CN114354063A - 一种用密闭水压同时标定多个土压力盒的装置及标定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用密闭水压同时标定多个土压力盒的装置及标定方法，包括用于放置待测土压力盒的标定单元以及与所述标定单元连接的加载单元和数据采集单元；所述标定单元包括底座、设于所述底座上部的标定室、设于所述标定室上端的上盖，穿过所述上盖及底座设置有拉杆，所述标定室与底座、上盖之间通过所述拉杆实现密封连接；所述标定室内在所述底座上部设有多个用于安装固定待测土压力盒的土压力盒固定单元；通过所述加载单元向所述标定室内注入水并达到设定压力，所述数据采集单元采集测试过程的实验数据。采用该装置及标定方法对土压力盒标定时操作简单，标定单元密闭性好，标定结果准确，且可同时标定多个土压力盒，标定效率较高。
Description
技术领域
本发明属于岩土工程领域，涉及土压力盒的标定装置和标定方法，具体涉及一种用密闭水压同时标定多个土压力盒的装置及标定方法。
背景技术
在岩土工程技术领域中，由于实际工程体积较大且只有在施工时或施工后才能进行现场监测，而相似模型试验是按比例缩尺而成，可在实验室严格控制试验对象的主要参数而不受外界条件和自然条件的限制且制作方便，节省人力、资金和时间，能更好的指导现场施工，因此会对一些实际工程开展相似模型试验，比如挡土墙、边坡、加筋土桥台、路基等工程。土压力的测量数据对于相似模型试验的结果分析尤为重要，而试验中最常用于测量土压力的仪器是土压力盒。在试验准备阶段，需检查土压力盒出厂标定系数是否准确，若试验采用与出厂标定所用不同的数据采集仪(比如高速静态应变仪)，还需获取土压力盒所受压力与数据采集仪采集的数据(微应变)之间的关系，以此换算出真实的土压力值，而土压力盒标定体系决定了土压力值测量的准确性。
在土压力盒出厂时，大部分厂家会对其进行气压或油压标定，但得到的标定系数在土压力盒重复使用过程中会产生变化，若依然采用此标定系数则会影响实际土压力值的测量，造成实验误差，因此在试验前需对土压力盒重新标定。在实际相似模型试验准备阶段，土压力盒的标定方法主要有气压标定、液压标定(水压、油压)和土介质标定(砂)，以上方法各有优劣，但主要存在以下问题：一是气压、油压标定步骤复杂，标定单元密闭性较差导致标定结果误差较大；二是标定效率不高，标定单元每次仅能标定一个土压力盒，工作量大；三是土介质标定时，土压力盒经常遇到受力不均等问题；而水压较为稳定且土压力盒在水压中受力均匀，因此设计一种密闭水压同时标定多个土压力盒的标定体系是十分必要的。
专利CN106644255A公开了一种封闭水压式土压力盒标定装置及标定方法，包括柔性反向加压组件、施压组件和测压计，标定时通过驱动施压组件中的升降驱动装置，使升降板高度上升，螺纹橡胶袋体积压缩使内部的水压改变，进而标定土压力盒。然而，该装置存在以下缺陷：一是结构复杂，操作繁琐；二是升降板在上升过程中可能对土压力盒产生扰动，造成受力不均；三是该装置每次仅能标定一个土压力盒，标定效率低；四是该装置仅对一种直径的土压力盒适用，适用范围小。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述问题而提供一种用密闭水压同时标定多个土压力盒的装置及标定方法，该设置结构组成简单，操作方便，安全环保，标定单元的密封性好，土压力盒的标定结果准确，可以同时标定多个土压力盒，标定效率高。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种用密闭水压同时标定多个土压力盒的装置，包括用于放置待测土压力盒的标定单元以及与所述标定单元连接的加载单元和数据采集单元；
所述标定单元包括底座、设于所述底座上部的标定室、设于所述标定室上端的上盖，穿过所述上盖及底座设置有拉杆，所述标定室与底座、上盖之间通过所述拉杆实现密封连接；
所述标定室内在所述底座上部设有多个用于安装固定待测土压力盒的土压力盒固定单元；
通过所述加载单元向所述标定室内注入水并达到设定压力，所述数据采集单元采集测试过程的实验数据。
进一步地，所述上盖设有排气孔及多个出线孔，所述待测土压力盒连接土压力盒线，所述土压力盒线穿过所述出线孔与外部的数据采集单元连接。
进一步地，所述出线孔的上方设有O型密封圈槽和防渗组件连接孔，所述O型密封圈槽内设置O型密封圈，所述防渗组件连接孔内安装防渗组件。
进一步地，所述防渗组件包括由下部固定端及上部自由端组成的收缩螺杆、自锁螺帽以及密封垫，
所述收缩螺杆为中空结构，所述土压力盒线从中穿过，所述收缩螺杆的下部固定端旋进所述上盖，将置于上盖O型密封圈槽内的O型密封圈与土压力盒线之间压紧；
所述收缩螺杆上部为带齿自由端，上部自由端外周套设所述自锁螺帽，所述自锁螺帽内设有密封垫，所述自锁螺帽向下旋紧使锯齿收缩，与土压力盒线贴紧，自锁螺帽顶部的密封垫受压张开，密封所述收缩螺杆上部与土压力盒线之间的空隙。
进一步地，所述上盖上的O型密封圈槽的直径与防渗组件连接孔的直径相同，均大于出线孔的直径，确保O型密封圈在上盖中部不滑落。
进一步地，所述标定室的侧壁设有加压孔并连接有校正压力表，所述加载单元通过所述加压孔与所述标定室连接；所述数据采集单元由数据采集仪和电脑组成。
进一步地，所述土压力盒固定单元设置多个，均匀布置焊接于所述底座上，每个土压力盒固定单元均由固定环和固定螺纹杆组成，所述固定环为一圆环结构，四周各有一螺杆孔以供固定螺纹杆插入，固定环上部设有出线槽以便将土压力盒线引出。
进一步地，所述底座和上盖上均设有多个拉杆孔，所述拉杆上下均设有螺纹，拉杆从上穿过所述上盖旋进底座的螺纹孔内，通过手拧螺母旋紧拉杆，将标定室与顶盖、底板紧密连接。
进一步地，所述标定室与上盖和底座连接处各设大直径O型密封圈槽。
一种用密闭水压标定土压力盒的标定方法，采用所述装置，具体包括以下步骤：
步骤(1)标定单元组装：首先将标定单元底座置于平整地面上并将标定室上部和下部的大直径O型密封圈放于密封圈槽内，其次将土压力盒受力面朝上置于固定环中并使用固定螺杆加以固定，再安装标定室，然后土压力盒线从下向上穿过上盖上的出线孔、O型密封圈、收缩螺杆以及自锁螺帽，之后把O型密封圈置于上盖中的O型密封圈槽内并将收缩螺杆下部固定端旋进上盖，自锁螺帽与上部自由端连接牢固，最后将上盖置于标定室上，拉杆旋进底座，旋紧手拧螺母，组装完成，检查各处是否连接牢固；
步骤(2)加载单元与数据采集单元连接：将加载单元通过输液管与标定室连接，将土压力盒线连接数据采集仪并使用数据线将数据采集仪与电脑连接；
步骤(3)标定单元密闭性检测：打开标定室侧壁的加压孔以及上盖上的排气孔，由加载单元通过输液管向标定室中注水，直至上部排气孔溢水为止，关闭排气孔，通过加载单元施加压力，进行标定单元的密闭性检测，若持续2min无渗水现象，则密闭性良好，继续下一步操作；若有渗水现象，则重新组装防渗组件，再次进行密闭性检测；
步骤(4)压力表校正：将密闭性检测所施加压力卸载至0，检查校正压力表与加载单元压力表初始值是否为0，若不为0，则需进行校正；
步骤(5)加卸压标定：先根据土压力盒的实际量程，设置若干级加载，通过加载单元逐级加载，每级压力稳定2min后读数，由两个压力表读数判断是否达到每级压力值，当加载达到土压力盒实际量程的80％后停止加载，然后按照加载时的方法进行逐级卸载到零，并记录读数，重复加卸压标定操作3次后取平均值进行数据处理。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明中标定室与底板、上盖之间采用大直径O型密封圈密封，出线孔处采用上下共同防渗的防渗组件密封，密闭性好，标定结果准确；
2、适用范围广，对模型试验中用到的不同量程、不同直径的土压力盒都适用；
3、标定单元构造简单，操作方便，不污染实验室环境，标定过程压力稳定，标定结果的误差小；
4、本标定单元可同时标定多个土压力盒，标定效率高。
附图说明
图1为标定体系示意图；
图2是标定单元示意图；
图3为标定单元俯视图；
图4为防渗组件构造图；
图5为标定单元A-A’剖面图；
其中：1-标定单元；2-加载单元；3-数据采集仪；4-电脑；5-水；6-底座；7-标定室；8-拉杆；9-上盖；10-手拧螺母；11-校正压力表；12-土压力盒；13-排气孔；14-加压孔；15-1上部O型密封圈；15-2下部O型密封圈；16-土压力盒线；17-防渗组件；18-土压力盒固定单元；17-1密封垫；17-2自锁螺帽；17-3收缩螺杆；17-4下部固定端；17-5上部自由端；18-1土压力盒固定螺纹杆；18-2土压力盒固定环。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
如图1所示标定体系示意图，具体包括标定单元1、加载单元2、数据采集仪3以及电脑4，标定过程中土压力盒12固定于充满水5的标定室7底部，加载单元2通过输液管施加压力，数据采集仪3采集数据，电脑4记录保存数据。
如图2、图3，标定单元由上盖9、标定室7、拉杆8、底座6、校正压力表11、防渗组件17和土压力盒固定单元18组成，标定体系的材料均为不锈钢材质；上盖9上设有一个排气孔13、四个出线孔、四个防渗组件连接孔及四个拉杆孔，上盖的每个出线孔上方均设有O型密封圈槽和防渗组件连接孔，标定室侧壁设有一个加压孔，标定室侧壁连接有校正压力表11，防渗组件17由O型密封圈19以及收缩螺杆17-3组成，标定之前，使用土压力盒固定单元18将土压力盒固定，土压力盒线16从上盖及防渗组件中引出，同时通过手拧螺母10及拉杆8将标定室与上盖、底座连接密封，形成密闭性良好的标定单元。
底座6和上盖9上均设有四个拉杆孔，拉杆8上下均设有螺纹，拉杆从上穿过上盖旋进底座的螺纹孔内，通过手拧螺母10旋紧拉杆，将标定腔室与顶盖、底板紧密连接。
标定室与上盖和底座连接处上下各设两个大直径O型密封圈槽，标定时，将两个大直径O型密封圈15-1和15-2置于槽内，起到防渗作用。上盖上的排气孔13和标定室侧壁的加压孔14可通过阀门控制开关。标定室侧壁连接一个校正压力表11，用以检验标定时标定室内的压力与加载单元所施加压力是否一致。上盖上的O型密封圈槽的直径和与防渗组件连接孔的直径相同，均大于出线孔的直径，以确保O型密封圈19在上盖中部而不滑落。
如图4，标定单元防渗组件17的收缩螺杆17-3由下部固定端17-4、上部自由端17-5、密封垫17-1以及自锁螺帽17-2组成，收缩螺杆是中空的，土压力盒线可以从中穿过，从而将土压力盒线引出；防渗组件的收缩螺杆的下部固定端17-4可旋进上盖，将置于上盖O型密封圈槽内的O型密封圈与土压力盒线之间压紧，达到初步防渗效果；防渗组件的收缩螺杆上部为带齿自由端17-5，自由端外周套有自锁螺帽17-2，自锁螺帽内设有密封垫17-1，自锁螺帽向下旋紧使螺杆上部的锯齿收缩，与土压力盒线贴紧，自锁螺帽顶部的密封垫受压张开，从而将收缩螺杆上部与土压力盒线之间的空隙密封，达到彻底防渗效果。
如图5，标定单元的土压力盒固定单元18由固定螺纹杆18-1和固定环18-2组成，土压力盒固定单元共四个，均匀布置焊接于底座上，固定环为一圆环结构，四周各有一螺杆孔用来固定螺杆插入，固定环上部设有出线槽以便将土压力盒线引出。
利用上述系统对土压力盒进行标定的方法，具体包括以下步骤：
步骤(1)标定单元组装：首先将标定单元底座6置于平整地面上并将标定室上部和下部的大直径O型密封圈15-1和15-2放于密封圈槽内，其次将土压力盒12受力面朝上置于固定环18-2中并使用固定螺杆18-1加以固定，再安装标定室7，然后土压力盒线16从下向上穿过上盖上的出线孔、O型密封圈19、收缩螺杆17-3以及自锁螺帽17-2，之后把O型密封圈19置于上盖中的O型密封圈槽内并将收缩螺杆下部固定端17-4旋进上盖，自锁螺帽与上部自由端17-5连接牢固，最后将上盖置于标定室上，拉杆8旋进底座，旋紧手拧螺母10，组装完成，检查各处是否连接牢固；
步骤(2)加载单元与数据采集单元连接：将加载单元2通过输液管与标定室连接，将土压力盒线连接数据采集仪3并使用数据线将数据采集仪与电脑4连接；
步骤(3)标定单元密闭性检测：打开标定室侧壁的加压孔14以及上盖上的排气孔13，由加载单元通过输液管向标定室7中注水，直至上部排气孔溢水为止，关闭排气孔，通过加载单元施加压力，进行标定单元的密闭性检测，若持续2min无渗水现象，则密闭性良好，继续下一步操作；若有渗水现象，则重新组装防渗组件，再次进行密闭性检测；
步骤(4)压力表校正：将密闭性检测所施加压力卸载至0，检查校正压力表11与加载单元压力表初始值是否为0，若不为0，则需进行校正；
步骤(5)加卸压标定：先根据土压力盒的实际量程，设置若干级加载，通过加载单元逐级加载，每级压力稳定2min后读数，由两个压力表读数判断是否达到每级压力值，当加载达到土压力盒实际量程的80％后停止加载，然后按照加载时的方法进行逐级卸载到零，并记录读数，重复加卸压标定操作3次后取平均值进行数据处理。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种用密闭水压同时标定多个土压力盒的装置，其特征在于，包括用于放置待测土压力盒的标定单元以及与所述标定单元连接的加载单元和数据采集单元；
所述标定单元包括底座、设于所述底座上部的标定室、设于所述标定室上端的上盖，穿过所述上盖及底座设置有拉杆，所述标定室与底座、上盖之间通过所述拉杆实现密封连接；
所述标定室内在所述底座上部设有多个用于安装固定待测土压力盒的土压力盒固定单元；
通过所述加载单元向所述标定室内注入水并达到设定压力，所述数据采集单元采集测试过程的实验数据。
2.根据权利要求1所述的一种用密闭水压同时标定多个土压力盒的装置，其特征在于，所述上盖设有排气孔及多个出线孔，
所述待测土压力盒连接土压力盒线，所述土压力盒线穿过所述出线孔与外部的数据采集单元连接。
3.根据权利要求2所述的一种用密闭水压同时标定多个土压力盒的装置，其特征在于，所述出线孔的上方设有O型密封圈槽和防渗组件连接孔，所述O型密封圈槽内设置O型密封圈，所述防渗组件连接孔内安装防渗组件。
4.根据权利要求3所述的一种用密闭水压同时标定多个土压力盒的装置，其特征在于，所述防渗组件包括由下部固定端及上部自由端组成的收缩螺杆、自锁螺帽以及密封垫，
所述收缩螺杆为中空结构，所述土压力盒线从中穿过，所述收缩螺杆的下部固定端旋进所述上盖，将置于上盖O型密封圈槽内的O型密封圈与土压力盒线之间压紧；
所述收缩螺杆上部为带齿自由端，上部自由端外周套设所述自锁螺帽，所述自锁螺帽内设有密封垫，所述自锁螺帽向下旋紧使锯齿收缩，与土压力盒线贴紧，自锁螺帽顶部的密封垫受压张开，密封所述收缩螺杆上部与土压力盒线之间的空隙。
5.根据权利要求3所述的一种用密闭水压同时标定多个土压力盒的装置，其特征在于，所述上盖上的O型密封圈槽的直径与防渗组件连接孔的直径相同，均大于出线孔的直径。
6.根据权利要求1所述的一种用密闭水压同时标定多个土压力盒的装置，其特征在于，所述标定室的侧壁设有加压孔并连接有校正压力表，所述加载单元通过所述加压孔与所述标定室连接；所述数据采集单元由数据采集仪和电脑组成。
7.根据权利要求1所述的一种用密闭水压同时标定多个土压力盒的装置，其特征在于，所述土压力盒固定单元设置多个，均匀布置焊接于所述底座上，每个土压力盒固定单元均由固定环和固定螺纹杆组成，所述固定环为一圆环结构，四周各有一螺杆孔以供固定螺纹杆插入，固定环上部设有出线槽以便将土压力盒线引出。
8.根据权利要求1所述的一种用密闭水压同时标定多个土压力盒的装置，其特征在于，所述底座和上盖上均设有多个拉杆孔，所述拉杆上下均设有螺纹，拉杆从上穿过所述上盖旋进底座的螺纹孔内，通过手拧螺母旋紧拉杆，将标定室与顶盖、底板紧密连接。
9.根据权利要求1所述的一种用密闭水压同时标定多个土压力盒的装置，其特征在于，所述标定室与上盖和底座连接处各设大直径O型密封圈槽。
10.一种用密闭水压标定土压力盒的标定方法，其特征在于，采用如权利要求1-9任意一项所述的装置，具体包括以下步骤：
步骤(1)标定单元组装：将底座置于地面上，将土压力盒受力面朝上置于固定环中并使用固定螺杆加以固定，安装标定室，土压力盒线从下向上穿过上盖上的出线孔，将上盖置于标定室上，拉杆旋进底座，旋紧手拧螺母，组装完成，检查各处是否连接牢固；
步骤(2)加载单元与数据采集单元连接：将加载单元通过输液管与标定室连接，将土压力盒线连接数据采集仪并使用数据线将数据采集仪与电脑连接；
步骤(3)标定单元密闭性检测：打开标定室侧壁的加压孔以及上盖上的排气孔，由加载单元通过输液管向标定室中注水，直至上部排气孔溢水为止，关闭排气孔，通过加载单元施加压力，进行标定单元的密闭性检测，若持续2min无渗水现象，则密闭性良好，继续下一步操作；若有渗水现象，则重新组装防渗组件，再次进行密闭性检测；
步骤(4)压力表校正：将密闭性检测所施加压力卸载至0，检查校正压力表与加载单元压力表初始值是否为0，若不为0，则需进行校正；
步骤(5)加卸压标定：根据土压力盒的实际量程，设置若干级加载，通过加载单元逐级加载，每级压力稳定2min后读数，由两个压力表读数判断是否达到每级压力值，当加载达到土压力盒实际量程的80％后停止加载，然后按照加载时的方法进行逐级卸载到零，并记录读数，重复加卸压标定操作多次后取平均值进行数据处理。
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