CN106840087A - 用于孔压分布测量的沉降柱试验仪及试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及地基处理研究领域，旨在提供一种用于孔压分布测量的沉降柱试验仪及试验方法。在用于盛装土样的中空圆柱形试验箱中，竖向设有固定在钢架上的排水板，中空的排水板上间隔设置多个真空度探头，在试验箱的底板上和侧壁上均匀分布多个孔压传感器；各真空度探头和孔压传感器均通过信号线连接至数据采集装置，数据采集装置与上位机相连；排水板的上端通过密闭接头与排水管相接，排水管的另一端接至真空泵，排水管上设真空表。本发明能监测不同深度和不同径向位置的孔压变化情况。结构简单、易于上手，模型材料及填土可重复利用，不会造成浪费和污染，并且可以自动记录数据，减少试验所需人手，同时减少人为读数时产生的误差。
Description
技术领域
本发明是关于地基处理研究领域，特别涉及一种测量真空预压排水固结过程中不同半径不同高度处孔压变化的固结试验方法。
背景技术
随着我国城市化进程和建设事业的不断推进，长三角、珠三角等沿海经济发达地区兴建了大量的高速公路、高速铁路、机场、高层建筑等大型建筑物和构筑物。然而，由于地理历史原因，这些地区土质多为天然含水量高、天然孔隙比大、高压缩性、低渗透性深厚软黏土，这类土层强度低，地基承载力和稳定性不足，在用作地基时易造成建筑物大的沉降或不均匀沉降，使建筑物发生失稳破坏。因此，这些地区通常需要对软黏土地基进行处理。
真空预压法是在需要加固的软土地基表面先铺设砂垫层，然后埋设垂直排水管道，再用不透气的封闭膜使其与大气隔绝，密封膜端部进行埋压处理，通过砂垫层内埋设的吸水管道，使用真空泵或其他真空手段抽真空，使其形成膜下负压，增加地基的有效应力。竖井排水固结法是目前众多软基处理方法中应用最为广泛的方法之一，通过在地基中打设竖向排水井(例如砂井、袋装砂井、塑料排水带等)，并结合一定的加载方式分级加载，逐步排出软黏土地基中的孔隙水，加快土体固结速度，缩短固结时间，最终实现快速增强地基土强度、提高地基承载力、减少工后沉降和不均匀沉降，保证上部结构稳定安全的目的。真空预压和竖井结合的处理方法由于处理时间短、施工简单安全、费用低等优点得到了广泛的使用。然而上述方法对粘性极强、含水量极高、压缩性极大的吹填淤泥地基而言，仍存在一些问题，使得处理效率不高。
因此，通过试验研究真空预压排水固结过程中的真空度变化和孔压变化规律，可以对实际工程的具体过程进行研究，提出合理安排真空预压过程和选择较为合适的排水板的建议，从而有助于提高地基处理的效率。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种用于孔压分布测量的沉降柱试验仪及其试验方法。其目的在于改进现有沉降柱试验实验数据获取较少及测量不够全面的缺点，测量真空预压排水固结过程中孔压沿径向和竖向的分布情况。
为解决上述问题，本发明的解决方案是：
提供一种用于孔压分布测量的沉降柱试验仪，包括用于盛装土样的中空圆柱形试验箱和用于密封土样的土工布与塑料薄膜，以及用于测定土样沉降的沉降标；在试验箱中竖向设有固定在钢架上的排水板，中空的排水板上间隔设置多个真空度探头，在试验箱的底板上和侧壁上均匀分布多个孔压传感器；各真空度探头和孔压传感器均通过信号线连接至数据采集装置，数据采集装置与上位机相连；排水板的上端通过密闭接头与排水管相接，排水管的另一端接至真空泵，排水管上设真空表。
本发明中，所述试验箱放置在支座上，试验箱底板与支座之间设有用于调整试验箱水平的螺丝。
本发明中，所述孔压传感器的设置方式为：在试验箱底板上取数个等距间隔的圆形，沿圆形每隔30°开设一个孔槽，在试验箱侧壁上取数条等距间隔的圆周，沿圆周每隔30°开设一个孔槽；所述孔压传感器装设在各孔槽中，并以密封圈实现密封。
本发明进一步提供了利用前述试验仪进行沉降柱孔压分布测量的方法，包括下述步骤：
(1)将土样搅拌均匀，根据室内土工常规试验方法测量土样的基本物理参数；
(2)将土样装入试验箱中，在其表面铺设一层土工布；
(3)将固定在钢架上的排水板竖直插入试验箱中指定位置，将排水板的上端通过密闭接头与排水管相接，排水管的另一端接至真空泵；连接完成后，在密闭接头与排水管上方再铺设第二层土工布，然后铺设两层塑料薄膜进行密封；
(4)在塑料薄膜表面的中心和边缘位置分别布置沉降标，用于试验过程中实时量测土体表面的沉降量；
(5)开启真空泵进行抽真空，当孔压传感器所示压力值在一定时间内保持不变，或者沉降标保持在某一位置不再下降时，试验结束；
(6)整个试验过程中，通过数据采集系统搜集各个孔压传感器和真空度探头的测量数据并上传至上位机，实现测量数据的实时显示与数据汇总及分析。
本发明中，进行试验之前，在试验箱的内壁上涂抹疏水涂层，以减小样土固结过程中与内壁之间的摩擦。
本发明中，装填的土样高度在80-85mm之间，抽真空时保持膜下真空度最大值稳定在85kPa以上。
本发明的工作原理：通过对土样进行真空预压处理，并提供竖向排水通道，记录孔压传感器测到的多测点孔压值，通过数据采集装置获取数据，对输出的孔压变化值作图分析获取固结过程中的规律。此外，通过更换排水板的规格可以对不同排水板的影响进行研究，从而对排水板的选型做出指导；通过分级施加真空压力，可以探究加载方式的影响，从而对工程中真空压力施加做出指导。该装置试验结果直观，且易于上手。
试验时对真空预压排水过程中多个位点的孔压进行监测，研究固结过程的发生过程，能实现对沿半径和高度分布的孔压进行测量。排水板固定在钢架上，便于将排水板插入土中，同时也可以保证试验过程中排水板竖直不弯折不移位。土样中的真空度直接由排水板传递，缩短真空度传递路径。
利用本发明可以进行不同实验变量研究：
实验A：更换不同型号的排水板重复上述步骤进行实验，研究使用不同排水板条件下，淤堵形成过程的不同。排水板不同型号对应不同孔径、厚度和通水量，用以研究不同排水板的淤堵情况差异，从而对实际工程中排水板选型做出指导。
实验B：更换不同含水量的土样重复上述步骤进行实验，研究不同土样的淤堵形成过程。
实验C：使用不同的真空预压加载方式重复上述步骤进行试验，分别采用瞬时加载和阶梯式加载的方式施加真空压力，研究不同的加载方式对淤堵过程形成的影响。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明能监测不同深度和不同径向位置的孔压变化情况。
(2)本发明选用的孔压传感器体积较小，可以减小孔压测量对固结过程的干扰。
(3)本发明结构简单、易于上手，模型材料及填土可重复利用，不会造成浪费和污染，并且可以自动记录数据，减少试验所需人手，同时减少人为读数时产生的误差。
附图说明
图1为本发明的各部件连接关系示意图。
图2为本发明的各部件连接关系示意图(未包括数据采集装置)。
图3为图1中A-A向的俯视剖面图(高度为80mm，不填充土样)。
图4为图1中B-B向的截面图(高度为300mm)。
图中的附图标记为：1试验箱；2孔压传感器；3排水板；4真空表；5真空泵；6数据采集装置；7土样；8土工布；9密闭接头；10塑料薄膜；11排水管；12支座；13真空度探头；14沉降标。
具体实施方式
如图1-4所示，本发明的沉降柱试验仪包括用于盛装土样的中空圆柱形的试验箱1和用于密封土样的土工布8与塑料薄膜9，以及用于测定土样沉降的沉降标14。试验箱1放置在支座12上，试验箱1的底板与支座12之间设有用于调整试验箱水平的螺丝。在试验箱1中竖向设有固定在钢架上的排水板3，中空的排水板3上间隔设置多个真空度探头13，在试验箱1的底板上和侧壁上均匀分布多个孔压传感器2；各真空度探头13 和孔压传感器2均通过信号线连接至数据采集装置6，数据采集装置6与上位机相连；排水板3的上端通过密闭接头9与排水管11相接，排水管11的另一端接至真空泵5，排水管11上设真空表4。
孔压传感器2的设置方式为：在试验箱1的底板上取数个等距间隔的圆形，沿圆形每隔30°开设一个孔槽，在试验箱1的侧壁上取数条等距间隔的圆周，沿圆周每隔30°开设一个孔槽；孔压传感器2装设在各孔槽中，并以密封圈实现密封。
利用本发明所述试验仪进行沉降柱孔压分布测量的方法，包括下述步骤：
(1)将土样7搅拌均匀，根据室内土工常规试验方法测量土样的基本物理参数；
(2)将土样7装入试验箱1中，在其表面铺设一层土工布8；
(3)将固定在钢架上的排水板3竖直插入试验箱1中指定位置，将排水板3的上端通过密闭接头9与排水管11相接，排水管11的另一端接至真空泵5；连接完成后，在密闭接头9与排水管11上方再铺设第二层土工布8，然后铺设两层塑料薄膜10进行密封；
(4)在塑料薄膜10表面的中心和边缘位置分别布置沉降标14，用于试验过程中实时量测土体表面的沉降量；
(5)开启真空泵5进行抽真空，当孔压传感器2所示压力值在一定时间内保持不变，或者沉降标14保持在某一位置不再下降时，试验结束；
(6)整个试验过程中，通过数据采集系统6搜集各个孔压传感器2和真空度探头13的测量数据并上传至上位机，实现测量数据的实时显示与数据汇总及分析。
进行试验之前，在试验箱的内壁上涂抹疏水涂层，以减小样土固结过程中与内壁之间的摩擦。装填的土样高度在80-85mm之间，抽真空时保持膜下真空度最大值稳定在85kPa以上。
需说明的是，本发明所使用的数据采集系统6、上位机，以及在上位机中实现测量数据的实时显示与数据汇总及分析的内容，均为电子电路技术和计算机技术的常规应用。本领域技术人员完全可以运用其掌握的技能实现，申请人不再赘述。
具体应用示例：
试验箱1为顶部开口的圆柱形，尺寸为：直径600mm×高1000mm，四周及底面均为有机玻璃材质；试验箱1的底面和侧面开孔，用于安装孔压传感器探头。试验箱1的下方安装有支座，用以调节试验箱水平。
测试方法：
(1)在制作试验箱1的过程中，将孔压传感器探头2装入指定位置并进行密封。因此，在使用试验箱1进行试验之前，需要进行各个面连接处及孔压传感器2安装处的密封性检查。调节试验箱1在支座12上的高度，使试验箱1水平放置。可以通过在试验箱1内加水，观察水面和试验箱1的刻度线是否齐平来完成。
(2)将孔压传感器探头2和真空度探头13的尾端信号线与数据采集系统6相连，然后对各传感器进行初步检查，检查是否每个传感器都能有效的工作。
(3)将从现场取回的土样7进行土性测试后装入试验箱1中，土样2的装填高度控制在0.8m到0.85m间。
(4)在土样7装入试验箱1后，将固定了排水板3的钢架缓慢压入土中。然后在土样表面铺设一层土工布8，然后使用密闭接头9与排水管11连接，并在其表面铺设一层土工布后再铺设两层塑料薄膜密封。最后，用湿润的淤泥把四周抹平，确保不漏气。最后，利用塑料泡沫薄板在土体表面布置沉降标14。
(5)安装完成后，开启真空泵5抽真空，真空压力稳定在90kPa(依据具体试验计划确定真空压力值)。检查塑料薄膜10的密封是否严密，如有漏气现象则采取补漏措施。试验连续抽真空时间预设为14d(按照具体试验计划确定)。抽真空结束后对土样7进行含水率检测。
(6)当达到下列条件之一时试验结束：
孔压传感器2所示压力值在一定时间内保持不变，或者沉降标14保持在某一位置不再下降时。
(7)试验结束后，回收试验箱1与试验用土样7，并进行数据处理。
最后，需要注意的是，以上列举的仅是本发明的具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有很多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容中直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种用于孔压分布测量的沉降柱试验仪，包括用于盛装土样的中空圆柱形试验箱和用于密封土样的土工布与塑料薄膜，以及用于测定土样沉降的沉降标；其特征在于，在试验箱中竖向设有固定在钢架上的排水板，中空的排水板上间隔设置多个真空度探头，在试验箱的底板上和侧壁上均匀分布多个孔压传感器；各真空度探头和孔压传感器均通过信号线连接至数据采集装置，数据采集装置与上位机相连；排水板的上端通过密闭接头与排水管相接，排水管的另一端接至真空泵，排水管上设真空表。
2.根据权利要求1所述的试验仪，其特征在于，所述试验箱放置在支座上，试验箱底板与支座之间设有用于调整试验箱水平的螺丝。
3.根据权利要求1所述的试验仪，其特征在于，所述孔压传感器的设置方式为：在试验箱底板上取数个等距间隔的圆形，沿圆形每隔30°开设一个孔槽，在试验箱侧壁上取数条等距间隔的圆周，沿圆周每隔30°开设一个孔槽；所述孔压传感器装设在各孔槽中，并以密封圈实现密封。
4.利用权利要求1所述试验仪进行沉降柱孔压分布测量的方法，其特征在于，包括下述步骤：
(1)将土样搅拌均匀，根据室内土工常规试验方法测量土样的基本物理参数；
(2)将土样装入试验箱中，在其表面铺设一层土工布；
(3)将固定在钢架上的排水板竖直插入试验箱中指定位置，将排水板的上端通过密闭接头与排水管相接，排水管的另一端接至真空泵；连接完成后，在密闭接头与排水管上方再铺设第二层土工布，然后铺设两层塑料薄膜进行密封；
(4)在塑料薄膜表面的中心和边缘位置分别布置沉降标，用于试验过程中实时量测土体表面的沉降量；
(5)开启真空泵进行抽真空，当孔压传感器所示压力值在一定时间内保持不变，或者沉降标保持在某一位置不再下降时，试验结束；
(6)整个试验过程中，通过数据采集系统搜集各个孔压传感器和真空度探头的测量数据并上传至上位机，实现测量数据的实时显示与数据汇总及分析。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，进行试验之前，在试验箱的内壁上涂抹疏水涂层，以减小样土固结过程中与内壁之间的摩擦。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，装填的土样高度在80-85mm之间，抽真空时保持最大值稳定在85kPa以上。
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