CN114264281A - 一种软黏土沉降及液性指数测定装置及测定方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种软黏土沉降及液性指数测定装置及测定方法，涉及智能测量仪器领域，其中测定装置包括控制显示端、连接段及操作端，所述控制显示端用于沉降模式及贯入模式的切换，并显示操作端的测试数据，所述连接段用于连接所述控制显示端及所述操作端，所述操作端用于与软黏土接触并对软黏土的物理性能进行检测。通过该装置监测软黏土地基加固过程中的沉降及加固后的地基液性指数及承载力，解决室内模型试验中软黏土早期处理过程中不易监测表面沉降的难题，并提高加固后地基液性指数及地基承载力的检测精度。

Description

一种软黏土沉降及液性指数测定装置及测定方法

技术领域

本发明涉及智能测量仪器领域技术领域，尤其涉及一种软黏土沉降及液性指数测定装置及测定方法 。

背景技术

软黏土处理室内模型试验中通常需测试土体的表面沉降，通过对表面沉降数据的监测、处理和分析有助于得出土体变形与时间的关系，预知最终沉降量、沉降差、倾斜及局部倾斜，进而判断所采取地基处理方法的优劣。然而，软黏土具有含水率高、抗剪强度低等特点，采用常规的万向磁力表座结合百分表测量沉降的方法无法实现对软黏土表面沉降的监测，这是由于软黏土承载力几乎为0，无法支撑百分表的量杆，量杆直接落入软黏土内，百分表达到最大量程。软黏土地基处理施工现场观测点的沉降监测，一般在沉降点放置沉降板，在场地外使用水准仪进行监测，这种测试方法在室内小尺寸模型试验中难以实施。现有的红外测距技术，精度方面不能令人满意；光纤测沉降计算，虽精度较高但价格昂贵、量程小，需对外围基准点进行校核。室内模型试验中软黏土在早期处理过程中的沉降监测是个难题。

液性指数是表征土的天然含水量与分界含水量之间相对关系的指标，可以利用液性指数来表示黏性土所处的软硬状态。现有的贯入仪是一种便携式土工试验仪器，适用于原位或室内测定一般粘性土、软黏土、夯实土、红粘土及黄土的液性指数及粗估土的承载力。与手感鉴别相比，贯入仪可以提高待测土体的描述精度。但贯入仪在使用过程中采用人工的方式将探头压入土体，无法保证施加压力的均匀度以及仪器的垂直度，降低了测量精度。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中测量精度不高，测量不方便等技术问题。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种软黏土沉降及液性指数测定装置，包括控制显示端、连接段及操作端，所述控制显示端用于沉降模式及贯入模式的切换，并显示操作端的测试数据，所述连接段用于连接所述控制显示端及所述操作端，所述操作端用于与软黏土接触并对软黏土的物理性能进行检测。

优选的，所述操作端包括固定架及探测杆，所述固定架呈U形设置，所述固定架开口指向向下并固定设置在所述连接段上，所述探测杆竖直设置，所述探测杆一端固定设置在所述固定架上，另外一端向下延伸连接段设置。

优选的，所述探测杆上设置有杆体及升降装置，所述杆体竖直设置，所述杆体包括内刻度杆及外刻度杆，所述外刻度杆设置在所述内刻度杆上方，所述内刻度杆及所述外刻度杆表面分别设置有刻度，所述内刻度杆上设置有指示环，所述指示环的初始位置位于所述内刻度杆刻度的零位；所述升降装置用于驱动所述探测杆在竖直方向上移动。

优选的，所述探测杆还包括探头及平衡器，所述探头位于内刻度杆的下方，所述探头呈圆锥形设置，并且尖头指向向下；所述平衡器固定设置在所述外刻度杆上，用于保持所述探测杆的竖直状态。

优选的，所述连接段包括竖直伸缩段及水平伸缩段，所述竖直伸缩段与所述水平伸缩段相互垂直设置，所述竖直伸缩段的底部固定设置在所述控制显示端上，所述水平伸缩段其中一端与所述竖直伸缩段固定设置，另外一端向外延伸并与所述操作端相互连接设置。

优选的，所述控制显示端设置有显示部，所述显示部包括光学显示屏及电子显示屏，所述探测杆侧面设置有光学投影装置，所述光学投影装置用于将外刻度杆上的刻度变化投影到所述光学显示屏上，所述电子显示屏用于显示所述探测杆端部收到的阻力。

优选的，所述控制显示端还包括控制部及支撑底座，所述控制部设置在所述显示部及所述支撑底座之间，所述控制部其中一侧侧面设置有指向向上的斜面，所述控制部位于其斜面上设置有若干控制按钮及指示灯，所述控制按钮用于调节所述操作端的操作模式；所述指示灯用于在所述探头接触到待测样品时亮起，所述支撑底座用于承载所述控制部及所述显示部。

优选的，所述支撑底座的底部设置有水平调节螺丝及水平泡，所述水平调节螺丝设置有四个，四个所述水平调节螺丝设置在所述支撑底座四周边角处，用于对所述支撑底座的四周边角高度进行调节，所述水平泡设置在所述支撑底座的表面。

本申请还提供了一种软黏土沉降及液性指数测定装置，使用上述所述的软黏土沉降及液性指数测定装置，包含以下步骤：

S1：按照设计要求，在软黏土表面布置若干个沉降观测钉，打开沉降模式按钮；

S2：调整连接段，使得探测杆的探头锥尖针对降观测钉帽的十字中心；手动调节探测杆的高度，直至探测杆的端部与沉降观测钉十字中心接触，此时指示灯亮起，停止探测杆的升降；

S3：实时记录外刻度杆的刻度变化，按照此方法对所有沉降观测钉十字中心的点位进行沉降监测，直至按设计要求终止沉降监测，关闭沉降模式；

S4：按照设计要求确定液性指数测试点位，调整连接段使得探测杆探头与测试点刚好接触，指示灯亮起；

S5：打开贯入模式，探测杆在电动驱动作用下向土体匀速贯入10mm，在数字显示屏读取贯入阻力测试值，按此方法完成所有点位的液性指数、承载力测试，关闭贯入模式。

上述所述的一种软黏土沉降及液性指数测定装置，可以监测软黏土地基加固过程中的沉降、检测加固后的地基液性指数及承载力，结构简单、安装方便、易操作、测量精度高、一机多用，能够解决室内模型试验中软黏土早期处理过程中不易监测表面沉降的难题，并提高加固后地基液性指数及地基承载力的检测精度。通过该装置监测软黏土地基加固过程中的沉降及加固后的地基液性指数及承载力，解决室内模型试验中软黏土早期处理过程中不易监测表面沉降的难题，并提高加固后地基液性指数及地基承载力的检测精度。

附图说明

图1为本发明一实施方式中一种软黏土沉降及液性指数测定装置的结构示意图；

图2为本发明一实施方式中操作端的结构示意图；

图3为本发明一实施方式中光学投影装置的原理示意图。

图例说明：1、控制显示端；11、控制部；111、控制按钮；112、指示灯；12、显示部；121、光学显示屏；122、数字显示屏；13、支撑底座；131、水平调节螺丝；132、水平泡；2、连接段；21、竖直伸缩段；22、水平伸缩段；3、操作端；31、固定架；32、探测杆；321、杆体；3211、内刻度杆；3212、外刻度杆；3213、指示环；322、升降装置；3221、升降螺栓；3222、升降轴；3223、螺帽；323、探头；324、平衡器；33、光学投影装置；331、光源；3311、调节螺栓；332、滤光镜；333、物镜；334、反射镜。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合具体实施例，对本发明作进一步地详细说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明并不限于下面公开说明书的具体实施例的限制。

请参阅图1和图2，一种软黏土沉降及液性指数测定装置，用于对软黏土的沉降及液性指数进行测量，其包括控制显示端1、连接段2及操作端3，所述控制显示端1用于沉降模式及贯入模式的切换，并显示操作端3得我测试数据，所述连接段2用于连接所述控制显示端1及所述操作端3，所述操作端3用于与软黏土接触并对软黏土的物理性能进行检测。

在一实施方式中，所述控制显示端1包括控制部11、显示部12及支撑底座13，所述控制部11设置在所述显示部12及所述支撑底座13之间，所述控制部11大致呈柱形设置，并且在所述控制部11其中一侧侧面设置有指向向上的斜面，所述控制部11位于其斜面上设置有若干控制按钮111及指示灯112，所述控制按钮111用于调节所述操作端3的操作模式，在一实施方式中，所述控制按钮111包括控制开关、沉降模式按钮、贯入模式按钮、升降按钮及复位按钮；所述指示灯112用于在所述操作端3接触到所述测试体时亮起；所述支撑底座13呈长方形板材设置，所述显示部12设置在所述控制部11的上方，在一实施方式中，所述显示部12与所述控制部11一体成型设置，所述显示部12上设置有显示屏，所述显示屏用于显示操作端3操作过程中的升降模式，在一实施方式中，所述显示屏包括光学显示屏121及数学显示屏，所述光学显示屏121用于显示操作端3上的数字显示，所述数字显示屏122用于显示操作端3的抵持压力。所述支撑底座13固定设置在所述控制显示端1的底部，在一实施方式中，所述支撑底座13的底部设置有若干水平调节螺丝131及水平泡132，具体的，所述水平调节螺丝131设置有四个，四个所述水平调节螺丝131设置在所述支撑底座13四周边角处，用于对所述支撑底座13的四周边角高度进行调节，所述水平泡132设置在所述支撑底座13的表面。

所述连接段2包括竖直伸缩段21及水平伸缩段22，所述竖直伸缩段21与所述水平伸缩段22相互垂直设置，所述竖直伸缩段21的底部固定设置在所述控制显示端1上，所述水平伸缩段22其中一端与所述竖直伸缩段21固定设置，另外一端向外延伸并与所述操作端3相互连接设置，所述竖直伸缩段21及所述水平伸缩段22均可伸缩设置，具体的，在一实施方式中，所述竖直伸缩段21底部设置有一杆轴（图中未示出），所述杆轴呈90°弯折，所述杆轴直径30-50mm，所述杆轴的水平段与所述控制显示端1相互连接，所述杆轴的竖直段与竖直伸缩段21的底部通过法兰、垫片及螺栓等进行连接，所述竖向伸缩段与所述水平伸缩段22包括至少两节在管内套设的伸缩管，所述竖向伸缩段及所述水平伸缩段22通过销钉和卡扣进行限位。

请参阅图1和图2，在一实施方式中，所述操作端3包括固定架31、探测杆32及光学投影装置33，所述固定架31呈U形设置，所述固定架31开口指向向下并固定设置在所述水平伸缩段22上，所述探测杆32竖直设置，所述探测杆32一端固定设置在所述固定架31上，另外一端向下延伸并穿过所述水平伸缩段22设置，所述光学投影装置33设置在所述水平伸缩段22指向向下，并设置在所述探测杆32的侧面，在一实施方式中，所述探测杆32的总质量为76g±0.2g，锥角30°±0.2°，锥尖磨损量不超过0.3mm，所述探测杆32上设置有杆体321、升降装置322、探头323及平衡器324，所述杆体321竖直设置，所述杆体321包括内刻度杆3211及外刻度杆3212，所述外刻度杆3212设置在所述内刻度杆3211上方，所述内刻度杆3211及所述外刻度杆3212表面分别设置有刻度，外刻度杆3212刻度尺刻线距离0.1mm，外刻度杆3212和内刻度杆3211直径分别为15mm和12mm，所述内刻度杆3211上设置有指示环3213，所述指示环3213的初始位置位于所述内刻度杆3211刻度的零位。所述外刻度杆3212内设置有压力传感器，所述压力传感器位于所述内刻度杆3211的上方，在一实施方式中，所述内刻度杆3211的顶部设置有接头，所述内刻度杆3211通过接头抵持在压力传感器的下方。

请参阅图1，所述升降装置322包括升降螺栓3221、升降轴3222及螺帽3223，所述螺帽3223固定在所述杆体321的顶部，所述升降轴3222的顶部与所述升降螺栓3221固定设置，所述升降轴3222的底部螺纹固定在所述螺帽3223上，所述升降轴3222沿竖直方向滑移设置，具体的，在一实施方式中，所述升降轴3222连接有叶片泵，所述升降轴3222通过叶片泵的液压油的压力传动实现升降。所述升降螺栓3221螺纹固定在所述固定架31上，所述探杆固定设置在所述杆体321的底部，在一实施方式中，所述探头323位于内刻度杆3211的下方，所述探头323呈圆锥形设置，并且尖头指向向下；所述平衡器324固定设置在所述外刻度杆3212上，用于保持所述探测杆32的竖直状态。当所述操作端3处于沉降模式状态时，所述探测杆32通过升降螺栓3221及手动进行高度的调节，当所述操作端3处于贯入模式状态下，所述探测杆32在电动驱动的作用下向土体匀速贯入10mm。

请参阅图1和图3，所述光学投影装置33包括光源331、滤光镜332、物镜333及反射镜334，其中所述光源331及所述物镜333设置在所述外刻度杆3212的两端，并固定在所述水平调节端上，所述滤光镜332、物镜333及反射镜334位于所述水平调节杆内，用于将物镜333观测到的外刻度杆3212的刻度通过光学的折射投影至光学显示屏121上，在一实施方式中，所述外刻度杆3212上的刻度通过光学投影装置33投影至光学显示屏121后放大10倍。在一实施方式中，所述物镜333及所述光源331一侧分别设置有调节螺栓3311，所述调节螺栓3311用于分别对所述物镜333与所述外刻度杆3212之间的距离及所述光源331与所述外刻度杆3212之间的距离进行调节。

本申请还提供了一种软黏土沉降及液性指数的测试方法，其步骤如下所示：

S1：按照设计要求，在软黏土表面布置若干个沉降观测钉，打开沉降模式按钮；

S2：调整连接段2，使得探测杆32的探头323锥尖针对降观测钉帽的十字中心；手动调节探测杆32的高度，直至探测杆32的端部与沉降观测钉十字中心接触，此时指示灯112亮起，停止探测杆32的升降；

S3：实时记录外刻度杆3212的刻度变化，按照此方法对所有沉降观测钉十字中心的点位进行沉降监测，直至按设计要求终止沉降监测，关闭沉降模式；

S4：按照设计要求确定液性指数测试点位，调整连接段2使得探测杆32探头323与测试点刚好接触，指示灯112亮起；

S5：打开贯入模式，探测杆32在电动驱动作用下向土体匀速贯入10mm，在数字显示屏122读取贯入阻力测试值，按此方法完成所有点位的液性指数、承载力测试，关闭贯入模式。

本申请所提供的一种软黏土沉降及液性指数测定装置，可以监测软黏土地基加固过程中的沉降、检测加固后的地基液性指数及承载力，结构简单、安装方便、易操作、测量精度高、一机多用，能够解决室内模型试验中软黏土早期处理过程中不易监测表面沉降的难题，并提高加固后地基液性指数及地基承载力的检测精度。通过该装置监测软黏土地基加固过程中的沉降及加固后的地基液性指数及承载力，解决室内模型试验中软黏土早期处理过程中不易监测表面沉降的难题，并提高加固后地基液性指数及地基承载力的检测精度。

需要注意的是，本发明中使用的多种标准件均是可以从市场上得到的，非标准件则是可以特别定制，本发明所采用的连接方式比如螺栓连接、焊接等也是机械领域中非常常见的手段，发明人在此不再赘述。

以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围。

Claims (9)

1.一种软黏土沉降及液性指数测定装置，其特征在于：包括控制显示端（1）、连接段（2）及操作端（3），所述控制显示端（1）用于沉降模式及贯入模式的切换，并显示操作端（3）的测试数据，所述连接段（2）用于连接所述控制显示端（1）及所述操作端（3），所述操作端（3）用于与软黏土接触并对软黏土的物理性能进行检测。

2.根据权利要求1所述的软黏土沉降及液性指数测定装置，其特征在于：所述操作端（3）包括固定架（31）及探测杆（32），所述固定架（31）呈U形设置，所述固定架（31）开口指向向下并固定设置在所述连接段（2）上，所述探测杆（32）竖直设置，所述探测杆（32）一端固定设置在所述固定架（31）上，另外一端向下延伸连接段（2）设置。

3.根据权利要求2所述的软黏土沉降及液性指数测定装置，其特征在于：所述探测杆（32）上设置有杆体（321）及升降装置（322），所述杆体（321）竖直设置，所述杆体（321）包括内刻度杆（3211）及外刻度杆（3212），所述外刻度杆（3212）设置在所述内刻度杆（3211）上方，所述内刻度杆（3211）及所述外刻度杆（3212）表面分别设置有刻度，所述内刻度杆（3211）上设置有指示环（3213），所述指示环（3213）的初始位置位于所述内刻度杆（3211）刻度的零位；所述升降装置（322）用于驱动所述探测杆（32）在竖直方向上移动。

4.根据权利要求3所述的软黏土沉降及液性指数测定装置，其特征在于：所述探测杆（32）还包括探头（323）及平衡器（324），所述探头（323）位于内刻度杆（3211）的下方，所述探头（323）呈圆锥形设置，并且尖头指向向下；所述平衡器（324）固定设置在所述外刻度杆（3212）上，用于保持所述探测杆（32）的竖直状态。

5.根据权利要求4所述的软黏土沉降及液性指数测定装置，其特征在于：所述连接段（2）包括竖直伸缩段（21）及水平伸缩段（22），所述竖直伸缩段（21）与所述水平伸缩段（22）相互垂直设置，所述竖直伸缩段（21）的底部固定设置在所述控制显示端（1）上，所述水平伸缩段（22）其中一端与所述竖直伸缩段（21）固定设置，另外一端向外延伸并与所述操作端（3）相互连接设置。

6.根据权利要求5所述的软黏土沉降及液性指数测定装置，其特征在于：所述控制显示端（1）设置有显示部（12），所述显示部（12）包括光学显示屏（121）及电子显示屏，所述探测杆（32）侧面设置有光学投影装置（33），所述光学投影装置（33）用于将外刻度杆（3212）上的刻度变化投影到所述光学显示屏（121）上，所述电子显示屏用于显示所述探测杆（32）端部收到的阻力。

7.根据权利要求6所述的软黏土沉降及液性指数测定装置，其特征在于：所述控制显示端（1）还包括控制部（11）及支撑底座（13），所述控制部（11）设置在所述显示部（12）及所述支撑底座（13）之间，所述控制部（11）其中一侧侧面设置有指向向上的斜面，所述控制部（11）位于其斜面上设置有若干控制按钮（111）及指示灯（112），所述控制按钮（111）用于调节所述操作端（3）的操作模式；所述指示灯（112）用于在所述探头（323）接触到待测样品时亮起，所述支撑底座（13）用于承载所述控制部（11）及所述显示部（12）。

8.根据权利要求7所述的软黏土沉降及液性指数测定装置，其特征在于：所述支撑底座（13）的底部设置有水平调节螺丝（131）及水平泡（132），所述水平调节螺丝（131）设置有四个，四个所述水平调节螺丝（131）设置在所述支撑底座（13）四周边角处，用于对所述支撑底座（13）的四周边角高度进行调节，所述水平泡（132）设置在所述支撑底座（13）的表面。

9.一种软黏土沉降及液性指数测定装置，其特征在于：使用权利要求8所述的软黏土沉降及液性指数测定装置，包含以下步骤：

S1：按照设计要求，在软黏土表面布置若干个沉降观测钉，打开沉降模式按钮；

S2：调整连接段（2），使得探测杆（32）的探头（323）锥尖针对降观测钉帽的十字中心；手动调节探测杆（32）的高度，直至探测杆（32）的端部与沉降观测钉十字中心接触，此时指示灯（112）亮起，停止探测杆（32）的升降；

S3：实时记录外刻度杆（3212）的刻度变化，按照此方法对所有沉降观测钉十字中心的点位进行沉降监测，直至按设计要求终止沉降监测，关闭沉降模式；

S4：按照设计要求确定液性指数测试点位，调整连接段（2）使得探测杆（32）探头（323）与测试点刚好接触，指示灯（112）亮起；

S5：打开贯入模式，探测杆（32）在电动驱动作用下向土体匀速贯入10mm，在数字显示屏（122）读取贯入阻力测试值，按此方法完成所有点位的液性指数、承载力测试，关闭贯入模式。

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