CN104594323A - 水平基准基床系数测试装置及利用该装置的测试方法 - Google Patents

Abstract

一种水平基准基床系数测试装置，包括测试支架，千斤顶，承载板，压力传感器，反力板，液压蓄能罐、加压装置、测桥及百分表，千斤顶横向水平地置于测试支架的水平安装面上；承载板纵向设置于前述千斤顶的缸体一端并与千斤顶的长度方向垂直；压力传感器能显示压力；反力板纵向设于前述支架一侧，前端面通过一垫块与前述的压力传感器相接触；液压蓄能罐一端通过油路与前述千斤顶的缸体连通，另一端连接有一加压装置。本发明还公开了一种水平基准基床系数的测试方法。采用液压蓄能器和加压装置并结合减压阀的组合可给予恒压控制输出，降低因载荷不恒定给曲线绘制带来的影响，从而保证测试结果。读数采用压力传感器，更方便快捷。

Description

水平基准基床系数测试装置及利用该装置的测试方法

技术领域

本发明涉及一种基准基床系数测试装置，尤其涉及一种水平基准基床系数测试装置，本发明还公开了水平基准基床系数测试方法，属于地质工程技术领域。

背景技术

原位测试，是指在岩土层原来所处的位置，在基本保持岩土原来的结构、天然含水量以及天然应力状态条件下，测定岩土的工程力学性质指标。平板荷载试验是在一定尺寸的刚性承压板上分级施加荷载，观测各级荷载作用下天然地基土随压力和变形的原位试验，通过试验可以根据荷载-沉降关系线(曲线)确定地基力的承载力、设计土的变形模量、估算土的不排水抗剪强度及极限填土高度。基床系数，是指地基土在外力作用下，单位面积产生单位变形时所需的压力，也称弹性抗力系数或地基反力系数，包括水平基床系数和垂直基床系数。基床系数是广泛应用于公路、机场、地下工程和建筑地基基础工程的一个重要参数，主要用于模拟地基土与结构物的相互作用，计算结构物内力及变位。在城市地铁和公路中，求解在挡土结构物(如地下连续墙、桩)的土压力、位移和内力，对工程造价、安全可靠性程度均有直接影响。在建筑地基基础工程中对筏基内力和实际工作性状也有较大的影响。因此，基床系数的准确取得至关重要。

基准基床系数采用K30平板载荷试验直接测定，按下式计算：

$K_v=\frac{P}{S}$

式中P/S——P-S关系曲线直线段的斜率，P-S曲线无直线段时，P取临塑荷载的一半(kPa)，

S为相应于该P值的沉降值(m)；

Kv——基准基床系数(kN/)。

K30平板载荷试验，是采用直径30cm厚20mm的刚性板，测定地基土的基准基床系数。

当前，K30平板载荷测试仪主要用于测定垂直基床系数。测定垂直基床系数，已有大量载荷数据和成熟的测试方法。

但在工程实际应用过程中，发现以下几个问题：

第一，工程应用中，垂直基床系数的测试和应用较为广泛，测试方法和仪器也较为成熟，随着地铁、公路、机场、基坑工程的增多，水平基床系数的应用日趋增长，地铁开挖、隧道开挖、基坑工程中广泛用到基床系数，当前主要通过垂直试验得到垂直基床系数，但上述领域工程受力为水平方向，采用水平基床系数更为合理，但针对水平基床系数的测试方法和专用仪器还没有，因此，工程实际应用中，需要有一套能准确测定水平基床系数的工艺方法和仪器。

第二，当前生产中应用的平板载荷试验仪，主要由三部分组成：承载板、液压油缸、位移测试百分表，测试过程中平板所加载荷读数都是从油缸压力表读取压强，再通过公式传换成压力，这样读数不直接也不方便，影响测试工装效率。

第三，承载板与液压油缸采用分离式，当进行水平基床系数测试时，因为仪器要平放，承载板和液压油缸因各自分离而不容易固定，从而增加测试难度。

第四，根据基准基床系数定义，Kv＝P/S，P为作用在承载板上的恒定荷载，当前所用仪器加载采用人工加载，加载后因产生位移，载荷不能维持恒定，影响最终曲线的绘制，从而影响测试结果。

第五，油路连接管路，由于不能保证完全密封，压力不能恒定，可能出现渗漏造成测试结果误差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述的技术现状而提供一种专门适用于水平基准基床系数的测试装置。

本发明所要解决的又一个技术问题是针对上述的技术现状而提供一种载荷恒定控制的水平基准基床系数的测试装置。

本发明所要解决的又一个技术问题是针对上述的技术现状而提供一种专门适用于水平基准基床系数的测试方法。

本发明所要解决的又一个技术问题是针对上述的技术现状而提供一种载荷恒定控制的水平基准基床系数的测试方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种水平基准基床系数测试装置，包括

测试支架，具有顶端的水平安装面；

千斤顶，横向水平地置于前述水平安装面上；

承载板，纵向设置于前述千斤顶的缸体一端并与千斤顶的长度方向垂直；

压力传感器，设于前述千斤顶的活塞一端并具有能显示压力的显示屏或显示盘；

反力板，纵向设于前述支架一侧，前端面通过一垫块与前述的压力传感器相接触；

液压蓄能罐，一端通过油路与前述千斤顶的缸体连通，另一端连接有一加压装置，前述的油路上设有减压阀；

测桥，包括支撑座及设于支撑座上的标尺；以及

百分表，设于前述的承载板上并能随承载板的移动而移动，该百分表的测头与前述标尺相抵。

进一步，所述的承载板上设有水准泡或水准仪。

作为优选，所述的百分表为2～4个，并且，所述百分表距离承载板中心为等距离，对应地，所述的测桥呈一字形、Y形或方形。

一种水平基准基床系数测试方法，其特征在于包括如下步骤：

①试验场地准备，对已选定的场地测试面进行整平，并用毛刷扫去松土；承载板垂直于水平面，用水平尺交叉测量；

②安装承载板，在承载板后空隙填注一层厚度为2～10mm的薄层中砂，灌入砂垫层后将承载板转动并轻轻击打盘面，使承载板与场地测试面完全接触，同时调整水平；

③安装反力板，将反力板安放在测试支架后，在使反力板承载部位处于承载板正后方之后，加以固定；反力板后空隙填注2～10mm中砂层，灌入砂垫层后用重锤振打板面使反力板与坑壁接触良好；

④安装加载装置，将千斤顶水平安放于测试支架上，通过调节丝杆，使千斤顶水平，装时应保持千斤顶水平不出现倾斜；

⑤安装变形量测定装置，测桥支承座应设置在场地试验面及反力装置影响范围以外；

⑥加载试验，稳固荷载板后卸除荷载，将百分表读数调至零或读取百分表读数作为下沉量的起始读数；以10KPa的增量，逐级加载；增加第一级荷载，应等该级荷载下的下沉量稳定后，读取荷载强度和下沉量读数；当1min的下沉量不大于该级荷载强度下产生的总下沉量的1％时即可认为下沉已终止；当下沉量超过规定的基准值，或者荷载强度超过估计的现场实际最大接触压力，或者达到地基的屈服点，试验即可告终止；

⑦绘制曲线，由试验结果，绘制出P与S曲线，依据公式Kv＝P/S，求出Kv数值，其中P为荷载，S为水平变形量。

作为优选，步骤⑤中所述安装变形量测定装置的设置中按照如下条件进行：当测桥呈Y型布置时，应安装3个百分表，相互呈120°放置；当测桥呈双横杆平行布置时，应安装4个百分表呈正方形布置，或安装2个百分表呈对角线布置，都必须与承载板中心保持等距离，求取平均置。

进一步，步骤⑥中当试验过程出现荷载板严重倾斜，承载板过度下沉时，应将试验点下挖相当于荷载板直径的深度或更换测试点，同时均应在试验记录中注明。

进一步，步骤⑥中测试时千斤顶缸体内压力与设定值比较发现压力偏低或偏高，通过打开与关闭减压阀来调节压力直至压力合适。

与现有技术相比，本发明的优点在于：采用液压蓄能器和加压装置并结合减压阀的组合可给予恒压控制输出，降低因载荷不恒定给曲线绘制带来的影响，从而保证测试结果；压力值可以直接从压力传感器的显示器或显示盘上直接获得，比较直观，可以大幅度提高测试效率；同时整体泄漏小，安装方便快捷，特别适用于水平基准基床系数的测试。

附图说明

图1为实施例结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

如图1所示，本实施例中的水平基准基床系数测试装置包括测试支架5、千斤顶2、承载板1、压力传感器3、反力板4、液压蓄能罐8、加压装置9、测桥及百分表6。

测试支架5具有顶端的水平安装面，千斤顶2横向水平地置于水平安装面上；承载板1纵向设置于千斤顶的缸体21一端并与千斤顶2的长度方向垂直，承载板1上设有水准泡或水准仪，承载板1与缸体21可以采用螺栓可拆卸式连接。压力传感器3设于千斤顶的活塞22一端并具有能显示压力的显示屏或显示盘；反力板4纵向设于支架一侧，前端面通过一垫块41与压力传感器3相接触，反力板4可以采用钢板，面积取大于1.4m²。液压蓄能罐8一端通过油路82与千斤顶的缸体21连通，另一端连接有一加压装置9，油路上设有减压阀81；本实施例中的液压蓄能器可以采用标准皮囊式蓄能器，在市场上能购得，加压装置9可以采用日本鹰牌的楔形千斤顶，型号为KP-15，也可以采用常见的手动式千斤顶，这里不在继续展开。

测桥7包括支撑座72和标尺71，支撑座72所在试验面距离反力板4≥1m范围；百分表6通过支架61设于承载板1上并能随承载板1的移动而移动，该百分表6的测头与标尺71相抵。百分表6为2～4个，并且，百分表6距离承载板1中心为等距离，对应地，测桥呈一字形、Y形或方形。

水平基准基床系数测试方法，包括如下步骤：

①试验场地准备，对已选定的场地测试面进行整平，并用毛刷扫去松土；承载板1垂直于水平面，用水平尺交叉测量；

②安装承载板1，在承载板1后空隙填注一层厚度为2～10mm的薄层中砂，灌入砂垫层后将承载板1转动并轻轻击打盘面，使承载板1与场地测试面完全接触，同时借助水准泡或水准仪调整水平；

③安装反力板4，将反力板4安放在测试支架5后，在使反力板4承载部位处于承载板1正后方之后，加以固定；反力板4后空隙填注2～10mm中砂层，灌入砂垫层后用重锤振打板面使反力板4与坑壁接触良好；

④安装加载装置，将千斤顶2水平安放于测试支架5上，通过调节丝杆，使千斤顶水平，装时应保持千斤顶2水平不出现倾斜；

⑤安装变形量测定装置，测桥支承座应设置在场地试验面及反力装置影响范围以外，当测桥呈Y型布置时，应安装3个百分表6，相互呈120°放置；当测桥呈双横杆平行布置时，应安装4个百分表6呈正方形布置，或安装2个百分表6呈对角线布置，都必须与承载板1中心保持等距离，求取平均置；

⑥加载试验，稳固荷载板后卸除荷载，将百分表6读数调至零或读取百分表6读数作为下沉量的起始读数；以10KPa的增量，逐级加载；增加第一级荷载，应等该级荷载下的下沉量稳定后，读取荷载强度和下沉量读数；当1min的下沉量不大于该级荷载强度下产生的总下沉量的1％时即可认为下沉已终止；当下沉量超过规定的基准值，或者荷载强度超过估计的现场实际最大接触压力，或者达到地基的屈服点，试验即可告终止；当试验过程出现荷载板严重倾斜，承载板1过度下沉时，应将试验点下挖相当于荷载板直径的深度或更换测试点，同时均应在试验记录中注明。测试时千斤顶缸体内压力与设定值比较发现压力偏低或偏高，通过打开与关闭减压阀81来调节压力直至压力合适；

⑦绘制曲线，由试验结果，绘制出P与S曲线，依据公式Kv＝P/S，求出Kv数值，其中P为荷载，S为水平变形量。

运用本实施例的测试方法，所得的测试值与常用的扁铲侧胀试验和K0仪固结法测试值进行了比较，经过数据换算后，所得规范值比较吻合，说明本实施例涉及的测试方法完全可以应用于实际测量中。具体见下表：

水平基准基床系数K_H统计表

Claims (7)

1.一种水平基准基床系数测试装置，包括

测试支架，具有顶端的水平安装面；

千斤顶，横向水平地置于前述水平安装面上；

承载板，纵向设置于前述千斤顶的缸体一端并与千斤顶的长度方向垂直；

压力传感器，设于前述千斤顶的活塞一端并具有能显示压力的显示屏或显示盘；

反力板，纵向设于前述支架一侧，前端面通过一垫块与前述的压力传感器相接触；

液压蓄能罐，一端通过油路与前述千斤顶的缸体连通，另一端连接有一加压装置，前述的油路上设有减压阀；

测桥，包括支撑座及设于支撑座上的标尺；以及

百分表，设于前述的承载板上并能随承载板的移动而移动，该百分表的测头与前述标尺相抵。

2.根据权利要求1所述的水平基准基床系数测试装置，其特征在于所述的承载板上设有水准泡或水准仪。

3.根据权利要求1所述的水平基准基床系数测试装置，其特征在于所述的百分表为2～4个，并且，所述百分表距离承载板中心为等距离，对应地，所述的测桥呈一字形、Y形或方形。

4.一种利用权利要求1或2所述的水平基准基床系数测试装置的测试方法，其特征在于包括如下步骤：

①试验场地准备，对已选定的场地测试面进行整平，并用毛刷扫去松土；承载板垂直于水平面，用水平尺交叉测量；

②安装承载板，在承载板后空隙填注一层厚度为2～10mm的薄层中砂，灌入砂垫层后将承载板转动并轻轻击打盘面，使承载板与场地测试面完全接触，同时调整水平；

③安装反力板，将反力板安放在测试支架后，在使反力板承载部位处于承载板正后方之后，加以固定；反力板后空隙填注2～10mm中砂层，灌入砂垫层后用重锤振打板面使反力板与坑壁接触良好；

④安装加载装置，将千斤顶水平安放于测试支架上，通过调节丝杆，使千斤顶水平，装时应保持千斤顶水平不出现倾斜；

⑤安装变形量测定装置，测桥支承座应设置在场地试验面及反力装置影响范围以外；

⑥加载试验，稳固荷载板后卸除荷载，将百分表读数调至零或读取百分表读数作为下沉量的起始读数；以10KPa的增量，逐级加载；增加第一级荷载，应等该级荷载下的下沉量稳定后，读取荷载强度和下沉量读数；当1min的下沉量不大于该级荷载强度下产生的总下沉量的1％时即可认为下沉已终止；当下沉量超过规定的基准值，或者荷载强度超过估计的现场实际最大接触压力，或者达到地基的屈服点，试验即可告终止；

⑦绘制曲线，由试验结果，绘制出P与S曲线，依据公式Kv＝P/S，求出Kv数值，其中P为荷载，S为水平变形量。

5.根据权利要求4所述的测试方法，其特征在于步骤⑤中所述安装变形量测定装置的设置中按照如下条件进行：当测桥呈Y型布置时，应安装3个百分表，相互呈120°放置；当测桥呈双横杆平行布置时，应安装4个百分表呈正方形布置，或安装2个百分表呈对角线布置，都必须与承载板中心保持等距离，求取平均置。

6.根据权利要求4所述的测试方法，其特征在于步骤⑥中当试验过程出现荷载板严重倾斜，承载板过度下沉时，应将试验点下挖相当于荷载板直径的深度或更换测试点，同时均应在试验记录中注明。

7.根据权利要求4所述的测试方法，其特征在于步骤⑥中测试时千斤顶缸体内压力与设定值比较发现压力偏低或偏高，通过打开与关闭减压阀来调节压力直至压力合适。