CN107505209A - 一种固结仪新型加荷装置及加荷方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种固结仪新型加荷装置及加荷方法，包括测量支架、百分表、加荷支架、土样室、荷载水箱、圆形铁板和储水箱，测量支架包括测量竖板、顶部横杆和底部横板，土样室内部放置有透水石，透水石顶部设有顶盖；加荷支架包括横向加荷板和竖杆，横向加荷板端部与测量竖板铰接，测量支架的顶部横杆端部设有百分表，百分表的测量头顶持接触于横向加荷板上表面；竖杆下端端部与圆形铁板固定连接，圆形铁板上放置有荷载水箱；储水箱侧部连通设有若干个出水导管，出水导管的出水管口置于荷载水箱中。本发明不易引起装置晃动现象，可以高效测试有侧限条件下土样的固结系数等参数，提高了科研水平。

Description

一种固结仪新型加荷装置及加荷方法

技术领域

本发明涉及土工室内试验领域，尤其涉及一种固结仪新型加荷装置及加荷方法。

背景技术

地基土在外荷载作用下，水和空气逐渐被挤出，土骨架颗粒之间相互挤密，土的孔隙减小，从而引起土的压缩变形。固结试验是将土样置于金属压缩容器内，在有侧限的条件下施加压力，观察土在不同压力下的压缩变形量，还可以用来测定土样的压缩指数和前期固结压力、固结系数等指标，因此开展土样固结特性试验研究具有一定的意义。

固结仪新型加荷装置是一种用于土样固结试验快速加荷的装置，能提高固结试验施加荷载的效率，对土体固结特性研究具有一定的意义，目前的固结仪加荷装置及加荷方法主要依靠在挂钩上添加砝码，会引起仪器的晃动，而且耗费人力较多。

发明内容

针对现有技术存在的不足之处，本发明的目的在于提供一种固结仪新型加荷装置及加荷方法，加荷时，整个加荷装置稳定性较高，不易引起装置晃动现象，并且节省了人力，可以高效测试有侧限条件下土样的固结系数等参数，从而提高了科研水平。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种固结仪新型加荷装置，包括测量支架、百分表、加荷支架、土样室、荷载水箱、圆形铁板和储水箱，所述测量支架包括测量竖板、顶部横杆和底部横板，所述顶部横杆连接于测量竖板顶部，所述底部横板连接于测量竖板底部，所述土样室放置于底部横板上，所述土样室内部放置有透水石，所述透水石顶部设有可在土样室上下升降运动的顶盖；所述加荷支架包括横向加荷板和与横向加荷板相连接的竖杆，所述横向加荷板端部与测量竖板铰接，所述横向加荷板平放压于顶盖上表面，所述测量支架的顶部横杆端部朝向横向加荷板设有百分表，所述百分表的测量头顶持接触于横向加荷板上表面；所述竖杆下端端部与圆形铁板固定连接，所述圆形铁板上放置有荷载水箱；所述储水箱整体高度高于荷载水箱整体高度，所述荷载水箱底部与储水箱底部之间连通有回流水导管，所述回流水导管上安装有水泵；所述储水箱侧部连通设有若干个出水导管，所述出水导管的出水管口置于荷载水箱中。

为了实现多级加荷控制，每个出水导管上安装设有一个阀门B。

为了便于百分表测量头精确测量圆柱形待测土样下降形变变化值，所述横向加荷板上设有与百分表测量头顶持接触的水平板。

为了便于对荷载水箱中水的回流控制，所述回流水导管上安装设有阀门A。

为了更好地实现本发明，所述储水箱内部通过N个隔断分隔成N+1个水腔，所述出水导管的数量为N+1个，所有出水导管与所有水腔一一对应连通设置。

本发明提供一种优选的具体实施方式：所述储水箱内部通过三个隔断从上至下依次分隔成四个水腔，所述四个水腔从下至上依次为第一层水腔、第二层水腔、第三层水腔、第四层水腔，所述出水导管的数量为四个，所有出水导管与所有水腔一一对应连通设置；所述第一层水腔与第二层水腔之间的隔断上设有连通管A，所述连通管A上设有置于储水箱外部的连通阀；所述第二层水腔与第三层水腔之间的隔断上设有连通管B，所述连通管B上设有置于储水箱外部的连通阀；所述第三层水腔与第四层水腔之间的隔断上设有连通管C，所述连通管C上设有置于储水箱外部的连通阀。

作为优选，所述水平板上表面为圆形形状，其直径为0.6cm；所述顶盖包括下部圆柱体和固定设于下部圆柱体顶部的上部凸台，所述顶盖的下部圆柱体外径与土样室内径相同且均为6cm；所述透水石的直径为6cm，透水石的厚度为0.5cm。

一种固结仪新型加荷方法，其方法如下：

A、试验开始前，先将圆柱形待测土样放于土样室内部，在土样室内部的圆柱形待测土样顶部放置透水石，再在土样室内部的透水石顶部放置顶盖，将加荷支架的横向加荷板放于顶盖上表面，同时使得百分表的测量头顶持接触于水平板上表面中心，然后调零百分表的读数；

B、试验时，打开水箱外部第一个相应位置的阀门B，水箱中的水经过所对应的出水导管进入荷载水箱中，荷载水箱重力拉动加荷支架的竖杆以及横向加荷板，横向加荷板加载作用于顶盖上，顶盖依次加载作用于透水石、圆柱形待测土样，实现了圆柱形待测土样固结试验的第一级加荷，读取百分表的读数；然后打开水箱外部第二个相应位置的阀门B，水箱中的水经过所对应的出水导管进入荷载水箱中，实现了圆柱形待测土样固结试验的第二级加荷，读取百分表的读数；以此类推，直至圆柱形待测土样固结稳定，读取百分表的读数；

C、试验完成后，关闭各个阀门B，打开阀门A及水箱的各个连通阀，启动水泵从荷载水箱中抽水，则荷载水箱中的水在水泵抽吸作用下经过回流水导管循环回流至水箱；当荷载水箱中的水抽完后，关闭阀门A，从土样室中取出土样并清理土样室，以备下次试验使用。

本发明较现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

(1)本发明在加荷时，整个加荷装置稳定性较高，不易引起装置晃动现象，并且节省了人力，可以高效测试有侧限条件下土样的固结系数等参数，从而提高了科研水平。

(2)本发明通过设置带隔断的水箱及水泵、阀门，并且通过换算以使得水箱每个独立空间的存水量与相应的砝码质量相同，可实现固结试验的高效加荷，节省了人力，可进行土体固结系数等多项参数测试，对土体固结特性研究具有重要的理论意义。

(3)本发明通过水平板的设置，可以保证百分表测量的精度；本发明通过带隔断水箱的设置，可实现水箱每个独立空间的存水量与相应的砝码质量相同；本发明通过水泵的设置，可实现水的循环使用。

(4)本发明装置结构简单，加工成本低，易于在生产和教学中推广应用；其加荷装置及加荷方法对土体固结特性研究具有重要的理论意义和工程意义

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

其中，附图中的附图标记所对应的名称为：

1－测量支架，2－百分表，3－水平板，4－加荷支架，41－横向加荷板，42－竖杆，5－顶盖，6－圆柱形待测土样，7－透水石，8－土样室，9－荷载水箱，10－圆形铁板，11－阀门A，12－水泵，13－回流水导管，14－出水导管，15－阀门B，16－储水箱，161－第一层水腔,162－第二层水腔,163－第三层水腔,164－第四层水腔,17－连通阀。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明：

实施例

如图1所示，一种固结仪新型加荷装置，包括测量支架1、百分表2、加荷支架4、土样室8、荷载水箱9、圆形铁板10和储水箱16，测量支架1包括测量竖板18、顶部横杆和底部横板，顶部横杆连接于测量竖板18顶部，底部横板连接于测量竖板18底部，土样室8放置于底部横板上，土样室8内部放置有透水石7，透水石7的直径为6cm，透水石7的厚度为0.5cm。透水石7顶部设有可在土样室8上下升降运动的顶盖5。本实施例的顶盖5包括下部圆柱体和固定设于下部圆柱体顶部的上部凸台，顶盖5的下部圆柱体外径与土样室8内径相同且均为6cm。

如图1所示，加荷支架4包括横向加荷板41和与横向加荷板41相连接的竖杆42，横向加荷板41端部与测量竖板18铰接，横向加荷板41平放压于顶盖5上表面，测量支架1的顶部横杆端部朝向横向加荷板41设有百分表2，百分表2的测量头顶持接触于横向加荷板41上表面；本发明优选在横向加荷板41上设有与百分表2测量头顶持接触的水平板3，则百分表2的测量头顶持接触于水平板3上表面。本实施例优选的水平板3上表面为圆形形状，其直径为0.6cm，则百分表2的测量头顶持接触于水平板3上表面中心。

如图1所示，竖杆42下端端部与圆形铁板10固定连接，圆形铁板10上放置有荷载水箱9。储水箱16整体高度高于荷载水箱9整体高度，荷载水箱9底部与储水箱16底部之间连通有回流水导管13，回流水导管13上安装有水泵12，荷载水箱9整体高度低于储水箱16整体高度，水泵12可以保证将荷载水箱9中的水抽取输送到储水箱16中。储水箱16侧部连通设有若干个出水导管14，出水导管14的出水管口置于荷载水箱9中，由于储水箱16整体高度高于荷载水箱9整体高度，那么储水箱16中的水在重力作用下由高到低流动，则储水箱16中的水可以直接通过出水导管14流入到荷载水箱9中；荷载水箱9装水后，荷载水箱9中的水形成荷载力传递给加荷支架4，加荷支架4的横向加荷板41绕着测量竖板18铰接位置处向下转动，并推动顶盖5向下压透水石7，顶盖5将压力依次加载作用于透水石7、圆柱形待测土样6，圆柱形待测土样6在外荷载作用下，圆柱形待测土样6中的水和空气逐渐被挤出，水被透水石7所吸收，空气经过间隙空间排出，这样圆柱形待测土样6中的土骨架颗粒之间相互挤密，圆柱形待测土样6中的孔隙减小，从而引起圆柱形待测土样6中的压缩变形。于是，本发明是在有侧限的条件下施加压力进行固结试验，通过百分表2精确测量圆柱形待测土样6中的土在不同压力下的压缩变形量，还可以用来测定土样的压缩指数和前期固结压力、固结系数等指标。

本发明优选的出水导管14上安装设有阀门B15，通过阀门B15控制出水导管14出水开关，打开某个出水导管14上的阀门B15，可以实现该出水导管14出水操作，本实施例的出水导管14有多个，可以依次打开多个出水导管14，实现不同数量的出水导管14出水，也实现了向荷载水箱9中流入不同重量的水。

本发明优选的回流水导管13上安装设有阀门A11，当打开阀门A11，并启动水泵12，即可实现将荷载水箱9中的水循环抽吸回流至水箱16中，阀门A11起到回流水导管13水流通断阀的作用。

本发明的储水箱16内部通过N个隔断分隔成N+1个水腔，出水导管14的数量为N+1个，所有出水导管14与所有水腔一一对应连通设置。如图1所示，储水箱16内部通过三个隔断从上至下依次分隔成四个水腔，四个水腔从下至上依次为第一层水腔161、第二层水腔162、第三层水腔163、第四层水腔164，出水导管14的数量为四个，所有出水导管14与所有水腔一一对应连通设置。第一层水腔161与第二层水腔162之间的隔断上设有连通管A，连通管A上设有置于储水箱16外部的连通阀17。第二层水腔162与第三层水腔163之间的隔断上设有连通管B，连通管B上设有置于储水箱16外部的连通阀17。第三层水腔163与第四层水腔164之间的隔断上设有连通管C，连通管C上设有置于储水箱16外部的连通阀17。

一种固结仪新型加荷方法，其方法如下：

A、试验开始前，先将圆柱形待测土样6放于土样室8内部，在土样室8内部的圆柱形待测土样6顶部放置透水石7，再在土样室8内部的透水石7顶部放置顶盖5，将加荷支架4的横向加荷板41放于顶盖5上表面，同时使得百分表2的测量头顶持接触于水平板3上表面中心，然后调零百分表2的读数；

B、试验时，打开水箱16外部第一个相应位置的阀门B15，水箱16中的水经过所对应的出水导管14进入荷载水箱9中，荷载水箱9重力拉动加荷支架4的竖杆42以及横向加荷板41，横向加荷板41加载作用于顶盖5上，顶盖5依次加载作用于透水石7、圆柱形待测土样6，实现了圆柱形待测土样6固结试验的第一级加荷，读取百分表2的读数；然后打开水箱16外部第二个相应位置的阀门B15，水箱16中的水经过所对应的出水导管14进入荷载水箱9中，实现了圆柱形待测土样6固结试验的第二级加荷，读取百分表2的读数；以此类推，直至圆柱形待测土样6固结稳定，读取百分表2的读数；

C、试验完成后，关闭各个阀门B15，打开阀门A11及水箱16的各个连通阀17，启动水泵12从荷载水箱9中抽水，则荷载水箱9中的水在水泵12抽吸作用下经过回流水导管13循环回流至水箱16；当荷载水箱9中的水抽完后，关闭阀门A11，从土样室8中取出土样并清理土样室，以备下次试验使用。

本发明固结仪新型加荷装置通过设置带隔断的水箱16及水泵12、阀门，且通过换算，使得水箱16每个独立空间的存水量与相应的砝码质量相同，可实现固结试验的高效加荷，节省了人力，可进行土体固结系数等多项参数测试，对土体固结特性研究具有重要的理论意义。

如图1所示，本发明给出一种具体的固结仪新型加荷方法，其方法如下：

A、试验开始前，先将圆柱形待测土样6放于土样室8内部，在土样室8内部的圆柱形待测土样6顶部放置透水石7，再在土样室8内部的透水石7顶部放置顶盖5，将加荷支架4的横向加荷板41放于顶盖5上表面，同时使得百分表2的测量头顶持接触于水平板3上表面中心，然后调零百分表2的读数；

B、试验时，打开水箱16的第一层水腔161外部连通相应位置的阀门B15，水箱16第一层水腔161中的水经过所对应的出水导管14进入荷载水箱9中，荷载水箱9重力拉动加荷支架4的竖杆42以及横向加荷板41，横向加荷板41加载作用于顶盖5上，顶盖5依次加载作用于透水石7、圆柱形待测土样6，实现了圆柱形待测土样6固结试验的第一级加荷，读取百分表2的读数，通过百分表2精确测量圆柱形待测土样6中的土在第一级加荷压力下的压缩变形量，还可以用来测定土样在第一级加荷压力下的压缩指数和前期固结压力、固结系数等指标；然后打开水箱16的第二层水腔162外部连通相应位置的阀门B15，水箱16中第二层水腔162的水经过所对应的出水导管14进入荷载水箱9中，实现了圆柱形待测土样6固结试验的第二级加荷，读取百分表2的读数，通过百分表2精确测量圆柱形待测土样6中的土在第二级加荷压力下的压缩变形量，还可以用来测定土样在第二级加荷压力下的压缩指数和前期固结压力、固结系数等指标。以此类推，直至圆柱形待测土样6固结稳定，读取百分表2的读数，可以用来测定土样在第一级加荷压力下的压缩指数和前期固结压力、固结系数等指标；

C、试验完成后，关闭各个阀门B15，打开阀门A11及水箱16的各个连通阀17，启动水泵12从荷载水箱9中抽水，则荷载水箱9中的水在水泵12抽吸作用下经过回流水导管13循环回流至水箱16，这样水箱16的第一层水腔161、第二层水腔162、第三层水腔163、第四层水腔164再次回收水并备用；当荷载水箱9中的水抽完后，关闭阀门A11，从土样室8中取出土样并清理土样室，以备下次试验使用。

上述实施方式只是本发明的一个优选实施例，并不是用来限制本发明的实施与权利范围的，凡依据本发明申请专利保护范围所述的内容做出的等效变化和近似替换，均应落在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种固结仪新型加荷装置，其特征在于：包括测量支架（1）、百分表（2）、加荷支架（4）、土样室（8）、荷载水箱（9）、圆形铁板（10）和储水箱（16），所述测量支架（1）包括测量竖板（18）、顶部横杆和底部横板，所述顶部横杆连接于测量竖板（18）顶部，所述底部横板连接于测量竖板（18）底部，所述土样室（8）放置于底部横板上，所述土样室（8）内部放置有透水石（7），所述透水石（7）顶部设有可在土样室（8）上下升降运动的顶盖（5）；所述加荷支架（4）包括横向加荷板（41）和与横向加荷板（41）相连接的竖杆（42），所述横向加荷板（41）端部与测量竖板（18）铰接，所述横向加荷板（41）平放压于顶盖（5）上表面，所述测量支架（1）的顶部横杆端部朝向横向加荷板（41）设有百分表（2），所述百分表（2）的测量头顶持接触于横向加荷板（41）上表面；所述竖杆（42）下端端部与圆形铁板（10）固定连接，所述圆形铁板（10）上放置有荷载水箱（9）；所述储水箱（16）整体高度高于荷载水箱（9）整体高度，所述荷载水箱（9）底部与储水箱（16）底部之间连通有回流水导管（13），所述回流水导管（13）上安装有水泵（12）；所述储水箱（16）侧部连通设有若干个出水导管（14），所述出水导管（14）的出水管口置于荷载水箱（9）中。

2.按照权利要求1所述的一种固结仪新型加荷装置，其特征在于：所述出水导管（14）上安装设有阀门B（15）。

3.按照权利要求1或2所述的一种固结仪新型加荷装置，其特征在于：所述横向加荷板（41）上设有与百分表（2）测量头顶持接触的水平板（3）。

4.按照权利要求1或2所述的一种固结仪新型加荷装置，其特征在于：所述回流水导管（13）上安装设有阀门A（11）。

5.按照权利要求1所述的一种固结仪新型加荷装置，其特征在于：所述储水箱（16）内部通过N个隔断分隔成N+1个水腔，所述出水导管（14）的数量为N+1个，所有出水导管（14）与所有水腔一一对应连通设置。

6.按照权利要求5所述的一种固结仪新型加荷装置，其特征在于：所述储水箱（16）内部通过三个隔断从上至下依次分隔成四个水腔，所述四个水腔从下至上依次为第一层水腔（161）、第二层水腔（162）、第三层水腔（163）、第四层水腔（164），所述出水导管（14）的数量为四个，所有出水导管（14）与所有水腔一一对应连通设置；所述第一层水腔（161）与第二层水腔（162）之间的隔断上设有连通管A，所述连通管A上设有置于储水箱（16）外部的连通阀（17）；所述第二层水腔（162）与第三层水腔（163）之间的隔断上设有连通管B，所述连通管B上设有置于储水箱（16）外部的连通阀（17）；所述第三层水腔（163）与第四层水腔（164）之间的隔断上设有连通管C，所述连通管C上设有置于储水箱（16）外部的连通阀（17）。

7.按照权利要求3所述的一种固结仪新型加荷装置，其特征在于：所述水平板（3）上表面为圆形形状，其直径为0.6cm；所述顶盖（5）包括下部圆柱体和固定设于下部圆柱体顶部的上部凸台，所述顶盖（5）的下部圆柱体外径与土样室（8）内径相同且均为6cm；所述透水石（7）的直径为6cm，透水石（7）的厚度为0.5cm。

8.一种固结仪新型加荷方法，其特征在于：其方法如下：

A、试验开始前，先将圆柱形待测土样（6）放于土样室（8）内部，在土样室（8）内部的圆柱形待测土样（6）顶部放置透水石（7），再在土样室（8）内部的透水石（7）顶部放置顶盖（5），将加荷支架（4）的横向加荷板（41）放于顶盖（5）上表面，同时使得百分表（2）的测量头顶持接触于水平板（3）上表面中心，然后调零百分表（2）的读数；

B、试验时，打开水箱（16）外部第一个相应位置的阀门B（15），水箱（16）中的水经过所对应的出水导管（14）进入荷载水箱（9）中，荷载水箱（9）重力拉动加荷支架（4）的竖杆（42）以及横向加荷板（41），横向加荷板（41）加载作用于顶盖（5）上，顶盖（5）依次加载作用于透水石（7）、圆柱形待测土样（6），实现了圆柱形待测土样（6）固结试验的第一级加荷，读取百分表（2）的读数；然后打开水箱（16）外部第二个相应位置的阀门B（15），水箱（16）中的水经过所对应的出水导管（14）进入荷载水箱（9）中，实现了圆柱形待测土样（6）固结试验的第二级加荷，读取百分表（2）的读数；以此类推，直至圆柱形待测土样（6）固结稳定，读取百分表（2）的读数；

C、试验完成后，关闭各个阀门B（15），打开阀门A（11）及水箱（16）的各个连通阀（17），启动水泵（12）从荷载水箱（9）中抽水，则荷载水箱（9）中的水在水泵（12）抽吸作用下经过回流水导管（13）循环回流至水箱（16）；当荷载水箱（9）中的水抽完后，关闭阀门A（11），从土样室（8）中取出土样并清理土样室，以备下次试验使用。