CN101718659B - 一种静止土压力系数测试装置及测试方法 - Google Patents
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Abstract
一种静止土压力系数测试装置及测试方法，装置包括安装试样的底座，罩扣在试样底座上的压力室，压力室顶部中心设有与其滑动配合的活塞以及固定在试样中间截面上的电阻应变式径向变形传感器和连接于底座上的液压传感器，活塞断面面积和形状与压力室中具体试验的试样的断面面积和形状相同，压力室通过嵌套若干个高度、厚度均相等的套筒实现内部体积的调节。通过变化压力室体积提高其刚度，并减小其内部液体的压缩量，最终获得满足最优压力室体积与试样体积比Kopt条件(即在压力室内初始液体体积一定的前提下，不同液体压力对应的试样直径该变量最大值不超过10μm的条件)的压力室，提高静止土压力系数K0测定的准确性。
Description
技术领域
本发明涉及一种装置及测试方法，尤其是一种适用于岩土工程中高应力条件下低含水量饱和粘土K0系数测量的静止土压力系数测试装置及测试方法。
背景技术
深厚表土静止土压力系数K0是冻结壁设计理论需重点解决的课题之一，针对深部岩土工程的特点，通过较准确可靠的试验仪器和符合实际的试验方法，在对深土物理力学特性研究基础上，建立和发展适用于深厚表土中地下结构外载的深厚表土静止土压力理论已成为深部土力学研究的一项迫切任务。
大量学者开展了浅表土静止土压力系数K0的试验方法、演变规律和影响因素方面的研究，而K0试验方法是K0试验成果可靠与否的关键。已有K0室内试验方法中，常用的有：①刚性压力室，柔性侧限条件。传压介质用无气水，也可用油，均假设液体不可压缩。②根据试样的轴向变形与体积变化调节压力，使试样的排水量总是等于其初始面积与轴向变形的乘积，达到试样不发生侧向变形的目的；③双筒压力室法。把试样的侧向变形转换为内筒的水位变化，根据内筒的水位升降，调节压力室的压力和轴向压力，间接控制试样不发生侧向变形。
上述K0试验方法只能适用于饱和土，且均建立在传压介质具有不可压缩性假设基础上，这对于常压(＜1MPa)试验是能够满足的，但是当压力超过一定1MPa后，液体具有明显的压缩性，且这种压缩性和压力室体积与试样体积比之K密切相关，常规K0试验方法无法满足高压(＞1MPa)条件下的K0试验，特别是低含水量(含水量低于塑限)粘土K0试验。
常规K0试验及三轴试验所采用的压力室内部体积不可调节，对高压(＞1MPa)条件下的试验很难适用，也无法定量研究压力室内部液体压缩性对K0试验及三轴试验中土体体积变形量测结果的影响规律。
发明内容
技术问题：本发明的目的是提供一种方法简单，使用范围广，准确性和可靠度高的静止土压力系数测试装置及测试方法。
技术方案：本发明的静止土压力系数测试装置，包括安装试样的底座，罩扣在试样底座上的压力室，压力室的顶部中心设有与其滑动配合且作用在试样上的活塞，压力室的顶部还设有排气孔，压力室内设有多个用于调节压力室容积大小的相互嵌套的套筒，活塞与底座间的待测试样上设有可将测量数据输出的径向变形传感器；底座的底盘内分别开有通向待测试样底部的排水孔和通向压力室内部的进出液通道，进出液通道口处设有液压传感器。
所述的压力室与底座之间螺栓联接，接合处设有密封圈；所述的压力室与活塞滑动配合之间设有密封圈。
本发明的静止土压力系数测试方法：
a.将试样安放在底座上，将径向变形传感器固定于试样的中间截面位置处，要求试样在直径变化量＜10μm条件下实现活塞下底面与试样上表面紧密接触；
b.选择多个套筒套入压力室，将压力室安放在底座上并进行密封，打开排气孔，通过进出液通道向压力室内注满无气液体，直至液体通过排气孔向外溢出；
c.关闭排水孔，并将液压传感器安装在压力室的进出液通道端口处；
e.在活塞上施加轴向压力σ1，通过观测液压传感器了解压力室内的液体压力σ3；通过观测径向变形传感器的读数获得试样中间部位的直径变化量Δd，待试样中间部位的直径变化量Δd稳定后的数值记为Δdmax，逐级加大试样的轴向压力σ1，得到不同液体压力σ3条件下直径变化量最大值Δdmax；
f.增加套筒的数量，以改变压力室的体积，从而获取不同压力室体积Vi与试样体积Vs之比Ki下的Δdmax～σ3变化曲线，i＝1，2，3…N，N为自然数；
当获得的Δdmax～σ3曲线峰值点对应的(Δdmax)f小于10μm时，压力室体积Vn与试样体积Vs之比为最优值Kopt，其中：1≤n≤i；
g.按常规开展静止土压力系数K0试验及三轴试验。
有益效果：本发明压力室内部体积可以逐级变化调节，针对不同试验目的和试验土性，利用符合最优压力室体积与试样体积之比Kopt条件(即在压力室内初始液体体积一定的前提下，不同液体压力对应的试样直径该变量最大值不超过10μm的条件)的压力室进行静止土压力系数K0试验和三轴试验，试验测取体积变形的准确性和可靠度大大提高。其方法简单，使用范围广，准确性和可靠度高，在本技术领域内具有广泛的实用性。
附图说明
附图是本发明静止土压力系数测试装置结构图。
图中：1-压力室，2-底座，3-活塞，4-套筒，5-径向变形传感器，6-，7-排气孔，8-进出液通道，9-试样，10-液压传感器。
具体实施方式
下面结合附图中的实施例对本发明作进一步的描述：
附图所示，静止土压力系数测试装置主要由压力室1、底座2、活塞3和设在压力室1内的多个套筒4构成。底座2呈倒T字形，其上安设试样9，压力室1罩扣在试样底座2上，压力室1与底座2之间螺纹联接，接合处设有密封圈。压力室1的顶部开有排气孔7，其内设有多个用于调节压力室1容积大小的相互嵌套的套筒4；压力室1的顶部中心设有与其滑动配合且作用在试样9上的活塞3，活塞3与底座2间的待测试样9上设有可将测量数据输出的径向变形传感器5，径向变形传感器5采用电阻应变式传感器；压力室1与活塞3滑动配合之间设有密封圈。底座2的底盘内分别开有通向待测试样9底部的排水孔6和通向压力室1内部的进出液通道8，进出液通道8口处设有液压传感器10。
本发明的静止土压力系数K0测定方法如下：
1.将试样9安放与底座2上，将径向变形传感器5固定于试样9的中间截面位置处，要求试样9在较小变形(直径变化量＜10μm)条件下实现活塞3与试样9上表面紧密接触；
2.选择多个套筒4套入压力室1，将压力室1安放在底座2上并进行密封，打开排气孔7，通过进出液通道8向压力室1内注满无气液体，直至液体通过排气孔7向外溢出；
3.关闭排水孔7，并将液压传感器10安装在压力室的进出液通道8的端口处；
4.在活塞3上施加轴向压力σ1，通过观测液压传感器10了解压力室1内的液体压力σ3，定时采集试样9中间部位的直径变化量Δd，待试样9中间部位的直径变化量Δd稳定后的数值记为Δdmax，逐级加大试样9的轴向压力σ1，得到不同液体压力σ3条件下直径变化量最大值Δdmax的变化规律；
5.增加套筒4的数量，以改变压力室1的体积，从而获取不同压力室体积Vi与试样体积Vs之比Ki下的Δdmax～σ3变化曲线，i＝1，2，3…N，N为自然数；
当获得的Δdmax～σ3曲线峰值点对应的(Δdmax)f小于10μm时，压力室体积Vn与试样体积Vs之比为最优值Kopt，其中：1≤n≤i；
6.选择与步骤1中相同的试样9，并利用步骤5中压力室体积为Vn的压力室1进行试验，记录作用在活塞3上的力σ1和压力室1内液体压力σ3，根据静止土压力系数定义计算静止土压力系数数值，即，K0＝σ3/σ1。
例如：经过第i次调节后，i＝1，2，3…N，N为自然数。压力室内部体积为500cm3，试样体积Vs为375cm3，则体积比K为1.33，如果此种条件下获得的压力室内的试样断面直径变化量(Δdmax)f为8μm(＜10μm)，则认为压力室内部体积与试样体积比K＝1.33为最优体积比Kopt，通过内部体积为500cm3的压力室进行K0试验，获得的σ1为10MPa，σ3为7MPa，则计算相应的K0系数为0.7。
Claims (4)
1.一种静止土压力系数测试装置，特征在于：它包括安装试样的底座(2)，罩扣在试样底座(2)上的压力室(1)，压力室(1)的顶部中心设有与其滑动配合且作用在试样(9)上的活塞(3)，压力室(1)的顶部设有排气孔(7)，压力室(1)内设有多个用于调节压力室(1)容积大小的相互嵌套的套筒(4)，活塞(3)与底座(2)间的试样(9)上设有可将测量数据输出的径向变形传感器(5)；底座(2)的底盘内分别开有通向试样(9)底部的排水孔(6)和通向压力室(1)内部的进出液通道(8)，进出液通道(8)端口处设有液压传感器(10)。
2.根据权利要求1所述的静止土压力系数测试装置，其特征在于：所述的压力室(1)与底座(2)之间螺纹联接，接合处设有密封圈。
3.根据权利要求1所述的静止土压力系数测试装置，其特征在于：所述的压力室(1)与活塞(3)滑动配合之间设有密封圈。
4.一种静止土压力系数测试方法，其特征在于：
a.将试样(9)安放在底座(2)上，将径向变形传感器(5)固定于试样(9)的中间截面位置处，要求试样(9)在直径变化量＜10μm条件下实现活塞(3)下底面与试样(9)上表面紧密接触；
b.选择多个套筒(4)套入压力室(1)，将压力室(1)安放在底座(2)上并进行密封，打开排气孔(7)，通过进出液通道(8)向压力室(1)内注满无气液体，直至液体通过排气孔(7)向外溢出；
c.关闭排水孔(7)，并将液压传感器(10)安装在压力室的进出液通道(8)端口处；
e.在活塞(3)上施加轴向压力σ1，通过观测液压传感器(10)了解压力室(1)内的液体压力σ3；通过观测径向变形传感器(5)的读数获得试样(9)中间部位的直径变化量Δd，待试样(9)中间部位的直径变化量Δd稳定后的数值记为Δdmax，逐级加大试样(9)的轴向压力σ1，得到不同液体压力σ3条件下直径变化量最大值Δdmax；
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