CN103675231A - 一种土层沉降测试仪及其试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种土层沉降测试仪及其试验方法。测试仪共分为三部分，第一部分为实验装置，在底座上设置有透明内筒、外筒，在外筒上方设置有入水口，在外筒下方设有出水口，内筒筒壁上设有透水孔，内筒上部设有顶板；第二部分为压力加载装置，在反力架的上部设置千斤顶；第三部分为测量装置，在千分表支架端部安装有千分表。以上三个部分结合紧密、共同工作。本发明是一种用于测量在地下水周期变化影响下的土层沉降的装置及其试验方法，通过控制土层上的外加荷载来模拟土层上的自重应力，通过控制內、外桶之间的水位变化来模拟地下水位的周期性变化，从而得到在地下水位周期变化影响下的土层沉降规律。

Description

一种土层沉降测试仪及其试验方法

技术领域

本发明涉及一种可以测量土层在地下水周期循环作用下的沉降以及回弹的土层沉降测试仪，特别是涉及一种用于公路、铁路和建筑领域进行地表沉降分析的土层沉降测试仪。本发明还涉及该土层沉降测试仪的试验方法。

背景技术

地下水周期性循环作用下的土层沉降是指土层在外加荷载、地下水周期性循环和其他各种外力作用下产生固结的一种现象。

目前，地表沉降已经成为公路、铁路和房建等领域不可忽视的问题，由地表不均匀沉降引起的各种事故时有发生。尤其是在地下水活跃并呈周期性变化的区域，地表沉降更是与其地下水的周期性变化密切相关。土层在浸水、排水、再浸水、再排水的过程中土层的物理性质以及微观结构等会发生一定变化，从而导致其体积以及承载能力发生一定的变化。所以本实验装置以及试验方法对今后的地下水周期性循环对土层沉降的影响方面的研究具有重大意义。

现有的传统的对土层进行压缩性试验的试验方法主要是单向固结试验以及三轴试验。单向固结试验即是将土体装入实验仪器采用有侧限的方式进行排水固结，三轴试验即是允许在三向压力作用下对土体进行压缩。

现有实验的缺点是，首先，以上两种方式均只能在上方与下方进行排水，而无法在土体的侧向进行水的浸入与排出，所以无法很好地模拟地下水作用的实际过程。其次，这两种试验方式无法保证土体在水循环的作用下所表现出的一些特性。因此，设计一种允许水在土体侧向浸入与排出，并可以进行水循环模拟的新型实验装置来替代传统的实验是十分必要的。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是设计一种能够真实地模拟地下水周期性循环和土层上方自重应力的，并且便于使用、便于观察的土层沉降测试仪。

本发明所要解决的第二个技术问题是提供使用该土层沉降测试仪进行土层沉降分析的试验方法。

为了解决上述第一个技术问题，本发明提供的土层沉降测试仪，在底座上设有外筒，所述的外筒的上方设有进水管，在所述的外筒的下方设有出水管，在所述的外筒内套装有侧壁打孔透明内筒，在所述的侧壁打孔透明内筒内设有在所述的侧壁打孔透明内筒内填有土层后放置在土层上方的顶板，所述的底座放置在反力架的底板上，在所述的反力架的顶部设有千斤顶，所述的千斤顶的工作端对正作用于所述的顶板；在所述的反力架上设有千分表支架，所述的千分表支架设有千分表，所述的千分表的自由端端部与所述的顶板接触。

所述的千斤顶为能控制、调节压力的千斤顶。

所述的侧壁打孔透明内筒与所述的外筒同高。

所述的侧壁打孔透明内筒的尺寸为内半径0.15m，筒壁厚0.01m，筒高为0.6m，所述的外筒的内半径为0.26m，筒壁厚0.01m，筒高为0.6m，所述的底座的半径为0.39m，厚度为0.01米，所述的顶板的半径为0.15m，厚度为0.3m。

所述的千分表的测量精度为0.001mm。

采用上述技术方案的土层沉降测试仪，首先将土层按照一定方案进行填筑，然后将顶板放置于土层上方，用千斤顶对顶板进行加压，并传导至土层，从而达到模拟土体自重应力的效果。将千分表与顶板接触后调零，然后通过进水口与出水口来控制外筒与打孔透明内筒之间的水位，外筒与打孔透明内筒之间的水可以通过内筒侧壁上的小孔浸入打孔透明内筒中的土层，从而达到模拟地下水浸入与排出以及地下水周期性循环的效果。该装置结构设计合理，容易安装，使用简便，可以较为真实地模拟在地下水周期性循环和土层上方自重应力作用下的土层沉降变形。

为了解决上述第二个技术问题，本发明提供的土层沉降测试仪的试验方法，实验步骤如下：

步骤一、检查实验装置是否完整可用，排除外筒中的积水，并准备测试用土；

步骤二、将测试用土按照一定方案进行填筑在侧壁打孔透明内筒内；

步骤三、打开进水管，将外筒填满，并使土体达到饱和；

步骤四、将顶板置于土层上方，顶板四周用凡士林涂抹以保持其密封性和润滑性；

步骤五、将千分表固定在反力架的刚性杆上，自由端向下接触至顶板，然后将千分表调零；

步骤六、千斤顶在顶板上施加压力，将压力通过顶板传导至土体并使土体固结；待千分表度数变化较小后，读取千分表上的读数；

步骤七、打开出水管，并按照方案排水；排水结束后，待千分表读数变化较小后，土体再次固结，再度取千分表上的读数；

步骤八、再次打开进水管加水，待土体膨胀完全后读取千分表读数；

步骤九、按照方案，重复步骤七和步骤八。

上述步骤六、步骤七和步骤八均采用安装两枚千分表共同测量，然后取平均值的方法，以提高精度。

采用上述技术方案的土层沉降测试仪及试验方法，本发明的创新之处在于：土层沉降测试仪在透明内筒上面进行打孔设计，这样可以让水从侧面渗入土体，更真实地模拟了地下水的浸入与排出过程，同时可以通过进水口与出水口来调节水位，可以进行地下水周期性循环的模拟。

本发明可以测量土层在地下水周期循环作用下的沉降以及回弹的土层沉降测试仪，特别是用于公路、铁路和建筑领域进行地表沉降分析的土层沉降测试仪。尤其是针对在存在地下水周期性循环情况下的土层沉降试验与分析，本实验装置可以较为真实的模拟土层在自重应力下以及地下水周期循环作用下的形变状况，为后续的地层沉降研究与分析提供依据。本发明是一种用于测量在地下水周期变化影响下的土层沉降的装置及其试验方法，通过控制土层上的外加荷载来模拟土层上的自重应力，通过控制內、外桶之间的水位变化来模拟地下水位的周期性变化，从而得到在地下水位周期变化影响下的土层沉降规律。

综上所述，本发明是一种能较为真实地模拟在地下水周期性循环和土层上方自重应力作用下的土层沉降变形的土层沉降测试仪及其试验方法。

附图说明

图1是本发明内筒的结构示意图。

图2是本发明外筒与进水口、入水口示意图。

图3是本发明反力架与千斤顶示意图。

图4是本发明千分表支架与千分表示意图。

图5是本发明纵断面结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图，详细说明一种模拟地下水周期循环状态下的土层沉降测试仪的具体实施方式。

如图1、图2、图3、图4和图5所示，在底座3上设有外筒2，外筒2的上方设有进水管5，在外筒2的下方设有出水管6，在外筒2内套装有侧壁打孔透明内筒1，侧壁打孔透明内筒1与外筒2同高，在侧壁打孔透明内筒1内设有在侧壁打孔透明内筒1内填有土层后放置在土层上方的顶板4，底座3放置在反力架7的底板上，在反力架7的顶部设有能控制、调节压力的千斤顶8，千斤顶8的工作端对正作用于顶板4；在反力架7上设有千分表支架9，可用螺栓调节位置，千分表支架9设有千分表10，千分表10的自由端端部与顶板4接触，千分表10的测量精度为0.001mm。

具体的，侧壁打孔透明内筒1的尺寸为内半径0.15m，筒壁厚0.01m，筒高为0.6m，外筒2的内半径为0.26m，筒壁厚0.01m，筒高为0.6m，底座3的半径为0.39m，厚度为0.01米，顶板4的半径为0.15m，厚度为0.3m。

如图5所示，土层沉降测试仪的试验方法，实验步骤如下：

步骤一、检查实验装置是否完整可用，排除外筒2中的积水，并准备测试用土；

步骤二、将测试用土按照一定方案进行填筑在侧壁打孔透明内筒1内；

步骤三、打开进水管5，将外筒2填满，并使土体达到饱和；

步骤四、将顶板4置于土层上方，顶板4四周用凡士林涂抹以保持其密封性和润滑性；

步骤五、将千分表10固定在反力架7的刚性杆上，自由端向下接触至顶板4，然后将千分表10调零；

步骤六、千斤顶8在顶板4上施加压力，将压力通过顶板4传导至土体并使土体固结；待千分表10度数变化较小后，读取千分表10上的读数；

步骤七、打开出水管6，并按照方案排水；排水结束后，待千分表10读数变化较小后，土体再次固结，再度取千分表10上的读数；

步骤八、再次打开进水管5加水，待土体膨胀完全后读取千分表10读数；

步骤九、按照方案，重复步骤七和步骤八。

上述步骤六、步骤七和步骤八均采用安装两枚千分表共同测量，然后取平均值的方法，以提高精度。

Claims (7)

1.一种土层沉降测试仪，其特征是：在底座（3）上设有外筒（2），所述的外筒（2）的上方设有进水管（5），在所述的外筒（2）的下方设有出水管（6），在所述的外筒（2）内套装有侧壁打孔透明内筒（1），在所述的侧壁打孔透明内筒（1）内设有在所述的侧壁打孔透明内筒（1）内填有土层后放置在土层上方的顶板（4），所述的底座（3）放置在反力架（7）的底板上，在所述的反力架（7）的顶部设有千斤顶（8），所述的千斤顶（8）的工作端对正作用于所述的顶板（4）；在所述的反力架（7）上设有千分表支架（9），所述的千分表支架（9）设有千分表（10），所述的千分表（10）的自由端端部与所述的顶板（4）接触。

2.根据权利要求1所述的土层沉降测试仪，其特征是：所述的千斤顶（8）为能控制、调节压力的千斤顶（8）。

3.根据权利要求2所述的土层沉降测试仪，其特征是：所述的侧壁打孔透明内筒（1）与所述的外筒（2）同高。

4.根据权利1或2所述的土层沉降测试仪，其特征是：所述的侧壁打孔透明内筒（1）的尺寸为内半径0.15m，筒壁厚0.01m，筒高为0.6m，所述的外筒（2）的内半径为0.26m，筒壁厚0.01m，筒高为0.6m，所述的底座（3）的半径为0.39m，厚度为0.01米，所述的顶板（4）的半径为0.15m，厚度为0.3m。

5.根据权利1或2所述的土层沉降测试仪，其特征是：所述的千分表（10）的测量精度为0.001mm。

6.使用权利要求1所述的土层沉降测试仪的试验方法，其特征在于：试验步骤如下：

步骤一、检查实验装置是否完整可用，排除外筒（2）中的积水，并准备测试用土；

步骤二、将测试用土按照一定方案进行填筑在侧壁打孔透明内筒（1）内；

步骤三、打开进水管（5），将外筒（2）填满，并使土体达到饱和；

步骤四、将顶板（4）置于土层上方，顶板（4）四周用凡士林涂抹以保持其密封性和润滑性；

步骤五、将千分表（10）固定在反力架（7）的刚性杆上，自由端向下接触至顶板（4），然后将千分表（10）调零；

步骤六、千斤顶（8）在顶板（4）上施加压力，将压力通过顶板（4）传导至土体并使土体固结；待千分表（10）度数变化较小后，读取千分表（10）上的读数；

步骤七、打开出水管（6），并按照方案排水；排水结束后，待千分表（10）读数变化较小后，土体再次固结，再度取千分表（10）上的读数；

步骤八、再次打开进水管（5）加水，待土体膨胀完全后读取千分表（10）读数；

步骤九、按照方案，重复步骤七和步骤八。

7.根据权利要求6所述的使用土层沉降测试仪的试验方法，其特征在于：上述步骤六、步骤七和步骤八均采用安装两枚千分表（10）共同测量，然后取平均值的方法，以提高精度。

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