CN114018473B - 一种土压力传感器校准装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种土压力传感器校准装置，包括支撑底座，所述支撑底座的上方设置有与其螺栓连接的箱体；所述箱体为筒状空腔结构，在箱体的筒状壳体上设置有接头，且在箱体的空腔内设置有试样筒；所述箱体上方设置有其螺栓连接的上盖；所述上盖的上部设置有加载油缸；所述支撑底座包括固定板；所述固定板呈四边形布置在底部，在固定板的四角垂直焊接有支架；所述支架的顶部焊接有环形面板。本发明可实现砂土介质的轴向和周向压力的同时加载和压力精确控制；轴向加载采用油腔薄膜结构形式，实现了竖向压力的柔性加载，解决了常用土压力校准装置压力利用钢板刚性加载存在的诸多问题。

Description

一种土压力传感器校准装置

技术领域

本发明属于土压力测量技术领域，特别是涉及一种土压力传感器校准装置。

背景技术

土压力是岩土工程支挡结构设计、深基坑开挖、土力学实验研究等工作中需要掌握的重要参数，工程实践和室内模拟试验过程中需要进行大量的土压力测量，通常测量的是土介质中的应力或土体与工程结构物的接触压力。目前土压力测量的基本方法是采用土压力传感器埋设于结构物表面和土中直接测量土的压力，土压力传感器（也称土压力盒）仍然是世界各国研究土与工程结构物的接触压力和土介质中应力的最主要的传感器。测量土压力时土压力传感器需要埋入土介质中或直接与土介质接触，通过土压力传感器所感应的荷载作用，获得土中应力或结构物承受的土压力。

目前土压力传感器厂家给出的土压力传感器的灵敏度等工作参数大多是在气压、水压或油压下校准获得的。由于土压力传感器与砂土介质的物理力学性质不可能完全相同，土压力传感器和砂土介质必将互相影响和作用，改变介质的原有应力场，引起应力重分布，导致传感器上感应到的力参数和原有应力场的参数有差异。这种因传感器和介质性质差异带来的误差通常称为匹配误差，其根本原因是由于介质环境的变化，以及传感器与介质的差异，特别是土介质散体材料，其应力和变形的调整更加复杂。因此，土压力传感器在使用之前一般要进行在与实际工作环境相似的砂土介质中校准，以得到实际情况下土压力传感器的工作参数。

现有土压力传感器校准装置中，多采用在刚性圆筒中装填砂土，将土压力传感器埋置于土体中，通过加载板上堆载、加气压、反力架中液压装置加载、离心机加载等方式实现对土压力传感器的校准。这些校准方式存在介质内应力不均匀、单向加载、不易产生较大土压力、无法多个传感器同时校准、功能单一等缺点。

发明内容

为实现上述使用新型的目的，本发明采取以下技术方案：

一种土压力传感器校准装置，包括支撑底座，所述支撑底座的上方设置有与其螺栓连接的箱体；所述箱体为筒状空腔结构，在箱体的筒状壳体上设置有接头，且在箱体的空腔内设置有试样筒；所述箱体上方设置有其螺栓连接的上盖；所述上盖的上部设置有加载油缸。

所述支撑底座包括固定板；所述固定板呈四边形布置在底部，在固定板的四角垂直焊接有支架；所述支架的顶部焊接有环形面板；所述环形面板的圆周面上均匀布置有用于与其上部箱体螺栓连接的螺纹孔。

所述箱体的上、下部外缘分别设置有上环形凸出平台和下环形凸出平台；所述箱体的内侧下部设置有内环形平台；所述上环形凸出平台的内环口处设置有密封沟槽；所述密封沟槽内设置有环形密封圈；所述内环形平台上设置有密封沟槽；所述密封沟槽内设置有环形密封圈；所述上环形凸出平台和下环形凸出平台上均设置有均匀布置的螺纹孔。

所述试样筒包括设置在底部的圆盘状底座；所述底座内平面上设置有用于安装土压力传感器安装凹槽，在底座的外圆周面上设置有均布的螺纹孔；所述底座上部设置有定位部件；所述定位部件的内部压设有用于承载砂土介质的橡胶囊；所述橡胶囊为圆筒结构，在橡胶囊的上、下部外缘分别设置有凸出筒体的上凸出平台与下凸出平台；所述下凸出平台上均匀布置有定位孔A并与底座平台外圆周面上的螺纹孔重合。

所述定位部件包括整体结构为环形平板的下压板；所述下压板压设在橡胶囊的下凸出平台上；所述下压板的环形四周均布有定位孔B，且在相邻的定位孔B之间垂直于下压板上设置有均布的支撑杆；所述支撑杆的上部设置有用于压紧橡胶囊上凸出平台的支撑板。

所述支撑板为具有内凹平台的环形结构板，在内凹平台上设置有与橡胶囊上凸出平台配合连接的安装螺栓，环形结构板外缘四周设置有用于与其上部的上盖配合连接的安装定位孔。

所述上盖为圆盘形平板，其中心设置用于伸出加载油缸的伸出孔，内侧设置油缸安装螺纹孔，外侧设置安装定位通孔，并与下部的支撑板通过螺栓连接。

所述加载油缸通过螺栓连接在上盖上，在所述加载油缸的下部的活塞杆上通过螺栓连接有加载压板且加载压板伸入至试样筒的空腔内；所述加载压板设置为底部呈薄膜片的油腔结构的圆形平板；所述薄膜片与平板之间形成凹形槽空腔，在空腔内充满液压油，平板上设置充油孔；所述充油孔上设置压力传感器及堵头。

所述橡胶囊为橡胶材料制作，在所述橡胶囊内的砂土介质中放置有被校土压力传感器。

所述支撑板与支撑杆通过螺纹连接。

本发明提出的一种土压力传感器校准装置，具有以下发明点：

1、可实现砂土介质的轴向和周向压力的同时加载和压力精确控制。

2、轴向加载采用油腔薄膜结构形式，实现了竖向压力的柔性加载，解决了常用土压力校准装置压力利用钢板刚性加载存在的诸多问题。

3、具有加载压力大、控制方便。

4、校准介质受力状态与传感器实际使用环境更接近。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是图1的A-A剖视图。

图3是本发明的支撑底座结构示意图。

图4是本发明的箱体结构示意图。

图5是本发明的试样筒结构示意图。

图6是本发明的橡胶囊结构示意图。

图7是本发明的加载压板结构示意图。

图8是本发明的加载油缸结构示意图。

图9是本发明的上盖、加载压板与加载油缸的组合结构示意图。

图中：1、支撑底座，11、固定板，12、支架，13、环形面板，2、箱体，21、接头，22、上环形凸出平台，23、下环形凸出平台，24、内环形平台，3、试样筒，31、底座，32、下压板，33、定位孔B，34、支撑杆，35、支撑板，4、上盖，5、加载油缸，51、活塞杆，52、加载压板，53、薄膜片，54、平板，55、液压油，56、充油孔，57、压力传感器，58、堵头，6、环形密封圈，7、砂土介质，8、像胶囊，81、上凸出平台，82、下凸出平台，83、定位孔A，9、被校土压力传感器。

具体实施方式

结合附图及具体实施例对本发明作进一步的说明，但不局限于以下实施例 。

如图1、图2所示一种土压力传感器校准装置，包括支撑底座1，所述支撑底座1的上方设置有与其螺栓连接的箱体2；所述箱体2为筒状空腔结构，在箱体2的筒状壳体上设置有接头21，且在箱体2的空腔内设置有试样筒3；所述接头21用于连接施加围压的进出水水管，充水后用于对装置施加周向的围压；所述箱体2上方设置有其螺栓连接的上盖4；所述上盖4的上部设置有加载油缸5。

如图3所示，所述支撑底座1包括固定板11；所述固定板11呈四边形布置在底部，在固定板11的四角垂直焊接有支架12；所述固定板11用于与地面连接的固定螺栓互相连接安装；所述支架12的顶部焊接有环形面板13；所述环形面板13的圆周面上均匀布置有用于与其上部箱体2螺栓连接的螺纹孔。

如图4所示，所述箱体2的上、下部外缘分别设置有上环形凸出平台22和下环形凸出平台23；所述箱体2的内侧下部设置有内环形平台24；所述上环形凸出平台22的内环口处设置有密封沟槽；所述密封沟槽内设置有环形密封圈6；所述内环形平台24上设置有密封沟槽；所述密封沟槽内设置有环形密封圈6，通过设置环形密封圈6将箱体2与试样筒3之间的空腔密封形成围压加载腔，可在此形成的围压加载腔内注水用于对砂土介质的周向压力进行检测；所述上环形凸出平台22和下环形凸出平台23上均设置有均匀布置的螺纹孔。

如图5、图6所示，所述试样筒3包括设置在底部的圆盘状底座31；所述底座31内平面上设置有用于安装被校土压力传感器安装凹槽，在底座31的外圆周面上设置有均布的螺纹孔；所述底座31上部设置有定位部件；所述定位部件的内部压设有用于承载砂土介质7的橡胶囊8；所述橡胶囊8为圆筒结构，在橡胶囊8的上、下部外缘分别设置有凸出筒体的上凸出平台81与下凸出平台82；所述下凸出平台82上均匀布置有定位孔A83并与底座31平台外圆周面上的螺纹孔重合；所述橡胶囊8为橡胶材料制作，在所述橡胶囊8内的砂土介质7中放置有被校土压力传感器9；因为所述橡胶囊8采用橡胶材质使其既有很好的抗胀强度，又有弹性、柔韧性，可承受在轴向和周向的压力加载，以达到使用目的。所述定位部件包括整体结构为环形平板的下压板32；所述下压板32压设在橡胶囊8的下凸出平台82上；所述下压板32的环形四周均布有定位孔B33，且在相邻的定位孔B33之间垂直于下压板32上设置有均布的支撑杆34；所述支撑杆34的上部设置有用于压紧橡胶囊8上凸出平台81的支撑板35；所述支撑杆34为上端设置内六角螺孔、下端设置螺纹的长杆，用于支持橡胶囊8和连接试样筒3的底座31和支撑板35，起到加固支撑的作用，在加载压力使不易产生形变。所述支撑板35为具有内凹平台的环形结构板，在内凹平台上设置有与橡胶囊8的上凸出平台81配合连接的安装螺栓，环形结构板外缘四周设置有用于与其上部的上盖4配合连接的安装定位孔；所述支撑板35与支撑杆34通过螺纹连接；各个组件之间通过螺纹连接的方式也便于组件之间的拆装方便，提高使用效率。

如图7-图9所示，所述上盖4为圆盘形平板，其中心设置用于伸出加载油缸5的伸出孔，内侧设置油缸安装螺纹孔，外侧设置安装定位通孔，并与下部的支撑板35通过螺栓连接。所述加载油缸5通过螺栓连接在上盖4上，在所述加载油缸5的下部的活塞杆51上通过螺栓连接有加载压板52且加载压板52伸入至试样筒3的空腔内；所述加载油缸5的活塞杆51带动加载压板52向试样筒3内的砂土介质7加载压力；所述加载压板52设置为底部呈薄膜片53的油腔结构的圆形平板54；所述薄膜片53与平板54之间形成凹形槽空腔，在空腔内充满液压油55，平板54上设置充油孔56；所述充油孔56上设置压力传感器57及堵头58。所述压力传感器57用于监测加载压板52上的压力，所述堵头58用于密封另一个充油孔56。

为实现砂土介质的轴向和周向压力的同时加载和压力精确控制，本装置在测试时，首先将若干个被校土压力传感器9分别放入试样筒3的底部安装槽内与橡胶囊8内的砂土介质7中，然后将橡胶囊8压设在试样筒3内并通过螺栓固定，再将试样筒3吊装至箱体2内并通过螺栓连接固定，而后将上盖4、加载压板5与加载油缸6的组合体吊装至箱体2安装并拧紧螺栓；最后可通过箱体2上设置的接头21连接进出水水管向箱体2与试样筒3之间的空腔内注水，用于对装置施加周向的围压，可对被校土压力传感器9进行周向的校准，同时还可通过控制加载油缸6的轴压加载系统对装置施加轴向的压力，即可对被校土压力传感器9进行周向的校准，轴向加载采用油腔薄膜结构形式，实现了竖向压力的柔性加载，解决了常用土压力校准装置压力利用钢板刚性加载存在的诸多问题，校准介质受力状态与传感器实际使用环境更接近。

以上所述的具体描述，对发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种土压力传感器校准装置，包括支撑底座（1），其特征是：所述支撑底座（1）的上方设置有与其螺栓连接的箱体（2）；所述箱体（2）为筒状空腔结构，在箱体（2）的筒状壳体上设置有接头（21），且在箱体（2）的空腔内设置有试样筒（3）；所述箱体（2）上方设置有其螺栓连接的上盖（4）；所述上盖（4）的上部设置有加载油缸（5）；所述箱体（2）的上、下部外缘分别设置有上环形凸出平台（22）和下环形凸出平台（23）；所述箱体（2）的内侧下部设置有内环形平台（24）；所述上环形凸出平台（22）的内环口处设置有密封沟槽；所述密封沟槽内设置有环形密封圈（6）；所述内环形平台（24）上设置有密封沟槽；所述密封沟槽内设置有环形密封圈（6）；所述上环形凸出平台（22）和下环形凸出平台（23）上均设置有均匀布置的螺纹孔；所述试样筒（3）包括设置在底部的圆盘状底座（31）；所述底座（31）内平面上设置有用于安装土压力传感器安装凹槽，在底座（31）的外圆周面上设置有均布的螺纹孔；所述底座（31）上部设置有定位部件；所述定位部件的内部压设有用于承载砂土介质（7）的橡胶囊（8）；所述橡胶囊（8）为圆筒结构，在橡胶囊（8）的上、下部外缘分别设置有凸出筒体的上凸出平台（81）与下凸出平台（82）；所述下凸出平台（82）上均匀布置有定位孔A（83）并与底座平台外圆周面上的螺纹孔重合；所述加载油缸（5）通过螺栓连接在上盖（4）上，在所述加载油缸（5）的下部的活塞杆（51）上通过螺栓连接有加载压板（52）且加载压板（52）伸入至试样筒（3）的空腔内；所述加载压板（52）设置为底部呈薄膜片（53）的油腔结构平板（54）；所述薄膜片（53）与平板（54）之间形成凹形槽空腔，在空腔内填充液压油（55），平板（54）上设置充油孔（56）；所述充油孔（56）上设置压力传感器（57）及堵头（58）。

2.根据权利要求1所述的土压力传感器校准装置，其特征是：所述支撑底座（1）包括固定板（11）；所述固定板（11）呈四边形布置在底部，在固定板（11）的四角垂直焊接有支架（12）；所述支架（12）的顶部焊接有环形面板（13）；所述环形面板（13）的圆周面上均匀布置有用于与其上部箱体（2）螺栓连接的螺纹孔。

3.根据权利要求1所述的土压力传感器校准装置，其特征是：所述定位部件包括整体结构为环形平板（54）的下压板（32）；所述下压板（32）压设在橡胶囊（8）的下凸出平台（82）上；所述下压板（32）的环形四周均布有定位孔B（33），且在相邻的定位孔B（33）之间垂直于下压板（32）上设置有均布的支撑杆（34）；所述支撑杆（34）的上部设置有用于压紧橡胶囊（8）上凸出平台（81）的支撑板（35）。

4.根据权利要求3所述的土压力传感器校准装置，其特征是：所述支撑板（35）为具有内凹平台的环形结构板，在内凹平台上设置有与橡胶囊（8）上凸出平台（81）配合连接的安装螺栓，环形结构板外缘四周设置有用于与其上部的上盖（4）配合连接的安装定位孔。

5.根据权利要求1所述的土压力传感器校准装置，其特征是：所述上盖（4）为圆盘形平板，其中心设置用于伸出加载油缸（5）的伸出孔，内侧设置油缸安装螺纹孔，外侧设置安装定位通孔，并与下部的支撑板（35）通过螺栓连接。

6.根据权利要求1所述的土压力传感器校准装置，其特征是：所述橡胶囊（8）为橡胶材料制作，在所述橡胶囊（8）内的砂土介质（7）中放置有被校土压力传感器（9）。

7.根据权利要求3所述的土压力传感器校准装置，其特征是：所述支撑板（35）与支撑杆（34）通过螺纹连接。