CN114705355A - 一种用于土压力盒的流体标定装置以及土压力盒标定方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于土压力盒的流体标定装置，包括标定箱体以及与所述标定箱体可拆卸连接的防渗透部；所述标定箱体包括标定腔室、土压力盒线开口、土压力盒置放开口、土压力盒置放开口端盖、流体进口以及流体出口；所述标定腔室位于所述标定箱体内，所述流体进口与所述流体出口均设置有阀门，所述流体进口、流体出口以及土压力盒线开口均连通所述标定腔室与外界；所述防渗透部与所述标定箱体间开设有土压力盒线通道；该土压力盒的流体标定装置可通过更换防渗透部适配于各种土压力盒的测量，密封性强，并且制作简单，操作方便；标定结果准确。
Description
技术领域
本发明涉及土压力盒领域，特别是涉及一种用于土压力盒的流体标定装置以及土压力盒标定方法。
背景技术
在岩土工程技术领域中，经常会对一些实际工程开展相似模型试验，包括常重力场(1g)下的模型试验及超重力场(Ng)下的模型试验。在相似模型试验中土压力的量测结果对于试验的结果分析尤为重要，而试验中最常用于量测土压力的元件是土压力盒。在埋设土压力盒之前，需要对其进行标定以获取输入压力和输出数据之间的关系，提高测试结果的可靠性。标定装置和标定方法对土压力盒量测结果的准确性有很大影响。
模型试验中常用的土压力盒标定方法是砂标法，即在容器底部水平放置土压力盒，上部覆盖一定厚度的砂土，然后在砂土上施加压力，以模拟试验时土压力盒在土中的受力情况。但是砂标法或由于标定装置几何尺寸较小而产生较明显的边界效应，或由于加载方式引起的土压力盒受力不均等情况，易导致标定结果误差较大。
现有的土压力盒流体标定装置只适用于单一尺寸的土压力盒。由于常重力场下与超重力场下模型试验选择的模型相似比差距较大，各自所采用土压力盒的几何尺寸也不尽相同；例如超重力场离心模型试验采用的微型土压力盒直径在5mm左右，而常重力模型试验土压力盒直径通常在40-50mm。其中，土压力盒包括土压力盒本体和土压力盒线。土压力盒本体尺寸改变，土压力盒线的尺寸也会随之改变。用仅适用于单一尺寸土压力盒的标定装置去标定不同尺寸的土压力盒本体，容易因土压力盒线尺寸的不同而导致流体因密封性不足而渗漏，进而影响标定结果。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明要解决的技术问题在于提供一种用于土压力盒的流体标定装置。
本发明提出一种用于土压力盒的流体标定装置，包括标定箱体以及与所述标定箱体可拆卸连接的防渗透部；所述标定箱体包括标定腔室、土压力盒线开口、土压力盒置放开口、土压力盒置放开口端盖、流体进口以及流体出口；所述标定腔室位于所述标定箱体内，所述流体进口与所述流体出口均设置有阀门，所述流体进口、流体出口以及土压力盒线开口均连通所述标定腔室与外界；所述防渗透部与所述标定箱体间开设有土压力盒线通道；该装置处于工作状态时，土压力盒位于所述标定腔室内，所述土压力盒线穿过所述土压力盒线开口与所述土压力盒线通道连接所述标定腔室与外界；所述土压力盒置放开口连通所述标定腔室，所述土压力盒置放开口端盖土压力盒置放开口端盖用于密封所述土压力盒置放开口。
优选地，所述防渗透部包括防渗透部本体和密封件，所述防渗透部本体开设有面向所述标定箱体表面的土压力盒线槽；当所述防渗透部装设在所述标定箱体上时，所述土压力盒线槽与对应的所述标定箱体表面形成所述土压力盒线通道；所述密封件位于所述土压力盒线通道表面，用于包裹容纳于所述土压力盒线通道的所述土压力盒线。
优选地，所述防渗透部还包括第一密封环和第二密封环，所述第一密封环至少有一部分位于所述土压力盒线通道的下端面，所述第二密封环至少有一部分位于所述土压力盒线通道的上端面，所述密封件包括第一密封环位于所述土压力盒线通道内的部分和第二密封环位于所述土压力盒线通道内的部分。
优选地，所述防渗透部还包括防渗透部固定件，所述防渗透部固定件为连接所述防渗透部本体与标定箱体的螺杆螺栓。
优选地，所述土压力盒置放开口端盖与所述标定箱体可拆卸连接，所述土压力盒线开口开设在所述土压力盒置放开口端盖上。
优选地，所述标定箱体包括中空的筒体和端盖固定件，所述土压力盒置放开口位于所述筒体的两端；所述土压力盒置放开口端盖包括用于放置所述筒体端部的筒体安装槽和位于所述筒体安装槽端盖内的端盖密封环；所述端盖固定件用于固定所述筒体与所述土压力盒置放开口端盖。
优选地，所述端盖固定件包括用于连接位于所述筒体两端的土压力盒置放开口端盖的螺杆螺母。
优选地，该装置还包括连接在所述标定箱体上的地脚，用于支撑所述标定箱体悬空。
一种土压力盒标定方法，包括以下步骤：S1、根据土压力盒线尺寸选择相应的防渗透部，保证土压力盒线与土压力盒线通道适配；S2、将土压力盒本体放入所述标定腔室内，土压力盒线通过所述土压力盒线通道从所述标定腔室内引出，土压力盒置放开口端盖土压力盒置放开口端盖用于密封所述土压力盒置放开口；再流体渗透检测，分别打开流体进口和流体出口的阀门，向流体进口处注射流体，保证流体出口有流体溢出时，所述流体标定装置其他各处均无流体溢出；S3、标定腔室与输液管排气：采用输液管连通加压系统与流体进口，启动加压系统，流体出口有流体溢出后，关闭流体出口的阀门；S4、加压系统调试以及压力表校正：调试加压系统，并将压力盒读数校零；S5、数据量测系统连接：将土压力盒线与数据量测系统连接，并将土压力盒读数校零；S6、加卸压标定：根据土压力盒的量程，确定加压系统的加载级数及每级加载幅值，通过加压系统对土压力盒施加逐级加载，每级荷载稳定预定时间后读数并记录；当达到最大加载压力设定值后，对土压力盒施加逐级卸载，每级卸载幅值可与加载幅值相同，每级荷载稳定预定时间后读数并记录，直至压力卸载至零；S7、重复加卸压标定操作若干次后取平均值进行数据处理。
优选地，还包括S8、将所述标定试验得到加卸载时的加压系统压力值与土压力盒读数，以土压力盒读数为横坐标，压力值为纵坐标，建立坐标系绘制标定曲线，通过对标定曲线进行线性或非线性拟合即可得土压力盒标定系数，即实际压力值与土压力盒读数的比值。
如上所述，本发明涉及的一种用于土压力盒的流体标定装置，具有以下有益效果：该土压力盒的流体标定装置可通过更换防渗透部，实现各种土压力盒的标定，密封性强，并且制作简单，操作方便；标定结果准确；并且对土压力盒进行标定时，该标定装置适配于手动、自动等各种形式的加压系统，土压力盒进行标定过程中受力均匀，无边界效应。
附图说明
图1为本发明一种用于土压力盒的流体标定装置中装配有土压力盒的示意图。
图2为本发明中土压力盒置放开口端盖与防渗透部配合的示意图。
图3为本发明一种用于土压力盒的流体标定装置拆除防渗透部后的局部示意图。
图4为本发明中防渗透部本体的示意图。
图5为本发明中流体标定装置对土压力盒进行标定时的示意图。
附图标记说明：
100、标定箱体；110、土压力盒置放开口；111、土压力盒置放开口端盖；1110、筒体安装槽；1111、端盖密封环；1112、端盖固定件；120、流体进口；121、流体出口；122、阀门；130、标定腔室；140、土压力盒线开口；150、筒体；160、地脚；200、防渗透部；210、防渗透部本体；211、土压力盒线槽；220、土压力盒线通道；231、第一密封环；232、第二密封环；233、密封环槽；240、防渗透固定件；2401、螺孔；300、加压系统；310、输液管；400、土压力盒；411、土压力盒本体；412、土压力盒线；420、土压力盒信号数据采集仪；430、电脑。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
如图1-图5所示，一种用于土压力盒的流体标定装置的一种实施例，包括标定箱体100以及与标定箱体100可拆卸连接的防渗透部200；标定箱体100包括标定腔室130、土压力盒线开口140、土压力盒置放开口110、土压力盒置放开口端盖111、流体进口120以及流体出口121；标定腔室130位于标定箱体100内，流体进口120与流体出口121均设置有阀门122，流体进口120、流体出口121以及土压力盒线开口140均连通标定腔室130与外界；防渗透部200与标定箱体100间开设有土压力盒线通道220；该装置处于工作状态时，土压力盒本体411位于标定腔室130内，土压力盒线412穿过土压力盒线开口140与土压力盒线通道220连接标定腔室130与外界；土压力盒置放开口110连通标定腔室130，土压力盒置放开口端盖111用于密封土压力盒置放开口110。
需要对土压力盒400进行标定时，将土压力盒400经由土压力盒置放开口110放入标定腔室130内，再通过土压力盒置放开口端盖111密封该土压力盒置放开口110。拆卸防渗透部200，将土压力盒线412通过土压力盒线开口140从标定腔室130内引出至外界，将防渗透部200安装在相应的位置，进而使得土压力盒线412位于土压力盒线通道220内，从而实现了土压力盒400在标定腔室130内的密封。对于不同型号的土压力盒400，不同尺寸的土压力盒线412，仅需要通过更换不同的防渗透部200，使得土压力盒线通道220与土压力盒线412的尺寸适配，进而实现该流体标定装置在对土压力盒400进行标定时，密封性足够。
其中，防渗透部200包括防渗透部本体210和密封件，防渗透部本体210开设有面向标定箱体100表面的土压力盒线槽211；当防渗透部200装设在标定箱体100上时，土压力盒线槽211与对应的标定箱体100表面形成土压力盒线通道220；密封件位于土压力盒线通道220表面，用于包裹容纳于土压力盒线通道220的土压力盒线412。
土压力盒线通道220通过土压力盒线槽211与标定箱体100外表面形成，仅需要通过对土压力盒线槽211的尺寸进行设置，就能够得到合适尺寸的土压力盒线通道220，方便简单；并且，由土压力盒线槽211与标定箱体100外表面可分离的状况，方便土压力盒线412装设在土压力盒线通道220内，同时方便密封件的安装。
防渗透部200还包括第一密封环231和第二密封环232，第一密封环231至少有一部分位于土压力盒线通道220的下端面，第二密封环232至少有一部分位于土压力盒线通道220的上端面，密封件包括第一密封环231位于土压力盒线通道220内的部分和第二密封环232位于土压力盒线通道220内的部分。
其中，第一密封环231位于防渗透部200与标定箱体100外端面之间，并且，该第一密封环231部分位于土压力盒线通道220的下端面；防渗透部本体210上开设有用于放置第二密封环232的密封环槽233，该密封环槽233面向标定箱体100的外端面，并且，该密封环槽233的局部位于土压力盒线通道220的上端面。本实施例，当土压力盒400放入标定箱体100内后，可先将第一密封环231放置在标定箱体100外表面面向防渗透部200的位置，第二密封环232放置在密封环槽233内，然后，将土压力盒线412放置在预定位置，将防渗透部200固定在标定箱体100上，实现土压力盒线412从标定腔室130内的引出，并且实现了对土压力盒线通道220与土压力盒线412之间间隙的密封。
当然，防渗透部200还包括防渗透部固定件240，防渗透部固定件240为连接防渗透部本体210与标定箱体100的螺杆螺栓。其中，防渗透部本体210与标定箱体100均开设有对应的安装螺孔2401，用于安装该螺杆螺栓。
优选地，土压力盒置放开口端盖111与标定箱体100可拆卸连接，土压力盒线开口140开设在土压力盒置放开口端盖111上。
优选地，标定箱体100包括中空的筒体150和端盖固定件1112，土压力盒置放开口110位于筒体150的两端；土压力盒置放开口端盖111包括用于放置筒体150端部的筒体安装槽1110和位于筒体安装槽1110内的端盖密封环1111；端盖固定件1112用于固定筒体150与土压力盒置放开口端盖111。
在本实施例中，位于筒体150两端的土压力盒置放开口端盖111可通过螺栓螺杆进行相互固定，由于筒体150的两端分别对应位于筒体安装槽1110内，故而实现了筒体150与位于筒体150两端的土压力盒置放开口端盖111的固定。同时，位于土压力盒置放开口端盖111内的端盖密封环1111实现了筒体安装槽1110与筒体150的密封安装。
优选地，该标定装置还包括连接在标定箱体100上的地脚160，用于支撑标定箱体100悬空。
一种土压力盒标定方法的实施例，包括以下步骤：S1、根据土压力盒线412尺寸选择相应的防渗透部200，保证土压力盒线412与土压力盒线通道220适配；S2、将土压力盒本体411放入标定腔室130内，土压力盒线412通过土压力盒线通道220从标定腔室130内引出，土压力盒置放开口端盖111用于密封土压力盒置放开口110；再进行流体渗透检测，分别打开流体进口120和流体出口121的阀门122，向流体进口120处注射流体，保证流体出口121有流体溢出时，流体标定装置其他各处均无流体溢出；S3、标定腔室130与输液管310排气：采用输液管310连通加压系统300与流体进口120，启动加压系统300，流体出口121有流体溢出后，关闭流体出口121的阀门122；S4、加压系统300调试以及压力表校正：调试加压系统300，并将土压力盒400读数校零；其中，土压力盒400读数通过土压力盒线412与土压力盒信号数据采集仪420和电脑430连接测得；S5、数据量测系统连接：将土压力盒线412与数据量测系统连接，并将土压力盒400读数校零；S6、加卸压标定：根据土压力盒400的量程，确定加压系统300的加载级数及每级加载幅值，通过加压系统300对土压力盒400施加逐级加载，每级荷载稳定预定时间后读数并记录；当达到最大加载压力设定值后，对土压力盒400施加逐级卸载，每级卸载幅值可与加载幅值相同，每级荷载稳定预定时间后读数并记录，直至压力卸载至零；在本实施例中，该预定时间为2min；S7、重复加卸压标定操作若干次后取平均值进行数据处理；本实施例中，操作次数为3次；S8、将标定试验得到加卸载时的加压系统300压力值与土压力盒400读数，以土压力盒400读数为横坐标，加压系统300压力值为纵坐标，建立坐标系绘制标定曲线，通过对标定曲线进行线性或非线性拟合即可得土压力盒400标定系数，即实际压力值与土压力盒400读数的比值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (10)
1.一种用于土压力盒的流体标定装置，其特征在于，包括标定箱体(100)以及与所述标定箱体(100)可拆卸连接的防渗透部(200)；所述标定箱体(100)包括标定腔室(130)、土压力盒线开口(140)、土压力盒置放开口(110)、土压力盒置放开口端盖(111)、流体进口(120)以及流体出口(121)；所述标定腔室(130)位于所述标定箱体(100)内，所述流体进口(120)与所述流体出口(121)均设置有阀门(122)，所述流体进口(120)、流体出口(121)以及土压力盒线开口(140)均连通所述标定腔室(130)与外界；所述防渗透部(200)与所述标定箱体(100)间开设有土压力盒线通道(220)；该流体标定装置处于工作状态时，土压力盒本体(411)位于所述标定腔室(130)内，所述土压力盒线(412)穿过所述土压力盒线开口(140)与所述土压力盒线通道(220)连接所述标定腔室(130)与外界；所述土压力盒置放开口(110)连通所述标定腔室(130)，所述土压力盒置放开口端盖(111)用于密封所述土压力盒置放开口(110)。
2.根据权利要求1所述的一种用于土压力盒的流体标定装置，其特征在于，所述防渗透部(200)包括防渗透部本体(210)和密封件，所述防渗透部本体(210)开设有面向所述标定箱体(100)表面的土压力盒线槽(211)；当所述防渗透部(200)装设在所述标定箱体(100)上时，所述土压力盒线槽(211)与对应的所述标定箱体(100)外表面形成所述土压力盒线通道(220)；所述密封件位于所述土压力盒线通道(220)内侧面，用于包裹容纳于所述土压力盒线通道(220)的所述土压力盒线(412)。
3.根据权利要求2所述的一种用于土压力盒的流体标定装置，其特征在于，所述防渗透部(200)还包括第一密封环(231)和第二密封环(232)，所述第一密封环(231)至少有一部分位于所述土压力盒线通道(220)的下端面，所述第二密封环(232)至少有一部分位于所述土压力盒线通道(220)的上端面，所述密封件包括第一密封环(231)位于所述土压力盒线通道(220)内的部分和第二密封环(232)位于所述土压力盒线通道(220)内的部分。
4.根据权利要求2所述的一种用于土压力盒的流体标定装置，其特征在于，所述防渗透部(200)还包括防渗透部固定件(240)，所述防渗透部固定件(240)为连接所述防渗透部本体(210)与标定箱体(100)的螺杆螺栓。
5.根据权利要求1所述的一种用于土压力盒的流体标定装置，其特征在于，所述土压力盒置放开口端盖(111)与所述标定箱体(100)可拆卸连接，所述土压力盒线开口(140)开设在所述土压力盒置放开口端盖(111)上。
6.根据权利要求1所述的一种用于土压力盒的流体标定装置，其特征在于，所述标定箱体(100)包括中空的筒体(150)和端盖固定件(1112)，所述土压力盒置放开口(110)位于所述筒体(150)的两端；所述土压力盒置放开口端盖(111)包括用于放置所述筒体(150)端部的筒体安装槽(1110)和位于所述筒体安装槽(1110)端盖内的端盖密封环(1111)；所述端盖固定件(1112)用于固定所述筒体(150)与所述土压力盒置放开口端盖(111)。
7.根据权利要求5所述的一种用于土压力盒的流体标定装置，其特征在于，所述端盖固定件(1112)包括用于连接位于所述筒体(150)两端的土压力盒置放开口端盖(111)的螺杆螺母。
8.根据权利要求1所述的一种用于土压力盒的流体标定装置，其特征在于，还包括连接在所述标定箱体(100)上的地脚(160)，用于支撑所述标定箱体(100)悬空。
9.一种土压力盒标定方法，采用权利要求1-8任意一项所述的流体标定装置，其特征在于，包括以下步骤：S1、根据土压力盒线(412)尺寸选择相应的防渗透部(200)，保证土压力盒线(412)与土压力盒线通道(220)适配；S2、将土压力盒本体(411)放入所述标定腔室(130)内，土压力盒线(412)通过所述土压力盒线通道(220)从所述标定腔室(130)内引出，土压力盒置放开口端盖(111)用于密封所述土压力盒置放开口(110)；再进行流体渗透检测，分别打开流体进口(120)和流体出口(121)的阀门(122)，向流体进口(120)处注射流体，保证流体出口(121)有流体溢出时，所述流体标定装置其他各处均无流体溢出；S3、标定腔室(130)与输液管(310)排气：采用输液管(310)连通加压系统(300)与流体进口(120)，启动加压系统(300)，流体出口(121)有流体溢出后，关闭流体出口(121)的阀门(122)；S4、加压系统(300)调试以及压力表校正：调试加压系统(300)，并将压力盒读数校零；S5、数据量测系统连接：将土压力盒线(412)与数据量测系统连接，并将土压力盒(400)读数校零；S6、加卸压标定：根据土压力盒(400)的量程，确定加压系统(300)的加载级数及每级加载幅值，通过加压系统(300)对土压力盒(400)施加逐级加载，每级荷载稳定预定时间后读数并记录；当达到最大加载压力设定值后，对土压力盒(400)施加逐级卸载，每级卸载幅值可与加载幅值相同，每级荷载稳定预定时间后读数并记录，直至压力卸载至零；S7、重复加卸压标定操作若干次后取平均值进行数据处理。
10.根据权利要求9所述的一种土压力盒标定方法，其特征在于，还包括：S8、将所述标定试验得到加卸载时的加压系统(300)压力值与土压力盒(400)读数，以土压力盒(400)读数为横坐标，加压系统(300)压力值为纵坐标，建立坐标系绘制标定曲线，通过对标定曲线进行线性或非线性拟合即可得土压力盒(400)标定系数，即实际压力值与土压力盒(400)读数的比值。
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