CN105424591B - 土体在多种状态下贯入阻力的室内测量装置 - Google Patents

土体在多种状态下贯入阻力的室内测量装置 Download PDF

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Abstract

本发明为一种土体在多种状态下贯入阻力的室内测量装置。该装置呈圆柱状筒体结构，整个筒体分为上筒体和下筒体，上筒体包括筒体顶部的固定螺旋孔，筒外剪切板扭动把手通过剪切板动力轴与六页剪切板连接，筒内6个贯入仪由贯入仪探头、探杆、阻力传感器组成，筒外贯入仪连接环与2个A型连接杆及4个B型连接杆连接，A型连接杆与B型连接杆穿过筒体条形孔与贯入仪连接。试验中，通过操作贯入仪连接环、剪切板扭动把手、气阀、排/止水阀完成对土体在剪切扰动及重塑、排水及不排水剪切、排水及不排水固结、有侧限及无侧限状态下多个试点贯入阻力的同时测量，获得土体在不同状态下的贯入阻力，本发明装置设计科学、易于操作、实用性强、整合程度高。

Description

土体在多种状态下贯入阻力的室内测量装置
技术领域
本发明涉及土体的贯入阻力测量技术领域，具体是一种土体在多种状态下贯入阻力的室内测量装置。
背景技术
在现代工程勘探中所面临的土体状态日趋复杂，能够快速对不同状态下土体进行测定和评价成为工程施工前期的重要环节，而贯入阻力是评价土体性能的一项重要的指标，贯入阻力是指触探探头贯入土层中所受到的阻力，土体贯入阻力的测量可以快速评价土的状态，确定承载力、压缩摸量、液性指数、抗剪强度等相关参数。贯入阻力的测量方便快捷，具有较高的测量精度，可以降低土体试验参数的测量难度。因此测量土体在不同条件下的贯入阻力也为研究土体在多种状态下的性能提供了有效的途径。
目前由于原位测试仪器尺寸较大对有限厚度的土体无法取得代表性的数据，所以无法直接采用原位测试仪器对土工模型试验的土体进行测量。测量贯入阻力的室内试验装置大部分都是使用单个探头进行逐点分别测试，其局限性导致试验中操作误差较大，操作繁琐，同时也并未考虑对土体在不同状态下的贯入阻力进行综合测量，一般需要多个仪器共同完成单个状态下土体贯入阻力的测量，致使试验并不能通过快速模拟工程中土体的多种状态从而来获取多组不同的贯入阻力数据，其研究的精度及效率并不能很好的适应当今工程勘探的需求。
发明内容
本发明旨在提供一种方便、快捷的土体在多种状态下贯入阻力的室内测量装置。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种土体在多种状态下贯入阻力的室内测量装置，包括筒体，所述筒体由上筒体和下筒体一体或者分体构成；所述上筒体内设置剪切板，所述剪切板通过剪切板动力轴悬吊于上筒体内，所述剪切板动力轴通过螺纹配合穿过设于上筒体顶面的固定螺纹孔，其顶端连接扭动把手；所述上筒体外周设置连接环，所述连接环内水平安装有若干B型连接杆和对称设置的两个A型连接杆，所述A型连接杆和B型连接杆的自由端均安装微型贯入仪，所述微型贯入仪通过开设于上筒体筒壁上的条形槽伸入至上筒体内。
所述微型贯入仪的数据线通过A型连接杆及B型连接杆的内部导线与连接环的内部导线相连；所述连接环通过导线与数据采集系统相连。
所述下筒体置于底座上，所述底座上对称竖直设置有位于下筒体外的两根固定轴杆，两根固定轴杆的上端分别穿过相应位置的A型连接杆，所述固定轴杆上套装回力弹簧；所述底座上竖直设置有位于下筒体外的刻度尺。
所述下筒体上设有可开启的舱门，所述下筒体及舱门顶部设有环形固板卡槽，所述环形固板卡槽嵌固压土板；所述舱门下部两侧分别有通气管与排水管所穿过的孔道，所述通气管外端与位于下筒体外部的气阀相连、其内端与位于下筒体内部的气囊相连，所述气囊位于土体托盘的下部；所述排水管外端与位于下筒体外部的量筒相连、其内端与位于下筒体内部的土体托盘相连，所述排水管上装有排/止水阀；所述舱门上刻有标尺。
通过如上装置测量土体在多种状态下贯入阻力的使用方法如下：
（1）、制备试样。
（2）、通过把手打开舱门并在下筒体及舱门内壁涂有一层凡士林，土体托盘上有透水石，将试样块放在土体托盘上，关闭舱门。
（3）、推压连接环直至A型连接杆到达刻度尺的零点，根据刻度所量测的试样块土体高度和贯入深度1cm的要求确定向下推压距离。完成贯入后，记录数据采集系统的一组6个数据算出平均值p1，释放连接环，使其自行回位。
（4）、打开舱门，转动土体托盘使土体各测试点发生改变，关闭舱门。用手转动剪切板的扭动把手，当固定螺旋孔与剪切板动力轴上的螺旋纹不再切合时，向下推送剪切板直至到达底部，重复步骤3的操作，完成在有侧限状态下实验，得出贯入阻力平均值p2。
（5）、向上提起剪切板的扭动把手，当剪切板到达试样表面开始扭动剪切板扭动把手对土体进行剪切扰动直至试样土体结构完全破坏，并同时向下推送直至剪切板到达底部，在剪切的过程中根据实验目的可以通过打开或者关闭排/止水阀控制排水条件，完成剪切后，提升并转动剪切板扭动把手，当剪切板动力轴上的螺旋纹与固定螺旋孔相切合时完成剪切操作，重复步骤3的操作，得出贯入阻力平均值p3、p4。
（6）、打开舱门，将压土板插入环形固板卡槽，关闭舱门，打开气阀向气囊充气，气囊向上推送土体托盘，对土体试样进行压缩，在整个过程中根据实验目的可以通过打开或者关闭排/止水阀控制排水条件，完成压缩或重塑后通过气阀向外排气，土体托盘与土体试样回位，重复步骤3的操作，得出贯入阻力平均值p5、p6。
（7）、通过上述（1）~（6）的操作可以得到以下数据：
1、试样在未扰动、无侧限条件下的贯入阻力平均值p1。
2、试样在有侧限条件下贯入阻力平均值p2。
3、试样在经历排水剪切扰动后的贯入阻力平均值p3。
4、试样在经历不排水剪切扰动后的贯入阻力平均值p4。
5、试样在排水固结后的贯入阻力平均值p5。
6、试样在不排水固结后的贯入阻力平均值p6。
试验中，通过操作贯入仪连接环、剪切板扭动把手、气阀、排/止水阀完成对土体在剪切扰动及重塑、排水及不排水剪切、排水及不排水固结、有侧限及无侧限状态下多个试点贯入阻力的同时测量，获得土体在不同状态下的贯入阻力。本发明装置设计科学、易于操作、实用性强、整合程度高。
附图说明
图1表示本发明装置的结构示意图。
图2 表示本发明装置筒体示意图。
图3 表示本发明剪切系统结构图。
图4 表示本发明贯入阻力测量系统结构及线路连接图。
图5 表示本发明压土系统连接图。
图6表示本发明高分子聚乙烯板构造图。
图7表示本发明排水系统连接图。
图8表示本发明贯入仪连接环构造图。
图中：1-上筒体，2-扭动把手，3-固定螺旋孔，4-剪切板，5-剪切板动力轴，6-连接环，7-A型连接杆，8-B型连接杆，9-贯入仪探头、10-探杆，11-阻力传感器，12-回力弹簧，13-固定轴杆，14-垫片，15-底座，16-刻度尺，17-压土板，18-条形槽，19-下筒体，20-环形固板卡槽，21-舱门，22-土体托盘，23-排水管，24-通气管，25-气阀，26-数据采集系统，27-把手，28-气囊，29-排/止水阀，30-量筒，31-标尺。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施例进行详细说明。
一种土体在多种状态下贯入阻力的室内测量装置，如图1、2所示，包括圆柱状的筒体，所述筒体由上筒体1和下筒体19一体或者分体构成；上筒体1高34cm、内径10cm、外径14cm。
如图3所示，所述上筒体1内设置六页剪切板4，所述六页剪切板4高15cm、厚0.2cm、下端刃开口60度。所述剪切板4通过剪切板动力轴5悬吊于上筒体1内，所述剪切板动力轴5长32cm，在距其顶部15cm处有与设于上筒体1顶面的固定螺旋孔3相切合的螺旋纹，该剪切板动力轴5通过螺纹配合穿过固定螺纹孔3，其顶端连接扭动把手2。
如图8所示，所述上筒体1外周设置连接环6，所述连接环6内水平安装有四根B型连接杆8和对称设置的两根A型连接杆7，所述A型连接杆7和B型连接杆8的自由端均安装微型贯入仪，即上筒体1内设置有6个微型贯入仪，其贯入阻力测试范围0~400Kpa、最大分度值10Kpa、贯入深度1cm，每个微型贯入仪均由贯入仪探头9、探杆10和阻力传感器11组成，其中探杆10长15cm、直径0.5mm；A型连接杆7与B型连接杆8穿过上筒体1的条形槽18后在距内筒壁2.5cm处与微型贯入仪连接，其中筒体条形槽18长32cm，如图2所示。
如图4所示，所述下筒体19置于底座15上，所述底座15上对称竖直锚固有位于下筒体19两侧外的两根固定轴杆13，两根固定轴杆13的上端分别穿过相应位置的A型连接杆7，所述固定轴杆13上套装回力弹簧12，在回力弹簧12下部有垫片14；所述底座15上竖直设置有位于下筒体19左侧外的刻度尺16，量测范围0~15cm。
所述下筒体19高17.1cm、内径10cm、外径14cm，其上设有可开启的有机玻璃舱门21，所述下筒体19及有机玻璃舱门21顶部设有环形固板卡槽20，所述环形固板卡槽20嵌固压土板17。
如图7所示，所述压土板17为高分子聚乙烯板，其直径10cm、厚1cm，其具有抗冲击强度高，摩擦系数低，自润滑性能优良的品质。
如图2所示，所述舱门21高17.1cm，其开启处有标尺31，标尺31的测量范围为0~15cm，上述可开启式有机玻璃舱门21在两侧有铜制把手27。所述舱门21下部两侧分别有通气管24与排水管23所穿过的孔道，所述通气管24与排水管23均采用橡胶材料制作。
如图5、6所示，所述通气管24外端与位于下筒体19外部的气阀25相连、其内端与位于下筒体19内部的气囊28相连，所述气囊28位于土体托盘22的下部；所述排水管23外端与位于下筒体19外部的量筒30相连、其内端与位于下筒体19内部的土体托盘22相连，所述排水管23上装有排/止水阀29；所述舱门21上刻有标尺31。
如图4所示，数据采集系统26通过导线与贯入仪连接环6内部导线相连，贯入仪的阻力传感器11通过A型连接杆7及B型连接杆8的内部导线与贯入仪连接环6的内部导线相连形成回路。
通过上述装置测量土体在多种状态下贯入阻力的使用方法如下：
（1）、制备试样，试样要求直径为10cm、厚度不小于2cm不大于15cm。
（2）、通过把手27打开可开启式有机玻璃舱门21，并在下筒体19及可开启式有机玻璃舱门21内壁涂有一层凡士林，土体托盘22上有透水石，将试样块放在土体托盘22上，关闭可开启式有机玻璃舱门21。
（3）、推压贯入仪连接环6直至A型连接杆7到达刻度尺16零点，根据标尺31所量测的试样块土体高度和贯入深度1cm的要求确定向下推压距离。完成贯入后，记录数据采集系统26的一组6个数据算出平均值p1，释放贯入仪连接环6，使其自行回位。
（4）、打开可开启式有机玻璃舱门21，转动土体托盘22使土体各测试点发生改变，关闭可开启式有机玻璃舱门21。用手转动剪切板扭动把手2，当固定螺旋孔3与剪切板动力轴5上的螺旋纹不再切合时，向下推送六页剪切板4直至到达底部，重复步骤3的操作，完成在有侧限状态下实验，得出贯入阻力平均值p2。
（5）、向上提起剪切板扭动把手2，当六页剪切板4到达试样表面开始扭动剪切板扭动把手2对土体进行剪切扰动直至试样土体结构完全破坏，并同时向下推送直至六页剪切板4到达底部，在剪切的过程中根据实验目的可以通过打开或者关闭排/止水阀29控制排水条件，完成剪切后，提升并转动剪切板扭动把手2，当剪切板动力轴5上的螺旋纹与固定螺旋孔3相切合时完成剪切操作，重复步骤3的操作，得出贯入阻力平均值p3、p4。
（6）、打开可开启式有机玻璃舱门21，将高分子聚乙烯压土板17插入环形固板卡槽20，关闭可开启式有机玻璃舱门21打开气阀25向气囊24充气，气囊24向上推送土体托盘22，对土体试样进行压缩，在整个过程中根据实验目的可以通过打开或者关闭排/止水阀29控制排水条件，完成压缩或重塑后通过气阀25向外排气，土体托盘22与土体试样回位，重复步骤3的操作，得出贯入阻力平均值p5、p6。
试验中，通过操作贯入仪连接环、剪切板扭动把手、气阀、排/止水阀完成对土体在剪切扰动及重塑、排水及不排水剪切、排水及不排水固结、有侧限及无侧限状态下多个试点贯入阻力的同时测量，获得土体在不同状态下的贯入阻力，通过上述（1）~（6）的操作可以得到以下数据：
1、试样在未扰动、无侧限条件下的贯入阻力平均值p1。
2、试样在有侧限条件下贯入阻力平均值p2。
3、试样在经历排水剪切扰动后的贯入阻力平均值p3。
4、试样在经历不排水剪切扰动后的贯入阻力平均值p4。
5、试样在排水固结后的贯入阻力平均值p5。
6、试样在不排水固结后的贯入阻力平均值p6。
完成土体在多种状态下的贯入阻力测试。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实施例本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明的技术方案的精神和范围，其均应涵盖本发明的权利要求保护范围中。

Claims (5)

1.一种土体在多种状态下贯入阻力的室内测量装置，其特征在于：包括筒体，所述筒体由上筒体（1）和下筒体（19）一体或者分体构成；所述上筒体（1）内设置剪切板（4），所述剪切板（4）通过剪切板动力轴（5）悬吊于上筒体（1）内，所述剪切板动力轴（5）通过螺纹配合穿过设于上筒体（1）顶面的固定螺纹孔（3），其顶端连接扭动把手（2）；所述上筒体（1）外周设置连接环（6），所述连接环（6）内水平安装有若干B型连接杆（8）和对称设置的两个A型连接杆（7），所述A型连接杆（7）和B型连接杆（8）的自由端均安装微型贯入仪，所述微型贯入仪通过开设于上筒体（1）筒壁上的条形槽（18）伸入至上筒体（1）内；
所述微型贯入仪的数据线通过A型连接杆（7）及B型连接杆（8）的内部导线与连接环（6）的内部导线相连；所述连接环（6）通过导线与数据采集系统（26）相连；
所述下筒体（19）置于底座（15）上，所述底座（15）上对称竖直设置有位于下筒体（19）外的两根固定轴杆（13），两根固定轴杆（13）的上端分别穿过相应位置的A型连接杆（7），所述固定轴杆（13）上套装回力弹簧（12）；所述底座（15）上竖直设置有位于下筒体（19）外的刻度尺（16）；
所述下筒体（19）上设有可开启的舱门（21），所述下筒体（19）及舱门（21）顶部设有环形固板卡槽（20），所述环形固板卡槽（20）嵌固压土板（17）；所述舱门（21）下部两侧分别有通气管（24）与排水管（23）所穿过的孔道，所述通气管（24）外端与位于下筒体（19）外部的气阀（25）相连、其内端与位于下筒体（19）内部的气囊（28）相连，所述气囊（28）位于土体托盘（22）的下部；所述排水管（23）外端与位于下筒体（19）外部的量筒（30）相连、其内端与位于下筒体（19）内部的土体托盘（22）相连，所述排水管（23）上装有排/止水阀（29）；所述舱门（21）上刻有标尺（31）。
2.根据权利要求1所述的土体在多种状态下贯入阻力的室内测量装置，其特征在于：所述舱门（21）外对称设置把手（27）。
3.根据权利要求1或2所述的土体在多种状态下贯入阻力的室内测量装置，其特征在于：所述微型贯入仪距上筒体（1）的内筒壁2.5cm。
4.根据权利要求3所述的土体在多种状态下贯入阻力的室内测量装置，其特征在于：所述上筒体（1）高34cm、内径10cm、外径14cm；所述下筒体（19）高17.1cm、内径10cm、外径14cm；所述舱门（21）高17.1cm。
5.根据权利要求4所述的土体在多种状态下贯入阻力的室内测量装置，其特征在于：所述压土板（17）采用高分子聚乙烯材料制备。
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Inventor after: Dong Xiaoqiang

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Inventor after: Yan Yibo

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