CN110308263A - 一种粗粒土压缩试验压力室 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及粗粒土压缩试验领域，一种粗粒土压缩试验压力室，包括压力室外环、底板及上压头，底板安装在压力室外环下端，上压头安装在压力室外环上端，压力室外环内部安装有多个互相叠加的压力室内叠环，多个互相叠加的压力室内叠环间设有可压缩材料，压力室内叠环与压力室外环间设有润滑装置，底板、上压头与压力室内叠环内环面相匹配。本发明在整个压缩过程中压力室内叠环保证与粗粒土多部位同步压缩，同时在整个压缩过程中无粗粒土与压力室外环的相对摩擦力存在，最终实现了无摩擦力或较小摩擦力的粗粒土压缩实验过程。
Description
技术领域
本发明涉及粗粒土压缩试验领域，具体是指一种用于粗粒土无侧向变形条件压缩试验的压力室。
背景技术
粗粒土是碎石类土和砂土的总称，目前粗粒土压缩实验主要用于进行粗粒土长期流变试验、湿化变形试验等，以便计算粗粒土的单位沉降量、压缩系数、回弹指数、体积压缩关系、压缩模量、固结系数及先期固结压力等，这些指标在建筑领域如房屋、堤坝、道路建设中具有非常重要的意义。
目前粗粒土压缩实验主要采用筒体、压缩头、传感装置进行测量，但是在测量过程中，粗粒土与筒体内壁面存在摩擦力，因此现有的粗粒土压缩实验无法真正模拟无摩擦力的试验情况，进而导致粗粒土的单位沉降量、压缩系数、回弹指数、体积压缩关系、压缩模量、固结系数及先期固结压力存在一定的误差。
此外，针对侧向压力测量，如CN108593883A一种应变式侧向膨胀力测试装置及测量方法公开内容、CN201510565627.6膨胀土侧向膨胀力综合测试装置，现有针对粗粒土侧向压力测量均采用方形的模型箱、侧板及与侧板连接的压力传感器进行测量，由于粗粒土侧向压力是沿四周环形分布，而方形的模型箱在其四角处则存在了应力集中，侧板并无法完全接受膨胀土的侧向压力，导致粗粒土侧向压力测量值偏低。
因此，如何解决上述技术问题成为本领域技术人员努力的方向。
发明内容
基于以上问题，本发明提供了一种粗粒土压缩试验压力室。本发明可实现。
为解决以上技术问题，本发明采用的技术方案如下：
一种粗粒土压缩试验压力室，包括压力室外环、底板及上压头，底板安装在压力室外环下端，上压头安装在压力室外环上端，压力室外环内部安装有多个互相叠加的压力室内叠环，多个互相叠加的压力室内叠环间设有可压缩材料，压力室内叠环与压力室外环间设有润滑装置，底板、上压头与压力室内叠环内环面相匹配。
作为一种优选的方式，压力室内叠环截面为阶梯形，多个压力室内叠环通过阶梯面竖向叠加，可压缩材料填充于竖向叠加的压力室内叠环水平面接触处。
作为一种优选的方式，压力室内叠环截面为一个阶梯，阶梯形压力室内叠环的内外侧平面分别设有第一填充面及第二填充面，可压缩材料分别填充于第一填充面及第二填充面间，压力室内叠环外侧竖直面上还设有第一钢球安装环面，第一钢球安装环面上安装有钢球保持架，钢球保持架上安装有第一钢球，压力室内叠环阶梯面上设有第二钢球安装槽，第二钢球安装槽内安装有第二钢球。
作为一种优选的方式，可压缩性材料包括填充于第一填充面间的压缩块及填充于第二填充面间的橡胶块。
作为一种优选的方式，第一填充面间还安装有密封环，密封环包括密封环板，密封环板外环侧面设有定位侧板，压缩块为两个，分别设于定位侧板上下面。
作为一种优选的方式，压力室外环包括两个互相对接的半圆形筒体，两个互相对接筒体间连接有拉力传感器，压力室内叠环由至少两个弧段构件组成整圆。
作为一种优选的方式，底板下端安装有滑板，滑板上安装有至少四个滚动支撑座，滚动支撑座上安装有钢球，压力室外环下端接触在钢球上。
作为一种优选的方式，底板安装在基座上，底板上表面设有下透水板，下透水板上设有多个透水孔，底板上设有与透水孔相连通的下流通道。
作为一种优选的方式，基座底部安装有滑轮，上部安装有将压力室外环套在内部的饱和水槽，基座还设有下出水管。
作为一种优选的方式，上压头下表面安装有上透水板，上透水板上设有多个透水孔，上压头上设有与透水孔相连通的上流通道，上压头上还安装有上出水管，上出水管与上流通道连通。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明在整个压缩过程中压力室内叠环保证与粗粒土多部位同步压缩，同时在整个压缩过程中无粗粒土与压力室外环的相对摩擦力存在，最终实现了无摩擦力或较小摩擦力的粗粒土压缩实验过程；
(2)本发明压力室内叠环是多个弧段组成的，压力室外环为互相对接的半圆形筒体，粗粒土压缩实验侧向压力将直接依次通过、压力室内叠环传递给拉力传感器，最终获取拉力传感器承载实现筒形周向的侧向压力测量目的；
(3)本发明压力室内叠环通过阶梯型的多个阶梯面叠加，互相叠加的压力室内叠环组成的结构更加稳固，同时可压缩材料通过阶梯面填充，避免了可压缩材料被压缩后产生非竖向的变形导致整个压力室内叠环-可压缩性材料结构松散的情况；
(4)本发明压力室内叠环外侧竖直面上还设有第一钢球安装环面，第一钢球安装环面上安装有钢球保持架，钢球保持架上安装有第一钢球，通过钢球保持架及第一钢球结构可以大幅降低压力室内叠环与压力室外环间的摩擦力；
(5)本发明压力室内叠环阶梯面上设有第二钢球安装槽，第二钢球安装槽内安装有第二钢球，通过第二钢球安装槽及其内部的第二钢球可以降低压力室内叠环间的相对摩擦力，避免压力室内叠环间的相对摩擦力对粗粒土压缩试验带来影响；
(6)本发明第一填充面间还安装有密封环，密封环包括密封环板，密封环板外环侧面设有定位侧板，压缩块为两个，分别设于定位侧板上下面，通过密封环密封压力室内叠环的缝隙，避免粗粒土渗入压力室内叠环间的缝隙内部。
附图说明
图1为本发明的正视图。
图2为本发明的俯视图。
图3为图1中A的局部放大图。
图4为压力室内叠环的结构示意图。
图5为下透水板的结构示意图。
图6为上透水板的结构示意图。
图7为密封环的的结构示意图。
其中，1压力室外环，2压力室内叠环，201第一填充面，202第二填充面，203第一钢球安装环面，204第二钢球安装槽，3基座，4底板，401下透水板，402下流通道，5上压头， 501上透水板，502上流通道，6压缩块，7密封环，701定位侧板，702密封环板，8橡胶块， 9钢球保持架，10第一钢球，11第二钢球，12滚轮，13下出水管，14上出水管，15拉力传感器安装座，16拉力传感器，17滚动支撑座，18饱和水槽，19滑板。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明。本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。
实施例1：
参见图1～3，一种粗粒土压缩试验压力室，包括压力室外环1，压力室外环1主要目的在于形成压缩限制空间，其外形可以为圆形、方形或者三角形，一般的，为了便于压力室外环1加工同时避免方形或者三角形结构的应力集中现象，本实施例压力室外环1为圆形。底板4及上压头5分别安装在压力室外环1上下端，底板4主要目的在于形成压缩试验空间并限制底部，上压头5主要与驱动装置连接用于压缩，驱动装置可以采用液压或气压缸，也可以采用一般的电机、滚珠丝杠或齿轮齿条直线运动机构。
本实施例与现有技术的主要区别在于：压力室外环1内部安装有多个互相叠加的压力室内叠环2，压力室外环1主要作用为限制压力室内叠环2，压力室内叠环2的主要作用为形成竖向压缩空间，压力室内叠环2形状可以与压力室外环1相同，也可以不相同，如压力室外环1为圆形，压力室内叠环2形状为方形时，只要保证压力室内叠环2与压力室外环1具有接触并具有一定的限制作用即可，而底板4、上压头5与压力室内叠环2内环面相匹配以便于形成压缩空间。此外，在多个互相叠加的压力室内叠环2间增设可压缩材料，主要目的在于粗粒土压缩试验过程中，不同部位的垂直压缩量变化不同，因此在多个互相叠加的压力室内叠环2增设可压缩材料可保证压力室内叠环2随粗粒土压缩移动，使得压力室内叠环2与粗粒土间不会产生相对的摩擦力。同时，在压力室内叠环2与压力室外环1间增设润滑装置，由于压力室内叠环2随粗粒土压缩移动，压力室内叠环2与粗粒土间不产生摩擦力，此时再在压力室内叠环2与压力室外环1间增设润滑装置，降低或者完全消除压力室内叠环2与压力室外环1间的摩擦力，即可完全实现无摩擦力或较小摩擦力的粗粒土压缩实验过程。值得注意的是，可压缩材料可以采用软质金属或非金属材质的橡胶等，润滑装置可以采用润滑油润滑或钢珠润滑等常见的润滑方式。
工作过程：多个互相叠加的压力室内叠环2空间内加入粗粒土，底板4封住下部防止粗粒土泄露，然后上压头5向下压粗粒土，粗粒土在压缩过程中上部最先被压缩，进而上部的多个压力室内叠环2间的可压缩材料被压缩，同时上部的多个压力室内叠环2通过润滑装置相对于压力室外环1向下移动；压缩至一定时间后，粗粒土下部逐渐被压缩，下部的多个压力室内叠环2间的可压缩材料被压缩，同时下部的多个压力室内叠环2通过润滑装置相对于压力室外环1向下移动，由于可压缩性材料的存在，在整个压缩过程中压力室内叠环2保证与粗粒土多部位同步压缩，同时由于压力室内叠环2与压力室外环1间的润滑装置的存在，在整个压缩过程中无粗粒土与压力室外环1的相对摩擦力存在，最终实现无摩擦力或较小摩擦力的粗粒土压缩实验过程。
进一步的，为了避免互相叠加的压力室内叠环2相对移动，保证压力室内叠环2在压缩过程中具有一定的竖向移动限制，压力室内叠环2截面为阶梯形，多个压力室内叠环2通过阶梯面竖向叠加，可压缩材料填充于竖向叠加的压力室内叠环2水平面接触处。通过阶梯型的多个阶梯面叠加，互相叠加的压力室内叠环2组成的结构更加稳固，同时可压缩材料通过阶梯面填充，避免了可压缩材料被压缩后产生非竖向的变形导致整个压力室内叠环2-可压缩性材料的结构松散的情况。
进一步的，为了避免保证压力室内叠环2的叠加稳固性同时最大程度上简化其结构，参见图4，压力室内叠环2截面为一个阶梯，阶梯形压力室内叠环2的内外侧平面分别设有第一填充面201及第二填充面202，可压缩材料分别填充于第一填充面201及第二填充面202 间。截面为Z字形的压力室内叠环2在互相叠加后具有较好的稳固性，同时也避免了压力室内叠环2结构过于复杂增大其加工难度。此外，为了进一步降低压力室内叠环2与压力室外环1间的摩擦力，参见图3，压力室内叠环2外侧竖直面上还设有第一钢球安装环面203，第一钢球安装环面203上安装有钢球保持架9，钢球保持架9上安装有第一钢球10，通过钢球保持架9及第一钢球10结构可以大幅降低压力室内叠环2与压力室外环1间的摩擦力。此外，为了进一步降低压力室内叠环2竖直重合阶梯面间的摩擦力，参见图3，压力室内叠环2阶梯面上设有第二钢球安装槽204，第二钢球安装槽204内安装有第二钢球11，通过第二钢球安装槽204及其内部的第二钢球11可以降低压力室内叠环2间的相对摩擦力，避免压力室内叠环2间的相对摩擦力对粗粒土压缩试验带来影响。
进一步的，为了针对单个阶梯形的压力室内叠环2填充可压缩性材料，提高压力室内叠环2可压缩量及稳固性，可压缩性材料包括填充于第一填充面201间的压缩块6及填充于第二填充面202间的橡胶块8，压缩块6及橡胶块8均采用橡胶材质。
进一步的，为了保证叠加压力室内叠环2间的密封性，第一填充面201间还安装有密封环7，参见图7，密封环7包括密封环7板，密封环7板外环侧面设有定位侧板701，压缩块6为两个，分别设于定位侧板701上下面，通过密封环7密封压力室内叠环2的缝隙，避免粗粒土渗入压力室内叠环2间的缝隙内部。
进一步的，为了实现侧向压力测定，压力室外环1包括两个互相对接的半圆形筒体，两个互相对接筒体间连接有拉力传感器16，具体是将拉力传感器16两头分别安装在压力室外环1的拉力传感器安装座15上，具体安装方式参见图2，压力室内叠环2由多个弧段构件组成整圆，弧段构件可以为两个三个或更多个，本实施例弧段构件为两个。具体试验时，由于压力室内叠环2是多个弧段组成的，同时由于压力室外环1为互相对接的半圆形筒体，其侧向压力将直接依次通过压力室内叠环2、压力室外环1传递给拉力传感器16，最终获取拉力传感器16承载实现筒形周向的侧向压力测量目的。
进一步的，由于在侧向压力测定过程中压力室外环1将相对分离移动，为了避免压力室外环1底部摩擦力对侧向压力产生影响，底板4下端安装有滑板19，滑板19上安装有至少四个滚动支撑座17，滚动支撑座17上安装有钢球，压力室外环1下端接触在钢球上。通过钢球消除压力室外环1底部的滑动摩擦力，实现了更可靠的侧向压力测量目的。
进一步的，为了避免粗粒土下部积水对压缩试验造成影响，参见图1及图5，底板4安装在基座3上，底板4上表面设有下透水板401，下透水板401上设有多个透水孔，底板4 上设有与透水孔相连通的下流通道402。通过透水孔、下流通道402结构将压缩的多余水分导出，避免粗粒土下部积水对压缩试验造成影响。
进一步的，为了便于整体装置移动，基座3底部安装有滑轮，为了便于进行浸水试验，上部安装有将压力室外环1套在内部的饱和水槽18，基座3还设有下出水管13，向饱和水槽18加水后即可进行浸水试验，试验完成后可下出水管13排出剩余液体。
进一步的，为了避免粗粒土上部积水对压缩试验造成影响，上压头5下表面安装有上透水板501，上透水板501上设有多个透水孔，上压头5上设有与透水孔相连通的上流通道502，上压头5上还安装有上出水管14，上出水管14与上流通道502连通。通过透水孔、上流通道502、上出水管14结构将压缩的多余水分导出，避免粗粒土上部积水对压缩试验造成影响。
如上即为本发明的实施例。上述实施例以及实施例中的具体参数仅是为了清楚表述发明人的发明验证过程，并非用以限制本发明的专利保护范围，本发明的专利保护范围仍然以其权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种粗粒土压缩试验压力室，包括压力室外环(1)、底板(4)及上压头(5)，所述底板(4)安装在压力室外环(1)下端，所述上压头(5)安装在压力室外环(1)上端，其特征在于：所述压力室外环(1)内部安装有多个互相叠加的压力室内叠环(2)，多个互相叠加的所述压力室内叠环(2)间设有可压缩材料，所述压力室内叠环(2)与压力室外环(1)间设有润滑装置，所述底板(4)、上压头(5)与压力室内叠环(2)内环面相匹配。
2.根据权利要求1所述的一种粗粒土压缩试验压力室，其特征在于：所述压力室内叠环(2)截面为阶梯形，多个所述压力室内叠环(2)通过阶梯面竖向叠加，所述可压缩材料填充于竖向叠加的压力室内叠环(2)水平面接触处。
3.根据权利要求2所述的一种粗粒土压缩试验压力室，其特征在于：所述压力室内叠环(2)截面为一个阶梯，阶梯形所述压力室内叠环(2)的内外侧平面分别设有第一填充面(201)及第二填充面(202)，所述可压缩材料分别填充于第一填充面(201)及第二填充面(202)间，所述压力室内叠环(2)外侧竖直面上还设有第一钢球安装环面(203)，所述第一钢球安装环面(203)上安装有钢球保持架(9)，所述钢球保持架(9)上安装有第一钢球(10)，所述压力室内叠环(2)阶梯面上设有第二钢球安装槽(204)，所述第二钢球安装槽(204)内安装有第二钢球(11)。
4.根据权利要求3所述的一种粗粒土压缩试验压力室，其特征在于：所述可压缩性材料包括填充于第一填充面(201)间的压缩块(6)及填充于第二填充面(202)间的橡胶块(8)。
5.根据权利要求4所述的一种粗粒土压缩试验压力室，其特征在于：所述第一填充面(201)间还安装有密封环(7)，所述密封环(7)包括密封环(7)板，所述密封环(7)板外环侧面设有定位侧板(701)，所述压缩块(6)为两个，分别设于定位侧板(701)上下面。
6.根据权利要求1～5任一项所述的一种粗粒土压缩试验压力室，其特征在于：所述压力室外环(1)包括两个互相对接的半圆形筒体，两个互相对接所述筒体间连接有拉力传感器(16)，所述压力室内叠环(2)由至少两个弧段构件组成整圆。
7.根据权利要求6所述的一种粗粒土压缩试验压力室，其特征在于：所述底板(4)下端安装有滑板(19)，所述滑板(19)上安装有至少四个滚动支撑座(17)，所述滚动支撑座(17)上安装有钢球，所述压力室外环(1)下端接触在钢球上。
8.根据权利要求1～5任一项所述的一种粗粒土压缩试验压力室，其特征在于：所述底板(4)安装在基座(3)上，所述底板(4)上表面设有下透水板(401)，所述下透水板(401)上设有多个透水孔，所述底板(4)上设有与透水孔相连通的下流通道(402)。
9.根据权利要求8所述的一种粗粒土压缩试验压力室，其特征在于：所述基座(3)底部安装有滑轮，上部安装有将压力室外环(1)套在内部的饱和水槽(18)，所述基座(3)还设有下出水管(13)。
10.根据权利要求1～5任一项所述的一种粗粒土压缩试验压力室，其特征在于：所述上压头(5)下表面安装有上透水板(501)，所述上透水板(501)上设有多个透水孔，所述上压头(5)上设有与透水孔相连通的上流通道(502)，所述上压头(5)上还安装有上出水管(14)，所述上出水管(14)与上流通道(502)连通。
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