CN104596847A - 一种软土固结仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种软土固结仪，包括外框、土样盒和加压装置，土样盒设置在外框内，加压装置设置在土样盒上，特点是外框上设置有用于对所述的土样盒进行加热的加热装置。优点是通过在外框上设置对土样盒进行加热的加热装置，使得本固结仪可以测量不同温度下土样的压缩性能，能真实模拟土体在外加热源下的压缩特性，得到准确的压缩特性曲线，为工程建设、科研探究提供基础。

Description

一种软土固结仪

技术领域

 本发明涉及一种土体的土性指标测试领域，尤其是涉及一种软土固结仪。

背景技术

我国的长江珠三角地区分布着大量的软土，软土具有天然含水量高、天然孔隙比大、压缩性高、抗剪强度低、扰动性大、透水性差、土层层状分布复杂、各层之间物理力学性质相差较大等特点。由于软土的性质因地而异，不可预见性大，因此在地基的设计、施工过程中，如果忽视软土的工程特性，未对软土进行专项整治，就会对工程建设产生重大影响。基于此，在工程项目开工前都需要对土质进行综合性的分析，对不满足要求的土性，都要采取专项整治措施，以规避伤亡事故的发生。当今，对土样的勘测中广泛的采用了固结仪来测定软土的变形随时间发展的特性，以便计算软土的压缩系数、压缩指数、回弹指数、压缩模量、固结系数等变形特性指标。

传统的的软土固结仪只能研究在室温下的土样的压缩特性，而在实际的状态下土体的温度多变，在不同温度下，软土很有可能呈现出不同的性质，因此传统的软土固结仪无法模拟实地土体的真实压缩特性，也无法完成特定温度下的土样固结试验和变温下的土样固结试验。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能够模拟实地土体的真实压缩特性的软土固结仪。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：

一种软土固结仪，包括外框、土样盒和加压装置，所述的土样盒设置在所述的外框内，所述的加压装置设置在所述的土样盒上，所述的外框上设置有用于对所述的土样盒进行加热的加热装置。

所述的加热装置包括加热板和用于连接电源的电源插座，所述的加热板与所述的电源插座电连接，所述的加热板围设在所述的外框的外部将所述的外框包覆在其中，所述的加热板的两边设置有导电棒，所述的导电棒与所述的电源插座电连接，两个所述的导电棒之间设置有多条碳晶发热片，多条所述的碳晶发热片自上而下水平并列设置。该结构的加热装置，结构简单，加热板围设在外框外部且将外框包覆在其中，使得整个外框能够得到稳定均匀的加热，设置在其内的土样盒能够得到稳定均匀的热传导；本加热装置采用碳晶发热片，利用碳晶发热片节能、稳定且加热速度快的特性，使得电能与热能的转换效率较高，在通电的短短几十秒内可使加热板表面温度迅速上升，能为整个装置提供一个恒定的温度，这是做温控实验最基本的条件之一，其加热的最高温度可达55℃左右，也能完全满足模拟现实中土体的温度的要求；导电棒之间设置有多条碳晶发热片，多条碳晶发热片自上而下水平并列设置，使得外框的各个部分能够受到稳定且均匀的加热。

所述的加热板与所述的电源插座之间设置有温度控制器，所述的导电棒与所述的温度控制器电连接，所述的温度控制器与所述的电源插座电连接。通过温度控制器来按需设定和调整加热温度，并且实时监测土样的温度变化，从而使土体在外加热源下的压缩特性曲线更加准确，为工程建设、科研探究提供基础。

所述的土样盒包括第一土样盒和第二土样盒，所述的第一土样盒的上部设置有传压盘，所述的第二土样盒固定设置在所述的传压盘上，所述的传压盘的侧壁上设置有传压盘杠杆，所述的传压盘杠杆伸出所述的加热板，所述的加压装置设置在所述的第二土样盒上。在竖向设置2组土样盒，各土样盒之间通过传压盘将设置在顶部的加压装置所施加的压缩荷载在竖向进行传递，从而实现了将一个压缩荷载同时对多个土样进行固结压缩的目标，不增加仪器成本的前提下，简化实验操作，同时克服传统固结仪因单次压缩数量少而导致的实验结果偶然性大、实验效率低的缺点。

所述的传压盘上设置有用于置放测温土样的凹槽，所述的传压盘的侧壁上设置有测温孔，所述的测温孔与所述的凹槽相连通，所述的测温孔设置在所述的传压盘杠杆的下方。由于待测的土样由环刀包裹且土样的上端受到来自加压装置所施加的压力，使得将测温探头直接伸入土样盒中，直接测量土样的温度在理论上、操作上都不可行，因此设计上述结构来间接监测土样的温度，测温探头可通过测温孔伸入到凹槽中，对置放在凹槽中的测温土样进行温度检测，测得的测温土样的温度可基本准确地反应土样盒内的土样温度。

所述的外框包括设置在底部的基座和设置在基座上的侧外框，所述的加热板围设在所述的侧外框上且将所述的侧外框包覆在其中，所述的侧外框包括上部侧外框和下部侧外框，所述的上部侧外框设置在所述的下部侧外框上，所述的上部侧外框与所述的下部侧外框的之间通过卡口固定连接，所述的第一土样盒设置在所述的基座上且设置在所述的下部侧外框内。将侧外框分为上部侧外框和下部侧外框，两者通过卡口固定连接，便于第一土样盒和第二土样盒的安装固定。

所述的第一土样盒包括第一护环、第一环刀、第一透水石和第二透水石，所述第一透水石在所述的基座上，所述的第一环刀套设在所述的第一护环内并固定在所述的第一透水石上，所述的第二透水石设置在所述的第一环刀上，所述的传压盘设置在所述的第二透水石上；所述第二土样盒包括第二护环、第二环刀、第三透水石和第四透水石，所述的第三透水石经所述的传压盘与所述的第二透水石固定，所述的第二环刀套设在所述的第二护环内并固定在所述的第三透水石上，所述的第四透水石设置在所述的第二环刀上，所述的加压装置设置在所述的第四透水石上。

所述的第一环刀、所述的第二透水石与所述的传压盘的外部设置有第一护套，所述的第二环刀、所述的第四透水石和所述的加压装置的外部设置有第二护套。第一护套保证了第一环刀、第二透水石与传压盘的外部能够稳定地安装固定在一起，第二护套保证了第二环刀、第四透水石与加压装置的外部能够稳定地安装固定在一起，可有效防止土样盒中的各个部件发生倾斜。

所述的加热板的外部包覆有第一保温套，所述的基座外部设置有第二保温套，所述的加压装置的外部设置有保温盖。通过第一保温套、第二保温套和保温盖，使得整个装置的保温效果好，使用碳晶发热片，2—4分钟后，加热板与第一保温套、第二保温套和保温盖之间就能达到热平衡。

所述的加压装置包括加压上盖，所述的加压上盖设置在所述的第四透水石上，所述的加压上盖上设有一个半圆形凹槽，所述的半圆形凹槽内设置有钢珠。该结构的加压装置，使得土样盒能够受力平衡，保证了整个固结仪只存在一个竖直的压力，力施加在钢珠上，再由钢珠传到加压上盖，可使力均匀散布到加压上盖上，防止因受力不平衡而产生的土样盒倾斜问题。

与现有技术相比，本发明的优点在于：通过在外框上设置对土样盒进行加热的加热装置，使得本固结仪可以测量不同温度下土样的压缩性能，能真实模拟土体在外加热源下的压缩特性，得到准确的压缩特性曲线，为工程建设、科研探究提供基础。

附图说明

图1为本发明的剖视结构示意图；

图2为本发明中加热装置的展开结构示意图；

图3为本发明中传压盘的剖视结构示意图；

图4为本发明中加压上盖的剖视结构示意图。

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至图4所示，一种软土固结仪，包括外框1、土样盒和加压装置2，土样盒设置在外框1内，加压装置2设置在土样盒上，外框1上设置有用于对土样盒进行加热的加热装置3。

在此具体实施例中，加热装置3包括加热板31和用于连接电源的电源插座32，加热板31与电源插座32电连接，加热板31围设在外框1的外部将外框1包覆在其中，加热板31的两边设置有导电棒311，导电棒311与电源插座32电连接，两个导电棒311之间设置有多条碳晶发热片312，多条碳晶发热片312自上而下水平并列设置。该结构的加热装置3，结构简单，加热板31围设在外框1外部且将外框1包覆在其中，使得整个外框1能够得到稳定均匀的加热，设置在其内的土样盒能够得到稳定均匀的热传导；本加热装置3采用碳晶发热片312，利用碳晶发热片312节能、稳定且加热速度快的特性，使得电能与热能的转换效率较高，在通电的短短几十秒内可使加热板31表面温度迅速上升，能为整个装置提供一个恒定的温度，这是做温控实验最基本的条件之一，其加热的最高温度可达55℃左右，也能完全满足模拟现实中土体的温度的要求；导电棒311之间设置有多条碳晶发热片312，多条碳晶发热片312自上而下水平并列设置，使得外框1的各个部分能够受到稳定且均匀的加热。

在此具体实施例中，加热板31的两个侧边设置有相互配合的尼龙搭扣，该尼龙搭扣包括设置在加热板31一侧的尼龙钩带313和设置在加热板31另一侧的尼龙绒带314，将加热板31围设在外框1的外部，通过相配合的尼龙搭扣将加热板31固定套设在外框1的外部。

在此具体实施例中，碳晶发热片312的数量为7条。

在此具体实施例中，加热板31与电源插座32之间设置有温度控制器33，导电棒311与温度控制器33电连接，温度控制器33与电源插座311电连接。通过温度控制器33来按需设定和调整加热温度，并且实时监测土样的温度变化，从而使土体在外加热源下的压缩特性曲线更加准确，为工程建设、科研探究提供基础。

在此具体实施例中，土样盒包括第一土样盒4和第二土样盒5，第一土样盒4的上部设置有传压盘6，第二土样盒5固定设置在传压盘6上，传压盘6的侧壁上设置有传压盘杠杆61，传压盘杠杆61伸出所述的加热板31，加压装置2设置在第二土样盒5上。在竖向设置2组土样盒，各土样盒之间通过传压盘6将设置在顶部的加压装置2所施加的压缩荷载在竖向进行传递，从而实现了将一个压缩荷载同时对多个土样进行固结压缩的目标，不增加仪器成本的前提下，简化实验操作，同时克服传统固结仪因单次压缩数量少而导致的实验结果偶然性大、实验效率低的缺点。

在此具体实施例中，传压盘6上设置有用于置放测温土样的凹槽62，传压盘62的侧壁上设置有测温孔63，测温孔63与凹槽62相连通，测温孔63设置在传压盘杠杆61的下方。由于待测的土样由环刀包裹且土样的上端受到来自加压装置2所施加的压力，使得将测温探头直接伸入土样盒中，直接测量土样的温度在理论上、操作上都不可行，因此设计上述结构来间接监测土样的温度，测温探头可通过测温孔63伸入到凹槽62中，对置放在凹槽62中的测温土样进行温度检测，测得的测温土样的温度可基本准确地反应土样盒内的土样温度。

在此具体实施例中，传压盘6采用强度大、密度小、耐腐蚀性强且重量轻的铝合金材料替代原有固结仪中的铜材，在满足强度和抗锈蚀的要求的同时，解决了传压盘6的自重对实验的影响。

在此具体实施例中，外框1包括设置在底部的基座11和设置在基座上的侧外框，加热板31围设在侧外框上且将侧外框包覆在其中，侧外框包括上部侧外框12和下部侧外框13，上部侧外框12设置在下部侧外框13上，上部侧外框12与下部侧外框13的之间通过卡口固定连接，第一土样盒4设置在基座11上且设置在下部侧外框13内。将侧外框分为上部侧外框12和下部侧外框13，两者通过卡口固定连接，便于第一土样盒4和第二土样盒5的安装固定。

在此具体实施例中，第一土样盒4包括第一护环41、第一环刀42、第一透水石43和第二透水石44，第一透水石43在基座11上，第一环刀42套设在第一护环41内并固定在第一透水石43上，第二透水石44设置在第一环刀42上，传压盘6设置在第二透水石44上；第二土样盒5包括第二护环51、第二环刀52、第三透水石53和第四透水石54，第三透水石53经传压盘6与第二透水石43固定，第二环刀52套设在第二护环51内并固定在第三透水石53上，第四透水石54设置在第二环刀52上，加压装置2设置在第四透水石54上。

在此具体实施例中，第一环刀42、第二透水石44与传压盘6的外部设置有第一护套45，第二环刀52、第四透水石54和加压装置2的外部设置有第二护套55。第一护套45保证了第一环刀42、第二透水石44与传压盘6的外部能够稳定地安装固定在一起，第二护套55保证了第二环刀52、第四透水石54与加压装置2的外部能够稳定地安装固定在一起，可有效防止土样盒中的各个部件发生倾斜。

在此具体实施例中，加热板31的外部包覆有第一保温套7，基座11外部设置有第二保温套8，加压装置2的外部设置有保温盖9。通过第一保温套7、第二保温套8和保温盖9，使得整个装置的保温效果好，使用碳晶发热片312，2—4分钟后，加热板31与第一保温套7、第二保温套8和保温盖9之间就能达到热平衡。

在此具体实施例中，加压装置2包括加压上盖21，加压上盖21设置在第四透水石54上，加压上盖21上设有一个半圆形凹槽211，半圆形凹槽211内设置有钢珠22。该结构的加压装置2，使得土样盒能够受力平衡，保证了整个固结仪只存在一个竖直的压力，力施加在钢珠22上，再由钢珠22传到加压上盖21，可使力均匀散布到加压上盖21上，防止因受力不平衡而产生的土样盒倾斜问题。

在此具体实施例中，上部侧外框12、加热板31和第一保温套7对应的位置上均设置有通孔10，传压盘杠杆61从该通孔10中伸出，该通孔10的直径大于传压盘杠杆6的高度，因此测温探头可依次穿过该通孔10和测温孔63伸入到到凹槽62中，对置放在凹槽62中的测温土样进行温度检测。

在此具体实施例中，基座11上设有延长杆111，延长杆111上设有百分表112。

在此具体实施例中，传压盘6为工字型拖物传压盘。

具体安装和实验操作包括以下步骤：

（1）按照实验操作规范处理环刀收割的土样并且在传压盘6的凹槽62中装好测温土样；

（2）在基座11之上、下部侧外框13内依次装入第一透水石43、滤纸、第一护环41后将第一环刀42连同收割的土样放置在第一透水石43之上并置于第一护环41之中，在第一环刀42上铺上一层等大的滤纸，然后将第一护套45套在第一环刀42之上，放入一块较小的第二透水石44，第一土样盒4安装完毕，然后依次装上传压盘6和上部侧外框12；

（3）按照第一土样盒4的装载方法将第二土样盒5装好，在上面装上加压上盖21及钢珠22；

（4）安装加热装置3，扣上尼龙塔扣后把整个装置置于压框正中，将测温探头经通孔10、测温孔63伸入到测温土样中，再安装百分表112；

（5）接通电源，调节温度控制器33到所需温度，预热30min；

（6）将手轮（图中并未给出）按顺时针方向旋转，使升降杆上升到顶点，再将手轮逆时针方向旋转1—2转；

（7）使用加压头23对准钢珠22，调整拉杆下端螺帽，使框架向上时容器部分能自由取放；

（8）先施加一定的预压力，读出百分表112读数，并记录，以后逐级加压；

（9）加压后观看杠杆下沉情况或根据需要可逆时针方向旋转手轮，调节升降杆保持杠杆平衡；

（10）做好实验记录及后续数据处理工作。

Claims (9)

1.一种软土固结仪，包括外框、土样盒和加压装置，所述的土样盒设置在所述的外框内，所述的加压装置设置在所述的土样盒上，其特征在于所述的外框上设置有用于对所述的土样盒进行加热的加热装置。

2.如权利要求1所述的一种软土固结仪，其特征在于所述的加热装置包括加热板和用于连接电源的电源插座，所述的加热板与所述的电源插座电连接，所述的加热板围设在所述的外框的外部将所述的外框包覆在其中，所述的加热板的两边设置有导电棒，所述的导电棒与所述的电源插座电连接，两个所述的导电棒之间设置有多条碳晶发热片，多条所述的碳晶发热片自上而下水平并列设置。

3.如权利要求2所述的一种软土固结仪，其特征在于所述的加热板与所述的电源插座之间设置有温度控制器，所述的导电棒与所述的温度控制器电连接，所述的温度控制器与所述的电源插座电连接。

4.如权利要求2所述的一种软土固结仪，其特征在于所述的土样盒包括第一土样盒和第二土样盒，所述的第一土样盒的上部设置有传压盘，所述的第二土样盒固定设置在所述的传压盘上，所述的传压盘的侧壁上设置有传压盘杠杆，所述的传压盘杠杆伸出所述的加热板，所述的加压装置设置在所述的第二土样盒上。

5.如权利要求4所述的一种软土固结仪，其特征在于所述的传压盘上设置有用于置放测温土样的凹槽，所述的传压盘的侧壁上设置有测温孔，所述的测温孔与所述的凹槽相连通，所述的测温孔设置在所述的传压盘杠杆的下方。

6.如权利要求4所述的一种软土固结仪，其特征在于所述的外框包括设置在底部的基座和设置在基座上的侧外框，所述的加热板围设在所述的侧外框上且将所述的侧外框包覆在其中，所述的侧外框包括上部侧外框和下部侧外框，所述的上部侧外框设置在所述的下部侧外框上，所述的上部侧外框与所述的下部侧外框的之间通过卡口固定连接，所述的第一土样盒设置在所述的基座上且设置在所述的下部侧外框内。

7.如权利要求4所述的一种软土固结仪，其特征在于所述的第一土样盒包括第一护环、第一环刀、第一透水石和第二透水石，所述第一透水石在所述的基座上，所述的第一环刀套设在所述的第一护环内并固定在所述的第一透水石上，所述的第二透水石设置在所述的第一环刀上，所述的传压盘设置在所述的第二透水石上；所述第二土样盒包括第二护环、第二环刀、第三透水石和第四透水石，所述的第三透水石经所述的传压盘与所述的第二透水石固定，所述的第二环刀套设在所述的第二护环内并固定在所述的第三透水石上，所述的第四透水石设置在所述的第二环刀上，所述的加压装置设置在所述的第四透水石上。

8.如权利要求7所述的一种软土固结仪，其特征在于所述的第一环刀、所述的第二透水石与所述的传压盘的外部设置有第一护套，所述的第二环刀、所述的第四透水石和所述的加压装置的外部设置有第二护套。

9.如权利要求6所述的一种软土固结仪，其特征在于所述的加热板的外部包覆有第一保温套，所述的基座外部设置有第二保温套，所述的加压装置的外部设置有保温盖。