CN109881656B - 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
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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