CN109881656A - 一种考虑温度效应下的旁压试验方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种考虑温度效应下的旁压试验方法，使用旁压仪和圆筒，圆筒具有加热功能，设计要点在于：第一，圆筒的加热丝开始加热，待圆筒到达预定温度后，再将其加将圆筒压入现场的土中；第二，圆筒压入土体后，继续对土体进行加热，土体加热一段时间；第三，在圆筒的中心进行钻孔，然后将旁压仪的旁压器置入孔中，通过温度传感器测量得到试验土体的温度T；第四，进行旁压加载试验，得到T温度下的P‑V曲线。采用本发明的一种旁压试验方法，能够进行土体在不同温度下的旁压试验，以满足科研与工程上的需求。

Description

一种考虑温度效应下的旁压试验方法
技术领域
本发明专利涉及地基原位测试领域，特别涉及一种考虑温度效应下的旁压试验方法。
背景技术
1967年，Passwell提出了热固结的概念，其针对土体进行了恒定荷载条件下的加热试验，发现土体体积随时间的压缩变化曲线形状类似于标准固结试验曲线。1968年，Campanella在各向等压固结条件下进行了不同温度下的固结试验，对热效应所产生的孔隙水压等进行了研究。1990年，Hueckel等对不同超固结状态的粘性土进行了不同温度条件和温度、荷载循环三轴固结试验。如上所述，温度对土体的性质有较大的影响；因此，工程界与学术界对于土体温度的影响研究都逐渐重视。
而从目前的研究来看，针对土体受温度影响的室内试验以及相关的仪器开发，已经较为成熟。
然而，上述室内试验的优势在于，可以针对土体在不同温度路径下进行了研究。但是，由于其需要取土，对土的扰动较大；因此，室内试验的结果相比较于原位试验较差。
但是，针对土体受温度影响的原位测试仪器在国内外还未见报道。
本发明针对的工程问题：
对于核电站地基、或者大型锅炉地基、供热管道地基等而言，其在施工前与施工后，土体的温度相差较大，因此，施工前所做的原位测试得到的参数，与施工后的实际情形相差较大。为此，研发一种针对上述结构下的地基的原位测试仪器就显得重要。
发明内容
本发明的目的是提供一种旁压试验方法，以研究不同温度下土体的原位测试结果。
一种旁压试验方法，包括以下步骤：
第一，圆筒的加热丝开始加热，待圆筒到达预定温度后，再将其加将圆筒压入土中；
第二，圆筒压入土体后，继续对土体进行加热，土体加热一段时间；
第三，在圆筒的中心进行钻孔，然后将旁压仪的旁压器置入孔中，通过温度传感器测量得到试验土体的温度T；
第四，进行旁压加载试验，得到T温度下的P-V曲线。
进一步，圆筒压入采用静压的方式。
进一步，圆筒的直径为1000mm-1500mm之间。
进一步，所述的旁压仪包括：监测装置、高压气瓶、旁压器组成；旁压器包括：圆形金属骨架和包在金属骨架在外的橡皮膜；
圆筒从外到内依次包括：外侧的绝热层、包裹在加热丝外侧的绝缘层、加热丝、内侧金属层；所述绝缘层将加热丝包裹，在内侧金属层设置螺旋型的布线槽；加热丝布置在布线槽中；加热丝呈螺旋型布置。
进一步，在旁压器的金属骨架的上部延伸连接有环状结构，在环状结构的周向设置有温度传感器
进一步，旁压器置于土体的深度为圆筒的长度的1/3～2/3。
采用上述技术方案，与现有技术相比，优点包括以下几点。
第一，本发明首次提出了考虑温度效应的原位测试试验，具体而言，是在旁压试验中考虑土体温度的影响；本发明的目的也是满足科研与工程实际的需求；
第二，旁压器的直径大小一般在45mm；钻孔大小在50-60mm之间；在试验过程中，若要保持其在平面应变状态，圆筒2的直径应当保持在500-1200mm(孔直径的10倍-20倍以上可满足相关要求)；然而过大的话，圆筒2很难压入土体中；因此，其直径需要根据土质的情况综合选择；综合选择，一般采用1000-1500mm为优。
第三，圆筒2插入土体中，会对土体形成挤压效应，如何减少这种挤土效应对原位测试的影响；为了解决这一问题，首先圆筒2的直径要大；其次，采用先施工圆筒，然后在钻孔(放置旁压器)，这一施工顺序，将挤土效应对试验影响减小到最小。
第四，如何保持土体的温度场的统一；为了解决这一问题，首先采用圆筒的方式，圆筒对土体的加热可以保持辐射源保持均匀分布；其次，旁压仪要测量的土层深度在圆筒的长度的1/3～2/3之间较佳(避免上下土层温度差异过大)；最后，加热要保证一定的时间。
第五，圆筒2插入土体后，再进行加热，是容易想到的做法，但是，这种做法存在较大的弊端：圆筒2插入土体后，其本身存在显著的热胀冷缩，圆筒2会对土体有较大的摩擦力，这一情形对土体的扰动较大(这点是该实验的重点)；因此，在试验时，在圆筒2首先进行加热，然后再将其压入土中。
附图说明：
图1：实施例一的旁压试验仪器的现场测试示意图。
图2：实施例一的圆筒2以及钻孔的水平俯视图。
图3：实施例一的圆筒的结构设计图。
图4：实施例一的旁压器的温度传感器的连接设计图。
具体实施方式
实施例一：在背景技术中提及的地基情况，其特点是：其基础下的土体的温度长期处于“高温”状态；因此，设计单位在设计时依据常温状态下的原位测试结果，其计算得到的结构物沉降结果、承载力计算结果与实际情况有较大的差异。
同时，不同的温度到底对土体的沉降、承载力计算结果，有何种影响，还缺乏数据的支持。
为了研究上述影响，提出了本发明的旁压试验仪器。
一种旁压试验仪器，包括：旁压仪1、圆筒2；
旁压仪1包括：监测装置1-1、高压气瓶1-2、旁压器1-3组成；旁压器包括：圆形金属骨架和包在金属骨架在外的橡皮膜；
圆筒2插入到土体中，圆筒2从外到内依次包括：外侧的绝热层2-1、包裹在加热丝外侧的绝缘层、加热丝2-2、内侧金属层2-3；所述绝缘层将加热丝2-2包裹，在内侧金属层2-3设置螺旋型的布线槽；加热丝2-2布置在布线槽中；加热丝2-2呈螺旋型布置。
对应的，在旁压器1-3的金属骨架的上部延伸连接有环状结构1-4，在环状结构1-4的周向设置有温度传感器1-5。
本发明的设计难点，在于如何进行原位测试；一方面是要保证对土体的扰动小；二是要圆筒的半径要大，使得旁压试验时基本符合平面应变条件；三是如何保证旁压试验的孔与圆筒2之间的位置关系。
第一，旁压器的直径大小一般在45mm；钻孔大小在50-60mm之间；在试验过程中，若要保持其在平面应变状态，圆筒2的直径应当保持在500-1200mm(孔直径的10倍-20倍以上可满足相关要求)；然而过大的话，圆筒2很难压入土体中；因此，其直径需要根据土质的情况综合选择；
第二，圆筒2插入土体中，会对土体形成挤压效应，如何减少这种挤土效应对原位测试的影响；为了解决这一问题，首先圆筒2的直径要大；其次，采用先施工圆筒，然后在钻孔(放置旁压器)，这一施工顺序，将挤土效应对试验影响减小到最小。
第三，如何保持土体的温度场的统一；为了解决这一问题，首先采用圆筒的方式，圆筒对土体的加热可以保持辐射源保持均匀分布；其次，旁压仪要测量的土层深度在圆筒的长度的1/3～2/3之间较佳(避免上下土层温度差异过大)；最后，加热要保证一定的时间。
第四，圆筒2插入土体后，再进行加热，是容易想到的做法，但是，这种做法存在较大的弊端：圆筒2插入土体后，其本身存在显著的热胀冷缩，圆筒2会对土体有较大的摩擦力，这一情形对土体的扰动较大(这点是该实验的重点)；因此，在试验时，圆筒2首先进行加热，然后再将其压入土中。
一种旁压试验的试验方法，包括以下步骤：
第一，圆筒2的加热丝开始加热，待圆筒2到达预定温度后，再将其加将圆筒2压入土中；压入采用静压的方式(振动压入对土体的扰动过大)；
第二，圆筒压入土体后，继续对土体进行加热，土体加热一段时间(一般为1-7天)；
第三，在圆筒的中心进行钻孔，然后将旁压器1-3置入孔中，通过温度传感器测量得到试验土体的温度T；
第四，进行旁压加载试验，得到T温度下的P-V曲线，进而得到PfT、Pf0、EMT。
上述旁压试验得到的参数：如通过(PfT-Pf0)/F，可以确定土的承载力，其中F代表安全系数；
通过旁压模量，可以用来求得土体的压缩模量，进而能够用来计算土体在T温度下的变形值。
上述土体参数的应用，属于现有技术。
实施例一中，在工程现场选择多个场地，在场地上预先压入圆筒2；然后将圆筒2的
,以上已详细描述了本方面的较佳实施例，但应理解到，在阅读了本发明的上述讲授内容后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改。这些等价形式同样落入本申请所附权利要求书的保护范围中。

Claims (6)

1.一种考虑温度效应下的旁压试验方法，使用旁压仪和圆筒，圆筒具有加热功能，其特征在于，包括以下步骤：
第一，圆筒的加热丝开始加热，待圆筒到达预定温度后，再将其加将圆筒压入现场的土中；
第二，圆筒压入土体后，继续对土体进行加热，土体加热一段时间；
第三，在圆筒的中心进行钻孔，然后将旁压仪的旁压器置入孔中，通过温度传感器测量得到试验土体的温度T；
第四，进行旁压加载试验，得到T温度下的P-V曲线。
2.如权利要求1所述的旁压试验方法，其特征在于，圆筒压入采用静压的方式。
3.如权利要求1所述的旁压试验方法，其特征在于，圆筒的直径为1000mm-1500mm之间。
4.如权利要求1所述的旁压试验方法，其特征在于，所述的旁压仪包括：监测装置、高压气瓶、旁压器组成；旁压器包括：圆形金属骨架和包在金属骨架在外的橡皮膜；
圆筒从外到内依次包括：外侧的绝热层、包裹在加热丝外侧的绝缘层、加热丝、内侧金属层；所述绝缘层将加热丝包裹，在内侧金属层设置螺旋型的布线槽；加热丝布置在布线槽中；加热丝呈螺旋型布置。
5.如权利要求4所述的旁压试验方法，其特征在于，在旁压器的金属骨架的上部延伸连接有环状结构，在环状结构的周向设置有温度传感器。
6.如权利要求1所述的旁压试验方法，其特征在于，旁压器置于土体的深度为圆筒的长度的1/3～2/3。
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