CN109282920A - 一种气压式静止侧压力仪及其测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种气压式静止侧压力仪，包括静止侧压力仪容器、真空调压筒、加压底座，所述加压底座内设有压力腔，压力腔底部与空压机连接，压力腔内设有向下凹陷的压力膜，压力膜的上方设有活塞导杆，所述活塞导杆位于静止侧压力仪容器底部。采用气压式加压设备，可自动分级加荷，并可根据需要设置加压时间，比传统的人工砝码加荷更稳定，土样受力也均匀，提高了试验精度；采用真空调压筒通过手动调压阀调节容器内水体，有效地防止了气体进入容器受压室，保证了试验过程中密封受压室内水体积不变，保证了压力传导的准确性，提高了试验精度。

Description

一种气压式静止侧压力仪及其测试方法

技术领域

本发明涉及岩土工程测试领域，是用于室内土工试验的一种气压式静止侧压力仪。

背景技术

土的静止侧压力系数是土体在无侧向变形的条件下，侧向有效应力与轴向有效应力之比。静止侧压力系数是计算基坑和边坡稳定性的重要参数之一。室内土工试验通过测定土样在侧向和轴向排水条件下的轴向应力与侧向应力的关系，来确定土的静止侧压力系数。

室内土工试验测试土体静止侧压力系数采用的仪器主要有应力式和应变式两种静止侧压力仪，目前普遍采用的是应力式静止侧压力仪，其加压设备主要采用杠杆式。主要是将静止侧压力仪容器置于改良的固结仪加压框架中，通过人工添加砝码施加轴向压力。另外容器受压室内水体的排放，是通过在进水孔处连接针筒注射器，注入和抽出受压室的水体。传统的应力式静止侧压力仪存在以下缺点： 1、采用杠杆式固结仪施加分级荷载时，需要人工控制时间并搬运砝码，效率低；2、施加轴向压力时，由于土体压缩变形会导致杠杆失去平衡，为了使杠杆保持平衡，要经常人工调节杠杆，否则会使土样受力不准确；3、杠杆式固结仪使用时间长了，由于机械磨损，杠杆调平衡难度大；4、利用针筒注射器抽排受压室的水体时，由于针筒与进水孔连接处密封性差，很难防止气体进入静止侧压力容器受压室，因而影响受压室内水体积保持不变的要求，影响压力传导测试结果。5、仪器笨重，砝码配重多，不利于搬运和携带。总之传统的杠杆式固结仪进行静止侧压力系数试验时，不但消耗人力和占用空间，而且工作效率低，试验准确性低。鉴于以上原因，为满足试验技术要求，提高工作效率，克服杠杆式人工砝码加压试验准确性不够，以及采用针筒注射器调压时无法保证试验过程中，静止侧压力容器受压室内水体积不变的缺点，设计了本装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种气压式静止侧压力仪，既能满足试验时土样承受压力的稳定性和准确性，又能防止气体进入受压室，保证试验过程中密封受压室内水体积不变，提高压力传导的准确性和试验精度。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一种气压式静止侧压力仪，其特征在于所述种气压式静止侧压力仪包括：

静止侧压力仪容器，所述静止侧压力仪容器内设有用以放置试样的侧压力测试腔，所述侧压力腔的上方设置固定顶盖，所述侧压力测试腔的侧面设置受压室，受压室朝向侧压力测试腔的一侧设置侧压力膜，所述受压室与静止侧压力仪连通，所述侧压力测试腔底部设排水孔；

真空调压筒，所述真空调压筒一端为水端，另一端为气端，水端和气端之间设有活塞，所述真空调压筒的水端通过管道与侧压力测试腔相连，所述真空调压筒的气端与空压机连接，所述真空调压筒的气端设调压阀，用于调节真空调压筒内的气体压力；

加压底座，所述加压底座内设有压力腔，压力腔底部与空压机连接，压力腔内设有压力膜，压力膜的上方设有活塞导杆，所述活塞导杆位于静止侧压力仪容器底部。

进一步地，所述气压式静止侧压力仪还包括操作台，所述加压底座位于操作台上，加压底座上设有固定架，静止侧压力仪容器位于固定架内，侧压力腔上方的固定顶盖固定于固定架上，所述固定架上还设有位移传感器，所述位移传感器与静止侧压力仪容器相连，用于测量试样的压缩量。

进一步地，所述操作台上设有若干个加压底座，每个加压底座对应一个静止侧压力仪容器。

进一步地，所述操作台为柜式操作台，空压机设置于柜式操作台内，调压阀设置于柜式操作台的台面上。

进一步地，空压机通过气管通过气源电磁阀分别与压力底座和真空调压筒连接，所述操作台上设有用于控制空压机输出气压大小的加压控制装置。

本发明的另一目的在于提供一种气压式静止侧压力仪的测试方法，既能满足试验时土样承受压力的稳定性和准确性，又能防止气体进入受压室，保证试验过程中密封受压室内水体积不变，提高压力传导的准确性和试验精度。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种气压式静止侧压力仪的测试方法，其特征在于所述测试方法包括以下步骤：

A、打开进水口阀门，利用真空调节筒的调压阀将真空调节筒内的气压调小，将静止侧压力仪容器内密封受压室内水体抽出后，使侧压力膜张开装入试样；

B、将真空调节筒内的气压调大，抽出的水体通过真空调压筒注入密封受压室内，使试样与侧压力膜紧密贴合，关闭进水口阀门开始试验；

C、通过加压控制装置调节空压机的加压载荷和加压时间；

D、空压机向加压底座内充气时使压力膜受力鼓起，推动活塞导杆向上移动，并带动静止侧压力仪容器及其内部的试样一起向上移动，静止侧压力仪容器中的试样受到固定顶盖对其产生的向下的压力；

E、试样的静止侧压力通过侧压力膜及受压室内的水体传递给与之相连的静止侧压力仪，由静止侧压力仪测试静止侧压力。

本发明设置的加压控制装置，采用气压式加压设备，可实现分级加荷，并可根据需要设置加压时间，比传统的人工砝码加荷更稳定，土样受力也均匀，提高了试验精度；采用真空调压筒通过手动调压阀调节容器内水体，有效地防止了气体进入容器受压室，保证了试验过程中密封受压室内水体积不变，保证了压力传导的准确性，提高了试验精度；同时该装置可进行多个试样的试验，节约了人力，提高了工作效率和试验精度。另外采用柜式操作台占地面积小，搬运方便，操作简单。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为静止侧压力容器与真空调压筒连接示意图。

图3为自动加压及真空调压装置气源连接示意图。

图中包括：1-固定架； 2-位移传感器； 3-静止侧压力仪容器；4-加压底座；5-气源电磁阀；6-加压控制装置；7-调压阀；8-空压机；9-柜式操作台；10-真空调压筒；11-压力膜；12-固定顶盖；13-侧压力膜，14-排水孔，15-静止侧压力仪，16-进水口阀门,17-试样。

具体实施方式

下面根据本发明的附图和具体实施例对发明进行具体描述。

如图1所示，一种气压式静止侧压力仪，包括柜式操作台9，柜式操作台9内安装有空压机8，柜式操作台9的操作面板上安装有气源电磁阀5，加压控制装置6，和调压阀7，柜式操作台9的顶部设有加压底座4及与其配合的活塞导杆，加压底座4上设固定架1，固定架1内设有静止侧压力仪容器3，活塞导杆位于静止侧压力仪容器3的底部，固定架顶部安装有与静止侧压力仪容器3相连的位移传感器2。

图2所示为静止侧压力容器与真空调压筒连接示意图。静止侧压力仪容器3内设有用以放置试样的侧压力测试腔，所述侧压力腔的上方设置固定顶盖12，所述固定顶盖12固定在固定架1上，可与静止侧压力仪容器形成相对移动；所述侧压力测试腔的侧面设置受压室，受压室朝向侧压力测试腔的一侧设置侧压力膜13，所述受压室设有开口，开口处设有进水口阀门16，所述开口通过管道与静止侧压力仪15连通，所述侧压力测试腔底部设排水孔14。

真空调压筒10一端为水端，另一端为气端，水端和气端之间设有活塞，所述真空调压筒的水端通过管道与静止侧压力仪容器3内的侧压力测试腔相连，所述真空调压筒的气端与空压机连接，所述真空调压筒的气端与调压阀7相连，通过该调压阀7可调节真空调压筒内的气体压力。

图3为自动加压及真空调压装置气源连接示意图。如图所示，该实施例中设有四个加压底座4，每一加压底座4内均设有压力腔，压力腔底部通过气管与空压机8连接，压力腔内设有向下凹陷的U型压力膜11，压力膜11的上方设有活塞导杆，所述活塞导杆位于静止侧压力仪容器底部。

空压机通过三通阀分别与两路气管连通，每路气管又分别通过气源电磁阀与两个加压底座和一个真空调压筒的气端连接，通过气源电磁阀的开闭，可实现空压机和加压底座及真空调压筒之间的连通或切换。在该实施例中，每路气管对应一个静止侧压力仪容器，即每个静止侧压力仪容器底部均设有两个加压底座及其对应的活塞导杆。且每个静止侧压力仪容器均设有一个真空调压筒，以保证试样与侧压力膜13紧密贴合。

开始试验时，打开进水口阀门16，利用真空调节筒的调压阀将真空调节筒内的气压调小，将静止侧压力仪容器内密封受压室内水体抽出后，使侧压力膜13张开装入试样17。然后再将真空调节筒内的气压调大，抽出的水体通过真空调压筒10注入密封受压室内，使试样与侧压力膜13紧密贴合，关闭进水口阀门16开始试验。这种方式可有效防止气体进入受压室。保证试验过程中密封受压室内水体积不变，提高压力传导的准确性和试验精度。

加压气源是用静音空压机提供，加压底座内充气时使压力膜11受力鼓起，推动活塞导杆向上移动，并带动静止侧压力仪容器及其内部的试样17一起向上移动，而由于侧压力腔上方的固定顶盖12是固定在固定架上的，因此静止侧压力仪容器中的试样受到固定顶盖12对其产生的向下的压力。试样的静止侧压力通过侧压力膜及受压室内的水体传递给与之相连的静止侧压力仪，由静止侧压力仪测试静止侧压力。

加压范围为10 kPa～800 kPa，精度根据(GB/T50123-1999)《土工试验方法标准》要求为1% kPa。分级加压时间间隔可根据土的固结稳定时间任意设定。调压装置是每个试验容器加压和卸压的控制开关。考虑不同性质的土样固结稳定时间不同，在每个试验容器上都安装了气源电磁阀，可以根据土性分别进行加荷试验。

本发明可自动控制加压荷载，且分级加荷也可自动进行，既能满足试验时土样承受压力的稳定性和准确性，又能防止气体进入受压室，保证试验过程中密封受压室内水体积不变，提高压力传导的准确性和试验精度。而且每台容器加压分别控制，可以同时进行多个试样的试验，大大提高了工作效率。

Claims (6)

1.一种气压式静止侧压力仪，其特征在于所述种气压式静止侧压力仪包括：

静止侧压力仪容器，所述静止侧压力仪容器内设有用以放置试样的侧压力测试腔，所述侧压力腔的上方设置固定顶盖，所述侧压力测试腔的侧面设置受压室，受压室朝向侧压力测试腔的一侧设置侧压力膜，所述受压室与静止侧压力仪连通，所述侧压力测试腔底部设排水孔；

真空调压筒，所述真空调压筒一端为水端，另一端为气端，水端和气端之间设有活塞，所述真空调压筒的水端通过管道与侧压力测试腔相连，所述真空调压筒的气端与空压机连接，所述真空调压筒的气端设调压阀，用于调节真空调压筒内的气体压力；

加压底座，所述加压底座内设有压力腔，压力腔底部与空压机连接，压力腔内设有压力膜，压力膜的上方设有活塞导杆，所述活塞导杆位于静止侧压力仪容器底部。

2.如权利要求1所述的一种气压式静止侧压力仪，其特征在于，所述气压式静止侧压力仪还包括操作台，所述加压底座位于操作台上，加压底座上设有固定架，静止侧压力仪容器位于固定架内，侧压力腔上方的固定顶盖固定于固定架上，所述固定架上还设有位移传感器，所述位移传感器与静止侧压力仪容器相连，用于测量试样的压缩量。

3.如权利要求2所述的一种气压式静止侧压力仪，其特征在于，所述操作台上设有若干个加压底座，每个加压底座对应一个静止侧压力仪容器。

4.如权利要求2所述的一种气压式静止侧压力仪，其特征在于，所述操作台为柜式操作台，空压机设置于柜式操作台内，调压阀设置于柜式操作台的台面上。

5.如权利要求2所述的一种气压式静止侧压力仪，其特征在于，空压机通过气管通过气源电磁阀分别与压力底座和真空调压筒连接，所述操作台上设有用于控制空压机输出气压大小的加压控制装置。

6.一种气压式静止侧压力仪的测试方法，其特征在于所述测试方法包括以下步骤：

A、打开进水口阀门，利用真空调节筒的调压阀将真空调节筒内的气压调小，将静止侧压力仪容器内密封受压室内水体抽出后，使侧压力膜张开装入试样；

B、将真空调节筒内的气压调大，抽出的水体通过真空调压筒注入密封受压室内，使试样与侧压力膜紧密贴合，关闭进水口阀门开始试验；

C、通过加压控制装置调节空压机的加压载荷和加压时间；

D、空压机向加压底座内充气时使压力膜受力鼓起，推动活塞导杆向上移动，并带动静止侧压力仪容器及其内部的试样一起向上移动，静止侧压力仪容器中的试样受到固定顶盖对其产生的向下的压力；

E、试样的静止侧压力通过侧压力膜及受压室内的水体传递给与之相连的静止侧压力仪，由静止侧压力仪测试静止侧压力。