CN111458233B - 用于地基湿陷性评定的勘察装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及岩土工程技术领域，具体公开了用于地基湿陷性评定的勘察装置，包括主杆和环刀筒，环刀筒的内侧壁下部设有水分传感器和应力传感器；主杆内部设有第一腔体和第二腔体，第一腔体中设有若干第一伸缩缸，第一伸缩缸的输出端上设有隔板，主杆的外壁上设有第一水平槽，第一水平槽与第一腔体连通；第二腔体中设有第二伸缩缸，第二伸缩缸的输出端上设有透水板，主杆的外壁上设有第二水平槽，第二水平槽与第二腔体连通；主杆上设有进水接头，进水接头的下端设有第一出水管，第一腔体内设有第二出水管，第二出水管的下端延伸到环刀筒的内侧壁上。本发明意在提供一种通过模拟环刀取样和浸水试验的用于更加准确评定地基湿陷性的勘察装置。

Description

用于地基湿陷性评定的勘察装置
技术领域
本发明涉及岩土工程技术领域，具体公开了一种用于地基湿陷性评定的勘察装置。
背景技术
湿陷性黄土泛指饱和的结构不稳定的土层，在自重压力或自重压力与附加压力的作用下，受水浸湿后，土层结构迅速破坏，发生显著下沉的现象。在湿陷性黄土地区进行建设项目时，为防止地基失稳事故的发生，根据《湿陷性黄土地区建筑规范》，必须对土层进行湿陷性评价。
现有的湿陷性试验有现场试坑浸水试验、现场静载荷试验和室内压缩试验等等；以观测湿陷量、耗水量、浸湿范围、地面裂缝；同时计算压缩变形系数、湿陷变形系数、渗透溶滤变形系数、自重湿陷系数等指标。室内的土工试验需要探井取样，探井取样前为初步确定取样深度，有必要对土层进行预先、简单的湿陷性评价。
现有技术中，申请号为201210116539.4的专利公开了一种用于土层湿陷性判定的测试装置及其测试方法，该专利中存在土层下部注水量多、导致土层注水不均匀、检测误差过大的问题。申请号为201710081411.1的专利公开了一种岩土工程中路基湿陷性的勘探装置，该专利通过竖向设置多个出水孔的方式改善注水均匀情况。可以从上述两件专利的装置结构和使用方法中获知，两件专利均是模拟现场试坑浸水试验，在较小面积的局部土层中注入水，随着土层中的水分含量变高，土层强度迅速降低，达到临界含水量时，结构强度消失；上述两专利通过测定初始土层应力和临界含水量的应力来初步判断土层的湿陷性。上述方式存在一定的问题：现场试坑浸水试验面积非常大，圆坑直径一般大于10米，注水量也很高，这样情况下黄土土层才能充分浸水并发送下沉、地面裂缝等现象；而上述方式中，两种试验装置的注水量有限，土层耗水很快，想要达到临界含水量需注入大量水、且十分困难，同时周边土层对试验装置附近的土层会产生压力，最终检测到的压力值可能达不到预期。
发明内容
本发明意在提供一种通过模拟环刀取样和浸水试验的用于更加准确评定地基湿陷性的勘察装置。
为了达到上述目的，本发明的基础方案为：
用于地基湿陷性评定的勘察装置，其特征在于：包括主杆和设置在主杆周向上的若干环刀筒，所述环刀筒上下两端均开口，环刀筒的内侧壁下部设有水分传感器和应力传感器；主杆内部设有第一腔体和第二腔体，第一腔体中设有若干第一伸缩缸，第一伸缩缸的输出端上设有隔板，所述主杆的外壁上设有若干第一水平槽，第一水平槽与第一腔体连通，所述隔板滑动接触设置在第一水平槽中，隔板的下端面能够与环刀筒的上端面相抵；第二腔体中设有若干第二伸缩缸，第二伸缩缸的输出端上设有透水板，所述主杆的外壁上设有若干第二水平槽，第二水平槽与第二腔体连通，所述透水板滑动接触在第二水平槽中，透水板的上端能够与环刀筒的下端面相抵；所述主杆上设有进水接头，进水接头的下端设有第一出水管，所述第一腔体内设有第二出水管，第二出水管的下端延伸到环刀筒的内侧壁上，第二出水管与第一出水管连通。
可选地，所述透水板的外侧端设有刮片。
可选地，所述隔板上设有圆形的容纳槽，所述容纳槽中放置有载荷块。
可选地，所述环刀筒的上方固定设有上盖，上盖的外壁上设有供隔板穿过的第三水平槽。
可选地，所述主杆的上端两侧分别设有推杆。
可选地，所述上盖的上端设置有测量筒，测量筒与环刀筒连通，测量筒内竖直滑动接触有测量杆，测量杆上设有刻度，测量杆的底部设有能够吸引载荷块的磁铁。
可选地，所述隔板的外侧端上设有楔面，所述楔面能够与磁铁相抵。
可选地，所述第一伸缩缸和第二伸缩缸的输出端上均设有第一限位块，所述第一水平槽和第二水平槽内均设有第二限位块，第二限位块用于限制第一限位块的最大移动距离。
可选地，所述主杆内还竖直设有第三腔体，所述第三腔体与第一腔体和第二腔体均相互独立；所述主杆的下端面向内凹陷。
本方案的工作原理及有益效果在于：
1、本方案中使用了环刀筒隔板和透水板，环刀筒能够模拟环刀取样，隔板和透水板向环刀筒的方向移动时能够将环刀筒上方和下方的土壤全部刮去，保证环刀筒内的土壤量固定，避免周围土壤的影响，同时透水板具有透水的功能，注水后，水分能够从透水板中流出，模拟实验室试验。
2、本方案中设置有载荷块，载荷块能够给环刀筒内的土壤施加静载荷，以此简单地模拟室内压缩试验；勘察时，环刀筒取样完成后先通过水分传感器和应力传感器检测土壤水分含量和应力；然后再注水和施加静载荷，并实时监控土壤水分含量和应力变化，以此来判断土层的湿陷性。
3、为检测土壤向下湿陷的位移，可通过红外传感器和接收器来实现，但是本方案中的环刀筒结构较小，安装红外传感器十分不便，所以本方案中设置了测量筒和测量杆，当载荷块与测量杆的磁铁接触时，测量杆与载荷块固定在一起，当载荷块随着土壤向下沉陷时，载荷块能带动测量杆向下移动，以简单地检测土壤沉陷的位移。隔板上设有楔面，当磁铁与隔板相抵时，磁铁在楔面的作用下会向下移动。
4、本方案中设有第一限位块和第二限位块，两者能够限制第一伸缩缸和第二伸缩缸的最大伸出距离。
5、本方案中设置有独立的第三腔体，当主杆向下移动时，土壤能够进入第三腔体，避免土壤向周围移动而挤压其余土壤，避免扰动土样。
附图说明
图1为实施例的结构示意图；
图2为图1的仰视视向的结构示意图；
图3为主杆内部的部分结构示意图；
图4为图3中A处的放大图；
图5为环刀筒和主杆的部分结构剖视图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式进一步详细说明：
说明书附图中的附图标记包括：主杆1、线缆管2、进水接头3、推杆4、环刀筒5、上盖6、控制面板7、第三水平槽8、第二水平槽9、第三腔体10、第四腔体11、电源12、第一伸缩缸13、第一限位块14、第二限位块15、隔板16、载荷块17、第一腔体18、第一出水管19、第二出水管20、第一水平槽21、出线孔22、测量筒23、测量杆24、第二腔体25、第二伸缩缸26、刮片27、透水板28、磁铁29、水分传感器30、应力传感器31。
实施例
本实施例基本如图1-图4所示：
用于地基湿陷性评定的勘察装置，包括主杆1和设置在主杆1周向上的若干环刀筒5。
主杆1呈圆柱状，主杆1的上端两侧固定设有推杆4，主杆1内设有第一腔体18、第二腔体25和第三腔体10，主杆1的下端面向内凹陷。第一腔体18中固定设有三个第一伸缩缸13，第一伸缩缸13的输出端上固定设有第一限位块14。第一伸缩缸13的输出端上固定设有隔板16，隔板16的外侧上端面设有楔面，隔板16的中部竖直贯穿设有容纳槽，容纳槽中放置有载荷块17。主杆1的外壁上沿轴向均匀设有三个第一水平槽21，第一水平槽21与第一腔体18连通，隔板16和载荷块17均滑动接触设置在第一水平槽21的内下端面中，隔板16的下端面能够与环刀筒5的上端面相抵；第一水平槽21的内壁上端面固定设有能够限制第一限位块14最大位移距离的第二限位块15。第二腔体25中设有三个第二伸缩缸26，第二伸缩缸26的输出端上也固定设有第一限位块14。第二伸缩缸26的输出端上固定设有透水板28，透水板28上设有若干漏水孔，主杆1的外壁上设有若干第二水平槽9，第二水平槽9与第二腔体25连通。第二水平槽9的内壁上端固定设有能够限制第一限位块14最大位移距离的第二限位块15。透水板28滑动接触在第二水平槽9的内上壁中。透水板28的外侧端一体成型有刮片27，刮片27的厚度大于透水板28，其上下端分别与第二水平槽9的上下端相接触。刮片27能够刮去环刀筒5下端的泥土也能够完全遮挡环刀筒5。透水板28的上端能够与环刀筒5的下端面相抵。第三腔体10与第一腔体18和第二腔体25均相互独立，且第三腔体10的下端延伸到主杆1的下端面，第三腔体10的上端位于第一腔体18的上方。主杆1的下端面向内凹陷。
主杆1的上端固定设有进水接头3，进水接头3的下端连通固定设有三根第一出水管19，第一出水管19穿过主杆1伸入到第一腔体18内，第一腔体18内设有第二出水管20，第二出水管20的下端延伸到环刀筒5的内侧壁上，第二出水管20与第一出水管19连通。
结合图5，环刀筒5的内侧壁下部固定设有水分传感器30和应力传感器31。主杆1内设有第四腔体11，第四腔体11内固定设有电源12，第四腔体11中设有线缆管2，所述线缆管2的上端延伸到主杆1的上端，线缆管2的下端穿过第一腔体18伸入到第二腔体25内。线缆管2上设有若干出线孔22，出线孔22位于第一腔体18内。线缆管2的上端固定设有控制面板7；环刀筒5的内侧壁下部设有水分传感器30和应力传感器31，水分传感器30和应力传感器31上的线缆均穿入到线缆管2中并与控制面板7电连接。控制面板7的具体结构、电连接方式等属于十分现有的技术，在此不再赘述。
环刀筒5共三个，均匀固定设置在主杆1的周向上，且环刀筒5位于第一腔体18和第二腔体25之间，上下两端均开口。环刀筒5的上方固定设有上盖6，上盖6的外壁上设有供隔板16穿过的第三水平槽8。上盖6的上端竖直固定设置有测量筒23，测量筒23与环刀筒5连通，测量筒23内竖直滑动接触有测量杆24，测量杆24上设有刻度，测量杆24的底部设有能够吸引载荷块17的磁铁29；隔板16的外侧端上设有楔面，楔面能够与磁铁29相抵。
具体实施过程如下：
将主杆1插入到土层中，主杆1下方的土壤能够进入到第三腔体10而不会向两侧移动，同时环刀筒5中也填满土壤，环刀筒5中的磁铁29和测量杆24会在土壤的作用下移动到最上方。然后通过控制面板7来控制第一伸缩缸13和第二伸缩缸26启动，隔板16、透水板28和刮片27向外移动，直到载荷块17落在土壤上方、透水板28位于土壤下方；隔板16和刮片27分别将环刀筒5上下端的土壤切去，再读取此时环刀筒5内土壤的水分含量和应力、标定测量杆24初始位置；向进水接头3中通水，水通过第一出水管19和第二出水管20进入到环刀筒5中，然后持续收集土壤水分含量和应力数据。载荷块17与磁铁29接触时能够相互吸引，载荷块17向下沉陷时能够带动磁铁29向下移动，实时记录测量杆24向下移动距离，最终根据三项数据变化来判断土壤湿陷性。
为减少对土壤的扰动，主杆1插入土层时，到上盖6与土层表面齐平即可。为检测更深土壤的湿陷性，操作时先启动第二伸缩缸26，刮片27移动到环刀筒5下方将环刀筒5挡住，避免土壤进入环刀筒5；主杆1插入到足够深度时，再缩回刮片27，然后继续向下移动主杆1，环刀筒5内填满土壤后再重复上述步骤，采用该方法能够减少待测土壤受到的扰动，保证测量的可参考性。
主杆1内电源12插头、水分传感器30、应力传感器31等线路布置，可在主杆1内设置其他腔体来容纳和布置，本领域技术人员可采用现有的技术来完成，在此无需赘述。
线缆管2和第一出水管19采用可变形的橡胶、塑料、金属软管。
以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和本发明的实用性。

Claims (3)

1.用于地基湿陷性评定的勘察装置，其特征在于：包括主杆和设置在主杆周向上的若干环刀筒，所述环刀筒上下两端均开口，环刀筒的内侧壁下部设有水分传感器和应力传感器；主杆内部设有第一腔体和第二腔体，第一腔体中设有若干第一伸缩缸，第一伸缩缸的输出端上设有隔板，所述主杆的外壁上设有若干第一水平槽，第一水平槽与第一腔体连通，所述隔板滑动接触设置在第一水平槽中，隔板的下端面能够与环刀筒的上端面相抵；第二腔体中设有若干第二伸缩缸，第二伸缩缸的输出端上设有透水板，所述主杆的外壁上设有若干第二水平槽，第二水平槽与第二腔体连通，所述透水板滑动接触在第二水平槽中，透水板的上端能够与环刀筒的下端面相抵；所述主杆上设有进水接头，进水接头的下端设有第一出水管，所述第一腔体内设有第二出水管，第二出水管的下端延伸到环刀筒的内侧壁上，第二出水管与第一出水管连通；所述透水板的外侧端设有刮片；所述隔板上设有圆形的容纳槽，所述容纳槽中放置有载荷块；所述环刀筒的上方固定设有上盖，上盖的外壁上设有供隔板穿过的第三水平槽；所述主杆的上端两侧分别设有推杆；所述上盖的上端设置有测量筒，测量筒与环刀筒连通，测量筒内竖直滑动接触有测量杆，测量杆上设有刻度，测量杆的底部设有能够吸引载荷块的磁铁；所述隔板的外侧端上设有楔面，所述楔面能够与磁铁相抵。
2.根据权利要求1所述的用于地基湿陷性评定的勘察装置，其特征在于：所述第一伸缩缸和第二伸缩缸的输出端上均设有第一限位块，所述第一水平槽和第二水平槽内均设有第二限位块，第二限位块用于限制第一限位块的最大移动距离。
3.根据权利要求2所述的用于地基湿陷性评定的勘察装置，其特征在于：所述主杆内还竖直设有第三腔体，所述第三腔体与第一腔体和第二腔体均相互独立；所述主杆的下端面向内凹陷。
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