CN115265439A - 基于弹性囊变形的土体水平位移及压力测量装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于弹性囊变形的土体水平位移及压力测量装置和方法，包括两端封闭的主筒体，其下部外壁上设有多个避让通口；设置在主筒体内部的弹性囊，其外壁与主筒体的内壁紧密贴合，主筒体上端连通设有压力供给件，以向弹性囊内注入导压液；以及测量组件，其包括多个位移传感器、压力表和数据采集仪；其中各位移传感器与各避让通口一一对应，且每一位移传感器容置在对应的避让通口内并粘接在弹性囊外壁上，压力表设置在主筒体上方并与主筒体内部连通，所有位移传感器均与数据采集仪通信连接。本发明的装置能够测量土体的水平压力和变形量，且测量方法简单，易于实现。

Description

基于弹性囊变形的土体水平位移及压力测量装置和方法

技术领域

本发明涉及岩土工程测量技术领域，尤其涉及一种基于弹性囊变形的土体水平位移及压力测量装置和方法。

背景技术

目前，土体在竖向载荷作用下，水平方向传递多大数值的力，通过KO系数的大小反应，不同土的水平传力比例和性质均不相同。在传统的固结试验及仪器中，虽然能够比较好的测试竖向载荷，但在竖向载荷作用下，无法测试水平方向传递多大数值的力，因此，急需一种试验装置能够精确测量土体在竖向荷载作用下时土体在水平方向上的应力数值。

发明内容

有鉴于此，本发明的实施例提供了一种基于弹性囊变形的土体水平位移及压力测量装置和方法。

本发明的实施例提供一种基于弹性囊变形的土体水平位移及压力测量装置，包括：

两端封闭的主筒体，其下部外壁上设有多个避让通口；

设置在所述主筒体内部的弹性囊，其外壁与所述主筒体的内壁紧密贴合，所述主筒体上端连通设有压力供给件，以向所述弹性囊内注入导压液；

以及测量组件，其包括多个位移传感器、压力表和数据采集仪；其中各所述位移传感器与各所述避让通口一一对应，且每一所述位移传感器容置在对应的所述避让通口内并粘接在所述弹性囊外壁上，所述压力表设置在所述主筒体上方并与所述主筒体内部连通，所有位移传感器均与所述数据采集仪通信连接。

进一步地，所述主筒体包括上筒体和下筒体，其中所述上筒体的上端封闭、下端敞口，所述下筒体上端敞口、下端封闭，所述上筒体的下端为阶梯端口，所述下筒体的上端为阶梯端口，所述上筒体的下端密封套设在所述下筒体的上端外壁上。

进一步地，所述弹性囊设置在所述下筒体内部，所述弹性囊呈上端敞口、下端封闭的筒状，且其外壁形状与所述下筒体的内部形状相适配，所述弹性囊外壁与所述下筒体的内壁紧密贴合，所述弹性囊的上端端部延伸出所述下筒体上端端部，所述弹性囊上端向外翻卷以贴合所述下筒体的上端外壁。

进一步地，所述弹性囊上端翻卷部位套设有橡胶环，所述橡胶环的内壁与所述弹性囊翻卷部位密封接触、外壁与所述上筒体的下端内壁密封接触。

进一步地，所述上筒体的下端外壁上拧紧套设有抱箍片，所述抱箍片包括第一半圆片体和第二半圆片体，其中所述第一半圆片体的首尾端和所述第二半圆片体的首尾端分别通过连接件拧紧连接。

进一步地，所述上筒体的上端固定设有第一接头和第二接头，其中所述第一接头的下端与所述上筒体内部连通、上端位于所述上筒体上方并与所述压力表连接，所述第二接头的下端与所述上筒体的内部连通、上端位于所述上筒体上方并通过导管与所述压力供给件连接，所述压力供给件与所述导管连接的一端设有开关阀、另一端与外界导压液源连接。

进一步地，所述压力供给件为油泵，所述导压液为液压油。

进一步地，所述避让通口的数量为4～6个，环绕所述下筒体的外壁均匀布设。

进一步地，还提供一种基于弹性囊变形的土体水平位移及压力测量装置的测量方法，具体包括以下步骤：

S1、组装装置，并在待测量的土体上挖取测量孔，随后将装置放置在所述测量孔内，并将装置与所述测量孔之间的缝隙填充；

S2、通过向所述筒体和所述弹性囊内注入所述导压液，使得弹性囊膨胀进而推动各所述位移传感器与周围土体紧密接触，随后记录此时的所述液压表的数据和各所述位移传感器的数据作为初始数据；

S3、在所述待测量土体上施加竖直向下的载荷或水平推力，并记录此时所述液压表和各所述位移传感器上的数据，进而得到所述待测量土体的水平压力数据和水平位移变形量。

本发明的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本发明的一种基于弹性囊变形的土体水平位移及压力测量装置和方法，可用于当待测量土体受到竖向载荷时测量其受到的水平压力，也可直接用于测量边坡土体的水平推力，同时也可以测试土体的水平变形。土体受竖向载荷或水平推力时，土体受到挤压发生形变并向主筒体的水平方向发生位移，使得主筒体上各避让通口处弹性囊发生变形；最后通过压力表测试土体受到的水平压力数据，通过弹性囊上的位移传感器测试土体的水平变形量；同时，本装置的测量方法简单，易于实现。

附图说明

图1是本发明的基于弹性囊变形的土体水平位移及压力测量装置的整体结构示意图；

图2是图1中下筒体和弹性囊位置关系示意图；

图3是图1中A部的局部放大示意图；

图4是图1中B部的局部放大示意图；

图5是图1中抱箍片的结构示意图；

图6是本发明的基于弹性囊变形的土体水平位移及压力测量装置的测量方法的流程图。

图中：1-上筒体、2-下筒体、3-弹性囊、4-压力供给件、5-开关阀、6-压力表、7-第一接头、8-第二接头、9-数据采集仪、10-橡胶环、11-抱箍片、1101-第一半圆片体、1102-第二半圆片体、12-避让通口、13-位移传感器。

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，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。

请参考图1，本发明的实施例提供了一种基于弹性囊变形的土体水平位移及压力测量装置，其包括主筒体、弹性囊3、以及测量组件。

所述主筒体包括上筒体1和下筒体2，其中所述上筒体1的上端为封闭端、下端为敞口端，且所述上筒体1的下端为阶梯端口，在本实施例中，所述上筒体1的下端外径小于上端外径；所述下筒体2的上端为敞口端、下端为封闭端，所述下筒体2的上端为阶梯端口,在本实施例中，所述下筒体2的上端外径小于下端外径；所述上筒体1的下端密封套设在所述下筒体2的上端外壁上。

请参考图2和图3，所述弹性囊3设置在所述下筒体2的内部，且所述弹性囊3的外壁与所述下筒体2的内壁紧密贴合，所述弹性囊3的外壁形状与所述下筒体2的内壁形状相适配，所述弹性囊3的上端端部延伸出所述下筒体2的上端，且所述弹性囊3的上端向外翻卷以贴合所述下筒体2的上端外壁，所述弹性囊3上端的翻卷部位套设有橡胶环10，所述橡胶环10的内壁与所述弹性囊3翻卷部位紧密密封接触，由于所述橡胶环10具有弹性，这样就可以通过所述橡胶环10使所述弹性囊3的上端与所述下筒体2的上端紧密贴合。

所述上筒体1的下端套设在所述橡胶环10外壁上，所述上筒体1的下端内壁与所述橡胶环10的外壁紧密接触，并通过所述橡胶环10套设在所述下筒体2的上端外壁上，在这里需要说明的是，所述橡胶环10的长度与所述下筒体2上端阶梯端口的长度相适配。

请参考图5，所述上筒体1的下端外壁上套设有抱箍片11，所述上筒体1的下端通过所述抱箍片11与所述下筒体2的上端紧密密封连接，这样就可以使所述弹性囊3的上端、所述下筒体2的上端、以及所述上筒体1的下端紧密密封连接，所述抱箍片11包括第一半圆片体1101和第二半圆片体1102，其中所述第一半圆片体1101的首尾端和所述第二半圆片体1102的首尾端分别通过连接件拧紧连接，在本实施例中，所述连接件为螺栓和螺母。

请参考图2和图4，所述下筒体2的外壁上设有多个避让通口12，所述避让通口12的数量为4～6个，在本实施例中，所述避让通口12的数量为4个，且环绕所述下筒体2的轴线均匀布设。

请参考图1和图4，所述测量组件包括多个位移传感器13、压力表6和数据采集仪9，其中各所述位移传感器13与各所述避让通口12一一对应，在本实施例中所述位移传感器13的数量为4个，每一所述所述位移传感器13容置在对应的所述避让通口12内，且每一所述位移传感器13均与所述弹性囊3的外壁粘接，所有位移传感器13均与所述数据采集仪9通信连接，所述数据采集仪9用以接收各所述位移传感器13测量的数据并显示；所述上筒体1的上端连通设有第一接头7，所述压力表6位于所述上筒体1的上方，所述第一接头7的下端与所述上筒体1的内部连通、上端位于所述上筒体1上方并与所述压力表6连接，所述压力表6用以测量压力。

请参考图1，所述上筒体1的上方设有压力供给件4，所述上筒体1的上端还连通设有第二接头8，所述第二接头8的下端与所述上筒体1的内部连通、上端位于所述上筒体1上方并通过导管与所述压力供给件4连接，所述压力供给件4的一端设有开关阀5、另一端与外界的导压液源连接，所述压力供给件4通过所述开关阀5与所述导管连接，这样在需要的时候就可以通过所述压力供给件4向所述主筒体和所述弹性囊3内注入导压液，在本实施例中，所述压力供给件4尾油泵，所述导压液为液压油。

请参考图6，本实施例还提供一种基于弹性囊变形的土体水平位移及压力测量装置的测量方法，该方法包括以下步骤：

S1、组装装置，并在待测量的土体上挖取测量孔，随后将装置放置在所述测量孔内，并将装置与所述测量孔之间的缝隙填充。

具体地，首先组装本实施例中的测量装置，随后在待测量土体上挖取测量孔，之后将测量装置中的主筒体部分放入所述测量孔内，并填充主筒体部分与所述测量孔之间的缝隙，在实际工况中，测量装置中的所述压力供给件4和所述数据采集仪9均可以放置在地面上。

S2、通过向所述主筒体和所述弹性囊内注入所述导压液，使得弹性囊膨胀进而推动各所述位移传感器与周围土体紧密接触，随后记录此时的所述液压表的数据和各所述位移传感器的数据作为初始数据。

具体地，待测量装置放置好后，打开所述开关阀5，通过所述压力供给件4向所述主筒体和所述弹性囊3内注入所述导压液，进而使所述弹性囊3膨胀，从而推动位于每一所述避让通口12内的所述位移传感器13向外移动，进而接触各所述位移传感器13接触待测量的土体，在注入所述导压液的过程中，当各所述位移传感器13尚未与待测量土体接触时，所述数据采集仪9上的显示数据变化幅度较小，当各所述位移传感器13开始与待测量土体接触时，所述数据采集仪9上的显示数据变化幅度较大，此时就可以判定各所述位移传感器13与待测量土体接触；进一步地，当各所述位移传感器13与待测量土体接触后，停止注入所述导压液，关闭所述开关阀5，此时记录所述压力表6和所述数据采集仪9上显示的数据作为初始数据，进而起到调零的作用。

在这里需要说明的是，在向所述主筒体和所述弹性囊3注入所述导压液时，是将整个内腔住满，这样才能通过所述压力表6测量压力。

S3、在所述待测量土体上施加竖向载荷或水平推力，并记录此时所述液压表和各所述位移传感器上的数据，进而得到所述待测量土体的水平压力数据和水平位移变形量。

具体地，在待测量土体上施加竖向载荷或水平推力，待测量土体会因为挤压发生形变，进而向所述主筒体的水平方向发生位移，使得所述主筒体上的各个所述避让通口12内的各个所述位移传感器13向所述主筒体内部发生水平位移，进而压缩所述弹性囊3使其发生形变，由于所述弹性囊3受所述主筒体的约束，所述弹性囊3受到挤压使内部油压升高，这样就可以通过所述液压表6测得待测量土体受到的水平压力数据，通过各所述位移传感器13测得待测量土体的水平变形量；进一步地，待测试结束后拆除测量装置以备下次使用。

在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。

在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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保护范围之内。

Claims (9)

1.基于弹性囊变形的土体水平位移及压力测量装置，其特征在于，包括：

两端封闭的主筒体，其下部外壁上设有多个避让通口；

设置在所述主筒体内部的弹性囊，其外壁与所述主筒体的内壁紧密贴合，所述主筒体上端连通设有压力供给件，以向所述弹性囊内注入导压液；

以及测量组件，其包括多个位移传感器、压力表和数据采集仪；其中各所述位移传感器与各所述避让通口一一对应，且每一所述位移传感器容置在对应的所述避让通口内并粘接在所述弹性囊外壁上，所述压力表设置在所述主筒体上方并与所述主筒体内部连通，所有位移传感器均与所述数据采集仪通信连接。

2.如权利要求1所述的基于弹性囊变形的土体水平位移及压力测量装置，其特征在于：所述主筒体包括上筒体和下筒体，其中所述上筒体的上端封闭、下端敞口，所述下筒体上端敞口、下端封闭，所述上筒体的下端为阶梯端口，所述下筒体的上端为阶梯端口，所述上筒体的下端密封套设在所述下筒体的上端外壁上。

3.如权利要求2所述的基于弹性囊变形的土体水平位移及压力测量装置，其特征在于：所述弹性囊设置在所述下筒体内部，所述弹性囊呈上端敞口、下端封闭的筒状，且其外壁形状与所述下筒体的内部形状相适配，所述弹性囊外壁与所述下筒体的内壁紧密贴合，所述弹性囊的上端端部延伸出所述下筒体上端端部，所述弹性囊上端向外翻卷以贴合所述下筒体的上端外壁。

4.如权利要求3所述的基于弹性囊变形的土体水平位移及压力测量装置，其特征在于：所述弹性囊上端翻卷部位套设有橡胶环，所述橡胶环的内壁与所述弹性囊翻卷部位密封接触、外壁与所述上筒体的下端内壁密封接触。

5.如权利要求2所述的基于弹性囊变形的土体水平位移及压力测量装置，其特征在于：所述上筒体的下端外壁上拧紧套设有抱箍片，所述抱箍片包括第一半圆片体和第二半圆片体，其中所述第一半圆片体的首尾端和所述第二半圆片体的首尾端分别通过连接件拧紧连接。

6.如权利要求2所述的基于弹性囊变形的土体水平位移及压力测量装置，其特征在于：所述上筒体的上端固定设有第一接头和第二接头，其中所述第一接头的下端与所述上筒体内部连通、上端位于所述上筒体上方并与所述压力表连接，所述第二接头的下端与所述上筒体的内部连通、上端位于所述上筒体上方并通过导管与所述压力供给件连接，所述压力供给件与所述导管连接的一端设有开关阀、另一端与外界导压液源连接。

7.如权利要求1所述的基于弹性囊变形的土体水平位移及压力测量装置，其特征在于：所述压力供给件为油泵，所述导压液为液压油。

8.如权利要求2所述的基于弹性囊变形的土体水平位移及压力测量装置，其特征在于：所述避让通口的数量为4～6个，环绕所述下筒体的外壁均匀布设。

9.如权利要求1所述的基于弹性囊变形的土体水平位移及压力测量装置的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、组装装置，并在待测量的土体上挖取测量孔，随后将装置放置在所述测量孔内，并将装置与所述测量孔之间的缝隙填充；

S2、通过向所述主筒体和所述弹性囊内注入所述导压液，使得弹性囊膨胀进而推动各所述位移传感器与周围土体紧密接触，随后记录此时的所述液压表的数据和各所述位移传感器的数据作为初始数据；

S3、在所述待测量土体上施加竖直向下的载荷或水平推力，并记录此时所述液压表和各所述位移传感器上的数据，进而得到所述待测量土体的水平压力数据和水平位移变形量。

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