CN104848988A - 砂土介质中嵌入式土压力盒简易标定装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种砂土介质中嵌入式土压力盒简易标定装置，属于岩土工程土压力装置相关领域。该装置包括反力架底板、反力架顶板、丝杆、嵌入式土压力盒埋设系统、圆筒、刚柔性组合加载板、下刚性圆盘、量力环、上刚性圆盘和螺旋式千斤顶。用丝杆将反力架底板和反力架顶板固定连接；嵌入式土压力盒埋设系统包括微型土压力盒、外套圆环、上覆刚性薄片和底座；圆筒的内侧均匀涂抹凡士林，并粘贴塑料薄膜；刚柔性组合加载板包括上刚性加载板、中柔性加载板和下刚性加载板；螺旋式千斤顶固定在反力架顶板下表面，通过顶升手杆控制施加荷载。本发明装置构造较简单，方便操作，解决了砂土介质中不同尺寸的嵌入式土压力盒标定问题。

Description

砂土介质中嵌入式土压力盒简易标定装置

技术领域

本发明涉及一种传感器标定装置，特别是涉及砂土介质中嵌入式土压力盒简易标定装置，可用于室内模型试验中量测砂土介质中土压力值的土压力盒的标定。

背景技术

作用在挡土墙上的土压力问题一直是大家普遍关注的问题，因此进行了大量室内模型试验以研究土压力的大小和分布，在研究中经常会涉及到砂土介质中土压力盒的标定问题。土压力盒出厂时常采用液标或气标，但由于在砂土介质中土拱效应的存在以及受力面的变形、土压力盒面的剪应力等会减小盒面上所受的力，另外砂土的粗细、密度和刚度都会对土压力盒的量测值有一定的影响，故有必要在砂土介质中进行试验条件下同种砂土和同种密度的标定试验。以往的砂标试验中，或采用加载板上加砝码、加气压或通过控制离心加速度加载，加砝码的方法则无法标定较大量程的土压力盒，加气压或通过离心机实现加载的方法则由于试验条件的受限较难实现。因此利用较为简便的方法标定土压力盒是迫切需要解决的问题。

大量研究表明土压力盒的埋设方式对土压力盒量测值有较大的影响，针对一般土压力盒，常采用下铺一层砂再上覆一层砂的方式(使土压力盒在砂土中间)，但针对嵌入式土压力盒，土压力盒的背面应该是刚性的，下铺的一层砂子无法保证绝对刚性，且对于嵌入式土压力盒需要土压力盒表面与量测土压力面要齐平，再加之为适应不同尺寸的土压力盒，需要设置特定埋设底座以满足这些需求。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了砂土介质中嵌入式土压力盒简易标定装置，解决了较为简便测定砂土介质中相对较大量程的土压力盒标定，以及不同尺寸嵌入式土压力盒的埋设问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种砂土介质中嵌入式土压力盒简易标定装置，包括相互平行的反力架底板和反力架顶板、丝杆、嵌入式土压力盒埋设系统、圆筒、刚柔性组合加载板、下刚性圆盘、量力环、上刚性圆盘和螺旋式千斤顶；所述反力架顶板的四个角处开有通孔，反力架底板的相应位置处开有螺孔，四根竖直的丝杆分别穿过通孔和螺孔，通过紧固螺帽将反力架底板和反力架顶板固定连接；所述嵌入式土压力盒埋设系统由微型土压力盒、外套圆环、上覆刚性薄片和底座组成，所述微型土压力盒置于外套圆环内，外套圆环的侧壁开有土压力盒信号传输孔洞；所述底座为圆柱体结构，上表面开有卡固圆筒槽，中间留有外套圆环埋设孔洞，侧壁开有土压力盒信号传输线槽；所述微型土压力盒的信号传输线依次穿过土压力盒信号传输孔洞、土压力盒信号传输线槽；在外套圆环埋设孔洞的底部开有两个土压力盒预留小孔；在土压力盒信号传输线槽的上端覆盖一上覆刚性薄片；所述的圆筒的内侧表面均匀涂抹凡士林，在凡士林表面贴一层塑料薄膜；将圆筒扣于底座的卡固圆筒槽中；所述刚柔性组合加载板包括从上至下依次贴合的上刚性加载板、中柔性加载板和下刚性加载板，所述上刚性加载板、中柔性加载板和下刚性加载板均为圆盘状结构，直径一致，且略小于圆筒的内径；所述下刚性圆盘置于上刚性加载板上表面中心位置，所述量力环置于下刚性圆盘上表面；所述量力环采用压式量力环，量力环的环体采用弹簧钢制成，百分表固定于量力环杠杆上；所述螺旋式千斤顶的千斤顶底座通过底座紧固螺丝固定在反力架顶板下表面；螺旋式千斤顶的侧面设有顶升手杆，顶部设有升降杆；升降杆的底端通过螺丝固定上刚性圆盘。

进一步地，所述反力架底板和反力架顶板采用钢板制成；丝杆采用钢制丝杆制成；圆筒为钢制圆筒；底座为不固定钢制底座。

进一步地，所述外套圆环的外径比外套圆环埋设孔洞直径略小，所述外套圆环的内径比微型土压力盒直径略大。

进一步地，所述的下刚性加载板和上刚性加载板采用1-2cm厚的钢板制成，中柔性加载板采用1-2cm厚的硬质硅胶材料制成，中柔性加载板厚度较下刚性加载板和上刚性加载板的厚度略大。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明中所采用的加荷装置采用螺旋式千斤顶，便于施加相对较大的荷载且较为便捷，选用螺旋式千斤顶并采用螺丝固定于反力架顶板上，是基于以下方面的考虑：普通液压千斤顶只能施加向上或者水平的力，将液压千斤顶倒置则无法施加向下的力；液压千斤顶在施加力的时候需要在竖直方向对千斤顶手柄施加力，故这部分力也会向下传递，而螺旋千斤顶施加的力是在竖向平面内环向的力，不会向下传递。

2、针对嵌入式土压力盒的砂标，本发明中所采用的土压力盒埋设方式为：底座通过钻孔和挖槽留出土压力盒嵌入式埋设位置和土压力盒信号传输线位置，并在土压力盒外侧套取一个外套圆环，将外套圆环和微型土压力盒作为一个整体埋设于底座的外套圆环埋设孔洞中，另在土压力盒信号传输线槽设置一上覆刚片保证底座上表面平整。

3、作为本发明的改进，为适应不同土压力盒的尺寸，本装置在土压力盒外侧套取外径相同、内径与土压力盒尺寸一致的外套圆环，然后埋置于预留圆孔中。

附图说明

图1为室内砂土介质中嵌入式土压力盒简易标定装置；

图2为嵌入式土压力盒埋设系统装配图；

图3为嵌入式土压力盒埋设系统结构示意图；

图中：反力架底板1；丝杆2；反力架顶板3；底座4；外套圆环埋设孔洞4-1；土压力盒信号传输线槽4-2；土压力盒预留小孔4-3；卡固圆筒槽4-4；微型土压力盒5；信号传输线5-1；圆筒6；塑料薄膜7；试验用砂土8；下刚性加载板9；中柔性加载板10；上刚性加载板11；下刚性圆盘12；量力环13；量力环杠杆13-1；百分表14；上刚性圆盘15；螺旋式千斤顶16；顶升手杆16-1；升降杆16-2；千斤顶底座17；底座紧固螺丝17-1；外套圆环18；土压力盒信号传输孔洞18-1；上覆刚性薄片19。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，本发明一种砂土介质中嵌入式土压力盒简易标定装置，包括相互平行的反力架底板1和反力架顶板3、丝杆2、嵌入式土压力盒埋设系统、圆筒6、刚柔性组合加载板、下刚性圆盘12、量力环13、上刚性圆盘15、螺旋式千斤顶16。

所述反力架顶板3的四个角处开有通孔，反力架底板1的相应位置处开有螺孔，四根竖直的丝杆2分别穿过通孔和螺孔，通过紧固螺帽将反力架底板1和反力架顶板3固定连接；反力架底板1和反力架顶板3采用2-3cm厚钢板制成，保证试验所需的强度和刚度；带螺纹的丝杆2采用高强度的抗拉性能较好的钢制丝杆制成，其长度应留有富余，便于调节反力架底板1和反力架顶板3的间距。

如图2、3所示，所述嵌入式土压力盒埋设系统，由微型土压力盒5、外套圆环18、上覆刚性薄片19和底座4组成，所述微型土压力盒5置于外套圆环18内，外套圆环18的侧壁开有土压力盒信号传输孔洞18-1； 所述底座4为圆柱体结构，上表面开有0.5cm厚的卡固圆筒槽4-4，中间留有外套圆环埋设孔洞4-1，侧壁开有土压力盒信号传输线槽4-2；所述微型土压力盒5的信号传输线5-1依次穿过土压力盒信号传输孔洞18-1、土压力盒信号传输线槽4-2；在外套圆环埋设孔洞4-1的底部开有两个土压力盒预留小孔4-3，便于微型土压力盒5和外套圆环18的拆卸；在土压力盒信号传输线槽4-2的上端覆盖一上覆刚性薄片19，使得底座4上表面平整。为适应不同土压力盒的尺寸，将微型土压力盒5和外套圆环18作为一个整体埋设于外套圆环埋设孔洞4-1中，根据不同尺寸的土压力盒标定需要，可制作不同的外套圆环18进行标定；其中保证外套圆环18的外径比外套圆环埋设孔洞4-1直径略小，使其不能影响外套圆环18的埋设和拆卸；保证外套圆环18的内径比微型土压力盒5直径略大，保证其中间留缝不至过大而影响表面平整甚至砂土的进入，同时不能过小影响微型土压力盒5的埋设和拆卸。

所述的圆筒6采用1cm厚钢管制成，内侧抛光，并在内侧表面均匀涂抹2-5mm厚的凡士林，在凡士林表面贴一层塑料薄膜7，以防止砂土与凡士林的接触的同时又能将侧壁的摩阻力降到最低，从而使上部的荷载通过土体完全传递到底座4；将内壁光滑处理的圆筒6扣于底座4的卡固圆筒槽4-4中，另需保证圆筒6外径与卡固圆筒槽4-4内径相适应，以免试验中圆筒6的移动。

所述刚柔性组合加载板包括从上至下依次贴合的上刚性加载板11、中柔性加载板10和下刚性加载板9，所述上刚性加载板11、中柔性加载板10和下刚性加载板9均为圆盘状结构，直径一致，且略小于圆筒6的内径，但不能过小，否则将导致荷载作用面积减小而使传递到微型土压力盒5表面的压力不是设定的压力。所述的下刚性加载板9和上刚性加载板11采用1-2cm厚的高强度钢板制成，中柔性加载板10 采用1-2cm厚的高弹性硬质硅胶材料制成，中柔性加载板10厚度应较下刚性加载板9和上刚性加载板11的厚度略大，另要求三层加载板的表面平整且具有良好的紧密贴合性，并水平置于圆筒6内的试验用砂土表面，保证上部所施加的荷载能均匀传递到砂土表面。利用可控制磁性的磁铁装置（本发明采用百分表的磁性表座）吸住下刚性加载板9和上刚性加载板11，分别置于砂土或中柔性加载板10表面并保证其水平，关闭磁铁装置的磁性而后缓慢取下磁铁装置。

所述下刚性圆盘12置于上刚性加载板11上表面中心位置，所述量力环13置于下刚性圆盘12上表面；所述量力环13采用压式量力环，量力环13的环体采用弹簧钢制成，力值通过量力环杠杆13-1放大，百分表14固定于量力环杠杆13-1上，量测量力环13的变形，利用量力环标定曲线将百分表14读数转换为所施加的荷载。

所述螺旋式千斤顶16的千斤顶底座17通过底座紧固螺丝17-1固定在反力架顶板3下表面；螺旋式千斤顶16的侧面设有顶升手杆16-1，顶部设有升降杆16-2，通过作用在顶升手杆16-1上的竖向平面内环向的力控制升降杆16-2的升降进而控制螺旋式千斤顶16输出的力；升降杆16-2的底端通过螺丝固定上刚性圆盘15，保证螺旋式千斤顶16的力均匀地施加在量力环13上。

本发明的工作过程如下：首先将反力架底板1、丝杆2和反力架顶板3组装成反力架系统，并固定好螺旋式千斤顶16和上刚性圆盘12；将微型土压力盒5埋设于外套圆环18，将其作为整体埋设于底座4中，将信号传输线5-1从预留槽线中引出，连接到外置的数据采集仪和供电电源上，在卡槽上方覆盖一上覆刚性薄片19；对圆筒6内壁进行光滑处理，将其扣于底座4的卡固圆筒槽4-4中；逐渐分层铺设10cm厚的试验用砂8并均匀压密，平整砂土表面；依次覆盖上下刚性加载板9、中柔性加载板10、上刚性加载板11、下刚性圆盘12和固定好百分表14的量力环13；逐渐施加作用在螺旋式千斤顶16的顶升手杆16-1环向力以增大作用在微型土压力盒5表面的压力，并观察百分表14的读数直至达到微型土压力盒5的额定值（量程），稳定5分钟后释放螺旋式千斤顶16的力直至完全卸载，重复三次；进行微型土压力盒5加载标定，逐渐施加作用在螺旋式千斤顶16的顶升手杆16-1环向力以增大作用在微型土压力盒5表面的压力，观察百分表14的读数，若达到某级荷载（利用量力环标定曲线将百分表14读数转换为所施加的荷载）则停止施加作用在顶升手杆16-1环向力，稳定10s后利用外置数据采集仪读取微型土压力盒5的输出数据，逐级加载直至达到土压力盒微型土压力盒5的额定值（量程）；进行微型土压力盒5卸载标定，逐渐释放作用在螺旋式千斤顶16的顶升手杆16-1环向力以减小作用在微型土压力盒5表面的压力，观察百分表14的读数，若减少到某级荷载则停止释放作用在顶升手杆16-1环向力，稳定10s后利用外置数据采集仪读取微型土压力盒5的输出数据，逐级卸载直至完全卸载；将采集所得的不同荷载下的微型土压力盒5的输出数据描绘出砂土介质中微型土压力盒5的加卸载标定曲线。

Claims (4)

1.一种砂土介质中嵌入式土压力盒简易标定装置，其特征在于，包括相互平行的反力架底板（1）和反力架顶板（3）、丝杆（2）、嵌入式土压力盒埋设系统、圆筒（6）、刚柔性组合加载板、下刚性圆盘（12）、量力环（13）、上刚性圆盘（15）和螺旋式千斤顶（16）；所述反力架顶板（3）的四个角处开有通孔，反力架底板（1）的相应位置处开有螺孔，四根竖直的丝杆（2）分别穿过通孔和螺孔，通过紧固螺帽将反力架底板（1）和反力架顶板（3）固定连接；所述嵌入式土压力盒埋设系统由微型土压力盒（5）、外套圆环（18）、上覆刚性薄片（19）和底座（4）组成，所述微型土压力盒（5）置于外套圆环（18）内，外套圆环（18）的侧壁开有土压力盒信号传输孔洞（18-1）；所述底座（4）为圆柱体结构，上表面开有卡固圆筒槽（4-4），中间留有外套圆环埋设孔洞（4-1），侧壁开有土压力盒信号传输线槽（4-2）；所述微型土压力盒（5）的信号传输线（5-1）依次穿过土压力盒信号传输孔洞（18-1）、土压力盒信号传输线槽（4-2）；在外套圆环埋设孔洞（4-1）的底部开有两个土压力盒预留小孔（4-3）；在土压力盒信号传输线槽（4-2）的上端覆盖一上覆刚性薄片（19）；所述的圆筒（6）的内侧表面均匀涂抹凡士林，在凡士林表面贴一层塑料薄膜（7）；将圆筒（6）扣于底座（4）的卡固圆筒槽（4-4）中；所述刚柔性组合加载板包括从上至下依次贴合的上刚性加载板（11）、中柔性加载板（10）和下刚性加载板（9），所述上刚性加载板（11）、中柔性加载板（10）和下刚性加载板（9）均为圆盘状结构，直径一致，且略小于圆筒（6）的内径；所述下刚性圆盘（12）置于上刚性加载板（11）上表面中心位置，所述量力环（13）置于下刚性圆盘（12）上表面；所述量力环（13）采用压式量力环，量力环（13）的环体采用弹簧钢制成，百分表（14）固定于量力环杠杆（13-1）上；所述螺旋式千斤顶（16）的千斤顶底座（17）通过底座紧固螺丝（17-1）固定在反力架顶板（3）下表面；螺旋式千斤顶（16）的侧面设有顶升手杆（16-1），顶部设有升降杆（16-2）；升降杆（16-2）的底端通过螺丝固定上刚性圆盘（15）。

2.根据权利要求1所述的一种砂土介质中嵌入式土压力盒简易标定装置，其特征在于，所述反力架底板（1）和反力架顶板（3）采用钢板制成；丝杆（2）采用钢制丝杆制成；圆筒（6）为钢制圆筒；底座（4）为不固定钢制底座。

3.根据权利要求1所述的一种砂土介质中嵌入式土压力盒简易标定装置，其特征在于，所述外套圆环（18）的外径比外套圆环埋设孔洞（4-1）直径略小，所述外套圆环（18）的内径比微型土压力盒（5）直径略大。

4.根据权利要求1所述的一种砂土介质中嵌入式土压力盒简易标定装置，其特征在于，所述的下刚性加载板（9）和上刚性加载板（11）采用1-2cm厚的钢板制成，中柔性加载板（10）采用1-2cm厚的硬质硅胶材料制成，中柔性加载板（10）厚度较下刚性加载板（9）和上刚性加载板（11）的厚度略大。