CN110765628A - 一种室内贯入多用测试系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种室内贯入多用测试系统及方法，其属于土木工程技术领域。室内贯入多用测试系统包括支撑架、盛样器、贯入组件、反力加载机构、驱动机构以及提升机构。反力加载机构用于向试样加载固结力，驱动机构用于带动贯入组件做竖直方向的匀速直线运动，提升机构用于提升并释放贯入组件以使贯入组件做自由落体运动；反力加载机构、驱动机构及提升机构均与吊架可拆卸连接；贯入组件能够与驱动机构和提升机构选择性连接。室内贯入多用测试方法采用上述室内贯入多用测试系统，实现了试样固结、静力贯入和自由下落式贯入试验一体化。

Description

一种室内贯入多用测试系统及方法

技术领域

本发明涉及土木工程技术领域，尤其涉及一种室内贯入多用测试系统及方法。

背景技术

静力触探试验与自由下落式触探试验是获得土体物理力学性质的理想原位测试方法，在确定地基承载力、不排水抗剪强度等方面得到广泛应用。

现有的贯入装置往往只能进行单一性触探试验，即只能进行静力触探试验或只能进行自由下落式触探试验。当需要对自由下落式触探试验与静力触探试验进行比对时，现有的贯入装置不能满足在同一工作平台对自由下落式触探贯入与静力触探贯入的参数进行测量，使得静力触探贯入和自由下落式触探贯入的测量需使用不同的装置分开进行，试验复杂并且效率降低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种室内贯入多用测试系统及方法，以解决现有技术中存在的试样固结试验、自由下落式贯入试验与静力贯入试验不能采用同一测试装置进行的问题，实现试样固结、静力触探贯入及自由下落式触探贯入，从而为贯入技术的研究及参数标定提供一种便捷技术手段。

如上构思，本发明所采用的技术方案是：

一种室内贯入多用测试系统，包括：

支撑架，包括底座及吊架，所述底座设置于所述吊架的下端；

盛样器，设置于所述底座上，所述盛样器内设置有试样；

贯入组件，能够贯入所述试样中；

驱动机构，与所述吊架可拆卸连接，所述驱动机构被配置为带动所述贯入组件做竖直方向的匀速直线运动；

提升机构，与所述吊架可拆卸连接，所述提升机构被配置为提升并释放所述贯入组件，所述贯入组件能够做自由落体运动；

所述贯入组件能够与所述驱动机构和所述提升机构选择性地连接，以进行不同的试验；及

反力加载机构，所述反力加载机构与所述吊架可拆卸连接，所述反力加载机构被配置为向所述试样加载固结力。

进一步地，所述驱动机构包括：

电机，与所述吊架可拆卸连接；

传动机构，与所述电机的输出端连接，所述贯入组件与所述传动机构可拆卸连接，所述传动机构能够带动所述贯入组件做直线运动。

进一步地，所述传动机构为齿轮齿条机构。

进一步地，所述提升机构包括：

定向滑轮，与所述吊架转动连接；

拉绳，绕设于所述定向滑轮；

配重组件，与所述拉绳的一端连接，所述贯入组件与所述配重组件可拆卸连接，所述拉绳被配置为提升并释放所述配重组件；及

加速度传感器，设置于所述配重组件上。

进一步地，所述配重组件包括：

配重底座，与所述拉绳连接；

多个加载件，可拆卸设置于所述配重底座上。

进一步地，所述贯入组件包括探杆及探头，所述探杆的一端可拆卸连接于所述驱动机构或所述提升机构，所述探杆的另一端连接所述探头。

进一步地，还包括数据采集仪，所述提升机构及所述贯入组件均与所述数据采集仪电连接。

进一步地，所述反力加载机构包括：

施压件，位于所述试样的上方；

液压系统，与所述施压件连接，所述液压系统被配置为通过所述施压件向所述试样加载固结力。

一种室内贯入多用测试方法，采用上述的室内贯入多用测试系统，包括试样固结试验、静力贯入试验和自由下落式贯入试验；

进行所述试样固结试验时，包括：

将反力加载机构连接在吊架上，启动反力加载机构，使液压系统通过施压件向试样施加固结力；

进行所述静力贯入试验时，包括：

将驱动机构连接在吊架上，贯入组件与驱动机构连接；

启动驱动机构，使贯入组件匀速直线贯入试样中；

进行所述自由下落式贯入试验时，包括：

将提升机构连接在吊架上，贯入组件与提升机构连接；

操作提升机构，提升贯入组件至设定高度，释放贯入组件，使贯入组件做自由落体运动贯入试样中。

本发明的有益效果：

本发明提出了室内贯入多用测试系统，室内贯入多用测试系统包括支撑架、盛样器、贯入组件、反力加载机构、驱动机构以及提升机构。其中，反力加载机构、驱动机构及提升机构均与吊架可拆卸连接，方便拆卸机构以切换不同的试验；反力加载机构被配置为向试样加载固结力，驱动机构被配置为带动贯入组件做竖直方向的匀速直线运动，提升机构被配置为提升并释放贯入组件，贯入组件能够做自由落体运动。本发明提供了一种室内贯入多用测试方法，该方法采用上述室内贯入多用测试系统，实现了在同一平台上进行试样固结试验、静力贯入试验和自由下落式贯入试验，操作便捷，节省空间和成本。

附图说明

图1是本发明实施例提供的室内贯入多用测试系统在静力贯入试验时的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的室内贯入多用测试系统在自由下落式贯入试验时的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的室内贯入多用测试系统在试样固结试验时的结构示意图。

图中：

11、吊架；12、底座；

2、盛样器；

3、贯入组件；31、探头；32、探杆；

41、齿条；42、保护罩；

51、定向滑轮；52、拉绳；53、配重组件；

6、施压件；

7、支撑件。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定及限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定及限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一及第二特征直接接触，也可以包括第一及第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”及“上面”包括第一特征在第二特征正上方及斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”及“下面”包括第一特征在第二特征正下方及斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

参见图1至图3，本发明实施例提供一种室内贯入多用测试系统，实现了在同一平台上进行试样固结试验、静力贯入试验和自由下落式贯入试验，省时省力，节省空间和成本。室内贯入多用测试系统包括支撑架、盛样器2、贯入组件3、反力加载机构、驱动机构以及提升机构。下面一一进行详细介绍。

支撑架包括底座12及吊架11，底座12设置于吊架11的下端，用于支撑及稳固吊架11；盛样器2设置于底座12上，盛样器2内设置有试样；贯入组件3位于盛样器2的上方，能够贯入试样中；反力加载机构、驱动机构及提升机构均与吊架11可拆卸连接，进行试样固结试验时选择安装反力加载机构，进行自由下落式贯入试验时选择安装提升机构，进行静力贯入试验时选择安装驱动机构。其中，反力加载机构用于向试样加载固结力，驱动机构用于带动贯入组件3做竖直方向的直线运动，并优选为匀速直线运动；提升机构用于提升并释放贯入组件3，从而贯入组件3能够做自由落体运动，贯入组件3并能够与驱动机构和提升机构选择性地连接，以进行不同的试验，大大节省了时间、物力。

可选择地，室内贯入多用测试系统还包括支撑件7，支撑件7可拆卸设置于吊架11上，支撑件7在竖直方向的位置可调节，驱动机构能够设置于支撑件7上。在本实施例中，吊架11的形状为倒U型，吊架11的两侧对称设有螺纹孔，螺纹孔沿竖直方向间隔排列；支撑件7的个数优选为一，支撑件7的形状为平板，平板的两端设置有螺纹孔。连接吊架11与支撑件7时，平板两端的螺纹孔均与吊架11两侧的螺纹孔对接，通过螺钉实现支撑件7的固定，便于支撑件7的拆卸与组装，从而方便了驱动机构的放置，使得试样固结试验、自由下落式贯入试验与静力贯入试验的设备切换简单，提高了试验的效率。

贯入组件3包括探杆32及探头31，探杆32的一端可拆卸连接于驱动机构或提升机构，探杆32的另一端连接探头31。具体地，探头31内部设置有力传感器，探杆32的内部设置有中心孔，导线设置于中心孔内，导线连接力传感器实现采集数据的传输。

如图1所示，驱动机构包括电机和传动机构。传动机构与吊架11可拆卸连接，传动机构与电机的输出端连接，传动机构能够带动贯入组件3作直线运动。在本实施例中，吊架11上开设有螺纹孔，传动机构设置有与螺纹孔配合的螺钉以使传动机构与吊架11紧固连接。电机和传动机构设置于保护罩42内，保护罩42固定于支撑件7上，支撑件7两端的螺纹孔与吊架11的螺纹孔对接，通过螺钉进行紧固，实现了支撑件7的位置高度可调节，从而驱动机构的位置高度可以选择固定。室内贯入多用测试系统进行静力贯入试验时,驱动机构带动贯入组件3沿竖直方向做匀速直线运动实现静力触探贯入。

传动机构为齿轮齿条机构。齿轮齿条机构包括齿轮与齿条41，齿条41与贯入组件3连接，齿轮与齿条41相啮合以使齿轮的转动转变为齿条41的直线运动，进而带动贯入组件3做匀速直线运动。在本实施例中，保护罩42上下端开设有对称的开口，以使齿条41能够穿过开口并无障碍地进行竖直方向的直线运动。当然，也可选其他能够带动贯入组件3做匀速直线运动的传动机构，在此不作赘述。

进行静力贯入试验前，将电机固定设置在支撑件7上，电机的输出端连接齿轮，齿条41连接贯入组件3。在本实施例中，齿条41上设置有转换头，齿条41通过转换头连接贯入组件3。进行静力贯入试验时，启动电机，电机驱动齿轮匀速转动，齿轮绕自身轴线的旋转运动转变为推动齿条41沿竖直方向作直线运动，齿条41带动贯入组件3以优选为20mm/s的速度匀速贯入到试样中。

如图2所示，提升机构包括定向滑轮51、拉绳52和配重组件53。定向滑轮51与吊架11转动连接；拉绳52绕设于定向滑轮51；配重组件53与拉绳52的一端连接，贯入组件3与配重组件53连接，拉绳52用于提升并释放配重组件53；加速度传感器，设置于配重组件53上。进行自由下落式贯入试验前，将定滑轮安装在吊架11上，拉绳52绕设在定向滑轮51上，拉绳52的一端连接配重组件53，将配重组件53与贯入组件3连接；试验过程中，拉动拉绳52提升至设定高度，释放拉绳52，在重力作用下，贯入组件3做自由落体运动实现自由下落式触探贯入试样中，加速度传感器感应并记录贯入组件3运动过程中的加速度。

更具体地，配重组件53包括配重底座及多个加载件，多个加载件设置于配重底座上，加载件的个数可根据试验的需要相应的增加或减少。在本实施例中，加速度传感器设置在配重底座上，以节省设备的结构空间；加载件优选为圆盘，圆盘的结构简单、占用空间小且易于安装在配重底座上；圆盘的质量优选为4.4千克。使用的圆盘个数越多，贯入组件3获得的自由下落的速度越大，贯入位移也越大，故可以根据试验的需要添加或减少圆盘的个数。室内贯入多用测试系统进行自由下落式贯入试验时,提升机构提升并释放贯入组件3，使贯入组件3能够做自由落体运动并实现自由下落式贯入。

当然，除了上述提升机构外，还可以选择其他形式提升与释放贯入组件3，比如确定贯入组件3的下落高度后，将贯入组件3在此高度通过夹紧机构与吊架11锁紧，然后释放贯入组件3，也可实现贯入组件3的自由下落式贯入。

进行自由下落式贯入试验时，将拉绳52绕设于定向滑轮51，配重组件53连接拉绳52，贯入组件3连接配重组件53，拉动拉绳52的一端，使贯入组件3上升至设定高度，释放拉绳52，贯入阻件3自由下落并贯入试样中。

室内贯入多用测试系统还包括数据采集仪，数据采集仪通过导线与上述力传感器及上述加速度传感器进行电连接，从而使得采集的数据实现即时传输与处理。

如图3所示，反力加载机构包括施压件6与液压系统，施压件6位于试样的上方；液压系统与施压件6连接，液压系统通过施压件6向试样加载固结力。

在本实施例中，施压件6设置于支撑件7的底部，反力加载机构还包括真空泵，真空泵抽取试样内的气体使试样真空饱和。当试样为泥浆时，首先向盛样器2中填充高饱和含水的泥浆，然后将盛样器2的开口处密封，再用真空泵抽取泥浆内的气体，对泥浆进行真空饱和。当试样为砂土时，则可通过填充干砂然后不断使用真空泵抽气并充水来实现砂土饱和。

试样固结试验的过程中，通过施压件6向试样施加预定压力的荷载，并使试样在该荷载下排水固结，直到试样的沉降速率满足要求为止。试样固结试验完成后，可选择做静力贯入试验或自由下落式贯入试验。

本发明实施例还提供一种室内贯入多用测试方法，采用上述的室内贯入多用测试系统，包括试样固结试验、静力贯入试验和自由下落式贯入试验。

试样固结试验包括：将反力加载机构连接在吊架11上，启动反力加载机构，使液压系统通过施压件6向试样施加固结力。

静力贯入试验包括：将驱动机构连接在吊架11上，贯入组件3与驱动机构连接；启动驱动机构，使贯入组件3匀速直线贯入试样中。

自由下落式贯入试验包括：将提升机构连接在吊架11上，贯入组件3与提升机构连接，操作提升机构，提升贯入组件3至设定高度，释放贯入组件3，使贯入组件3做自由落体运动贯入试样中。

该室内贯入多用测试系统可以实现试样固结试验、自由下落式贯入试验和静力贯入试验，从而可以选择进行某一试验，也可同时进行多种试验，选择多元方便。在同一工作平台下，可实现试样固结试验、静力贯入试验与自由下落式贯入试验的统一结合。该室内贯入多用测试系统为静力贯入试验与自由下落式贯入试验的技术对比提供有效途径并且提高了试验的效率，从而为贯入技术的研究及参数标定提供一种便捷技术手段。

以上实施方式只是阐述了本发明的基本原理及特性，本发明不受上述实施方式限制，在不脱离本发明精神及范围的前提下，本发明还有各种变化及改变，这些变化及改变都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.一种室内贯入多用测试系统，其特征在于，包括：

支撑架，包括底座(12)及吊架(11)，所述底座(12)设置于所述吊架(11)的下端；

盛样器(2)，设置于所述底座(12)上，所述盛样器(2)内设置有试样；

贯入组件(3)，能够贯入所述试样中；

驱动机构，与所述吊架(11)可拆卸连接，所述驱动机构被配置为带动所述贯入组件(3)做竖直方向的匀速直线运动；

提升机构，与所述吊架(11)可拆卸连接，所述提升机构被配置为提升并释放所述贯入组件(3)，所述贯入组件(3)能够做自由落体运动；

所述贯入组件(3)能够与所述驱动机构和所述提升机构选择性地连接，以进行不同的试验；及

反力加载机构，所述反力加载机构与所述吊架(11)可拆卸连接，所述反力加载机构被配置为向所述试样加载固结力。

2.根据权利要求1所述的室内贯入多用测试系统，其特征在于，所述驱动机构包括：

电机，与所述吊架(11)可拆卸连接；

传动机构，与所述电机的输出端连接，所述贯入组件(3)与所述传动机构可拆卸连接，所述传动机构能够带动所述贯入组件(3)做直线运动。

3.根据权利要求2所述的室内贯入多用测试系统，其特征在于，所述传动机构为齿轮齿条机构。

4.根据权利要求1所述的室内贯入多用测试系统，其特征在于，所述提升机构包括：

定向滑轮(51)，与所述吊架(11)转动连接；

拉绳(52)，绕设于所述定向滑轮(51)；

配重组件(53)，与所述拉绳(52)的一端连接，所述贯入组件(3)与所述配重组件(53)可拆卸连接，所述拉绳(52)被配置为提升并释放所述配重组件(53)；及

加速度传感器，设置于所述配重组件(53)上。

5.根据权利要求4所述的室内贯入多用测试系统，其特征在于，所述配重组件(53)包括：

配重底座，与所述拉绳(52)连接；

多个加载件，可拆卸设置于所述配重底座上。

6.根据权利要求1所述的室内贯入多用测试系统，其特征在于，所述贯入组件(3)包括探杆(32)及探头(31)，所述探杆(32)的一端可拆卸连接于所述驱动机构或所述提升机构，所述探杆(32)的另一端连接所述探头(31)。

7.根据权利要求1所述的室内贯入多用测试系统，其特征在于，还包括数据采集仪，所述提升机构及所述贯入组件(3)均与所述数据采集仪电连接。

8.根据权利要求1所述的室内贯入多用测试系统，其特征在于，所述反力加载机构包括：

施压件(6)，位于所述试样的上方；

液压系统，与所述施压件(6)连接，所述液压系统被配置为通过所述施压件(6)向所述试样加载固结力。

9.一种室内贯入多用测试方法，其特征在于，采用如权利要求1-8中任一所述的室内贯入多用测试系统，包括试样固结试验、静力贯入试验和自由下落式贯入试验；

进行所述试样固结试验时，包括：

将反力加载机构连接在吊架(11)上，启动反力加载机构，使液压系统通过施压件(6)向试样施加固结力；

进行所述静力贯入试验时，包括：

将驱动机构连接在吊架(11)上，贯入组件(3)与驱动机构连接；

启动驱动机构，使贯入组件(3)匀速直线贯入试样中；

进行所述自由下落式贯入试验时，包括：

将提升机构连接在吊架(11)上，贯入组件(3)与提升机构连接；

操作提升机构，提升贯入组件(3)至设定高度，释放贯入组件(3)，使贯入组件(3)做自由落体运动贯入试样中。

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