CN107859019B - 三维土压力盒成套应用装置及其实施方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种三维土压力盒成套应用装置，该成套应用装置包括螺纹拧紧的伸缩导杆、三维土压力盒固定基座和连接控件、三维土压力盒、数据导线，螺纹拧紧的伸缩导杆和三维土压力盒固定基座之间通过连接控件相连相连，三维土压力盒的多根导线汇总为一根数据总线。同时提供一种三维土压力盒成套应用装置的实施方法。有益效果是该三维土压力盒成套应用装置解决了三维土压力盒在现场应用过程中无法确定埋设角度和深度的不足，实现了三维土压力盒在原状土体测试中的应用。将该发明的成套应用装置应用于实际工程中，可以提高测量结果的精度，利用所述实施方法可以节省时间，提高施工效率。
Description
技术领域
本发明是一种三维土压力盒成套应用装置及其实施方法，尤其适用于三维土压力盒在实际施工过程中的固定放置、确定角度及埋深等问题。
背景技术
三维应力状态是进行土体强度和变形研究的重要基础。因此，土体内部三维应力值的测量至关重要。三维土压力盒因其独特优点在实际工程中被广泛应用于土体内部应力的测试中，将三维土压力盒埋入待测土体，用数据导线连接汇总并同数据采集系统连接，即可测得土中任意一点的应力值。
然而，常见的三维土压力盒装置如专利201610623264.1、201610900085.8和201510956800.5等中推导的计算公式均假定土压力盒是放在一个平面上的。但是，在实际工程中，埋设各种三维土压力盒时并不能保证这一前提条件，而且各种三维土压力盒还存在放置过程繁琐、容易受到土体扰动和埋置角度及深度难以确定等问题。所以，急需一种三维土压力盒的成套应用装置解决此问题。同时，本发明还给出配合此种三维土压力盒成套应用装置的实施方法，为实际土体工程的施工提供一种行之有效的思路，可在实际工程中推广应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种三维土压力盒成套应用装置及其实施方法，可解决现有的三维土压力盒放置平面难以确定、放置过程繁琐、易受土体扰动和埋设深度不易确定等问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是提供一种三维土压力盒成套应用装置，其中：该成套应用装置包括螺纹拧紧的伸缩导杆、三维土压力盒固定基座和连接控件、三维土压力盒、数据导线，螺纹拧紧的伸缩导杆和三维土压力盒固定基座之间通过连接控件相连相连，三维土压力盒的多根导线汇总为一根数据总线。
同时还提供一种利用三维土压力盒成套应用装置的实施的方法。
本发明的效果是填补了三维土压力盒在工程中放置固定和施工过程实施方法的空白。用螺纹拧紧的伸缩导杆将已被固定基座固定好的土压力盒放入待测土体中，保证三维土压力盒底部在水平面上，由此可确定三维土压力盒的埋设角度。同时，根据伸缩导杆的长度还可以确定三维土压力盒的埋设深度，并且适用于各种尺寸的三维土压力盒。本发明具有放置过程简单、原理易懂的特点，排除了三维土压力盒易受土体作用的干扰，使测试结果准确值提高33％。因此，本发明在实际工程中具有重大意义。
附图说明
图1为三维土压力盒成套应用装置的立体分解图；
图2为本发明螺纹旋紧的伸缩导杆中内导杆的立体分解及组装示意图；
图3为本发明螺纹旋紧的伸缩导杆中外导杆的立体分解及组装示意图；
图4为本发明中螺纹旋紧的伸缩导杆立体分解图；
图5为本发明中螺纹旋紧的伸缩导杆组装示意图；
图6为本发明中螺纹旋紧伸缩导杆上端接头杆和按钮位置剖面示意图；
图7为本发明固定基座中T形基座结构示意图；
图8为本发明固定基座立体分解图；
图9为本发明固定基座中L形基座剖面示意图；
图10为本发明连接控件立体分解及组装示意图；
图11为本发明连接控件连接伸缩导杆和固定基座剖面示意图；
图12为三维土压力盒及数据总线示意图；
图13为本发明固定基座结构示意图。
1.螺纹旋紧的伸缩导杆2.固定基座3.连接控件4.三维土压力盒
5.数据总线11.内导杆12.外导杆13.按钮
14.按钮保护帽15.钢丝111.圆形垫板112.弹簧
113.伸缩杆1131.伸缩杆螺纹1132.伸缩杆螺纹槽121.按钮杆
122.导杆保护杆123.接头杆1122.导杆保护杆螺纹
1222.导杆保护杆螺纹槽1211.按钮杆水准管1212.按钮杆内壁支撑
1213.按钮杆螺纹1214.按钮杆螺纹槽1231.接头杆螺纹
1232.接头杆上小孔洞141.按钮保护帽螺纹槽21.L形基座
22.T形基座23.螺丝24.螺栓25.螺母213.凹槽214.凹槽孔洞
215.小凹槽螺纹槽216.小凹槽221.T形基座水准管222.活动卡头
31.接头盘32.小转杆33.接头弹簧34.卡杆
结合附图对本发明的三维土压力盒成套应用装置及其实施方法加以说明。
具体实施方式
本发明的三维土压力盒成套应用装置结构，如图1所示，包括有螺纹拧紧的伸缩导杆1、固定基座2和连接控件3。螺纹拧紧的伸缩导杆1与固定基座2之间，由连接控件3相连。如图12所示，三维土压力盒4的多根导线汇总为一根数据总线5。
所述螺纹拧紧的伸缩导杆1如图4所示，包括内导杆11、外导杆12、按钮13、按钮保护帽14、钢丝15。其中如图2所示，内导杆包括有圆形垫板111、弹簧112、伸缩杆113。圆形垫板111下部设置螺纹槽1111和弹簧112固定在一起，伸缩杆113上端设置伸缩杆螺纹1131并与圆形垫板111的螺纹槽1111旋紧连接，伸缩杆113下端设置伸缩杆螺纹槽1132，伸缩杆113之间通过伸缩杆螺纹1131及伸缩杆螺纹槽1132旋紧，组成如图2所示的内导杆11。如图3所示，外导杆12包括有按钮杆121、导杆保护杆122、接头杆123；导杆保护杆122上端设置螺纹1221，下端设置导杆保护杆螺纹槽1222，导杆保护杆122之间通过螺纹1221和导杆保护杆螺纹槽1222旋紧。按钮杆121上端杆外壁沿杆垂直方向设有按钮杆水准管1211，上端内壁设有按钮杆内壁支撑1212且设有按钮杆螺纹1213，按钮杆121下端设置按钮杆螺纹槽1214并于导杆保护杆122上端螺纹1221旋紧；接头杆123上端设置接头杆螺纹1231并与导杆保护杆螺纹槽1222旋紧，接头杆123下端均匀打有四个接头杆上小孔洞1232，组成如图3所示的外导杆12。按钮13和按钮保护帽14间通过钢丝15组合在一起，并用钢丝15固定在内导杆11的圆形垫板111上，如图5所示，将其放入外导杆12内，如剖面图6所示，使其固定在外导杆12内壁的按钮杆内壁支撑1212上。按钮保护帽14上带有按钮保护帽螺纹槽141，将按钮杆121上端的按钮杆螺纹1213和按钮保护帽14的按钮保护帽螺纹槽141和旋紧连接，即形成如图5所示的螺纹拧紧的伸缩导杆1。
所述三维土压力盒固定基座2如图8所示，包括L形基座21、T形基座22、螺丝23、螺栓24和螺母25。其中，L形基座21分为长边和短边。如剖面图9所示，将L形基座短边朝下，长边通过螺栓24和螺母25与三维土压力盒4顶部固定，且L形基座的长边内设有凹槽213，凹槽内壁打有四个凹槽孔洞214，凹槽圆心处设置带有小凹槽螺纹槽215的小凹槽216。T形基座22如图7所示分为横向边和竖向边。横向边凹槽223内设置T形基座水准管221，且横向边设有可横向滑动的活动卡头222，活动卡头222和横向边用螺丝旋紧连接。T形基座22的竖向边与L形基座21短边相连，且L形基座21短边可在T形基座22上竖向滑动。L形基座21短边和T形基座22竖向边用螺丝23旋紧，即形成如图13所示的三维土压力盒固定基座2。
所述连接控件3包括如图10所示的接头盘31、多个小转杆32、多个接头弹簧33和多个卡杆34，其特征是：接头盘31底座设置螺纹311并同L形基座21长边上小凹槽216内的小凹槽螺纹槽215旋紧，接头盘31上固定四个小转杆32；四个弹簧33和四个卡杆34相连接，将带有卡杆的弹簧固定在接头杆123下端内壁上，如剖面图11所示，使四个卡杆34恰好分别穿过接头杆123下端的四个接头杆上小孔洞1232，插进L形基座21长边凹槽213内壁上的四个凹槽孔洞214内，即形成如图11所示的连接控件3。
本发明的三维土压力盒成套应用装置的实施方法，实施方法包括以下步骤：
1)将三维土压力盒4上的多根导线汇总为一根数据总线5，采用人工钻孔法在待测场地钻挖孔洞。
2)将三维土压力盒的成套应用装置，螺纹拧紧的伸缩导杆1、三维土压力盒固定基座2和连接控件3组装完毕。
3)调节三维土压力盒固定基座2中T形基座22横向边上的T形基座水准管221和螺纹拧紧的伸缩导杆1中按钮杆121上的按钮杆水准管1211，使它们两个管内的气泡均居中。若不居中则需进行调平。调平T形基座22横向上的T形基座水准管221时，当管内气泡在右侧，则轻微下压右侧活动卡头222；当管内气泡在左侧时，则轻微下压左侧活动卡头222，反复操作直至T形基座22横向上的T形基座水准管221内气泡居中。若按钮杆121上的按钮杆水准管1211内气泡不居中，轻微转动步骤2)所述的螺纹拧紧的伸缩导杆1中的按钮杆121，观察管内气泡的位置。当气泡在右侧时，向右下方转动按钮杆121；当气泡在左侧时，向左下方转动按钮杆121，反复调节直至按钮杆121上按钮杆水准管1211内的气泡居中。多次调节活动卡头222和按钮杆121，直至两者管内气泡均居中。
4)用步骤2)所述的螺纹拧紧的伸缩导杆1将已被固定基座2固定好的三维土压力盒4，放入步骤1)打好的孔洞内。
5)观察按钮杆121上的按钮杆水准管1211气泡是否居中，若不居中，则重复按照步骤3)进行操作，反复调节按钮杆121，直至管内气泡居中，即可保证三维土压力盒4准确的放置在一个平面上。
6)按下按钮杆121上的按钮13，使步骤2)所述三维土压力盒螺纹拧紧的伸缩导杆1下端的接头杆123与连接控件3与相分离，即可拔出螺纹拧紧的伸缩导杆1。
7)将数据总线5从孔洞中导出并于数据采集系统相连接，用土体将孔洞填充密实，由数据采集系统即可得6个应力值，依据式(1)计算待测土体内部应力状态，式(1)为：
式(1)中，σx、σy、σz、σxy、σyz、σzx为土体内部的三维应力状态；σ1、σ2、σ3、σ4、σ5、σ6为三维土压力盒测定的6个方向的应力读数即可得到待测土的内部应力值。
由以上说明可知，本发明填补了以往三维土压力盒放置及其实施方法的空白。在实施过程中，不仅具备实施效率快、方便操作和创新性，还可以确定三维土压力盒埋入深度并保证土压力盒放置在水平面上，为理论计算提供支撑。因而，在实际工程中，具有可推广的的重要意义。
Claims (1)
1.一种三维土压力盒成套应用装置的实施方法，该装置包括：螺纹拧紧的伸缩导杆(1)、三维土压力盒固定基座(2)和连接控件(3)、三维土压力盒(4)、数据总线(5)，螺纹拧紧的伸缩导杆(1)和三维土压力盒固定基座(2)之间通过连接控件(3)相连，三维土压力盒(4)的多根导线汇总为一根数据总线(5)；所述螺纹拧紧的伸缩导杆(1)包括内导杆(11)、外导杆(12)、按钮(13)、按钮保护帽(14)、钢丝(15)，将按钮(13)与按钮保护帽(14)间通过钢丝(15)相连，并通过钢丝(15)固定在内导杆(11)上，放入外导杆(12)内，形成螺纹拧紧的伸缩导杆(1)；
所述内导杆(11)包括有圆形垫板(111)、弹簧(112)、伸缩杆(113)，圆形垫板(111)下部设置螺纹槽(1111)并与弹簧(112)固定连接，伸缩杆(113)上端设置伸缩杆螺纹(1131)并与圆形垫板(111)的螺纹槽(1111)旋紧连接，伸缩杆(113)下端设置伸缩杆螺纹槽(1132)，伸缩杆(113)之间通过伸缩杆螺纹(1131)及伸缩杆螺纹槽(1132)旋紧，形成内导杆(11)；
所述外导杆(12)包括有按钮杆(121)、导杆保护杆(122)、接头杆(123)，导杆保护杆(122)上端设置螺纹(1221)，下端设置导杆保护杆螺纹槽(1222)，导杆保护杆(122)之间通过螺纹(1221)和导杆保护杆螺纹槽(1222)旋紧，按钮杆(121)上端外壁沿杆垂直方向设有按钮杆水准管(1211)，上端内壁设有按钮杆内壁支撑(1212)且设有按钮杆螺纹(1213)，按钮杆(121)下端设置按钮杆螺纹槽(1214)并与导杆保护杆(122)上端螺纹(1221)旋紧；接头杆(123)上端设置接头杆螺纹(1231)并与导杆保护杆下端导杆保护杆螺纹槽(1222)旋紧，接头杆(123)下端管壁上均匀设有四个接头杆上小孔洞(1232)，形成外导杆(12)；
按钮(13)通过钢丝(15)固定在内导杆(11)的圆形垫板(111)上，并置入外导杆(12)内固定在外导杆(12)内壁的按钮杆内壁支撑(1212)上，按钮保护帽(14)上带有按钮保护帽螺纹槽(141)，按钮杆(121)上端的按钮杆螺纹(1213)与按钮保护帽(14)的按钮保护帽螺纹槽(141)旋紧连接，即形成螺纹拧紧的伸缩导杆(1)；
所述三维土压力盒固定基座(2)，包括L形基座(21)、T形基座(22)、螺丝(23)、螺栓(24)和螺母(25)，所述L形基座(21)分为长边和短边，将L形基座短边向下，长边通过螺栓(24)和螺母(25)固定在三维土压力盒(4)顶部，L形基座的长边内设有凹槽(213)，凹槽内壁设有四个凹槽孔洞(214)，凹槽圆心处设置带有小凹槽螺纹槽(215)的小凹槽(216)；
T形基座(22)分为横向边和竖向边，横向边上设有可横向滑动的活动卡头(222)，且横向边上设有凹槽(223)，内置有T形基座水准管(221)，可横向滑动的活动卡头(222)与T形基座(22)的横向边可用螺丝(23)旋紧相连；T形基座(22)的竖向边与L形基座(21)短边相连，且L形基座(21)短边能够在T形基座(22)上竖向滑动，L形基座(21)短边和T形基座(22)竖向边通过螺丝(23)旋紧，即形成三维土压力盒固定基座(2)；
所述连接控件(3)包括接头盘(31)、多个小转杆(32)、多个接头弹簧(33)和多个卡杆(34)，所述接头盘(31)底座设置螺纹(311)并与L形基座(21)长边上小凹槽(216)内的小凹槽螺纹槽(215)旋紧，接头盘(31)上固定有四个小转杆(32)，多个接头弹簧(33)和多个卡杆(34)相连接，并固定在接头杆(123)下端内壁上，使多个卡杆(34)分别穿过接头杆(123)下端对应的四个接头杆上小孔洞(1232)，插进L形基座(21)长边凹槽(213)内壁上的多个凹槽孔洞(214)内，即形成连接控件(3)；
通过连接控件(3)把螺纹拧紧的伸缩导杆(1)和固定基座(2)连接，即形成三维土压力盒的成套应用装置；
所述接头杆(123)下端均匀的多个接头杆上小孔洞(1232)和固定基座(2)中L形基座(21)长边凹槽(213)内壁的多个凹槽孔洞(214)截面尺寸一致，使连接控件(3)上的多个小转杆(32)穿过接头杆(123)下端的多个接头杆上小孔洞(1232)插入到L形基座(21)长边凹槽(213)内壁的多个凹槽孔洞(214)内；
实施方法包括以下步骤：
1)将三维土压力盒(4)上的多根导线汇总为一根数据总线(5)，并采用人工钻孔法在待测场地钻挖孔洞；
2)将三维土压力盒成套应用装置的螺纹拧紧的伸缩导杆(1)、三维土压力盒固定基座(2)和连接控件(3)组装完毕；
3)通过固定基座(2)将三维土压力盒(4)固定好，并通过连接控件(3)与螺纹拧紧的伸缩导杆(1)连接；
4)调节三维土压力盒固定基座(2)中T形基座(22)横向边上的T形基座水准管(221)和螺纹拧紧的伸缩导杆(1)中按钮杆(121)上的按钮杆水准管(1211)，使两个管内的气泡均居中，若不居中则需进行调平，调平T形基座(22)横向上的T形基座水准管(221)时，当管内气泡在右侧，则轻微下压右侧活动卡头(222)；当管内气泡在左侧时，则轻微下压左侧活动卡头(222)，反复操作直至T形基座(22)横向上的T形基座水准管(221)内气泡居中，若按钮杆(121)上的按钮杆水准管(1211)内气泡不居中，轻微转动步骤2)所述的螺纹拧紧的伸缩导杆(1)中的按钮杆(121)，观察管内气泡的位置，当气泡在右侧时，向右下方转动按钮杆(121)；当气泡在左侧时，向左下方转动按钮杆(121)，反复调节直至按钮杆(121)上按钮杆水准管(1211)内的气泡居中，多次调节活动卡头(222)和按钮杆(121)，直至两者管内气泡均居中；
5)用步骤2)所述的螺纹拧紧的伸缩导杆(1)将已被固定基座(2)固定的三维土压力盒(4)放入步骤1)打好的待测场地孔洞内；
6)往孔洞里先填入一部分土体，观察按钮杆(121)上的按钮杆水准管(1211)气泡是否居中，若不居中，则重复按照步骤3)进行操作，反复调节按钮杆(121)，直至管内气泡居中，即能够保证三维土压力盒准确的放置在一个平面上；
7)按下按钮杆(121)上的按钮(13)，使步骤2)所述三维土压力盒螺纹拧紧的伸缩导杆(1)下端的接头杆(123)与连接控件(3)相分离，即能够拔出螺纹拧紧的伸缩导杆(1)；
8)将数据总线(5)从孔洞中导出并与数据采集系统相连接，用土体将孔洞填充密实，由数据采集系统即能够得6个应力值，依据式(1)计算待测土体内部应力状态，式(1)为：
式(1)中，σx、σy、σz、σxy、σyz、σzx为土体内部的三维应力状态；σ1、σ2、σ3、σ4、σ5、σ6为三维土压力盒测定的6个方向的应力读数。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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