CN107101894A - 一种粗粒土大尺度单元体试样表面贯入综合试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种粗粒土大尺度单元体试样表面贯入综合试验装置，包括压力机顶板、压力机底板、压力环、压力环传感器、空腔贯入杆、贯入位移传感器、刚护筒、击实筒、粗粒土击实试样、表面细砂找平层、土工布褥垫、四分刚性荷载板。本发明的有益效果为：本发明采用既有的DN300表面振动击实仪、室内压力机和专门配置的压力机自控与自采系统，可以进行粗粒散体材料CBR值与土基回弹模量的室内试验，试样制备简单、操作方便灵活、分析方法规范、试验精度提高，具有良好的学术研究价值和工程应用前景。

Description

一种粗粒土大尺度单元体试样表面贯入综合试验装置

技术领域

本发明涉及岩土工程技术领域，尤其是一种粗粒土大尺度单元体试样表面贯入综合试验装置。

背景技术

对于公称上限粒径d<5mm的细粒土土工材料，常规CBR试验方法简单可行，且为土工结构填筑材料承载性能控制的基本控制指标，应用十分广泛。然而，针对土工结构粗粒土填料，常规CBR试验的DN150击实筒的试样尺寸，限制了贯入杆截面Φ50。两者尺寸特征，表明传统CBR方法更加适用于细粒土土工材料。尽管可以采用粗粒组修正或粗粒含量较低时(<5％)的剔除处理，但传统CBR方法用于粗粒土土工材料，极易导致试验数据离散或失真，亦或材料代表性降低。土工材料的另一个控制指标是土基回弹模量，作为材料刚度特征控制指标，应用十分广泛。目前，粗粒土胶凝材料回弹模量室内试验设备与方法，相对完善；散体材料一般采用现场原位测试方法，如广泛采用的K30板或K75板原位测试方法。土工粗粒散体材料的室内回弹模量测试，缺乏相应试验装置。

近年来港口、机场等大型基础工程建设中，经常遇到粗粒土填筑土工结构相关工程问题。近年来，南海岛礁吹填机场等工程建设中，珊瑚碎屑粗粒土工材料成为不可或缺与替代的土工结构填筑材料。然而，传统CBR试验和室内土基回弹模量试验存在上述问题，给粗粒土工材料控制带来困难，至今未能得到改善。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种粗粒土大尺度单元体试样表面贯入综合试验装置，能够适用于粗粒散体材料的承载性能与刚度特征的室内试验评价，且可为粗粒散体材料填筑土工结构的工程实践提供依据。

为解决上述技术问题，本发明提供一种粗粒土大尺度单元体试样表面贯入综合试验装置，包括：压力机顶板1、压力机底板2、压力环3、压力环传感器4、空腔贯入杆5、贯入位移传感器6、刚护筒7、击实筒8、粗粒土击实试样9、表面细砂找平层10、土工布褥垫11、四分刚性荷载板12；在压力机底板2上安装击实筒8和粗粒土击实试样9，在粗粒土击实试样9的两端安装刚护筒7，刚护筒7内安装四分刚性荷载板12，土工布褥垫11设置在四分刚性荷载板12底部，土工布褥垫11的另一面接触表面细砂找平层10，在四分刚性荷载板12形成的环状荷载板中孔中，安装空腔贯入杆5，空腔贯入杆5完整均匀接触表面细砂找平层10，空腔贯入杆5顶部设置压力环3，压力环3的上部连接压力机顶板1，压力环3的中部设置有压力环传感器4，空腔贯入杆5的两边设置有贯入位移传感器6。

优选的，压力环传感器4接入计算机采集系统和压力机液压油路控制系统，进行自动采集，控制压力机油路、贯入荷载加载荷载速率和变幅分级荷载加载幅值的伺服稳定。

优选的，贯入位移传感器6接入计算机采集系统和液压油路控制系统，控制压力机油路，进行位移速率控制和卸载、分级加载幅值伺服状态下的贯入变形稳定判别。

本发明的有益效果为：本发明采用既有的DN300表面振动击实仪、室内压力机和专门配置的压力机自控与自采系统，可以进行粗粒散体材料CBR值与土基回弹模量的室内试验，试样制备简单、操作方便灵活、分析方法规范、试验精度提高，具有良好的学术研究价值和工程应用前景。

附图说明

图1为本发明的装置结构示意图。

图2为本发明的荷载板结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，一种粗粒土大尺度单元体试样表面贯入综合试验装置，包括：压力机顶板、压力机底板、压力环、压力环传感器、空腔贯入杆、贯入位移传感器、刚护筒、击实筒、粗粒土击实试样、表面细砂找平层、土工布褥垫、四分刚性荷载板；在压力机底板上安装击实筒和粗粒土击实试样，在粗粒土击实试样的两端安装刚护筒，刚护筒内安装四分刚性荷载板，土工布褥垫设置在四分刚性荷载板底部，土工布褥垫的另一面接触表面细砂找平层，在四分刚性荷载板形成的环状荷载板中孔中，安装空腔贯入杆，空腔贯入杆完整均匀接触表面细砂找平层，空腔贯入杆顶部设置压力环，压力环的上部连接压力机顶板，压力环的中部设置有压力环传感器，空腔贯入杆的两边设置有贯入位移传感器。

一种DN300击实筒及其DN300刚护筒，协配了一种Φ100空腔贯入杆，可以适用于公称上限粒径20mm散体材料室内CBR试验和土基回弹模量试验。Φ100空腔贯入杆使用空腔的目的是，确保贯入杆组构刚度条件下，减轻贯入杆重量，使得其重量与一般贯入杆相当，不会因为截面大而重量大。

如图2所示的一种四分刚性荷载板分离加载结合土工布褥垫构造，有利于荷载均匀施加在Φ100空腔贯入杆周边粗粒土表面边载；采用粗粒土试样表面细砂找平层，改善了Φ100空腔贯入杆底面与粗粒土击实试样接触质量和贯入荷载施加的均匀性。

采用表面振动击实仪制备粗粒土击实试样，制样简单规范，且符合粗粒土颗粒特征；压力环传感器自动采集，可用于控制压力机油路，实现贯入荷载加卸载荷载速率控制，以及变幅分级荷载加载幅值的伺服稳定控制；贯入杆的贯入位移传感器自动采集，可用于控制压力机油路，实现位移速率控制加卸载，以及分级加载幅值伺服状态下的贯入变形稳定判别。压力机加载的自控系统与压力环传感器自采结合，使得试验操作灵活方便，且精确提高。

实施例I——粗粒土工材料CBR试验

构件装配：首先在刚性护筒内，安装贯入杆周边四分刚性荷载板，且黏贴土工布褥垫层在四分刚性荷载板底部，另一面接触土样细砂找平层；然后，在四分刚性荷载板形成的环状荷载板中孔内，安装Φ100空腔贯入杆，完整均匀接触面表面细砂找平层。

自控自采，安装Φ100空腔贯入杆顶部压力环及压力环传感器，接入计算机采集系统，压力机液压油路控制系统；安装贯入杆位移传感器，接入计算机采集系统与液压油路控制系统；完成加载自控与数据自采准备工作。

试验操作，根据CBR试验规程规定，采用位移速率控制连续加载，根据贯入杆位移传感器提升压力机底板上升速率，同步自动采集压力环压力与贯入杆贯入位移(通过压力环传感器和贯入杆位移传感器采集)，再按常规CBR分析方法，确定粗粒土工材料承载性能CBR值。

实施例II——土基回弹模量试验

显然，粗粒散体材料土基回弹模量试验时，试样制备同上述CBR试样，试样是否浸水及浸水时间，可按试验要求确定，不赘述。

构件装配：首先在DN300刚护筒内，安装Φ100空腔贯入杆周边三块四分刚性荷载板作为定位板，然后在四分荷载板形成的环状荷载板中孔内，安装Φ100空腔贯入杆，之后拆除定位荷载板，同上述。

自控自采，同上述实施方案I。

试验操作，根据原位K30板土基回弹模量测试原理，采用荷载速率控制梯形循环荷载的加载速率；加载至分级荷载幅值时，采用压力环传感器伺服控制荷载幅值稳定，并采用贯入杆位移传感器的位移速率判别幅值作用时试样变形稳定；稳定后，再采用荷载速率控制梯形循环荷载的卸载速率，至零荷载且贯入位移稳定，完成一个循环加卸载周期。类似于K30载荷板土基回弹模量试验原理，有小到大设定不同的循环荷载幅值，依次进行上述梯形荷载施加与位移稳定判别，同时通过压力环传感器、贯入杆位移传感器自动采集压力环压力、贯入杆贯入与回弹位移，再按K30载荷板土基回弹模量分析原理，确定粗粒散体材料土基回弹模量值。

本发明中，压力环传感器、贯入杆位移传感器与压力机液压油路连接自控方式，以及各传感器适时自采方式，属于液压自控领域的简单技术问题，不再赘述。

尽管本发明就优选实施方式进行了示意和描述，但本领域的技术人员应当理解，只要不超出本发明的权利要求所限定的范围，可以对本发明进行各种变化和修改。

Claims (3)

1.一种粗粒土大尺度单元体试样表面贯入综合试验装置，其特征在于，包括：压力机顶板(1)、压力机底板(2)、压力环(3)、压力环传感器(4)、空腔贯入杆(5)、贯入位移传感器(6)、刚护筒(7)、击实筒(8)、粗粒土击实试样(9)、表面细砂找平层(10)、土工布褥垫(11)、四分刚性荷载板(12)；在压力机底板(2)上安装击实筒(8)和粗粒土击实试样(9)，在粗粒土击实试样(9)的两端安装刚护筒(7)，刚护筒(7)内安装四分刚性荷载板(12)，土工布褥垫(11)设置在四分刚性荷载板(12)底部，土工布褥垫(11)的另一面接触表面细砂找平层(10)，在四分刚性荷载板(12)形成的环状荷载板中孔中，安装空腔贯入杆(5)，空腔贯入杆(5)完整均匀接触表面细砂找平层(10)，空腔贯入杆(5)顶部设置压力环(3)，压力环(3)的上部连接压力机顶板(1)，压力环(3)的中部设置有压力环传感器(4)，空腔贯入杆(5)的两边设置有贯入位移传感器(6)。

2.如权利要求1所述的粗粒土大尺度单元体试样表面贯入综合试验装置，其特征在于，压力环传感器(4)接入计算机采集系统和压力机液压油路控制系统，进行自动采集，控制压力机油路、贯入荷载加载荷载速率和变幅分级荷载加载幅值的伺服稳定。

3.如权利要求1所述的粗粒土大尺度单元体试样表面贯入综合试验装置，其特征在于，贯入位移传感器(6)接入计算机采集系统和液压油路控制系统，控制压力机油路，进行位移速率控制和卸载、分级加载幅值伺服状态下的贯入变形稳定判别。