CN104596853A - 多功能真空预压固结实验装置以及密闭式真空预压实验的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种多功能真空预压固结实验装置，采用小比尺试验模型模拟真空预压和堆载试验。该装置包括一个真空预压固结腔室，顶板，底座，轴向夹紧构件，塑料排水带固定架，抽真空设备，增压与稳压设备，竖向排水体统，排水收集与排水体积量测系统，厚层预压膜、沉降位移测量系统，气压测量系统。它可以模拟建立在排水带变形可控制的情况下密闭式真空预压验、增压式真空预压、正负压循环式真空预压、堆载预压等试验，完全可以满足不同条件的室内实验需求，真正意义上践行了低造价、多功能的设计理念，具备结构简单、操作方便、可视性强且可适用于多种真空预压试验研究等诸多优点。本发明还提供了采用多功能真空预压固结实验装置进行密闭式真空预压实验的多种方法。

Description

多功能真空预压固结实验装置以及密闭式真空预压实验的方法

技术领域

本发明涉及一种岩土工程试验仪器制造技术领域的多功能真空预压固结实验装置。本发明还提供了采用上述多功能真空预压固结实验装置进行密闭式真空预压实验的方法。

背景技术

随着我国沿海产业带的开发建设，土地需求数量持续增加，通过人工吹填海涂淤泥进行围海造地是解决土地资源紧缺最为有效的方法。吹填土地基是典型的超软土地基，它具有超高含水率呈流动状、高压缩性、高孔隙比、结构性极差、强度和承载力极低等不利的工程特性，必须对其进行加固处理，才能满足相应的房屋建筑、道路交通及厂房用地等后续工程建设的需要。目前，已产生了无砂垫层技术、直排式真空预压技术、长短板联合真空预压技术、密闭直抽分段式等工法，为真空预压技术的大规模工程应用奠定了基础。增压式真空预压技术方面有专利1（CN201272966）和专利2（CN101418566）中金亚伟等提出增压真空预压固结处理软土地基/ 尾矿渣/ 湖泊淤泥装置和增压真空预压固结处理软土地基/ 尾矿渣/ 湖泊淤泥的方法，即塑料排水板间设置增压滤管。当常规真空预压固结度达40%后, 增压滤管通过增压泵压缩空气开始向土体输送气压。土体中心正气压增加( 压力增至20 kPa) , 土体中心与排水板压力差增加, 使真空预压的加固效果得到明显改善。然而，目前尚未见到相关专利对此进行室内实验设计，本试验装置考虑到排水板变形对真空预压加固效果的影响，故采用支架卡槽固定排水板形状进行真空预压试验,同时又可以满足密闭式真空预压验、增压式真空预压、正负压循环式真空预压、堆载预压等室内实验需求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种多功能真空预压固结实验装置，该实验装置结构简单、操作方便、可视性强且可适用于多种真空预压试验研究。本发明所要解决的技术问题还包括提供一种采用上述多功能真空预压固结实验装置进行密闭式真空预压实验的方法。

为达到上述发明目的，解决现有技术问题，本发明采用以下技术方案：

多功能真空预压固结实验装置，包括真空预压固结腔室，真空预压固结腔室由刚性透明套筒、顶板和底座构成，所述刚性透明套筒包括上套筒、中上套筒、中下套筒和下套筒，上套筒上端嵌入到顶板的顶板套筒槽中，下套筒的下端嵌入到底座的底座套筒槽中，所述上套筒、中上套筒、中下套筒、下套筒之间通过套筒端部设置有的成对设置的凸起和凹槽进行卡合对接，所述顶板、上套筒、中上套筒、中下套筒、下套筒和底座依次对接之处还设置有密封装置，所述顶板和底座的直径大于所述预压固结腔室的直径，所述顶板和底座向外突出于预压固结腔室外的外沿采用轴向夹紧构件夹紧；顶板上开设有真空抽气孔、大气通气孔、气压测量孔、增压孔和沉降测量孔，所述气压测量孔与真空表连接，所述真空抽气孔通过阀门与真空泵相连，所述竖向位移孔与顶板轴向滑动密封配合，所述增压孔通过阀门与增压泵连接；所述真空预压固结腔室内竖向架设有塑料排水带，塑料排水带通过管道与外部的收集系统连接，所述真空预压固结腔室内配置有用于覆盖实验土体上表面的高强预压膜和用于测量实验土体沉降位移的沉降位移测量系统，沉降位移测量系统包括位移测量装置和竖向位移刻度尺，竖向位移刻度尺竖向架设于所述真空预压固结腔室内，所述位移测量装置包括相互固定的圆形盘和垂直于圆形盘的竖向杆，竖向杆上横向设置有与竖向杆垂直的水平伸臂，所述位移测量装置穿过顶板上开设的沉降位移测量孔，位移测量装置上的圆形盘处于高强预压膜上表面，所述水平伸臂构件旋转至与竖向位移刻度尺接触的位置。

本发明还提供了采用上述多功能真空预压固结实验装置进行密闭式真空预压实验的第一种方法，包括以下步骤：

1）  打开顶板，将下端排水带固定架放于下套筒卡销下部，并且让排水带固定架的卡槽对准卡销，防止排水带固定架沿卡销转动，将塑料排水带下端固定在下端排水带固定架上，同样的方法将上端排水带固定架放置在上套筒卡销上端，将排水带上端固定在上端排水带固定架上，留出多余的排水带长度，将单手板接头与排水带顶端相连，装入土样，直至真空预压固结腔室的9/10，保证单手板接头全部埋入土中；

2）  铺好高强预压膜，在仪器内部留出足够的冗余长度，将高强预压膜上的气压测量接口通过管路与顶板的气压测量孔相连，气压测量孔连接真空表。高强预压膜的排水孔通过管路与真空抽气孔相连，真空抽气孔通过管路与三通接口相连，三通接口的一个分支管路通过阀门与锥形瓶相连，锥形瓶瓶塞上一孔与真空表相连，另一孔与真空泵相连，三通接口另一个分支管路通过阀门与增压泵相连；

3） 将位移测量装置穿过顶板上开设的沉降位移测量孔，位移测量装置上小的圆形钢板与高强预压膜上表面接触，将水平伸臂构件旋转至与竖向位移刻度尺9接触的位置；

4）    将顶板与底座通过轴向夹紧构件进行夹紧固定；

5）            顶板上增压空通过阀门与稳压器相连，稳压器通过阀门与微型计算机相连，稳压器进口与增压泵相连；

6）  保持大气通气孔敞开，关闭三通接口与增压泵相连的分支管路阀门，打开与真空泵相连的分支管路阀门，开启真空泵进行真空预压固结试验。真空压力控制在85kPa左右。

本发明还提供了采用上述多功能真空预压固结实验装置进行密闭式真空预压实验的第二种方法，包括以下步骤：

1）打开顶板，将下端排水带固定架放于下套筒卡销下部，并且让排水带固定架的卡槽对准卡销，防止排水带固定架沿卡销转动，将塑料排水带下端固定在下端排水带固定架上，同样的方法将上端排水带固定架放置在上套筒卡销上端，将排水带上端固定在上端排水带固定架上，留出多余的排水带长度，将单手板接头与排水带顶端相连，装入土样，直至真空预压固结腔室的9/10，保证单手板接头全部埋入土中；

2）  打设一根增压滤管，所述的增压滤管由螺旋形弹性支撑架和滤布组成，增压滤管前端上旋接有锥形封头，最末节增压滤管后端旋接有法兰，细软管的一端与法兰相连，穿过气压测量孔与气压控制器相连，气压控制器的一侧与增压泵相连，通过气压控制器可以控制实验所需的气压大小，此时应打开气压控制器与法兰相连的阀门，注意应在真空预压后期土体沉降基本稳定后开启增压系统；然后铺好高强预压膜，在仪器内部留出足够的冗余长度，将高强预压膜上的气压测量接口通过管路与顶板的气压测量孔相连，气压测量孔连接真空表；高强预压膜的排水孔通过管路与真空抽气孔相连，真空抽气孔7通过管路与三通接口相连，三通接口的一个分支管路通过阀门与锥形瓶相连，锥形瓶瓶塞上一孔与真空表相连，另一孔与真空泵相连，三通接口另一个分支管路通过阀门与增压泵相连；

3）将位移测量装置穿过顶板上开设的沉降位移测量孔，位移测量装置上小的圆形钢板与高强预压膜上表面接触，将水平伸臂构件旋转至与竖向位移刻度尺接触的位置；

4）  将顶板与底座通过轴向夹紧构件进行夹紧固定；

5）  顶板上增压空通过阀门与稳压器相连，稳压器通过阀门与微型计算机相连，稳压器进口与增压泵相连；

6）  保持大气通气孔敞开，关闭三通接口与增压泵相连的分支管路阀门，打开与真空泵相连的分支管路阀门，开启真空泵进行真空预压固结试验；真空压力控制在85kPa左右。

本发明还提供了采用上述多功能真空预压固结实验装置进行密闭式真空预压实验的第三种方法，包括以下步骤：

1）  打开顶板，将下端排水带固定架放于下套筒卡销下部，并且让排水带固定架的卡槽对准卡销，防止排水带固定架沿卡销转动，将塑料排水带下端固定在下端排水带固定架上，同样的方法将上端排水带固定架放置在上套筒卡销上端，将排水带上端固定在上端排水带固定架上，留出多余的排水带长度，将单手板接头与排水带顶端相连，装入土样，直至真空预压固结腔室的9/10，保证单手板接头全部埋入土中；

2）  铺好高强预压膜，在仪器内部留出足够的冗余长度，将高强预压膜上的气压测量接口通过管路与顶板的气压测量孔相连，气压测量孔连接真空表。高强预压膜的排水孔通过管路与真空抽气孔相连，真空抽气孔通过管路与三通接口相连，三通接口的一个分支管路通过阀门与锥形瓶相连，锥形瓶瓶塞上一孔与真空表相连，另一孔与真空泵相连，三通接口另一个分支管路通过阀门与增压泵相连；

3）   将位移测量装置穿过顶板上开设的沉降位移测量孔，位移测量装置上小的圆形钢板与高强预压膜上表面接触，将水平伸臂构件旋转至与竖向位移刻度尺接触的位置；

4）   将顶板与底座通过轴向夹紧构件进行夹紧固定；

5）   顶板上增压空通过阀门与稳压器相连，稳压器通过阀门与微型计算机相连，稳压器进口与增压泵相连；

6）  用密封螺栓堵住大气通气孔，保持大气通气孔密封，关闭三通接口与增压泵相连的分支管路阀门，打开三通接口与锥形瓶相连的分支管路阀门，打开与真空泵相连的分支管路阀门，开启真空泵进行真空预压前期固结试验；待土体固结度达到40%后，关闭与真空泵相连的分支管路阀门，且关闭真空泵，同时开启与增压泵相连的分支管路阀门，打开增压泵，将气压控制在20MPa左右，进行正压式真空预压，以冲开排水带表面的泥皮，缓解排水带的淤堵和涂抹效应。一段时间后，关闭与增压泵相连的分支管路阀门，关闭增压泵，随即打开与真空泵相连的分支管路阀门，且打开真空泵，将真空压力控制在85kPa左右，进行反压式真空预压，如此往复循环，直至土体固结度达到95%为止。

本发明还提供了采用上述多功能真空预压固结实验装置进行密闭式真空预压实验的第四种方法，包括以下步骤：

1）打开顶板，将下端排水带固定架放于下套筒卡销下部，并且让排水带固定架的卡槽对准卡销，防止排水带固定架沿卡销转动，将塑料排水带下端固定在下端排水带固定架上，同样的方法将上端排水带固定架放置在上套筒卡销上端，将排水带上端固定在上端排水带固定架上，留出多余的排水带长度，将单手板接头与排水带顶端相连，装入土样，直至真空预压固结腔室的9/10，保证单手板接头全部埋入土中；

2）铺好高强预压膜，在仪器内部留出足够的冗余长度，将高强预压膜上的气压测量接口通过管路与顶板的气压测量孔相连，气压测量孔连接真空表。高强预压膜的排水孔通过管路与真空抽气孔相连，真空抽气孔通过管路与三通接口相连，三通接口的一个分支管路通过阀门与锥形瓶相连，锥形瓶瓶塞上一孔与真空表相连，另一孔与真空泵相连，三通接口另一个分支管路通过阀门与增压泵相连；

3）将位移测量装置穿过顶板上开设的沉降位移测量孔，位移测量装置上小的圆形钢板与高强预压膜上表面接触，将水平伸臂构件旋转至与竖向位移刻度尺接触的位置；

4）  将顶板与底座通过轴向夹紧构件进行夹紧固定；

5）  顶板上增压空通过阀门与稳压器相连，稳压器通过阀门与微型计算机相连，稳压器进口与增压泵相连；

6）用密封螺栓堵住大气通气孔，保持大气通气孔密封，关闭三通接口与增压泵相连的分支管路阀门，同时关闭三通接口与锥形瓶相连的分支管路阀门，打开增压孔阀门，开启增压泵，通过气压控制器向试样施加规定数值的气压，进行模拟堆载预压的试验研究。

本发明提供的多功能真空预压固结实验装置以及密闭式真空预压实验的方法与现有技术相比，具有如下显而易见的优点。

1.        简化装卸过程。现有真空预压试验设备多为大型塑料桶，或者大型立方体玻璃箱，其缺点是不够规范，试验完成后土样取出困难。而本发明克服了这个缺点。本发明刚性透明套筒分为上套筒、中上套筒、中下套筒、下套筒4段，试验结束时将轴向夹紧构件松开，可以方便将每层套筒分别取出并将土卸出，因此极大方便了实验操作。

2.        可视性。现有的大型塑料桶做真空预压实验，套筒不透明，而本发明采用刚性透明套筒，可以再试验过程中实时观察孔隙变化、土样变形、水流渗透情况。

3.        多功能性。本发明真空预压与增压(气压)联合固结实验仪，可以用于排水板不变形情况下的真空预压试验研究，以及通过不同增压管的增压式真空预压试验研究，也可以通过增压模拟堆载预压的研究。

4.        规范性。传统的真空预压试验研究，用大型塑料桶，孔压计的放置深度不精确，塑料排水带没有固定容易变形，本发明真空预压与增压(气压)联合固结实验仪是专门用来做真空预压与模拟堆载预压试验的仪器，试验装置在套筒的侧壁上开了四个孔压计测量孔，孔压计的放置深度事先确定好，同一深度放置两个，分上下两层来测不同深度处的孔压。塑料排水带被固定在仪器的正中位置，装样过程中排水带位置保持固定，不会产生变形。本设备的所有密封位置，均设置有专门的密封构造，如顶板与上套筒上边缘之间通过顶板密封橡皮圈进行密封，底板与下套筒下边缘之间通过底板密封橡皮圈进行密封。各个套筒的之间的卡合也由相应的凹凸构造以及密封橡皮圈进行密封，进出仪器的线孔等密封均采用螺旋帽式密封，避免了传统的淤泥密封，与玻璃胶密封等繁杂过程。

5.        增压可控。本发明增压系统，通过增压泵产生压缩空气，压缩空气经过气压控制器，由气压任意控制气压大小。

附图说明

图1是本发明多功能真空预压固结实验装置的整体结构示意图。

图2是图1中的真空预压固结腔室的结构剖视示意图。

图3是本发明多功能真空预压固结实验装置顶板结构示意图。

图4是图3的背面结构示意图。

图5是图1中的刚性透明套筒的分体结构示意图。

图6是本发明多功能真空预压固结实验装置底座结构示意图。

图7是图6的背面结构示意图。

图8是本发明多功能真空预压固结实验装置排水带固定装置结构示意。

图9是孔压测试系统的结构示意图。

图10是位移测量装置的结构示意图。

图11是高强预压膜的结构示意图。

具体实施方式

本发明多功能真空预压固结实验装置的具体实施方式可以有四种，一为模拟密闭式真空预压试验研究的具体实施；二为模拟增压式真空预压试验研究的具体实施；三为模拟正负压循环式真空预压试验研究的具体实施；四为模拟堆载预压试验研究的实施。

本发明的优选的实施实例结合附图详述如下：

实施例一

参见图1、图2，本发明提供的多功能真空预压固结实验装置，包括一个真空预压固结腔室，真空预压固结腔室由顶板1、底座25、刚性透明套筒构成。刚性透明套筒包括上套筒20、中上套筒21、中下套筒22、下套筒23，上套筒20的上表面嵌入顶板1上设置的顶板套筒槽2中，下套筒23大的下表面嵌入底座25上设置的底座套筒槽26中，上套筒20、中上套筒21、中下套筒22与下套筒23之间由靠上的套筒下表面的套筒连接凸起17与靠下的套筒上表面套筒连接凹槽16相互卡合连接；顶板1与底座25通过轴向夹紧构件固定，顶板的下表面与上套筒20的上表面之间通过轴向夹紧构件提供的压力密封高强预压膜14，所述顶板1边缘设置有螺栓通孔，所述轴向夹紧构件包括多根螺栓杆件15，螺栓杆件15穿过顶板上的螺栓通孔与底座上的半封闭螺栓孔27连接并促使顶板1和底座25夹紧刚性透明套；下套筒23和上套筒20上设置有卡销36，用于固定排水带固定装置，一个排水带固定装置设置在上套筒20上的卡销36上端，另一个放置在下套筒23上的卡销36下端，塑料排水带38由两个排水带固定装置固定，塑料排水带38上端部与排水带端帽37相连顶板上增压孔3（该增加孔用于增加气压），通过阀门与气压控制器43相连，气压控制器43与增压泵41相连，并由微型计算机控制。顶板上的真空抽气孔7通过阀门与三通接口相连，三通接口一个分支管路通过阀门与真空泵40相连，另一个分支管路通过阀门与增压泵41相连。

参见图3、图4，本发明提供的多功能真空预压固结实验装置的顶板1上表面设置有五个孔，包括真空抽气孔7、大气通气孔5、气压测量孔4、增压孔3、沉降位移测量孔8，大气通气孔5可用密封螺栓6密封，顶板的边缘设置有四个直径相同的顶板螺栓通孔，顶板1的上表面还设置有长条立方体形竖向位移刻度尺9，精确度为1mm，与顶板1固定焊接，顶板1的下表面设置有顶板套筒槽2，顶板1套筒槽2的中心位置设置有顶板1密封橡皮圈槽12，内放置顶板密封橡皮圈13；顶板1直径740mm，顶板1厚度30mm，顶板1套筒槽内径600，外径640，与套筒的内径与外径相同，顶板1密封橡皮圈13槽12内径614mm，外径626mm，顶板1密封橡皮圈13中心线直径620mm，密封橡皮圈圈体直径6mm，顶板1密封橡皮圈13圈体直径6mm，顶板螺栓通孔11直径15mm，真空抽气孔7直径12mm，大气通气孔5直径12mm，气压测量孔4直径12mm，增压孔3直径12mm，沉降位移测量孔8直径12mm，竖向位移刻度尺9高度300mm，宽度10mm，厚度3mm。

参见图5本发明提供的多功能真空预压固结实验装置的刚性透明套筒分为上下四段，由上套筒20、中上套筒21、中下套筒22、下套筒23组成。各个套筒之间通过上下套筒23之间的套筒连接凹槽16与套筒连接凸起17相连，上套筒20上表面平滑，下表面设有套筒连接凸起17；中上套筒21上表面设有套筒连接凹槽16，该套筒连接凹槽16的中心位置设置有套筒密封橡皮圈槽18，槽内放置套筒密封橡皮圈19，下表面设有套筒连接凸起17；中下套筒22上表面设有套筒连接凹槽16，该套筒连接凹槽16的中心位置设置有套筒密封橡皮圈槽18，槽内放置套筒密封橡皮圈19，下表面设有套筒连接凸起17；下套筒23上表面设有套筒连接凹槽16，凹槽的中心位置设置有套筒密封橡皮圈槽18，槽内放置套筒密封橡皮圈19，下表面平滑。中下套筒22与中上套筒21上沿圆周对称位置各设置有两个孔压测量孔24，上套筒20高度200mm，内径600mm，外径640mm，套筒厚度20mm，下端套筒连接凸起17宽度15mm，内凸起宽度5mm，凸起高度15mm，外凸起宽度10mm，凸起高度10mm；中上套筒2120高度200mm，内径600mm，外径640mm，套筒厚度20mm，上端套筒连接凹槽16总宽度15mm，其中中间部位凹槽宽度10mm，深度10mm，靠近内径处凹槽宽度5mm，深度10mm，套筒密封橡皮圈19槽18内径615mm，外径625mm，槽体直径5mm，下端套筒连接凸起17宽度15mm，内凸起宽度5mm，凸起高度15mm，外凸起宽度10mm，凸起高度10mm；中下套筒22高度300mm，内径600mm，外径640mm，套筒厚度20mm，上端套筒连接凹槽16总宽度15mm，其中中间部位凹槽宽度10mm，深度10mm，靠近内径处凹槽宽度5mm，深度10mm，套筒密封橡皮圈19槽18内径615mm，外径625mm，槽体直径5mm，下端套筒连接凸起17宽度15mm，内凸起宽度5mm，凸起高度15mm，外凸起宽度10mm，凸起高度10mm；下套筒23高度300mm，内径600mm，外径640mm，套筒厚度20mm，上端套筒连接凹槽16总宽度15mm，其中中间部位凹槽宽度10mm，深度10mm，靠近内径处凹槽宽度5mm，深度10mm，套筒密封橡皮圈槽18内径615mm，外径625mm，槽体直径5mm。中上套筒21上空压测量孔直径10mm，开孔中心线距离距离底中上套筒21底部中心线100mm；中下套筒22上空压测量孔直径10mm，开孔中心线距离距离底中下套筒22底部中心线100mm。

参见图6、图7，本发明提供的多功能真空预压固结实验装置底座上表面设置有底座套筒槽26，底座套筒槽26的中心位置设置有底座密封橡皮圈槽，槽内放置底板密封橡皮圈，底座外边缘设置有底座半封闭螺栓孔27，底座下表面设置有四个固定的仪器支座30，仪器支座30为四个圆柱形钢柱对称分布于整个底座下表面，每个仪器支座30与底座焊接在一起，以支撑整个仪器。底座直径740mm，底座高度50mm，底座套筒槽26内径600mm，外径640mm，与套筒的内径与外径相同，顶板密封橡皮圈槽12内径614mm，外径626mm，顶板密封橡皮圈13中心线直径620mm，密封橡皮圈圈体直径6mm。底板半封闭螺栓孔直径15mm，螺栓孔深度30mm。底座支座高度100mm，直径50mm，每个底座中心线距离底板中心线270mm。

参见图8，本发明提供的多功能真空预压固结实验装置塑料排水带固定架，包括钢圆环33、环内支撑、针式夹带板34和固定夹带板35，钢圆环上设置有至少三个卡槽，所述该卡槽用于和刚性透明套筒上的卡销卡合，该卡槽和卡销36配合的结构可用于防止圆环放置在卡销36上以后沿圆周转动，同时用于上下两个塑料排水带固定架的方向对齐，所述环内支撑包括一根沿直径方向的中心杆和两根平行分布于中心杆两侧的支撑杆，所述支撑杆穿过针式夹带板34和固定夹带板35下部且其两端固定在钢圆环33上，所述中心杆一端固定在钢圆环上另一端与固定夹板带连接，所述针式夹带板内表面分布有针尖状凸起，针式夹带板与固定夹带板之间夹紧有塑料排水带，所述针式夹带板可相对支撑杆滑移，所述针式夹带板34和固定夹带板35上部采用螺栓40连接，上述针式夹带板34的作用是尽可能防止夹带板阻挡塑料。上述针式夹带板34内表面由针尖凸起分布于整个钢板之内，针式夹带板34与固定夹带板35之间放置塑料排水带38，由针式夹带板34和固定夹带板35螺栓夹紧固定，上述针式夹带板34的目的是尽可能防止夹带板阻挡塑料排水带38的排水通道。钢圆环33直径6mm，圆环中心线直径394mm，环内支撑中的两根平行支撑中心线间距130mm，沿直径方向的支撑长度300mm，固定夹带板35长160mm，高50mm，宽3mm，针式夹带板34针尖分布区高度20mm，宽15mm，厚3mm，针式夹带板34螺栓固定区高50mm，宽30mm，厚3mm。针式夹带板34与固定夹带板35上开孔直径均为6mm，固定螺栓直径6mm。

参见图9，本发明多功能真空预压固结实验装置的沉降位移测量装置包括位移测量装置和竖向位移刻度尺9，竖向位移刻度尺9竖向架设于所述真空预压固结腔室内，所述位移测量装置包括相互固定的圆形盘47和垂直于圆形盘47的竖向杆10，竖向杆10上横向设置有与竖向杆垂直的水平伸臂48，所述位移测量装置穿过顶板1上开设的沉降位移测量孔8，位移测量装置上的圆形盘47处于高强预压膜14上表面，所述水平伸臂构件48旋转至与竖向位移刻度尺9接触的位置。

参见图10，本发明多功能真空预压固结实验装置孔压测量系统由孔压计31与孔压计固定装置32组成，孔压计固定装置32由一个空心钢管与一个固定螺栓组成。

参见图11本发明高强预压膜14上设置有通气孔与管路相连，管路与顶板上的气压测量孔相连。通气孔直径6mm。

本发明一种多功能真空预压固结实验仪用于密闭式真空预压试验研究时步骤如下：

6）  打开顶板，将下端排水带固定架放于下套筒卡销36下部，并且让排水带固定架的卡槽对准卡销36，防止排水带固定架沿卡销36转动，将塑料排水带38下端固定在下端排水带固定架上，同样的方法将上端排水带固定架放置在上套筒卡销36上端，将排水带上端固定在上端排水带固定架上，留出多余的排水带长度，将单手板接头37与排水带顶端相连，装入土样，直至真空预压固结腔室的9/10，保证单手板接头全部埋入土中。

7）  铺好高强预压膜14，在仪器内部留出足够的冗余长度，将高强预压膜14上的气压测量接口通过管路与顶板的气压测量孔4相连，气压测量孔4连接真空表46。高强预压膜14的排水孔通过管路与真空抽气孔7相连，真空抽气孔7通过管路与三通接口相连，三通接口的一个分支管路通过阀门与锥形瓶相连，锥形瓶瓶塞上一孔与真空表46相连，另一孔与真空泵40相连，三通接口另一个分支管路通过阀门与增压泵41相连。

8）  将位移测量装置穿过顶板上开设的沉降位移测量孔8，位移测量装置上小的圆形钢板与高强预压膜14上表面接触，将水平伸臂构件旋转至与竖向位移刻度尺9接触的位置。

9）  将顶板与底座通过轴向夹紧构件进行夹紧固定。

10）      顶板上增压空通过阀门与稳压器相连，稳压器通过阀门与微型计算机相连，稳压器进口与增压泵41相连。

11）      保持大气通气孔5敞开，关闭三通接口与增压泵41相连的分支管路阀门，打开与真空泵40相连的分支管路阀门，开启真空泵40进行真空预压固结试验。真空压力控制在85kPa左右。

实施例二

本实施实例用于模拟增压式真空预压试验研究，与第一个实施实例基本相同，不同之处在于：

在实施实例一中第2步，在铺设高强预压膜之前，打设一根增压滤管（见实用新专利ZL03220509.0），所述的增压滤管由螺旋形弹性支撑架和滤布组成，增压滤管前端上旋接有锥形封头，最末节增压滤管后端旋接有法兰，细软管的一端与法兰相连，穿过气压测量孔4与气压控制器43相连，气压控制器43的一侧与增压泵41相连，通过气压控制器可以控制实验所需的气压大小。此时应打开气压控制器与法兰相连的阀门。注意应在真空预压后期土体沉降基本稳定后开启增压系统。

实施例三

本实施实例用于模拟正负压循环式预压试验研究，与第一个实施实例基本相同，不同之处在于：

在实施实例一中第6步，用密封螺栓6堵住大气通气孔5，保持大气通气孔5密封，关闭三通接口与增压泵41相连的分支管路阀门，打开三通接口与锥形瓶39相连的分支管路阀门，打开与真空泵40相连的分支管路阀门，开启真空泵40进行真空预压前期固结试验。待土体固结度达到40%后，关闭与真空泵40相连的分支管路阀门，且关闭真空泵40，同时开启与增压泵相连的分支管路阀门，打开增压泵41，将气压控制在20MPa左右，进行正压式真空预压，以冲开排水带表面的泥皮，缓解排水带的淤堵和涂抹效应。一段时间后，关闭与增压泵相连的分支管路阀门，关闭增压泵41，随即打开与真空泵40相连的分支管路阀门，且打开真空泵40，将真空压力控制在85kPa左右，进行反压式真空预压，如此往复循环，直至土体固结度达到95%为止。

实施例四

本实施实例用于模拟堆载预压试验研究，与第一个实施实例基本相同，不同之处在于：

在实施实例一中第6步，用密封螺栓6堵住大气通气孔5，保持大气通气孔5密封，关闭三通接口与增压泵41相连的分支管路阀门，同时关闭三通接口与锥形瓶39相连的分支管路阀门，打开增压孔3阀门，开启增压泵41，通过气压控制器43向试样施加规定数值的气压，进行模拟堆载预压的试验研究。

Claims (7)

1.一种多功能真空预压固结实验装置，包括真空预压固结腔室，其特征是：真空预压固结腔室由刚性透明套筒、顶板和底座构成，所述刚性透明套筒包括上套筒、中上套筒、中下套筒和下套筒，上套筒上端嵌入到顶板的顶板套筒槽中，下套筒的下端嵌入到底座的底座套筒槽中，所述上套筒、中上套筒、中下套筒、下套筒之间通过套筒端部设置有的成对设置的凸起和凹槽进行卡合对接，所述顶板、上套筒、中上套筒、中下套筒、下套筒和底座依次对接之处还设置有密封装置，所述顶板和底座的直径大于所述预压固结腔室的直径，所述顶板和底座向外突出于预压固结腔室外的外沿采用轴向夹紧构件夹紧；顶板上开设有真空抽气孔、大气通气孔、气压测量孔、增压孔和沉降测量孔，所述气压测量孔与真空表连接，所述真空抽气孔通过阀门与真空泵相连，所述竖向位移孔与顶板轴向滑动密封配合，所述增压孔通过阀门与增压泵连接；所述真空预压固结腔室内竖向架设有塑料排水带，塑料排水带通过管道与外部的收集系统连接，所述真空预压固结腔室内配置有用于覆盖实验土体上表面的高强预压膜和用于测量实验土体沉降位移的沉降位移测量系统，沉降位移测量系统包括位移测量装置和竖向位移刻度尺，竖向位移刻度尺竖向架设于所述真空预压固结腔室内，所述位移测量装置包括相互固定的圆形盘和垂直于圆形盘的竖向杆，竖向杆上横向设置有与竖向杆垂直的水平伸臂，所述位移测量装置穿过顶板上开设的沉降位移测量孔，位移测量装置上的圆形盘处于高强预压膜上表面，所述水平伸臂构件旋转至与竖向位移刻度尺接触的位置。

2.根据权利要求1所述的多功能真空预压固结实验装置，其特征是：所述顶板的下表面设置有套筒槽，套筒槽的中心位置设置有顶板橡皮圈密封槽，槽内放置密封橡皮圈；所述底座套筒槽的中心位置设置有底座橡皮圈密封槽，槽内放置密封橡皮圈；所述顶板边缘设置有螺栓通孔，所述轴向夹紧构件包括多根螺栓杆件，螺栓杆件穿过顶板上的螺栓通孔与底座上的螺纹连接孔连接并促使顶板和底座夹紧刚性透明套。

3.根据权利要求1或2所述的多功能真空预压固结实验装置，其特征是：所述塑料排水带固定架包括钢圆环、环内支撑、针式夹带板和固定夹带板，钢圆环上设置有至少三个卡槽，所述该卡槽用于和刚性透明套筒上的卡销卡合，所述环内支撑包括一根沿直径方向的中心杆和两根平行分布于中心杆两侧的支撑杆，所述支撑杆穿过针式夹带板和固定夹带板下部且其两端固定在钢圆环上，所述中心杆一端固定在钢圆环上另一端与固定夹板带连接，所述针式夹带板内表面分布有针尖状凸起，针式夹带板与固定夹带板之间夹紧有塑料排水带，所述针式夹带板可相对支撑杆滑移，所述针式夹带板和固定夹带板上部采用螺栓连接。

4.一种采用权利要求1所述多功能真空预压固结实验装置进行密闭式真空预压实验的方法：其特征是：包括以下步骤：

1）打开顶板，将下端排水带固定架放于下套筒卡销下部，并且让排水带固定架的卡槽对准卡销，防止排水带固定架沿卡销转动，将塑料排水带下端固定在下端排水带固定架上，同样的方法将上端排水带固定架放置在上套筒卡销上端，将排水带上端固定在上端排水带固定架上，留出多余的排水带长度，将单手板接头与排水带顶端相连，装入土样，直至真空预压固结腔室的9/10，保证单手板接头全部埋入土中；

2）铺好高强预压膜，在仪器内部留出足够的冗余长度，将高强预压膜上的气压测量接口通过管路与顶板的气压测量孔相连，气压测量孔连接真空表。高强预压膜的排水孔通过管路与真空抽气孔相连，真空抽气孔通过管路与三通接口相连，三通接口的一个分支管路通过阀门与锥形瓶相连，锥形瓶瓶塞上一孔与真空表相连，另一孔与真空泵相连，三通接口另一个分支管路通过阀门与增压泵相连；

3）将位移测量装置穿过顶板上开设的沉降位移测量孔，位移测量装置上小的圆形钢板与高强预压膜上表面接触，将水平伸臂构件旋转至与竖向位移刻度尺9接触的位置；

4）将顶板与底座通过轴向夹紧构件进行夹紧固定；

5）顶板上增压空通过阀门与稳压器相连，稳压器通过阀门与微型计算机相连，稳压器进口与增压泵相连；

6）保持大气通气孔敞开，关闭三通接口与增压泵相连的分支管路阀门，打开与真空泵相连的分支管路阀门，开启真空泵进行真空预压固结试验，真空压力控制在85kPa左右。

5..一种采用权利要求1所述多功能真空预压固结实验装置进行密闭式真空预压实验的方法：其特征是：包括以下步骤：

1）打开顶板，将下端排水带固定架放于下套筒卡销下部，并且让排水带固定架的卡槽对准卡销，防止排水带固定架沿卡销转动，将塑料排水带下端固定在下端排水带固定架上，同样的方法将上端排水带固定架放置在上套筒卡销上端，将排水带上端固定在上端排水带固定架上，留出多余的排水带长度，将单手板接头与排水带顶端相连，装入土样，直至真空预压固结腔室的9/10，保证单手板接头全部埋入土中；

2）打设一根增压滤管，所述的增压滤管由螺旋形弹性支撑架和滤布组成，增压滤管前端上旋接有锥形封头，最末节增压滤管后端旋接有法兰，细软管的一端与法兰相连，穿过气压测量孔与气压控制器相连，气压控制器的一侧与增压泵相连，通过气压控制器可以控制实验所需的气压大小，此时应打开气压控制器与法兰相连的阀门，注意应在真空预压后期土体沉降基本稳定后开启增压系统；然后铺好高强预压膜，在仪器内部留出足够的冗余长度，将高强预压膜上的气压测量接口通过管路与顶板的气压测量孔相连，气压测量孔连接真空表；高强预压膜的排水孔通过管路与真空抽气孔相连，真空抽气孔7通过管路与三通接口相连，三通接口的一个分支管路通过阀门与锥形瓶相连，锥形瓶瓶塞上一孔与真空表相连，另一孔与真空泵相连，三通接口另一个分支管路通过阀门与增压泵相连；

3）将位移测量装置穿过顶板上开设的沉降位移测量孔，位移测量装置上小的圆形钢板与高强预压膜上表面接触，将水平伸臂构件旋转至与竖向位移刻度尺接触的位置；

4）将顶板与底座通过轴向夹紧构件进行夹紧固定；

5）顶板上增压空通过阀门与稳压器相连，稳压器通过阀门与微型计算机相连，稳压器进口与增压泵相连；

6）保持大气通气孔敞开，关闭三通接口与增压泵相连的分支管路阀门，打开与真空泵相连的分支管路阀门，开启真空泵进行真空预压固结试验，真空压力控制在85kPa左右。

6.一种采用权利要求1所述多功能真空预压固结实验装置进行密闭式真空预压实验的方法：其特征是：包括以下步骤：

1）打开顶板，将下端排水带固定架放于下套筒卡销下部，并且让排水带固定架的卡槽对准卡销，防止排水带固定架沿卡销转动，将塑料排水带下端固定在下端排水带固定架上，同样的方法将上端排水带固定架放置在上套筒卡销上端，将排水带上端固定在上端排水带固定架上，留出多余的排水带长度，将单手板接头与排水带顶端相连，装入土样，直至真空预压固结腔室的9/10，保证单手板接头全部埋入土中；

2）铺好高强预压膜，在仪器内部留出足够的冗余长度，将高强预压膜上的气压测量接口通过管路与顶板的气压测量孔相连，气压测量孔连接真空表。高强预压膜的排水孔通过管路与真空抽气孔相连，真空抽气孔通过管路与三通接口相连，三通接口的一个分支管路通过阀门与锥形瓶相连，锥形瓶瓶塞上一孔与真空表相连，另一孔与真空泵相连，三通接口另一个分支管路通过阀门与增压泵相连；

3）将位移测量装置穿过顶板上开设的沉降位移测量孔，位移测量装置上小的圆形钢板与高强预压膜上表面接触，将水平伸臂构件旋转至与竖向位移刻度尺接触的位置；

4）将顶板与底座通过轴向夹紧构件进行夹紧固定；

5）顶板上增压空通过阀门与稳压器相连，稳压器通过阀门与微型计算机相连，稳压器进口与增压泵相连；

6）用密封螺栓堵住大气通气孔，保持大气通气孔密封，关闭三通接口与增压泵相连的分支管路阀门，打开三通接口与锥形瓶相连的分支管路阀门，打开与真空泵相连的分支管路阀门，开启真空泵进行真空预压前期固结试验；待土体固结度达到40%后，关闭与真空泵相连的分支管路阀门，且关闭真空泵，同时开启与增压泵相连的分支管路阀门，打开增压泵，将气压控制在20MPa左右，进行正压式真空预压，以冲开排水带表面的泥皮，缓解排水带的淤堵和涂抹效应。一段时间后，关闭与增压泵相连的分支管路阀门，关闭增压泵，随即打开与真空泵相连的分支管路阀门，且打开真空泵，将真空压力控制在85kPa左右，进行反压式真空预压，如此往复循环，直至土体固结度达到95%为止。

7.一种采用权利要求1所述多功能真空预压固结实验装置进行密闭式真空预压实验的方法：其特征是：包括以下步骤：

1）打开顶板，将下端排水带固定架放于下套筒卡销下部，并且让排水带固定架的卡槽对准卡销，防止排水带固定架沿卡销转动，将塑料排水带下端固定在下端排水带固定架上，同样的方法将上端排水带固定架放置在上套筒卡销上端，将排水带上端固定在上端排水带固定架上，留出多余的排水带长度，将单手板接头与排水带顶端相连，装入土样，直至真空预压固结腔室的9/10，保证单手板接头全部埋入土中；

2）铺好高强预压膜，在仪器内部留出足够的冗余长度，将高强预压膜上的气压测量接口通过管路与顶板的气压测量孔相连，气压测量孔连接真空表。高强预压膜的排水孔通过管路与真空抽气孔相连，真空抽气孔通过管路与三通接口相连，三通接口的一个分支管路通过阀门与锥形瓶相连，锥形瓶瓶塞上一孔与真空表相连，另一孔与真空泵相连，三通接口另一个分支管路通过阀门与增压泵相连；

3）将位移测量装置穿过顶板上开设的沉降位移测量孔，位移测量装置上小的圆形钢板与高强预压膜上表面接触，将水平伸臂构件旋转至与竖向位移刻度尺接触的位置；

4）将顶板与底座通过轴向夹紧构件进行夹紧固定；

5）顶板上增压空通过阀门与稳压器相连，稳压器通过阀门与微型计算机相连，稳压器进口与增压泵相连；

6）用密封螺栓堵住大气通气孔，保持大气通气孔密封，关闭三通接口与增压泵相连的分支管路阀门，同时关闭三通接口与锥形瓶相连的分支管路阀门，打开增压孔阀门，开启增压泵，通过气压控制器向试样施加规定数值的气压，进行模拟堆载预压的试验研究。