CN111693361A - 一种基于全流触探的土体强度测量装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于全流触探的土体强度测量装置，涉及岩土、地质和环境等研究技术领域，包括：围压加载系统、触探仪和测量室，测量室用于装设土样，测量室的侧壁具备弹性，围压加载系统能够调节测量室的围压；触探仪包括驱动装置、探杆和探头，探杆的一端穿过测量室的顶盖伸进测量室，探杆伸进测量室的一端固定连接有探头，探杆的另一端与驱动装置的驱动端连接，驱动装置驱动探杆沿探杆的轴向移动，本发明提供的装置在进行全流触探实验时能够使得探头周围土体发生完全回流且便于对不同固结程度下的土体做全流触探试验。

Description

一种基于全流触探的土体强度测量装置
技术领域
本发明涉及岩土、地质和环境等研究技术领域，特别是涉及一种基于全流触探的土体强度测量装置。
背景技术
全流触探试验是目前应用较为广泛的原位和实验室测试手段，具有快速、直接、准确的特点。全流触探常用探头形式为T-bar和ball-bar，其测量原理是将探头以恒定速度静压入土体，当探头周围土体达到完全回流状态时，其上下表面的土压力几乎相等，无需修正上覆土压力，可直接通过传感器测得的土体反力和孔压来分析土体抗剪强度等参数。然而在实际贯入过程中，贯入深度较浅时探头上方会形成一个空腔，此时土体并未完全回流；随着贯入深度的增加，土体在重力作用下才会逐渐回流，空腔逐渐闭合，贯入较深时土体才能发生完全回流机制。也就是说传统全流触探仪无法准确测量浅层土体的物理特性参数。因此，如能在传统触探仪测试浅层土体的过程使得探头周围土体发生完全回流，则能实现准确测量浅层土体的物理特性参数的效果。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于全流触探的土体强度测量装置，以解决上述现有技术存在的问题，使得探头周围土体发生完全回流且便于对不同固结程度下的土体做全流触探试验。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供一种基于全流触探的土体强度测量装置，包括：围压加载系统、触探仪和测量室，所述测量室用于装设土样，所述测量室的侧壁具备弹性，所述围压加载系统能够调节所述测量室的围压；
所述触探仪包括驱动装置、探杆和探头，所述探杆的一端穿过所述测量室的顶盖伸进所述测量室，所述探杆伸进所述测量室的一端固定连接有所述探头，所述探杆的另一端与所述驱动装置的驱动端连接，所述驱动装置驱动所述探杆沿所述探杆的轴向移动。
优选的，还包括传动轴和传动轴驱动装置，所述传动轴的一端固定于所述测量室的顶盖上，另一端与所述传动轴驱动装置的驱动端连接，所述传动轴为两端开口的中空轴，所述探杆的一端穿过所述传动轴伸进所述测量室，所述传动轴和所述探杆之间设置有密封圈，所述密封圈固定设置于所述传动轴内，所述传动轴驱动装置能够驱动所述传动轴沿所述传动轴的轴向移动。
优选的，所述围压加载系统包括三轴室，所述测量室固定设置于所述三轴室内，所述三轴室上设置有调压孔，所述调压孔上设置有阀门，所述三轴室的上端面设置有第一锁定装置，所述第一锁定装置用于将所述传动轴固定于所述三轴室上。
优选的，所述测量室包括筒体和顶盖，所述筒体上端开口，所述筒体固定设置于所述三轴室内，所述顶盖无缝连接于所述筒体的上端开口，所述传动轴伸进所述三轴室的一端固定连接于所述顶盖上，所述探杆设有所述探头的一端穿过所述顶盖伸进所述筒体内；
所述顶盖的下端设置有一第一凹槽，所述驱动装置的驱动所述探杆能够使得所述探头处于所述第一凹槽内。
优选的，所述顶盖包括顶板、第一透水石板、第一饱和滤纸，所述第一饱和滤纸、所述第一透水石板和所述顶板从下至上依次无缝连接于所述筒体的上端开口，所述第一透水石板和所述第一饱和滤纸上均设置有通孔，所述顶板的下端面设置有第二凹槽，所述第二凹槽和两个所述通孔共同组成所述第一凹槽。
优选的，还包括阻隔板，所述阻隔板固定连接于所述筒体内，所述阻隔板将所述筒体内的空间分为上腔体和下腔体，所述上腔体用于装设所述土样。
优选的，所述筒体为橡胶膜制成。
优选的，所述传动轴上设置有第二锁定装置，所述第二锁定装置能够将所述探杆固定于所述传动轴内。
优选的，还包括控制及数据采集装置，所述控制及数据采集装置和所述探头中的各传感器、所述驱动装置、所述传动轴驱动装置和所述围压加载系统均电连接。
优选的，所述顶板上开设有顶部排水孔，所述顶部排水孔连通有一顶部排水管，所述下腔体的底部开设有一底部排水孔，所述底部排水孔连通有一底部排水孔。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明提供了一种基于全流触探的土体强度测量装置，其中，围压加载系统用于调节测量室的围压，测量室用于装设土样，因此，使用本装置中的触探仪进行全流触探实验时，通过改变测量室的围压来使得探头周围的土体发生完全回流，且通过改变测量室的围压来对不同固结程度下的土体做全流触探试验。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的基于全流触探的土体强度测量装置的结构示意图；
图2为图1中三轴室以及其内部结构的剖视图；
图3为图2中顶板、传动轴与触探仪的结构示意图；
图中：1-三轴室、2-探杆、3-传力杆、4-控制及数据采集装置、5-驱动装置、6-传动轴、7-凸台、8-顶部排水管、9-第一透水石板、10-筒体、11-上腔体、12-第二透水石板、13-下腔体、14-第一螺栓、15-调压孔、16-顶板、17-第一饱和滤纸、18-探头、19-第二饱和滤纸、20-底部排水管、21-第二螺栓、22-密封圈、23-轴力传感器、24-孔压传感器。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种基于全流触探的土体强度测量装置，以解决现有技术存在的问题，使得探头周围土体发生完全回流且便于对不同固结程度下的土体做全流触探试验。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明提供一种基于全流触探的土体强度测量装置，包括：围压加载系统、触探仪和测量室，测量室用于装设土样，测量室的侧壁具备弹性，围压加载系统能够调节测量室的围压；围压即测量室外壁所受到的压强；触探仪包括驱动装置5、探杆2和探头18，探杆2的一端穿过测量室的顶盖伸进测量室，探杆2伸进测量室的一端固定连接有探头18，探杆2的另一端与驱动装置5的驱动端连接，驱动装置5驱动探杆2沿探杆2的轴向移动，探头18中设置有全流触探实验所用到的各类传感器，例如用于测量孔压的孔压传感器24和用于测量探头受到土体反力的轴力传感器23，使用本装置中的触探仪进行全流触探实验时，通过改变测量室的围压来使得探头18周围的土体发生完全回流，不同围压作用下的土样的土体固结程度不同，因此，本装置还能够通过改变测量室的围压来对不同固结程度下的土体做全流触探试验。
进一步的，触探仪的类型选取为T-bar和ball-bar。
进一步的，还包括传力杆3，探杆2的一端通过传力杆3与驱动装置5的驱动端连接。
进一步的，还包括传动轴6和传动轴驱动装置，传动轴6的一端固定于测量室的顶盖上，另一端与传动轴驱动装置的驱动端连接，传动轴6为两端开口的中空轴，探杆2的一端穿过传动轴6伸进测量室，传动轴6和探杆2之间设置有密封圈22，密封圈22固定设置于传动轴6内，传动轴驱动装置能够驱动传动轴6沿传动轴6的轴向移动；
于本发明的一个实施例中，本发明将传统的三轴仪和触探仪结合起来，以实现在进行全流触探的过程中探头周围的土体发生完全回流，传统的三轴仪包括传动轴、传动轴驱动装置、围压加载系统和测量室；传统的三轴仪是一种常用测定土体抗剪强度的室内试验装置，其突出优点是能较为精确的控制土体的围压，因此本实施例提供的基于全流触探的土体强度测量装置能够进行土样的三轴固结和剪切试验以及全流触探实验。
进一步的，围压加载系统包括三轴室1，测量室固定设置于三轴室1内，三轴室1上设置有调压孔15，调压孔15为水气两用孔，调压孔15上设置有阀门，三轴室1的上端面设置有第一锁定装置，第一锁定装置用于将传动轴6固定于三轴室1上，当进行全流触探实验室，将中空的传动轴6固定于三轴室1上，驱动装置5驱动探杆2并带动探头18伸进土样中进行全流触探实验。
进一步的，第一锁定装置包括套筒状的凸台7，凸台7的下端固定设置于三轴室1上，传动轴6穿过凸台7伸进三轴室1内，凸台7上设置有一垂直于传动轴6的螺纹孔，螺纹孔内穿设有第一螺栓14，第一螺栓14用于将传动轴6压紧固定于凸台7内。
进一步的，测量室包括筒体10和顶盖，筒体10上端开口，筒体10固定设置于三轴室1内，顶盖无缝连接于筒体10的上端开口，传动轴6伸进三轴室1的一端固定连接于顶盖上，探杆2设有探头18的一端穿过顶盖伸进筒体10内；顶盖的下端设置有一第一凹槽，驱动装置5的驱动探杆2能够使得探头18处于第一凹槽内，以便于工作人员使用本装置对测量室的内的土样做固结和剪切试验。
进一步的，顶盖包括顶板16、第一透水石板9、第一饱和滤纸17，第一饱和滤纸17、第一透水石板9和顶板16从下至上依次无缝连接于筒体10的上端开口，水和气体能够通过第一透水石板9，但是土粒等固体不能够通过第一透水石板9，第一透水石板9和第一饱和滤纸17上均设置有通孔，顶板16的下端面设置有第二凹槽，第二凹槽和两个通孔共同组成第一凹槽。
进一步的，还包括阻隔板，阻隔板固定连接于筒体10内，阻隔板将筒体10内的空间分为上腔体11和下腔体13，上腔体11用于装设土样，阻隔板包括第二透水石板12和第二饱和滤纸19。
进一步的，筒体10为橡胶膜制成。
进一步的，传动轴6上设置有第二锁定装置，第二锁定装置能够将探杆2固定于传动轴6内，第二锁定装置包括一第二螺栓21，传动轴6设置有一垂直于所述传动轴6轴线方向的螺纹孔，第二螺栓21穿过螺纹孔并将探杆2压紧固定于传动轴6内。
进一步的，还包括控制及数据采集装置4，控制及数据采集装置4和探头18中的各传感器、驱动装置5、传动轴驱动装置和围压加载系统均电连接，探头18中包括轴力传感器23和孔压传感器24，控制及数据采集装置4读取并记录探头18中的各传感器的测量值，以及其他试验过程中的相关数据例如三轴室1内的压强等数据以便后续分析。
进一步的，顶板16上开设有顶部排水孔，顶部排水孔连通有一顶部排水管8，下腔体13的底部开设有一底部排水孔，底部排水孔连通有一底部排水管20，设置顶部排水管8和底部排水管20便于对土样进行排水固结试验。
使用方法示例：
步骤一：首先，将探头18收于顶盖的凹槽内，使用第二锁定装置将探杆2锁紧于传动轴6内，此时设备与传统的三轴仪一致；用常规三轴仪取样方法进行取样装样，并进行三轴室1的安装。
步骤二：通过调压孔15先向三轴室1内注水，后通过气压控制三轴室1内围压使其达到指定值，这一过程中通过控制顶部排水管7和底部排水管20，可实现三轴试样的排水固结过程和不排水固结过程。
步骤三：停止锁定探杆2，继续锁定传动轴6，控制及数据采集装置4控制驱动装置5驱动探杆2在传动轴6内上下移动，进行全程回流的循环触探试验，在实验过程中，通过控制围压可以确保整个触探过程土体都处于完全回流状态，至此完成初次触探试验，记录数据。
步骤四：完成初次触探试验后，锁定探杆2，停止锁定传动轴6，断开探杆2和传力杆3的连接，使传动轴6连同探杆2和探头能在围压的作用下随着土样的固结变形而移动，接着调整三轴室1围压至指定值，打开顶部排水管7和底部排水管20，进行指定围压下的扰动土样的固结，记录此过程中排水量，用以分析土样在不同固结压力下固结特性。
步骤五：固结至指定时间后，关闭顶部排水管7和底部排水管20，锁定传动轴6，停止锁定探杆2，重新连接探杆2和传力杆3，驱动装置5控制探头对固结土样进行全程回流的循环触探试验，测量固结土样参数。重复步骤四和五即可在不同固结程度下进行全流触探试验。
本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种基于全流触探的土体强度测量装置，其特征在于：包括：围压加载系统、触探仪和测量室，所述测量室用于装设土样，所述测量室的侧壁具备弹性，所述围压加载系统能够调节所述测量室的围压；
所述触探仪包括驱动装置、探杆和探头，所述探杆的一端穿过所述测量室的顶盖伸进所述测量室，所述探杆伸进所述测量室的一端固定连接有所述探头，所述探杆的另一端与所述驱动装置的驱动端连接，所述驱动装置驱动所述探杆沿所述探杆的轴向移动。
2.根据权利要求1所述的基于全流触探的土体强度测量装置，其特征在于：还包括传动轴和传动轴驱动装置，所述传动轴的一端固定于所述测量室的顶盖上，另一端与所述传动轴驱动装置的驱动端连接，所述传动轴为两端开口的中空轴，所述探杆的一端穿过所述传动轴伸进所述测量室，所述传动轴和所述探杆之间设置有密封圈，所述密封圈固定设置于所述传动轴内，所述传动轴驱动装置能够驱动所述传动轴沿所述传动轴的轴向移动。
3.根据权利要求2所述的基于全流触探的土体强度测量装置，其特征在于：所述围压加载系统包括三轴室，所述测量室固定设置于所述三轴室内，所述三轴室上设置有调压孔，所述调压孔上设置有阀门，所述三轴室的上端面设置有第一锁定装置，所述第一锁定装置用于将所述传动轴锁定于所述三轴室上。
4.根据权利要求3所述的基于全流触探的土体强度测量装置，其特征在于：所述测量室包括筒体和顶盖，所述筒体上端开口，所述筒体固定设置于所述三轴室内，所述顶盖无缝连接于所述筒体的上端开口，所述传动轴伸进所述三轴室的一端固定连接于所述顶盖上，所述探杆设有所述探头的一端穿过所述顶盖伸进所述筒体内；
所述顶盖的下端设置有一第一凹槽，所述驱动装置的驱动所述探杆能够使得所述探头处于所述第一凹槽内。
5.根据权利要求4所述的基于全流触探的土体强度测量装置，其特征在于：所述顶盖包括顶板、第一透水石板和第一饱和滤纸，所述第一饱和滤纸、所述第一透水石板和所述顶板从下至上依次无缝连接于所述筒体的上端开口，所述第一透水石板和所述第一饱和滤纸上均设置有通孔，所述顶板的下端面设置有第二凹槽，所述第二凹槽和两个所述通孔共同组成所述第一凹槽。
6.根据权利要求5所述的基于全流触探的土体强度测量装置，其特征在于：还包括阻隔板，所述阻隔板固定连接于所述筒体内，所述阻隔板将所述筒体内的空间分为上腔体和下腔体，所述上腔体用于装设所述土样。
7.根据权利要求4所述的基于全流触探的土体强度测量装置，其特征在于：所述筒体为橡胶膜制成。
8.根据权利要求3所述的基于全流触探的土体强度测量装置，其特征在于：所述传动轴上设置有第二锁定装置，所述第二锁定装置能够将所述探杆锁定于所述传动轴内。
9.根据权利要求2所述的基于全流触探的土体强度测量装置，其特征在于：还包括控制及数据采集装置，所述控制及数据采集装置与所述探头中的各传感器、所述驱动装置、所述传动轴驱动装置和所述围压加载系统均电连接。
10.根据权利要求6所述的基于全流触探的土体强度测量装置，其特征在于：所述顶板上开设有顶部排水孔，所述顶部排水孔连通有一顶部排水管，所述顶部排水管伸出于所述三轴室，所述下腔体的底部开设有一底部排水孔，所述底部排水孔连通有一底部排水管，所述底部排水管伸出于所述三轴室。
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