CN107144377B - 一种土压力测试装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种土压力测试装置，包括土压力盒和与土压力盒连接的测试线，还包括用于保护土压力盒不受横向力作用的隔离件，土压力盒容设于隔离件中，测试线穿过隔离件与外界连通。该土压力测试装置具有结构简单、易于制作、成本低、使用方便和测量结果准确的优点。
Description
技术领域
本发明涉及土工测试技术领域，具体涉及一种土压力测试装置。
背景技术
土压力盒适用于测量边坡、基坑、路基、堤坝、隧道等结构物的内部土压力，是土工测试中一种常用的重要元器件。将土压力盒测试线引出到指定的位置后，可以通过综合测试仪对土压力数据进行读取，进而对土压力的变化进行长期监测。
但值得注意的是，土压力盒的埋设方法对土压力盒测量值有较大影响，土压力盒测量的有效数据是垂直于土压力盒表面的均布压力，而不均匀力和侧向力均会对土压力盒的测量数据造成影响，使其测量结果存在较大偏差。如图6所示，传统振弦式土压力盒主要包括承载板a、圆筒壁b、立柱c、钢弦d、线圈e等。如图7所示，压力盒的承载板a，即受力弹性膜，在受到均布压力P后产生向下凹陷的变形，立柱c随着承载板a的变形发生转动，紧绷在立柱c上的钢弦d由此发生张力变形。施加电压信号的线圈e产生的磁场发生改变，使得钢弦d产生正弦自振，线圈e感应出的磁阻抗也会按照正弦频率发生变化，该正弦频率为钢弦d的自振频率，而钢弦d受到的张力大小与钢弦d的自振频率直接相关，由此得出土压力数据。如图8所示，当振弦式土压力盒受到横向力N作用时，承载板a向上隆起，此时立柱c发生反方向转动，由此得出的钢弦d的自振频率反应出的土压力数据为负值。所以，土压力盒在受到横向力时，会对测量数据造成极大的影响。
为了减小或消除横向力对测量结果的影响，常规做法是在埋设土压力盒前，先在土压力盒的周边包裹一层厚度为1cm～2cm的橡胶圈。在隧道工程领域，土压力盒通常埋设在围岩与初期支护之间，但围岩断面通常不是光滑的弧线轮廓，即使开挖凹槽进行埋设，土压力盒仍会受到横向力的作用，而隧道初期支护具有较大的轴力，对土压力盒的测试影响巨大。橡胶圈无法消除隧道支护轴力的影响，使得土压力盒测出的土压力数据受到影响甚至出现负值，数据准确性较低。另外，土压力盒埋设时要求在盒底铺一层经过筛选后颗粒均匀的细砂或砂浆来辅助，厚度为10cm～15cm，夯实铺平，但隧道工程中往往遇到富水地层，水流量较大时，无法利用细砂或砂浆进行辅助埋设。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术存在的不足，提供一种结构简单、易于制作、成本低、使用方便和测量结果准确土压力测试装置。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种土压力测试装置，包括土压力盒和与土压力盒连接的测试线，还包括用于保护土压力盒不受横向力作用的隔离件，所述土压力盒容设于所述隔离件中，所述测试线穿过隔离件与外界连通。
上述的土压力测试装置，优选的，所述隔离件包括空心管、柔性填充物和两层隔离层，所述柔性填充物和两层隔离层套设于空心管内，所述两层隔离层紧贴于土压力盒上、下两端，所述柔性填充物设于两层隔离层之间，且填充于土压力盒与空心管之间，所述空心管设有供测试线穿过的缺口。
上述的土压力测试装置，优选的，所述隔离层包括细砂垫层、水泥砂浆层和垫片，所述垫片紧贴于所述土压力盒端面，所述细砂垫层压紧于所述水泥砂浆层和垫片之间。
上述的土压力测试装置，优选的，所述水泥砂浆层的高度是细砂垫层的高度的2倍～8倍。
上述的土压力测试装置，优选的，所述空心管内壁涂覆有润滑剂层。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明的土压力测试装置中土压力盒将测得的钢弦的自振频率通过测试线传送到综合测试仪，读取综合测试仪上数值即可测得不受横向力作用的土压力数据。土压力盒容设于隔离件中，在测试时，隔离件可以保护土压力盒不受横向力的作用，进而消除了横向力对测量结果的影响，提高了测量结果的准确性。该土压力测试装置还可在埋设前进行抗横向力的测试，保证了测量结果的精准，并且有效避免了埋设之后发现元器件数据异常的情况。该土压力测试装置具有结构简单、易于制作、成本低、使用方便和测量结果准确的优点。
附图说明
图1为本发明土压力测试装置的立体结构示意图。
图2为本发明土压力测试装置的主视结构示意图。
图3为图2中A-A剖视示意图。
图4为本发明土压力测试装置用于云南成贵铁路某隧道的隧道土压力测试位置示意图。
图5为图4中测得的隧道围岩接触压力数据示意图。
图6为传统振弦式土压力盒结构示意图。
图7为传统振弦式土压力盒受正向力P时的结构示意图。
图8为传统振弦式土压力盒受横向力N时的结构示意图。
图例说明：
1、土压力盒；2、测试线；3、隔离件；31、空心管；311、缺口；32、柔性填充物；33、隔离层；331、细砂垫层；332、水泥砂浆层；333、垫片；4、防漏垫层；a、承载板；b、圆筒壁；c、立柱；d、钢弦；e、线圈；h、进口；i、出口；j、初支；k、二衬。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1至图3所示，本实施例的土压力测试装置，包括土压力盒1、测试线2和隔离件3，测试线2与土压力盒1连接，隔离件3用于保护土压力盒1不受横向力作用，土压力盒1容设于隔离件3中，测试线2穿过隔离件3与外界连通。该土压力测试装置中土压力盒1将测得的钢弦的自振频率通过测试线2传送到综合测试仪，读取综合测试仪上数值即可得出测得的土压力数据。土压力盒1容设于隔离件3中，在测试时，隔离件3可以保护土压力盒1不受横向力的作用，进而消除了横向力对测量结果的影响，提高了测量结果的准确性。该土压力测试装置还可在埋设前进行抗横向力的测试，保证了测量结果的精准，并且有效避免了埋设之后发现元器件数据异常的情况。该土压力测试装置具有结构简单、易于制作、成本低、使用方便和测量结果准确的优点。
本实施例中，隔离件3包括空心管31、柔性填充物32和两层隔离层33，柔性填充物32和两层隔离层33套设于空心管31内，两层隔离层33紧贴于土压力盒1上、下两端，柔性填充物32设于两层隔离层33之间，且填充于土压力盒1与空心管31之间，空心管31管壁上开有深为5cm～8cm、宽为1cm～2cm的缺口311，测试线2穿过缺口311后可将缺口311封堵。本实施例的土压力盒1被空心管31、柔性填充物32和两层隔离层33完全包围起来，使其不受外界横向力的作用，且两层隔离层33可辅助土压力盒1埋设。柔性填充物32的高度与土压力盒1的高度一致，既利于土压力盒1外圆周面不受横向力作用，起到了保护作用，又避免了土压力盒1在土压力测试装置制作过程中的偏移、扭转，对土压力盒1起到定位作用。
本实施例中，隔离层33包括细砂垫层331、水泥砂浆层332和垫片333，垫片333紧贴于土压力盒1端面，细砂垫层331压紧于水泥砂浆层332和垫片333之间。本实施例的土压力盒1位于空心管31内的中间位置，在土压力盒1的两端面均铺设有一层颗粒均匀的细砂形成细砂垫层331，在各细砂垫层331外再铺设一层水泥砂浆形成水泥砂浆层332，即通过水泥砂浆层332将细砂垫层331固定在土压力盒1的端面上。细砂垫层331和土压力盒1端面之间具有垫片333，以阻止细砂填塞进入柔性填充物，防止细砂垫层出现空洞或不密实的情况。水泥砂浆层332的外端面与对应的空心管31端面平齐，位于空心管31下端的水泥砂浆层332在铺设时，可在地面平铺一层防漏垫层4以防漏浆。本实施例的细砂垫层331采用细度模数为1.6～2.2、平均粒径为0.25mm～0.35mm的细砂，水泥砂浆层332中的水泥、砂、水的配合比为1：3：0.6，垫片333和防漏垫层4均采用现有技术中的普通A4打印纸，普通A4打印纸的重量为70g/m2，厚度大于或等于0.088mm，也可采用硬纸板、PVC塑料片和钢片等。该土压力测试装置利用隔离层33来辅助土压力盒1埋设，可适用于水流量较大的富水地层，且其布置工艺简单，避免了在埋设现场使用细砂、砂浆来辅助土压力盒1埋设，具有方便埋设和适用范围广的优点。
本实施例的水泥砂浆层332的高度是细砂垫层331的高度的2倍～8倍，细砂垫层331的高度为1cm～2cm，水泥砂浆层332的高度为4cm～8cm。
本实施例的空心管31内壁涂覆有润滑剂层，该土压力测试装置工作时，由于润滑剂层的作用有效消除空心管31与隔离层33、柔性填充物32的粘结力，防止粘结力对测试结果产生不良影响。
本实施例的空心管31为现有技术中的硬PVC管，硬PVC管的内径为15cm～25cm、长为10cm～20cm。硬PVC管能达到排水管的标准要求，拉伸屈服强度大于40MPa，落锤冲击试验小于10%。本实施例的柔性填充物32为现有技术中的聚苯乙烯泡沫塑料板。硬PVC管和聚苯乙烯泡沫塑料板均具有易于取材、成本低廉的优点。
本实施例的土压力测试装置的制作步骤如下：
步骤一：取一段内径为20cm、长为15cm的硬PVC管，硬PVC管的内径稍大于土压力盒1的外径，在管壁上切割一个深为7cm、宽为1cm的缺口311。在硬PVC管下端铺普通A4打印纸防止漏浆，在硬PVC管内壁涂满润滑剂；
步骤二：在硬PVC管内下端填入5cm厚水泥砂浆，在水泥砂浆上方均匀平铺细度模数为1.9、平均粒径为0.3mm的细砂，并在细砂上方平铺裁剪后与硬PVC管内轮廓大小相同的普通A4打印纸；
步骤三：在步骤二的普通A4打印纸上平放土压力盒1，测试线2穿过缺口311引出，在土压力盒1周边与硬PVC管内壁的空隙中填满聚苯乙烯泡沫塑料板，其高度与土压力盒1高度相等，并用聚苯乙烯泡沫塑料块封堵缺口311；
步骤四：土压力盒1上方平铺裁剪后与硬PVC管内轮廓大小相同的普通A4打印纸，在普通A4打印纸上方均匀平铺细度模数为1.9、平均粒径为0.3mm的细砂，并在细砂上方填入水泥砂浆，使之与硬PVC管顶部齐平；
步骤五：养护24小时，测出初值，进行抗横向力测试与垂直压力测试，测试数据正常，土压力测试装置制作完毕，将其放入隧道中或富水地层中进行固定埋设。
如图4所示，将本实施例的土压力测试装置用于云南成贵铁路某隧道，其中，隧道长度从进口h延伸至出口i，而隧道包括最外部的初支j和内部的二衬k，隧道土压力测试位置分别是D、E、F，经过近一个月的测试，测得的隧道围岩接触压力数据如图5所示，数据良好。
本实施例的土压力测试装置适用于各类地层的土压力测试，尤其适用于富水地层或隧道内围岩接触压力的测量。土压力测试装置克服了以往常规埋设方法的缺陷，且在隧道工程实际使用中极为便利、简单和高效，极大减少了因土压力盒1埋设问题导致的数据异常，具有非常可观的科研意义与显著的经济优势，对土工测试技术的提高与改进具有重要意义。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例。对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明技术构思前提下所得到的改进和变换也应视为本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种土压力测试装置，包括土压力盒(1)和与土压力盒(1)连接的测试线(2)，其特征在于：还包括用于保护土压力盒(1)不受横向力作用的隔离件(3)，所述土压力盒(1)容设于所述隔离件(3)中，所述测试线(2)穿过隔离件(3)与外界连通，所述隔离件(3)包括空心管(31)、柔性填充物(32)和两层隔离层(33)，所述柔性填充物(32)和两层隔离层(33)套设于空心管(31)内，所述两层隔离层(33)紧贴于土压力盒(1)上、下两端，所述柔性填充物(32)设于两层隔离层(33)之间，且填充于土压力盒(1)与空心管(31)之间，所述空心管(31)设有供测试线(2)穿过的缺口(311)。
2.根据权利要求1所述的土压力测试装置，其特征在于：所述隔离层(33)包括细砂垫层(331)、水泥砂浆层(332)和垫片(333)，所述垫片(333)紧贴于所述土压力盒(1)端面，所述细砂垫层(331)压紧于所述水泥砂浆层(332)和垫片(333)之间。
3.根据权利要求2所述的土压力测试装置，其特征在于：所述水泥砂浆层(332)的高度是细砂垫层(331)的高度的2倍～8倍。
4.根据权利要求1所述的土压力测试装置，其特征在于：所述空心管(31)内壁涂覆有润滑剂层。
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