CN103278402A

CN103278402A - 一种电渗固结剪切仪

Info

Publication number: CN103278402A
Application number: CN2013101952002A
Authority: CN
Inventors: 蓝日彦; 王保田; 周铮; 魏军扬; 蔡宁生; 周亚东; 叶琼瑶; 张莉
Original assignee: GUANGXI SHUANGXIANG GEOTECHNICAL ENGINEERING Ltd Co; GUANGXI COMMUNICATIONS PLANNING SURVEYING AND DESIGNING INSTITUTE; Hohai University HHU
Current assignee: GUANGXI SHUANGXIANG GEOTECHNICAL ENGINEERING Ltd Co; GUANGXI COMMUNICATIONS PLANNING SURVEYING AND DESIGNING INSTITUTE; Hohai University HHU
Priority date: 2013-05-23
Filing date: 2013-05-23
Publication date: 2013-09-04

Abstract

本发明公开一种电渗固结剪切仪，包括框架、垂直加载系统、水平剪切加载系统和电绝缘实验箱；所述框架包括底架和龙门架，底架和龙门架相固连；所述垂直加载系统固连在龙门架的上壁，垂直加载系统包括轴压气缸、轴压位移电子传感器和轴力传感器；电绝缘实验箱包括电极管、上剪切盒、下剪切盒；电渗实验时上剪切盒和下剪切盒盛放土体，电极管插入土体。本发明使实验效率高、占地面积小、操作方便、结构紧凑、测定结果准确可靠，适合于东部沿海地区和珠江三角洲地区软粘土和淤泥质土电渗透测试的室内或现场实验，为解决地基处理、围海造地、港口护岸等岩土工程问题中地基变形与稳定性参数测定相关工程问题服务。

Description

一种电渗固结剪切仪

技术领域

本发明涉及土木工程领域中岩土工程测试技术，特别是一种电渗固结剪切仪。

背景技术

目前，在我国东部沿海和珠江三角洲地区存在大面积的饱和软粘土和淤泥质土，这些土具有含水率高、压缩性高、强度低等特点，在许多土建，水利，港口等有关工程建设中普遍存在地基或土体排水固结缓慢的问题。近年来有人将土体电渗并配以堆载预压技术应用于软粘土地基的加固处理，取得了良好的效果。实践证明，这种电渗方法不仅能提高土体固结速度，而且能使土体密实性更好，达到了减少土体含水率、提高土体抗剪强度、减小土体工后沉降等目的。

随着近20年来沿海和珠江三角洲地区一系列工程的建设，电渗重新成为岩土工程中的热点之一的同时，相应的理论实验研究也逐渐展开来。目前的研究大多以室内实验来模拟各种不同条件下的电渗排水，以期掌握加固特性，达到提高处理效果和降低处理费用的目的。大部分实验是模拟工程现场梅花形和排形两种电渗管排布的方式，对应实验模型也主要有圆桶模型和长方体箱模型。但是二者皆不可在土体电渗后直接测得土体的强度，只能通过对模型装置里的土取样测得，定会对电渗后的土体产生一定的扰动影响，而且所取土体再做强度测试时候其剪切面也较小，所测强度与实验模型中电渗后的土体真实强度必然存在一定偏差。因而有必要研发一种电渗固结剪切仪满足要求，弥补以往实验装置的缺陷。

发明内容

发明目的：针对上述现有技术存在的问题和不足，本发明公开一种电渗固结剪切仪，用于室内土体电渗透实验，占地面积小，操作方便、结构紧凑、安全可靠、土体美观，测定结果准确可靠，在土体电渗后能直接进行土体剪切实验，满足室内与现场粘土或定性测定实验要求。

为实现上述发明目的，本发明电渗固结剪切仪可采用如下技术方案：包括框架、垂直加载系统、水平剪切加载系统和电绝缘实验箱；所述框架包括底架和龙门架，底架和龙门架相固连；所述垂直加载系统固连在龙门架的上壁，垂直加载系统包括轴压气缸、轴压位移电子传感器和轴力传感器，所述轴压气缸提供垂直载荷，所述轴压位移电子传感器和轴压气缸相连，测量固结沉降，所述轴力传感器和轴压气缸相连，测量固结应力；所述水平剪切加载系统包括剪切气缸、剪切位移电子传感器和剪切力传感器，所述剪切气缸提供剪切应力，所述剪切位移电子传感器和剪切力传感器布置在龙门架的一侧壁上，剪切位移电子传感器测量剪切位移，剪切力传感器测量剪切应力；所述电绝缘实验箱为电渗实验、剪切实验和固结实验的容器，分别与框架、垂直加载系统和水平剪切加载系统相连；电绝缘实验箱包括电极管、上剪切盒、下剪切盒；电渗实验时上剪切盒和下剪切盒盛放土体，电极管插入土体；所述上剪切盒与下剪切盒上下布置，上剪切盒的上端与龙门架的内壁上侧固连，上剪切盒的一端与剪切力传感器接触，下剪切盒的一端与剪切位移电子传感器接触，下剪切盒的另一端与剪切气缸相连接，下剪切盒与底架通过移动副相连。

作为优选，所述电绝缘试验箱还包括万能表，万能表固连在龙门架上，并与土体相连，测量电势和电流。

作为优选，所述电绝缘试验箱还包括水量测量仪，水量测量仪固连在龙门架上，测量固结排水量。

有益效果：与现有技术相比，本发明有如下优点：

1、本发明的电渗固结剪切仪可测定不同荷载、不同电渗条件下高含水率淤泥的强度变化，进行软弱土的加固特性研究，较为精确模拟工程现场堆载-电渗技术并能在模拟完成后直接进行剪切实验，直接测得土体电渗后的强度，避免了再次取样对土体扰动的影响。

2、本发明的电渗固结剪切仪的垂直加载系统和水平剪切加载系统均采用气压加载，能对水平加载和垂直加载数值的大小进行任意调节，使加载稳定持续。

3、实验过程中的固结沉降、剪切位移和电渗参数等可以通过电子传感装置进行自动化采集。

4、本发明的电渗固结剪切仪的实验效率高、占地面积小、操作方便、结构紧凑、测定结果准确可靠，适合于东部沿海地区和珠江三角洲地区软粘土和淤泥质土电渗透测试的室内或现场实验，为解决地基处理、围海造地、港口护岸等岩土工程问题中地基变形与稳定性参数测定相关工程问题服务。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的拆分结构示意图。

1-底架 2-轨道 3-滑动轴承 4-剪切底板 5-剪切垫板 6-透水板 7-下剪切盒 8-剪切位移电子传感器基板 9-剪切位移电子传感器 10-上剪切盒 11-剪口推板12-剪口推件 13-挡杆 14-剪切力传感器 15-调节螺栓 16-上透水板 17-并紧螺母 18-传力板19-过渡块 20-钢球 22-轴力传感器 23-气缸联接头 24-轴压位移电子传感器 25-轴压位移电子传感器基板 27-龙门架 28-轴压气缸 29-推杆 30-剪切气缸 46-M8螺钉。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

请参阅图1和图2所示，本发明公开一种电渗固结剪切仪，包括框架、垂直加载系统、水平剪切加载系统和电绝缘实验箱；所述框架包括底架1和龙门架27，底架1和龙门架27相固连；所述垂直加载系统固连在龙门架27的上壁，垂直加载系统包括轴压气缸28、轴压位移电子传感器24和轴力传感器22，所述轴压气缸28提供垂直载荷，所述轴压位移电子传感器24和轴压气缸28相连，测量固结沉降，所述轴力传感器22和轴压气缸28相连，测量固结应力；所述水平剪切加载系统包括剪切气缸30、剪切位移电子传感器9和剪切力传感器14，所述剪切气缸30提供剪切应力，所述剪切位移电子传感器9和剪切力传感器14布置在龙门架27的一侧壁上，剪切位移电子传感器9测量剪切位移，剪切力传感器14测量剪切应力；所述电绝缘实验箱为电渗实验、剪切实验和固结实验的容器，分别与框架、垂直加载系统和水平剪切加载系统相连；电绝缘实验箱包括电极管、上剪切盒10、下剪切盒7；电渗实验时上剪切盒10和下剪切盒7盛放土体，电极管插入土体；所述上剪切盒10与下剪切盒7上下布置，上剪切盒10的上端与龙门架27的内壁上侧固连，上剪切盒10的一端与剪切力传感器14接触，下剪切盒7的一端与剪切位移电子传感器9接触，下剪切盒7的另一端与剪切气缸30相连接，下剪切盒7与底架通过移动副相连。

本实施例中，所述电绝缘试验箱还包括万能表，万能表固连在龙门架27上，并与土体相连，测量电势和电流。所述电绝缘试验箱还包括水量测量仪，水量测量仪固连在龙门架27上，测量固结排水量。

本发明的电渗固结剪切仪可测定不同荷载、不同电渗条件下高含水率淤泥的强度变化，进行软弱土的加固特性研究，较为精确模拟工程现场堆载-电渗技术并能在模拟完成后直接进行剪切实验，直接测得土体电渗后的强度，避免了再次取样对土体扰动的影响。

本发明的电渗固结剪切仪的垂直加载系统和水平剪切加载系统均采用气压加载，能对水平加载和垂直加载数值的大小进行任意调节，使加载稳定持续。

实验过程中的固结沉降、剪切位移和电渗参数等可以通过电子传感装置进行自动化采集。

本发明的电渗固结剪切仪的实验效率高、占地面积小、操作方便、结构紧凑、测定结果准确可靠，适合于东部沿海地区和珠江三角洲地区软粘土和淤泥质土电渗透测试的室内或现场实验，为解决地基处理、围海造地、港口护岸等岩土工程问题中地基变形与稳定性参数测定相关工程问题服务。

本发明的电渗固结剪切仪采用气压加载技术、电子传感技术和计算机信息处理技术将电渗实验、剪切实验和固结实验融为一体，可测定不同荷载、不同电渗条件下高含水率淤泥的强度变化，进行软弱土的加固特性研究，可应用于地基处理、围海造地和港口护岸等岩土工程问题中地基变形与稳定性参数测定。所述电绝缘实验箱为电渗实验、剪切实验和固结实验的容器，电绝缘实验箱包括电极管、上剪切盒10、下剪切盒7和上透水板16和下透水板6，电绝缘实验箱采用复合结构，并做绝缘处理。电渗实验时将电极管通过传力板18和上透水板16上的预留的电极孔插入土体，并在两个电极管之间布置4-6个电压测试探针，测试电渗实验过程中的电压分布；为防止阳极沉降过大，电渗过程中要多次变换电极。所述垂直加载系统采用轴压气缸28施加压力，压缩空气作为轴压气缸28加载动力源；压力由气缸联结头23依次通过钢球20、过渡块19、传力板18最终传递给土体，使土体获得垂直固结应力。所述水平剪切加载系统采用剪切气缸30施加压力，压缩空气作为剪切气缸30加载动力源；压力由活塞推杆29传递到下剪切盒7，由下剪切盒7传递到土体的水平面上产生剪切应力。所述的固结沉降由轴压位移电子传感器24量测，剪切位移由剪切位移电子传感器9量测，固结应力由轴力传感器22量测，剪切应力由剪切力传感器14量测，电势和电流由万能表量测，固结排水量由水量测量仪量测，测得数据通过数据采集箱由计算机显示并保存。

上剪切盒10和下剪切盒7是刚性的，上剪切盒10和下剪切盒7装土体，上透水板16和下透水板6将土体分成受荷土体电渗部位和剪切电板渗水收集部位，上透水板16上设置垂直加载系统。传力板18和上透水板16上设有电极孔，下剪切盒7下设置剪切垫板5。龙门架27两侧设有水平剪切加载系统。

所述上剪切盒10和下剪切盒7的受荷土体电渗部位作为电渗实验模型槽，剪切电板渗水收集部位作为上剪切盒10和下剪切盒7的承重结构，土体在电渗和垂直加载作用下排出电极孔的水通过下透水板6由剪切垫板5上设置的出水口及导水管排出，并由水量测量仪进行即时量测。轴压位移电子传感器24测量轴压方向传力板18的位移，剪切位移电子传感器9量测水平方向的剪切位移，轴力传感器22和剪切力传感器14分别用以测定轴向加载力和水平方向剪切力。轴压位移电子传感器24、轴力传感器22、剪切位移电子传感器9和剪切力传感器14均通过计算机显示。由轴压气缸28进行垂直加压，剪切气缸30进行水平加压，轴压气缸28和剪切气缸30均为气压加载，稳定持续。

本发明的电渗固结剪切仪的具体操作步骤为：

（1）按一定含水率配制实验土体，静置24小时后，测量土体含水率。

（2）检查轴压气缸28和剪切气缸30的气密性，轴压位移电子传感器24、轴力传感器22、剪切位移电子传感器9和剪切力传感器14等部件的状态，确保其良好，否则检修。

（3）滑动轴承3的轨道2通过M8螺钉46直接反吊在底架1上；龙门架27通过高强度螺栓标准件组固定在底架1上；剪切底板4通过滑动轴承3在滑动轴承3的轨道2上往返运动；剪切气缸30通过高强度螺栓标准件组固定在龙门架27的侧壁。

（4）下剪切盒7通过对角螺钉固定在剪切垫板5上面，下透水6板直接放置在下剪切盒7之中，将一层透水性较好的土工布覆盖铺设在下透水板6上；上剪切盒10通过对角螺钉对正在下剪切盒7上面，下剪切盒7和剪切垫板4之间的定位螺钉布置在聚四氟乙烯绝缘材料中，并控制所述定位螺钉不与任何金属部件接触；将实验土体装入并置于土工布上，土体与下透水板6之间隔有一层土工布；将上透水板16直接放入上剪切盒10内的土体上面，传力板18直接覆盖在上透水板16上面。

（5）调好气压值进行气压加载，过渡块19嵌放在传力板18上的正中空档之中；轴压气缸28通过气缸联接头23对过渡块19施加受控压力；为保证传力板18对土体上平面均衡加载，气缸联接头23与过渡块19通过Φ12mm的钢球20传递压力；轴压气缸28通过高强度螺栓标准件组固定在龙门架27的上部。

（6）将两个电极管通过传力板18和上透水板16上的预留的电极孔插入土体，电极管底部与下透水板6接触，并沿电极孔在两电极管间布置电势测量探针。电极两端施加预定直流电压，垂直荷载设为预定值，固结实验开始。每级加载后间隔10min、30min、1h、2h....读取电势、电流和排水量。为防止阳极沉降过大，电渗时要按时换电极。直至轴压位移读数稳定，电渗固结结束。

（7）拔去销钉，剪切气缸30通过推杆29推动剪口推件12，剪口推件12推动剪口推板11，剪口推板11推动下剪切盒7对土体进行剪切；为固定上剪切盒10并测量土体的抗剪力，在龙门架27侧壁上通过并紧螺母17安装了调节螺栓15，调节螺栓15穿过龙门架27的一侧壁，调节螺栓15一端与剪切力传感器14的一端相联，剪切力传感器14的另一端联接挡杆13，挡杆13顶住剪口推件12，剪口推件12通过剪口推板11顶住上剪切盒10。设置初始水平方向荷载为10kp，并逐级增加荷载直至土体被剪切破坏。

（8）轴力传感器22和剪切力传感器14分别布置在轴压气缸28和剪切气缸30的工作进气回路中，实时测量轴压气缸28和剪切气缸30的工作压力；轴压位移电子传感器24通过轴压位移电子传感器基板25布置在土体顶部的气缸联接头23上，实时测量实验过程中的压缩位移量；剪切位移电子传感器9通过剪切位移电子传感器8布置在龙门架27的内壁，剪切位移电子传感器9的触头与下剪切盒7接触，实时测量实验过程中的剪切位移量；剪切力传感器14亦布置在龙门架27内侧壁上，剪切力传感器14的触头与上剪切盒10接触，实时测量实验过程中的剪切力数值。剪切实验结束后还可测量不同位置不同深度处土体含水率。

（9）实验过程中实时采集的测量数据反馈给控制中心，控制中心将轴力传感器22和剪切力传感器14返回的数值与程序设定值进行比较，进而发出指令使压力控制阀工作或停止，从而保证实验所需的实验压力；轴力传感器22和剪切力传感器14采集的实时数据在反馈给控制中心的同时也与轴压位移电子传感器24和剪切位移电子传感器9采集的数据一起直接返回给储存中心存储，供给程序整理输出实验数据。

（10）实验结束，整理数据文件并保存；关闭气压加载装置；拆除必要的部件并整理存放好；关闭计算机及电源。

其中轴压位移电子传感器24及剪切位移电子传感器9由用户根据实际选配。

本发明的电渗固结剪切仪的垂直加载系统和水平剪切加载系统均采用气压加载，并能通过外部连接的压力表和压力调节箱对水平加载和垂直加载数值的大小进行任意调节，使加载稳定持续。实验过程中的固结沉降、剪切位移和电渗参数等可以通过电子传感装置进行自动化采集，并由外部连接的计算机显示并保存。

Claims

1.一种电渗固结剪切仪，其特征在于：包括框架、垂直加载系统、水平剪切加载系统和电绝缘实验箱；所述框架包括底架（1）和龙门架（27），底架（1）和龙门架（27）相固连；所述垂直加载系统固连在龙门架（27）的上壁，垂直加载系统包括轴压气缸（28）、轴压位移电子传感器（24）和轴力传感器（22），所述轴压气缸（28）提供垂直载荷，所述轴压位移电子传感器（24）和轴压气缸（28）相连，测量固结沉降，所述轴力传感器（22）和轴压气缸（28）相连，测量固结应力；所述水平剪切加载系统包括剪切气缸（30）、剪切位移电子传感器（9）和剪切力传感器（14），所述剪切气缸（30）提供剪切应力，所述剪切位移电子传感器（9）和剪切力传感器（14）布置在龙门架（27）的一侧壁上，剪切位移电子传感器（9）测量剪切位移，剪切力传感器（14）测量剪切应力；所述电绝缘实验箱为电渗实验、剪切实验和固结实验的容器，分别与框架、垂直加载系统和水平剪切加载系统相连；电绝缘实验箱包括电极管、上剪切盒（10）、下剪切盒（7）；电渗实验时上剪切盒（10）和下剪切盒（7）盛放土体，电极管插入土体；所述上剪切盒（10）与下剪切盒（7）上下布置，上剪切盒（10）的上端与龙门架（27）的内壁上侧固连，上剪切盒（10）的一端与剪切力传感器（14）接触，下剪切盒（7）的一端与剪切位移电子传感器（9）接触，下剪切盒（7）的另一端与剪切气缸（30）相连接，下剪切盒（7）与底架通过移动副相连。

2.根据权利要求1所述的电渗固结剪切仪，其特征在于：所述电绝缘试验箱还包括万能表，万能表固连在龙门架（27）上，并与土体相连，测量电势和电流。

3.根据权利要求1所述的电渗固结剪切仪，其特征在于：所述电绝缘试验箱还包括水量测量仪，水量测量仪固连在龙门架(27)上，测量固结排水量。