CN112730799B - 土体分层真空加载试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于室内土体分层真空加载单元试验装置，包括抽真空装置、真空压力平衡及尾水储存装置、试样分层容器串联装置三个部分。所述真空压力平衡及尾水储存装置包括有机玻璃压力平衡缸、真空表、调节阀门、真空导管；所述试样分层容器串联装置包括所需数量的单元试验容器和串联导管，单元试验容器包括试样底盘、试验帽导向套、三根全螺纹杆、有机玻璃套环、真空表、有机玻璃试验帽、透水石、水准泡、位移百分表。本发明结构简单，气密性良好，灵活合理，操作方便，可根据试验需要串联多个单元容器装置，并获得真空加载过程中分层土体独立的变形数据和真空传递数据，实现系统地研究分层土体中的真空度传递及变形规律。

Description

土体分层真空加载试验装置

技术领域

本发明涉及一种土体分层真空加载试验装置，用于研究土中真空度的传递规律及真空加载过程中的分层变形规律。

背景技术

港口、航道在建设过程和后期维护工程中会产生大量的疏浚泥。在中国东部的沿海经济发达地区，在经济建设发展过程产生了大量以高含水率、高液限粘土为主的疏浚泥。同时随着我国城镇的发展沿海地区的用地不断扩大，要在当地获得大量的土石方比较困难，远距离开采运输又不经济，用地变得越来越紧张，为了解决这个问题，吹填造陆与围海造地已经成为主要方法，不仅解决了淤泥的处置问题，还满足有关城市的建设需求。但疏浚淤泥含水率高、孔隙率大、密度低、压缩性高、强度低，使得疏浚泥很难进行直接利用，需提前进行排水固结。真空预压法由于其效果显著、成本较小、周期较短和环境友好等优点，经常被用于软土地基的处理。但对于高含水率的疏浚泥，采用真空预压处理，经常出现以排水通道为中心，疏浚泥强度沿着径向和深度方向逐渐降低的“土桩”现象，处理效果仅体现在局部范围，距离排水板一定距离和一定深度之外的疏浚泥强度提高幅度甚微。其本质原因在于真空度在土体变形过程中会发生衰减，并随着土层的厚度增加真空度衰减加大。

近几年来，对于真空预压法加固地基的研究越来越多，但针对真空度的传递衰减规律及其对不同范围土体处理效果的影响研究甚少，更多只是停留在理论数值上的研究，且无法得到试验验证，其根本原因在于无法实现土体真空预压过程中获得分层土体的变形量及真空度的变化，且装置的气密性无法保证。因此，本发明提供一种土体分层真空加载试验装置，解决上述技术难题，实现土体分层真空预压单元试验研究。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种土体分层真空加载试验装置，能够在真空预压过程中获得不同土层土体变形量和真空度传递数据，进行分层真空加载室内试验。

为此，本发明提供的土体分层真空加载试验装置，其特征在于，包括抽真空装置、真空压力平衡及尾水储存装置、试样分层容器串联装置；所述试样分层容器串联装置包括所需数量的单元试验容器和串联导管，多个单元试验容器通过串联导管依次串联，所述抽真空装置连接真空压力平衡及尾水储存装置，真空压力平衡及尾水储存装置连接试样分层容器串联装置，每个所述单元试验容器配置有压缩量测量机构和真空表。

优选的，所述真空泵与有机玻璃压力平衡缸之间通过真空导管连接，通过调节阀门来调节施加真空压力大小，所述单元试验容器包括试样底盘、试验帽导向套、三根全螺纹杆、有机玻璃套环、真空表、有机玻璃试验帽、水准泡和位移百分表，位移百分表和真空表获得对应单元试验容器土体独立的变形数据及底部真空数据；所述试样底盘上部放置透水石、下部安置真空表；所述有机玻璃试验帽外沿套上密封橡胶圈，有机玻璃套环放置在试样底盘与试验帽导向套之间，通过螺栓将有机玻璃套环、试样底盘、试验帽导向套三者固定连接；所述试验帽导向套内放置透水石、有机玻璃试验帽、水准泡；所述位移百分表通过杆件固定于试验帽导向套；所述真空压力平衡及尾水储存装置包括有机玻璃压力平衡缸、真空表、真空导管；所述有机玻璃压力平衡缸与有机玻璃试验帽之间通过真空导管连接，真空表安装在有机玻璃压力平衡缸顶部；所述抽真空装置包括真空泵、调节阀门、真空导管。

优选的，所述单元试验容器的有机玻璃试验帽的尺寸应与试验帽导向套相配套，有机玻璃试验帽外沿套上密封橡胶圈与试验帽导向套接触保证气密性。

优选的，所述单元试验容器的试样底盘接口可通过真空导管与另一单元试验容器的有机玻璃试验帽连接，以实现不同数量单元试验容器之间的串联。

优选的，所述试样分层容器串联装置包括竖向支架杆、顶盖和分层隔板，竖向支架杆外围套设有透明罩，透明罩上标注有刻度，竖向支架杆穿过顶盖和多个分层隔板，顶盖与所述分层隔板之间以及分层隔板之间形成腔体，所述顶盖和分层隔板与透明罩的配合处气密封并可相对透明罩上下移动，腔体中设置有土样，相邻腔体的分层隔板上带有自上而下单向导通气体的单向阀，所述透明罩上对应于每个腔体侧向安装有真空表，真空表与对应的腔体连通。

技术效果：

本发明装置中通过串联多个单元容器装置实现不同层面土体的变形量及真空度变化的模拟和测试，并且较好地解决了装置的气密性，真空度可保持在97kPa及以上，并维持稳定，从而可更加精准地获得每个单元土体的变形数据及底部真空度数据，通过增加单元试验容器研究土体分层真空度传递规律及变形规律，便于研究真空预压对各个范围土样的影响，系统地研究分层土体中的真空度传递及变形规律。

附图说明

图1为发明实施例1提供的土体分层真空加载试验装置整体示意图。

图2为试验帽导向套剖视图。

图3为有机玻璃试验帽剖视图。

图4为有机玻璃套环俯视图。

图5为试样底盘俯视图。

图6为有机玻璃套环剖视图。

图7为图1中的土体分层真空加载试验装置多联状态的结构示意图。

图8为本发明实施例2提供的土体分层真空加载试验装置整体示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明进一步详细说明。其中相同的零部件用相同的附图标记表示。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“底面”和“顶面”、“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。

参照图1-7所示，本发明提供的土体分层真空加载试验装置，包括抽真空装置、真空压力平衡及尾水储存装置、试样分层容器串联装置；所述试样分层容器串联装置包括所需数量的单元试验容器和串联导管，所述抽真空装置为真空泵1，所述串联导管为真空导管2，多个单元试验容器通过串联导管依次串联，所述抽真空装置连接真空压力平衡及尾水储存装置，真空压力平衡及尾水储存装置连接试样分层容器串联装置，每个所述单元试验容器配置有压缩量测量机构和真空表4。

参照图1-7所示，上述真空泵1与有机玻璃压力平衡缸5之间通过真空导管2连接，通过调节阀门3来调节施加真空压力大小，上述单元试验容器包括试样底盘7、试验帽导向套11、三根全螺纹杆10、有机玻璃套环12、真空表4、，有机玻璃试验帽13、水准泡14和位移百分表15，位移百分表15和真空表4获得对应单元试验容器土体独立的变形数据及底部真空数据；所述试样底盘7上部放置透水石8、下部安置真空表4；所述有机玻璃试验帽13外沿套上密封橡胶圈9，有机玻璃试验帽13可沿着机玻璃套环12随内部气压的变化上下移动，有机玻璃套环12放置在试样底盘7与试验帽导向套11之间，通过螺栓将有机玻璃套环12、试样底盘7、试验帽导向套11三者固定连接；所述试验帽导向套11内放置透水石8、有机玻璃试验帽13、水准泡14；所述位移百分表15通过杆件固定于试验帽导向套11；所述真空压力平衡及尾水储存装置包括有机玻璃压力平衡缸5、真空表4、真空导管2；所述有机玻璃压力平衡缸5与有机玻璃试验帽13之间通过真空导管2连接，真空表4安装在有机玻璃压力平衡缸5顶部；所述抽真空装置包括真空泵1、调节阀门3、真空导管2。所述单元试验容器的有机玻璃试验帽13的尺寸应与试验帽导向套11相配套，有机玻璃试验帽13外沿套上密封橡胶圈9与试验帽导向套11接触保证气密性。所述单元试验容器的试样底盘7接口可通过真空导管2与另一单元试验容器的有机玻璃试验帽13连接，以实现不同数量单元试验容器之间的串联（参照图7所示）。

本发明实施1提供的装置的具体使用过程如下：

在试样底盘7上放置透水石8、密封橡胶圈9，将有机玻璃套环12安置在试样底盘7上，装填完土样后放置安装试验帽导向套11，通过三根全螺纹杆10将试样底盘7、有机玻璃套环12、试验帽导向套11三者固定连接，将透水石8、有机玻璃试验帽13、水准泡14依次放置于试验帽导向套11内侧，通过真空导管2将有机玻璃试验帽13与有机玻璃压力平衡缸5连接，位移百分表15通过杆件固定于试验帽导向套11，试样底盘7通过真空导管2与另一单元试验容器上部有机玻璃试验帽13连接，真空预压固结结束后，可通过有机玻璃压力平衡缸5底部的泄水阀6排除尾水，通过真空导管2将真空泵1与有机玻璃压力平衡缸5连接，开启真空泵1，通过调节阀门3调节所需的真空度大小，有机玻璃压力平衡缸5顶部的真空表4显示起始真空度，试验过程中观测并记录所串联的每个试验容器上的位移百分表15和试样底盘7下部真空表4的读数变化，串联的试样容器数量可根据试验需求设定。

参照图8所示，本发明实施例2与实施例1基本相同，其区别仅在于分层容器串联装置，具体为：本实施例的试样分层容器串联装置包括竖向支架杆15、顶盖16和分层隔板17，竖向支架杆15外围套设有透明罩18，透明罩18上标注有刻度，竖向支架杆15穿过顶盖16和多个分层隔板17，顶盖16与所述分层隔板17之间以及分层隔板17之间形成腔体19，所述顶盖16和分层隔板17与透明罩18的配合处气密封并可相对透明罩上下移动，腔体19中设置有土样，相邻腔体19的分层隔板17上带有自上而下单向导通气体的单向阀20，所述透明罩18上对应于每个腔体19侧向安装有真空表4，真空表4与对应的腔体连通。上述土体分层真空加载试验装置启动时，抽真空装置抽真空，首先将真空度传递到真空压力平衡及尾水储存装置，再经由顶盖16和分层隔板17上的单向阀逐个向腔体19传递，操作者可以通过透明罩18上的刻度结合顶盖16和分层隔板17的移动距离计算压缩量，并通过设置于透明罩上的真空表获取真空度数据。相比之下本发明实施例2中将多个腔体直接集成在一个设备中，能够提升反应的灵敏度，而且更加直观，观察和测量更加方便。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种土体分层真空加载试验装置，其特征在于，包括抽真空装置、真空压力平衡及尾水储存装置、试样分层容器串联装置，所述抽真空装置为真空泵；所述试样分层容器串联装置包括所需数量的单元试验容器和串联导管，多个单元试验容器通过串联导管依次串联，所述抽真空装置连接真空压力平衡及尾水储存装置，真空压力平衡及尾水储存装置连接试样分层容器串联装置，每个所述单元试验容器配置有压缩量测量机构和真空表（4）；

所述真空泵（1）与有机玻璃压力平衡缸（5）之间通过真空导管（2）连接，通过调节阀门（3）来调节施加真空压力大小，所述单元试验容器包括试样底盘（7）、试验帽导向套（11）、三根全螺纹杆（10）、有机玻璃套环（12）、真空表（4）、有机玻璃试验帽（13）、水准泡（14）和位移百分表（15），位移百分表（15）和真空表（4）获得对应单元试验容器土体独立的变形数据及底部真空数据；所述试样底盘（7）上部放置透水石（8）、下部安置真空表（4）；所述有机玻璃试验帽（13）外沿套上密封橡胶圈（9），有机玻璃套环（12）放置在试样底盘（7）与试验帽导向套（11）之间，通过螺栓将有机玻璃套环（12）、试样底盘（7）、试验帽导向套（11）三者固定连接；所述试验帽导向套（11）内放置透水石（8）、有机玻璃试验帽（13）、水准泡（14）；所述位移百分表（15）通过杆件固定于试验帽导向套（11）；所述真空压力平衡及尾水储存装置包括有机玻璃压力平衡缸（5）、真空表（4）、真空导管（2）；所述有机玻璃压力平衡缸（5）与有机玻璃试验帽（13）之间通过真空导管（2）连接，真空表（4）安装在有机玻璃压力平衡缸（5）顶部；所述抽真空装置包括真空泵（1）、调节阀门（3）、真空导管（2）。

2.根据权利要求1所述的土体分层真空加载试验装置，其特征在于，所述单元试验容器的有机玻璃试验帽（13）的尺寸应与试验帽导向套（11）相配套，有机玻璃试验帽（13）外沿套上密封橡胶圈（9）与试验帽导向套（11）接触保证气密性。

3.根据权利要求1或2所述的土体分层真空加载试验装置，其特征在于，所述单元试验容器的试样底盘（7）接口通过真空导管（2）与另一单元试验容器的有机玻璃试验帽（13）连接，以实现不同数量单元试验容器之间的串联。