CN109580370A - 一种用于土工试验的测试装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

一种用于土工试验的测试装置及其使用方法，包括底座，底座上部设有护壁筒，底座与护壁筒之间嵌有环刀；环刀上方设有长活塞，长活塞上部套接有活塞套环，长活塞与活塞套环成为整体置于护壁筒内侧，长活塞上表面与水平支架连接；护壁筒上部通过螺纹杆与顶盘连接，位移百分表通过万向杆与螺纹杆固定，位移百分表垂直接触于水平支架；压力传感器固定在顶盘下表面，压力传感器下部与中盘接触，中盘通过杆固定在活塞套环上部。本发明能够根据试验需求，实现在同一台装置上依次开展膨胀试验、渗透试验与固结压缩试验，有效提升试验效率，节省时间。

Description

一种用于土工试验的测试装置及其使用方法

技术领域

本发明属于土工试验技术领域，特别涉及一种用于土工试验的测试装置及其使用方法。

背景技术

在工程领域中，膨胀性、渗透性、压缩性是土体的重要性能。通常，用膨胀力与膨胀变形来评价膨胀能力；用渗透系数的大小来评判渗透能力的强弱；用压缩模量与体积压缩系数等压缩性指标来表征土体压缩性。

然而，目前膨胀性、渗透性和压缩性指标都分别采用膨胀仪、渗透仪、固结仪测试获得，显然试验仪器占用空间大，操作步骤繁琐；而且试验试样不同，初始误差难以消除，导致试验结果重复性较差。

发明内容

鉴于背景技术所存在的技术问题，本发明所提供的一种用于土工试验的测试装置及其使用方法，能够根据试验需求，实现在同一台装置上依次开展膨胀试验、渗透试验与固结压缩试验，有效提升试验效率，节省时间。

为了解决上述技术问题，本发明采取了如下技术方案来实现：

一种用于土工试验的测试装置，包括底座，底座上部设有护壁筒，底座与护壁筒之间嵌有环刀；环刀上方设有长活塞，长活塞上部套接有活塞套环，长活塞与活塞套环成为整体置于护壁筒内侧，长活塞上表面与水平支架连接；护壁筒上部通过螺纹杆与顶盘连接，位移百分表通过万向杆与螺纹杆固定，位移百分表垂直接触于水平支架；压力传感器固定在顶盘下表面，压力传感器下部与中盘接触，中盘通过杆固定在活塞套环上部。

优选的方案中，所述的环刀为空心圆柱体，环刀内装有土体试样，土体试样和环刀作为一个整体嵌于底座与护壁筒之间，土体试样上下表面放有滤纸，滤纸与土体试样紧密贴合。

优选的方案中，所述所述长活塞底部为凹陷的空腔结构，所述长活塞底部空腔上表面设有多个环形水槽，环形水槽边缘位于护壁筒内壁设有放置密封圈或其他密封装置的凹槽。

优选的方案中，所述的所述底座上设有多个环形水槽，环形水槽中心和边缘处分别设有贯通孔。

优选的方案中，所述的装有土体试样的环刀上下面放有金属透水石，上面与下面的金属透水石尺寸大小不同，且上面的金属透水石置于长活塞底部的空腔内，下面的金属透水石置于底座的环形水槽上。

优选的方案中，所述长活塞内设有两个贯通孔，所述贯通孔贯穿于长活塞外壁和长活塞底部，形成进水口和排水口。

优选的方案中，所述的与水平支架接触的位移百分表为多块，且对称放置；多块位移百分表均垂直于水平支架，且精度为0.01mm。

优选的方案中，所述的压力传感器为重量传感器，量程为0-3t，精度为1kg。

优选的方案中，所述的底座下方设有立柱，底座两侧设有出水口和进水口；出水口和进水口分别与底座内所述的环形水槽中心和边缘处贯通孔连通。

优选的方案中，所述的环刀外周、长活塞下部及中部外周、活塞套环上部的外周均设有凹槽，凹槽内可装设密封圈或其它密封装置。

本专利可达到以下有益效果：

1、能够根据试验需求，实现在同一台装置上依次开展膨胀试验、渗透试验与固结压缩试验，有效提升试验效率，节省时间；

2、环形水槽增大了金属透水石与水接触的面积，提高了土体试样吸水速度；

3、底座和活塞套环可可拆卸连接，方便放取土体试样；

4、能够用同一个试样完成膨胀、渗透、固结试验，消除由于土体试样差异带来的初始误差，测试精度高；

5、能够有效地解决传统仪器中出现的绕渗等问题；

6、该装置占用空间小，节省试验空间；

7、环刀外周、长活塞下部及中部外周、活塞套环上部的外周均套有密封圈，保证本装置良好的密封性能；

8、对称放置的百分表，可直观并精确反应土体试样变形情况。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

图1为本发明解剖图；

图2为本发明顶盘俯视效果图；

图3 为本发明土体试样主视图；

图4 为本发明长活塞和活塞套环剖面图；

图5 为本发明底座结构图。

图中：螺纹杆1、配套螺帽2、顶盘3、压力传感器4、位移百分表5、万向杆6、中盘7、水平支架8、长活塞9、凹槽10、活塞套环11、护壁筒12、环形水槽13、金属透水石14、环刀15、土体试样16、底座17、立柱18、十字螺丝19。

具体实施方式

优选的方案如图1至图5所示，一种用于土工试验的测试装置，包括底座17，底座17上部设有护壁筒12，底座17与护壁筒12之间嵌有环刀15；环刀15上方设有长活塞9,长活塞9上部套接有活塞套环11，长活塞9与活塞套环11成为整体置于护壁筒12内侧，长活塞9上表面与水平支架8连接；

护壁筒12上部通过螺纹杆1与顶盘3连接，位移百分表5通过万向杆6与螺纹杆1固定，位移百分表5垂直接触于水平支架8；

压力传感器4固定在顶盘3下表面，压力传感器4下部与中盘7接触，中盘7通过杆固定在活塞套环11上部；

所述固定位移百分表5的万向杆6可根据实际需求调整位置；

所述中盘7顶部设有圆形槽，供压力传感器4紧密贴合。

优选的方案如图1和图3所示，环刀15为空心圆柱体，环刀15内装有土体试样16，土体试样16和环刀15作为一个整体嵌于底座17与护壁筒12之间，土体试样16上下表面放有滤纸，滤纸与土体试样16紧密贴合；

所述的土体试样16均匀地压入到环刀15中；

所述土体试样16最终呈圆饼状，尺寸为直径50mm，高10mm。

优选的方案如图3所示，所述所述长活塞9底部为凹陷的空腔结构，所述长活塞9底部空腔上表面设有多个环形水槽13，环形水槽13边缘位于护壁筒12内壁设有放置密封圈的凹槽10。

优选的方案如图1所示，所述所述底座17上设有多个环形水槽13，环形水槽13中心和边缘处分别设有贯通孔。

优选的方案如图1、图4和图5所示，所述装有土体试样16的环刀15上下面放有金属透水石14，上面与下面的金属透水石14尺寸大小不同，且上面的金属透水石14置于长活塞9底部的空腔内，下面的金属透水石14置于底座17的环形水槽上；长活塞9空腔内的金属透水石14小于底座17处的金属透水石14。

优选的方案如图1所示，所述长活塞9内设有两个贯通孔，所述贯通孔贯穿于长活塞9外壁和长活塞9底部，形成进水口和排水口。

优选的方案如图1所示，所述的与水平支架8接触的位移百分表5为多块，且对称放置；多块位移百分表5均垂直于水平支架8，且精度为0.01mm；所述压力传感器4为重量传感器，量程为0-3t，精度为1kg；

相较于常规方法测仅一点处的位移，防止位移值由于土体试样16各个部分压实不均匀导致的数据不具有代表性的情况发生；

进一步的，通过万向杆6与螺纹杆1连接，位移百分表5垂直放置在水平支架8上，可通过调整万向杆6调整百分表的位置，可根据不同试验需求进行组装与拆卸。

优选的方案如图1所示，底座17下方设有立柱18，底座17两侧设有出水口和进水口；出水口和进水口分别与底座17内所述的环形水槽13中心和边缘处贯通孔连通；

所述底座17下端处设有螺纹孔，供立柱18旋入螺纹孔以支撑整个装置；

所述底座17处的进水口和排水口，长活塞9处的进水口和排水口可根据需求及条件选择从下部或上部注水排气泡。

优选的方案如图1所示，所述环刀15外周、长活塞9下部及中部外周、活塞套环11上部的外周均设有凹槽10；凹槽10内可设置密封圈或其他密封装置，防止水渗漏或绕渗；

活塞套环11沿护筒12内侧活动下限不超过长活塞9中部的凹槽10，凹槽10装设的密封圈或密封装置起到了密封和限位作用。

优选的方案如图1所示，所述顶盘3与护壁筒12、中盘7与活塞套环11、长活塞9与水平支架8的内部均设有螺纹孔槽，供螺纹杆1旋入起到固定作用；根据不同位置的需求，螺纹杆1与配套螺帽2的尺寸大小不同；

所述压力传感器4与顶盘3、长活塞9上表面与水平支架8通过不同尺寸的十字螺丝19固定为一个整体。

所述长活塞9、护壁筒12、环刀15与底座17为不锈钢材质，耐腐蚀，且不易发生变形。

一种用于土工试验的测试装置的使用方法，包括如下步骤：

Step1:将涂有润滑脂的密封圈与金属透水石14放置于底座17的凹槽10位置，然后将装有土体试样16的环刀15嵌入底座17；土体试样16上下表面放有滤纸；

Step2:将涂有润滑脂密封圈与金属透水石14置于长活塞9空腔处，同时，长活塞9中部凹槽10、活塞套环11上部凹槽10与护壁筒12下方凹槽10套上密封圈，并将活塞套环11套在长活塞9上部；

Step3:环刀15上方嵌入护壁筒12中，旋转螺纹杆1与配套螺帽2将底座17与护壁筒12固定，同时将组装好的长活塞9与活塞套环11整体放入护壁筒12，沿护壁筒12内侧缓慢下滑，直至长活塞9与土体试样16上表面接触；

Step4:将压力传感器4与顶盘3、长活塞9上表面与水平支架8固定为整体；其中，压力传感器4用标准压力机校准；中盘7置于长活塞9上方，中盘7上部与压力传感器4接触，下部用螺纹杆1和配套螺帽2与活塞套环11固定；压力传感器4与顶盘3整体用螺纹杆1和配套螺帽2与护壁筒12固定；

Step4:按照上述步骤固定好后，可选择从上方即长活塞9处或下方即底座17处注水，以排出环形水槽13和金属透水石14内的气泡；

Step5:做固结压缩试验与膨胀变形试验时，位移百分表5垂直放置于水平支架8上，将其示数调为零或记录初始值；做膨胀力试验或渗透试验时，可将百分表5拆下；

Step6:将压力传感器4的另一端与智能数据信息采集器连接；待装置的所有零件都安装完成及气泡排出后，用压力控制器施加水压，水压值的大小视试验类型而定，开始缓慢注水，正式开展试验；

通过数据信息采集器实时记录数据；此外，做渗透试验时，需记录不同时刻渗出水的质量，依据达西定律计算渗透系数；做固结压缩试验与膨胀变形试验时，需记录不同时刻百分表5的数值；试验结束的标志为数据信息采集器膨胀力的数值或渗透系数或百分表5的数值达到一定值；

Step7:试验结束后，将信息采集器的数据导出，并对各项数据开始进行分析。

通过上述说明内容，本领域技术人员完全可以在不偏离本项发明技术思想范围内，进行多样变更以及修改都在本发明的保护范围之内，本发明的未尽事宜，属于本领域技术人员的公共常识。

上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于土工试验的测试装置，包括底座（17），其特征在于：底座（17）上部设有护壁筒（12），底座（17）与护壁筒（12）之间嵌有环刀（15）；环刀（15）上方设有长活塞（9）,长活塞（9）上部套接有活塞套环（11），长活塞（9）与活塞套环（11）成为整体置于护壁筒（12）内侧，长活塞（9）上表面与水平支架（8）连接；所述长活塞（9）底部为凹陷的空腔结构，所述长活塞（9）底部空腔上表面设有多个环形水槽（13），环形水槽（13）边缘位于护壁筒（12）内壁设有放置密封装置的凹槽（10）；

护壁筒（12）上部通过螺纹杆（1）与顶盘（3）连接，位移百分表（5）通过万向杆（6）与螺纹杆（1）固定，位移百分表（5）垂直接触于水平支架（8）；

压力传感器（4）固定在顶盘（3）下表面，压力传感器（4）下部与中盘（7）接触，中盘（7）通过杆固定在活塞套环（11）上部。

2.根据权利要求1所述的一种用于土工试验的测试装置，其特征在于：环刀（15）为空心圆柱体，环刀（15）内装有土体试样（16），土体试样（16）和环刀（15）作为一个整体嵌于底座（17）与护壁筒（12）之间，土体试样（16）上下表面放有滤纸，滤纸与土体试样（16）紧密贴合。

3.根据权利要求1所述的一种用于土工试验的测试装置，其特征在于：所述底座（17）上设有多个环形水槽（13），环形水槽（13）中心和边缘处分别设有贯通孔。

4.根据权利要求1、2或3所述的一种用于土工试验的测试装置，其特征在于：所述装有土体试样（16）的环刀（15）上下面放有金属透水石（14），且上面的金属透水石（14）置于长活塞（9）底部的空腔内，下面的金属透水石（14）置于底座（17）的环形水槽上。

5.根据权利要求1所述的一种用于土工试验的测试装置，其特征在于：所述长活塞（9）内设有两个贯通孔，所述贯通孔贯穿于长活塞（9）外壁和长活塞（9）底部，形成进水口和排水口。

6.根据权利要求1所述的一种用于土工试验的测试装置，其特征在于：所述的与水平支架（8）接触的位移百分表（5）为多块，且对称放置；多块位移百分表（5）均垂直于水平支架（8）；所述压力传感器（4）为重量传感器。

7.根据权利要求1或3所述的一种用于土工试验的测试装置，其特征在于：底座（17）下方设有立柱（18），底座（17）两侧设有出水口和进水口；出水口和进水口分别与底座（17）内所述的环形水槽（13）中心和边缘处贯通孔连通。

8.根据权利要求1、2或3所述的一种用于土工试验的测试装置，其特征在于：所述环刀（15）外周、长活塞（9）下部及中部外周、活塞套环（11）上部的外周均设有凹槽（10）。

9.根据权利要求1~8任一项所述的一种用于土工试验的测试装置的使用方法，包括如下步骤：

Step1:将涂有润滑脂的密封圈与金属透水石（14）放置于底座（17）的凹槽（10）位置，然后将装有土体试样（16）的环刀（15）嵌入底座（17）；土体试样（16）上下表面放有滤纸；

Step2:将涂有润滑脂密封圈与金属透水石（14）置于长活塞（9）底部空腔处，同时，长活塞（9）中部凹槽（10）、活塞套环（11）上部凹槽（10）与护壁筒（12）下方凹槽（10）套上密封圈，并将活塞套环（11）套在长活塞（9）上部；

Step3:环刀（15）上方嵌入护壁筒（12）中，旋转螺纹杆（1）与配套螺帽（2）将底座（17）与护壁筒（12）固定，同时将组装好的长活塞（9）与活塞套环（11）整体放入护壁筒（12），沿护壁筒（12）内侧缓慢下滑，直至长活塞（9）与土体试样（16）上表面接触；

Step4:将压力传感器（4）与顶盘（3），长活塞（9）上表面与水平支架（8）固定为整体；其中，压力传感器（4）使用前校准；中盘（7）置于长活塞（9）上方，中盘（7）上部与压力传感器（4）接触，下部用螺纹杆（1）和配套螺帽（2）与活塞套环（11）固定；压力传感器（4）与顶盘（3）整体用螺纹杆（1）和配套螺帽（2）与护壁筒（12）固定；

Step4:按照上述步骤固定好后，可选择从上方即长活塞（9）处或下方即底座（17）处注水，以排出环形水槽（13）和金属透水石（14）内的气泡；

Step5:做固结压缩试验与膨胀变形试验时，位移百分表（5）垂直放置于水平支架（8）上，将其示数调为零或记录初始值；做膨胀力试验或渗透试验时，可将百分表（5）拆下；

Step6:将压力传感器（4）的另一端与智能数据信息采集器连接；待装置的所有零件都安装完成及气泡排出后，用压力控制器施加水压，水压值的大小视试验类型而定，开始缓慢注水，正式开展试验；

通过数据信息采集器实时记录数据；此外，做渗透试验时，需记录不同时刻渗出水的质量，依据达西定律计算渗透系数；

做固结压缩试验与膨胀变形试验时，需记录不同时刻百分表（5）的数值；试验结束的标志为数据信息采集器膨胀力的数值或渗透系数或百分表（5）的数值达到一定值；

Step7:试验结束后，将信息采集器的数据导出，并对各项数据开始进行分析。