置中试验箱的剖视图。

图标：1—调节杆；2—试验箱；3—试样系统；4—试样；5—试筒；6—荷载板；7—多孔板；8—给排水装置；9—给水泵；10—排水泵；11—给水管；12—排水管；13—蓄水箱；14—箱底万向轮；15—水位传感器；16—恒温装置；17—水循环泵；18—水温传感器；19—加热装置；20—制冷装置；21—进水管；22—进水管阀门；23—出水管；24—出水管阀门；25—恒温控制装置；26—万向轮；27—膨胀量测定装置；28—电子百分表；29—磁力表座；30—百分表支架；31—支架连接器；32—秤体放置凹槽；33—秤盘；34—秤体；35—置物架；36—刚性置物架；37—旋转装置；38—架底万向轮；39—加荷装置；40—加荷控制装置；41—贯入杆；42—地锚装置；43—总控系统。

具体实施方式

一种土工CBR自动试验装置，包括试验箱2、试样系统3、膨胀量测定装置27，试样系统3含有试筒5、荷载板6，试筒5内装试样4，试样系统3置于试验箱2内，其特征在于：试样系统3有多套，成环形布置在试验箱2内，试验箱2为圆桶形，箱底为秤体放置凹槽32，秤体放置凹槽32用于放置秤体34，秤体34之上是秤盘33，荷载板6中间有孔，试样4与荷载板6间是带调节杆1的多孔板7，调节杆1从荷载板6中间孔穿出，还设有给排水装置8、水位传感器15、恒温装置16、加荷装置39、置物架35及总控系统43；所述给排水装置8包括给水泵9、排水泵10、给水管11、排水管12、蓄水箱13，给水泵9连接给水管11，给水管11一端伸进试验箱2内，给水泵9从蓄水箱13抽水至试验箱2内，排水泵10连接排水管12，排水管12一端伸进蓄水箱13内，排水泵10从试验箱2把水排至蓄水箱13；所述水位传感器15安装于试验箱2内壁，水位传感器15电连接总控系统43，总控系统43电连接给水泵9、排水泵10；膨胀量测定装置27连接于试验箱2侧壁，用于测定试样膨胀量；加荷装置39置于试验箱2旁侧，用于测量荷载大小及贯入量，总控系统43电连接加荷装置39，控制加荷装置39的工作；所述恒温装置16包括水循环泵17、水温传感器18、加热装置19、制冷装置20、进水管21、进水管阀门22、出水管23、出水管阀门24、恒温控制装置25，进水管阀门22和进水管阀门24位于圆形箱体2的底部并分别与进水管21、出水管23以及水循环泵17串联，水温传感器18置于试验箱2内，水温传感器18电连接总控系统43，总控系统43电连接水循环泵17、加热装置19及制冷装置20，水循环泵17、加热装置19及制冷装置20位于恒温装置16内部，恒温控制装置25用于显示试验箱2中水的温度，水温传感器18用于测量试验箱2内水的温度，加热装置19、制冷装置20包在进水管21或出水管23进入恒温装置16内的区段的外围，加热装置19为电加热套、制冷装置20为含有冷凝液的制冷套；置物架35用于放置试验箱2，主体为刚性置物架36，置物架35上安装旋转装置37，试验箱2底部边沿放在旋转装置37上，旋转装置37内圈范围内有凹孔，凹孔用于容纳秤体放置凹槽32；秤体34、秤盘33为质量测定装置，浸泡试验时取出，称重时放入秤体放置凹槽32；秤体34、加荷装置39经信号线连接总控系统43，总控系统43接收水位传感器15水位信号、水温信号，反馈控制信号控制给排水装置8、恒温装置16的工作。

所述给水泵9及排水泵10为潜水泵，给水泵9及排水泵10分别位于蓄水箱13底部和圆形箱体2底部，给水管11伸入圆形箱体2底部，排水管12伸入蓄水箱13内部。

所述膨胀量测定装置27包括电子百分表28、磁力表座29、百分表支架30及支架连接器31，支架连接器31为带有两个呈垂直布置的螺孔的部件，百分表支架30为两端带有螺纹的圆杆，磁力表座29连接竖直向的百分表支架30，百分表支架30连接支架连接器31，支架连接器31连接横向的百分表支架30，横向的百分表支架30末端连接支架连接器31，支架连接器31竖向螺孔中安装电子百分表28，磁力表座29吸附在试验箱2外侧，电子百分表28底部顶接调节杆1顶端面，电子百分表28连接总控系统43。可通过调整磁力表座29的安装位置、百分表支架30与支架连接器31之间的连接长度及角度使得电子百分表28的测量杆位于调节杆1的顶部。

所述加荷装置39包括加荷控制装置40、贯入杆41和地锚装置42，地锚装置42将加荷装置固定于地面，贯入杆41由加荷控制装置40控制伸出、回退量。

蓄水箱13底部设有箱底万向轮14，恒温装置16底部有万向轮26，置物架35底部有架底万向轮38，箱底万向轮14、万向轮26、架底万向轮38均通过螺栓连接在各自的配套物体底部，且箱底万向轮14、万向轮26、架底万向轮38均有制动功能。

本发明工作步骤如下：

（1）参照《公路土工试验规程》（JTG E40-2007）制备9个CBR试件；

（2）将加荷装置39通过地锚装置42安装于实验室合适位置，参照附图将试验箱2、给水泵9、排水泵10、给水管11、排水管12、蓄水箱13、水位传感器15、恒温装置16、刚性置物架36及总控系统43合理布置于加荷装置39旁边；

（3）CBR试验首先进行的是试样浸水试验，浸水试验试样系统由试样4、试筒5、荷载板6和带调节杆的多孔板7组成，参照附图将9个试样系统呈环形分布依次放入试验箱2；

（4）将磁力表座29安装于试验箱2外侧合适位置，调整百分表支架30的长度及支架连接器31的角度使电子百分表28的测头位于带调节杆的多孔板7的调节杆顶部。

（5）检查各装置工作状态，通过总控系统43开始试验；

（6）总控系统43控制给水泵9及水位传感器18打开，蓄水箱13中的水通过给水泵9流经给水管11进入试验箱2，水位传感器18测量试验箱2内的水位并将水位信息发送于总控系统43，当试验箱2内的水位满足试验要求时，总控系统43控制给水泵关闭9、控制恒温装置16开始工作；

（7）浸水试验过程中，试样4吸水会导致水面下降，水位传感器18将水位下降信息反馈给总控系统43，总控系统43控制给水泵5打开，当水面满足试验要求时，给水泵5关闭，使得试验箱2水面保持恒定；

（8）浸水试验过程中，总控系统43接收并保存由电子百分表28量测的试样4的膨胀量信息，恒温装置16保持开启以使试验箱2中水温保持恒定。当测得的水温低于设定温度值，总控系统43控制水循环泵17、加热装置19开启，使水流动循环，为试验箱内水加温。当测得的水温高于设定温度值，总控系统43控制水循环泵17、制冷装置20开启，为试验箱的水降温。

（9）当CBR试件浸水时间达到4昼夜时，总控系统43控制电子百分表28关闭及恒温装置16关闭、控制排水泵10打开，试验箱2内的水流经排水管12流入蓄水箱13；

（10）将电子百分表28、磁力表座29、百分表支架30、支架连接器31从试验箱2上取下，倒出试样4顶部残存的水，试件系统在试验箱2内静置15分钟后卸去荷载板6和带调节杆的多孔板7，使用抹布将试验箱2内残余水分擦干；

（11）将秤体34放在试验箱的秤体放置凹槽32内，秤体34上放置秤盘33，将装有试样4的试筒5放在秤盘33上称量，以计算试样4的吸水量及密度变化，此时浸水试验结束；

（12）将排水泵10、排水管12、给水管从试验箱中取出，将进水管21、出水管23从进水管阀门22及出水管阀门24卸下使得恒温装置16与试验箱10分离；

（13）CBR试验进行的第二项试验是贯入试验，贯入试验试样系统由试样4、试筒5及荷载板组成，将质量称量完毕的试样系统按照附图布置，启动加荷装置39，控制加荷装置40使贯入杆41与试样4接触并使施加荷载为45N；

（14）通过总控系统43将加荷装置39所测得的力及贯入量归零后开始贯入试验，贯入杆41的贯入速率为1~1.25mm/min，加荷装置39量测贯入杆41的贯入量及所测力得大小并在总控系统43显示及保存，贯入量达到5mm时本试样的贯入试验结束，总控系统43控制贯入杆41自动升起；

（15）通过刚性置物架36上的旋转装置37将试验箱2转动一定角度，使得其他试样系统位于贯入杆41底部，从而依次进行其他试样的贯入试验，当所有试样的贯入试验均以完成，则试验结束；

（16）通过总控系统43分析计算各个试件的含水率及密度变化、计算各个试件的CBR值。