CN205843884U - 一种可实现批量土压力盒同时标定的试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种可实现批量土压力盒同时标定的试验装置，包括底层试验槽、多个标准试验槽与刚性加载板；每个试验槽底板设有四个圆形槽，土压力盒放置于圆形槽内；土压力盒信号传输线穿过线路孔引到试验槽外部；标准试验槽的下部裙式托盘内嵌入其它试验槽内，可实现多个试验槽的相互上下互嵌与堆叠；通过对刚性加载板的逐级加载，可实现对各试验槽内批量土压力盒的同时加载与测试。本实用新型所提的土压力盒标定装置，可同时测试、标定批量土压力盒，大大提高了标定土压力盒的工作效率；各标准试验槽可随意码放，无先后顺序、布置灵活；非工作状态时，各构件可依次内嵌放置，总体体积小，方便搬运与堆放。

Description

一种可实现批量土压力盒同时标定的试验装置

技术领域：

本实用新型涉及土压力盒标定装置，属于土工试验技术领域，尤其涉及一种可实现批量土压力盒同时标定的试验装置。

背景技术：

土压力的测量是土力学实验研究的一个重要方面，是土工测试技术中重要一环，除了在特定情况下能通过测定土体支撑结构的变形来换算土压力外，一般采用土压力传感器即土压力盒直接测量。

目前土压力盒厂家给出的土压力盒的工作参数大多是在盒表面受均布的气压、水压或油压下获得。而土压力盒的工作环境一般在室外的土介质中，测量时会受到土体性质、土压力盒周围土体的密实度等各种因素的影响，可能使其测量中土压力的实测数据出现失真的情况，所以土压力测量前应对土压力盒进行标定，以便得到与实际工作环境相似情况下土压力盒的工作参数。

严格来说，每个土压力盒的工作参数均不相同，均需标定后才能使用。而目前的大多数土压力盒标定设备，一次试验仅能标定一个土压力盒，效率较低。如涉及数量较多的土压力盒需标定，重复试验次数多，工作量繁重、耗时长。因此，设计一种可同时批量标定土压力盒的装置及其方法十分必要。

实用新型内容：

为了弥补现有技术问题，本实用新型的目的是提供一种可实现批量土压力盒同时标定的试验装置，其结构简单，操作方便，极大提高了土压力盒标定的工作效率。

本实用新型的技术方案如下：

可实现批量土压力盒同时标定的试验装置，其特征在于，包括底层试验槽、多个标准试验槽与刚性加载板，所述的底层试验槽上方依次互嵌堆叠安装有多个标准试验槽，最顶端的标准试验槽槽腔内嵌入放置有刚性加载板；

所述的底层试验槽与标准试验槽的底板上均匀设有四个放置槽，土压力盒放置于放置槽内，放置槽内设有横向贯穿底板的线路孔，线路孔进口和出口分别在放置槽内壁、底层试验槽与标准试验槽侧板上；土压力盒信号传输线穿过线路孔引到试验槽外部。

所述的可实现批量土压力盒同时标定的试验装置，其特征在于，所述的底层试验槽包括底板及其外周围板构成，外围轮廓长度与宽度相等，高度小于长与宽，每个围板侧壁上均设有侧把手；内腔的长度与宽度相等，内部底板均匀设有两两相对的四个与土压力盒外形相配合的放置槽，放置槽为圆形槽，圆形槽内有线路孔通往底层试验槽外部；圆形槽的直径略大于土压力盒的直径，其深度与土压力盒的厚度相同。

所述的可实现批量土压力盒同时标定的试验装置，其特征在于，所述的标准试验槽构造及尺寸与底层试验槽相同，标准试验槽底板下端面设有下部裙式托盘，下部裙式托盘与标准试验槽底板之间设有四个小立柱。

所述的可实现批量土压力盒同时标定的试验装置，其特征在于，所述的下部裙式托盘，包括底板，底板外周设有围板，外围轮廓长度与宽度相等，其尺寸略小于底层试验槽和标准试验槽内腔尺寸，下部裙式托盘嵌入下方的底层试验槽或者标准试验槽的槽腔内，相互咬合固定。

所述的可实现批量土压力盒同时标定的试验装置，其特征在于，所述的刚性加载板，包括底板，底板外周设有围板，外围轮廓长度与宽度相等，其尺寸略小于试验槽内部空腔的尺寸；刚性加载板内部设两个沿着斜对角交叉分布的肋板，肋板交叉点设有球形凹槽；球形凹槽外周两个肋板上对称设有四个顶部把手。

所述的可实现批量土压力盒同时标定的试验装置，其特征在于，所述的底层试验槽、标准试验槽、刚性加载板采用金属材质加工成型。

本实用新型与现有技术相比，具有如下优点：

(1)、本实用新型可同时测试、标定批量土压力盒，如采用1个底层试验槽与2个标准试验槽进行试验，则可放置12个土压力盒，增加标准试验槽的数量，可放置的土压力盒数量将进一步增加，从而实现批量试验的效果，提高标定土压力盒的工作效率；

(2)、本实用新型试验时，标准试验槽可相互上下内嵌，故各标准试验槽可随意码放，无先后顺序，布置灵活，方便试验时的安装与替换；

(3)、本实用新型非工作状态时，各构件可依次内嵌放置，总体体积小、自稳性强，方便搬运与堆放。

附图说明：

图1为本实用新型组装前各构件的上下顺序示意图。

图2为本实用新型的底层试验槽俯视立体图。

图3为本实用新型的底层试验槽仰视立体图。

图4为本实用新型的标准试验槽俯视立体图。

图5为本实用新型的标准试验槽侧视立体图。

图6为本实用新型的刚性加载板的结构示意图。

图7为本实用新型工作时的结构示意图。

图8为本实用新型非工作时的叠放示意图。

附图标记说明：

1、底层试验槽；2、标准试验槽；3、刚性加载板；4、土压力盒信号传输线；1-1、底板；1-2、围板；1-3、侧把手；1-4、放置槽；1-5、线路孔；2-1、底板；2-2、围板；2-3、侧把手；2-4、放置槽；2-5、线路孔；2-6、下部裙式托盘；2-7、立柱；3-1、底板；3-2、围板；3-3、肋板；3-4、球形凹槽；3-5、顶部把手。

具体实施方式：

参见附图：

可实现批量土压力盒同时标定的试验装置，包括底层试验槽1、多个标准试验槽2与刚性加载板3，底层试验槽1上方依次互嵌堆叠安装有多个标准试验槽2，最顶端的标准试验槽槽2腔内嵌入放置有刚性加载板3，可实现对各试验槽内批量土压力盒的同时加载与测试；

底层试验槽1与标准试验槽2的底板上均匀设有四个放置槽，土压力盒放置于放置槽内，放置槽内设有横向贯穿底板的线路孔，线路孔进口和出口分别在放置槽内壁、底层试验槽1与标准试验槽2侧板上；土压力盒信号传输线4穿过线路孔引到试验槽外部。

底层试验槽1包括底板1-1及其外周围板1-2构成，外围轮廓长度与宽度相等，高度小于长与宽，每个围板侧壁上均设有侧把手1-3；内腔的长度与宽度相等，内部底板均匀设有两两相对的四个与土压力盒外形相配合的放置槽1-4，放置槽1-4为盲槽，放置槽1-4为圆形槽，圆形槽内有线路孔1-5通往底层试验槽外部；圆形槽的直径略大于土压力盒的直径，其深度与土压力盒的厚度相同。

标准试验槽2构造及尺寸与底层试验槽1相同，标准试验槽2包括底板2-1及其外周围板2-2构成，外围轮廓长度与宽度相等，高度小于长与宽，每个围板2-2侧壁上均设有侧把手2-3；内腔的长度与宽度相等，内部底板均匀设有两两相对的四个与土压力盒外形相配合的放置槽2-4，放置槽2-4为盲槽，放置槽2-4为圆形槽，圆形槽内有线路孔2-5通往底层试验槽外部；圆形槽的直径略大于土压力盒的直径，其深度与土压力盒的厚度相同，标准试验槽2底板下端面设有下部裙式托盘2-6，下部裙式托盘2-6与标准试验槽底板之间设有四个小立柱2-7。

下部裙式托盘2-6，包括底板，底板外周设有围板，外围轮廓长度与宽度相等，其尺寸略小于底层试验槽和标准试验槽内腔尺寸，下部裙式托盘2-6嵌入下方的底层试验槽1或者标准试验槽2的槽腔内，相互咬合固定，确保加载过程中各试验槽的平衡与稳定。

刚性加载板3，包括底板3-1，底板3-1外周设有围板3-2，外围轮廓长度与宽度相等，其尺寸略小于试验槽内部空腔的尺寸；刚性加载板3内部设两个沿着斜对角交叉分布的肋板3-3，肋板3-3交叉点设有球形凹槽3-4，作为外部加载时的荷载作用点；球形凹槽3-4外周两个肋板上对称设有顶部把手3-5，供搬运使用。

底层试验槽1、标准试验槽2、刚性加载板3采用金属材质加工成型，底层试验槽1、标准试验槽2，其四周侧板厚度均相同，试验槽高度均相同。

本实用新型的具体工作过程如下：

(1)、将土压力盒信号传输线4先穿过线路孔引到试验槽外部，再把土压力盒嵌入试验槽的相应圆形槽内，受压面向上；土压力盒与圆形槽的周边间隙用热蜡精心封固；每个试验槽中放置四个土压力盒；

(2)、在嵌入土压力盒后的底层试验槽1、标准试验槽2的内腔四壁涂上凡士林或其它润滑剂，方便后续试验结束时土体的取出；

(3)、称量并记录嵌入土压力盒后的底层试验槽1、标准试验槽2的总重量；

(4)、取拟测试土压力工程地点的现场土样，铺设于各试验槽内部，并使试验槽内部土体的密度、含水量等参数尽可能与现场一致；试验槽内部土样的高度，可取试验槽内部高度的一半；每个标准试验槽2的内置土样重量相同；

(5)、称量并记录装入土样后的各级试验槽的总重量。称量并记录刚性加载板3的重量；

(6)、将底层试验槽1置于比较坚硬、平整的场地上，第一级标准试验槽2的下部裙式托盘嵌入底层试验槽1内腔未填土体的中上部，第二级标准试验槽2的下部裙式托盘2-6嵌入第一级标准试验槽内腔未填土体的中上部，第三级标准试验槽2的下部裙式托盘2-6嵌入第二级标准试验槽2内腔未填土体的中上部，以此类推，直至把拟参与试验的所有试验槽上下堆叠码放整齐；

(7)、刚性加载板3嵌入最上面一级的标准试验槽2内腔未填土体的中上部；

(8)、对组装后整体构件的平整度、稳定性进行评估；确保能够安全开展试验后，各土压力盒的信号传输线4与数据采集仪相连，校正调零；

(9)、使用外部加载设备，如液压设备与千斤顶对系统进行加载；千斤顶的加载端嵌入刚性加载板3的球形凹槽3-4内，球形凹槽3-4内部涂上润滑剂；球形凹槽3-4的设计，确保加载过程仅施加竖向荷载，而不传递弯矩、扭矩等。竖向加载的大小，由加载系统的仪表设定与读取；通过采集数据与分析处理，即可完成各土压力盒的标定测试工作，具体试验细节按相关规程执行；

一般地，土压力盒加载过程中的变形或应变可通过电阻应变仪或频率测定仪测定，而土压力盒加载过程中的受力情况需通过计算得到。本实用新型实施过程中各土压力盒的应力计算方法如下：

底层试验槽1与标准试验槽2内腔空间相同：记底层试验槽1与标准试验槽2内腔横截面面积(m²)为A；记底层试验槽1与标准试验槽2嵌入土压力盒后的总重量(kN)分别为G₁、G₂；记底层试验槽1与标准试验槽2装入土样后的总重量(kN)分别为G₁'、G₂'；记刚性加载板3的重量(kN)为G₃；记参与试验的标准试验槽2的数量为n；记外部竖向加载的荷载大小(kN)为F_i。则底层试验槽1内土压力盒受到的应力(σ_i)₀(kPa)按式(1)确定，第一级标准试验槽2内土压力盒受到的应力(σ_i)₁(kPa)按式(2)确定，第二级标准试验槽2内土压力盒受到的应力(σ_i)₂(kPa)按式(3)确定，第k级标准试验槽2内土压力盒受到的应力(σ_i)_k(kPa)按式(4)确定(2<k<n)，第n级标准试验槽2内土压力盒受到的应力(σ_i)_n(kPa)按式(5)确定。第一级、第二级、......、第n级标准试验槽是指自底层试验槽起开始从下到上的标准试验槽2的编号。

${\left({\mathrm{\&sigma;}}_i\right)}_0=\frac{F_i+G_3+{{\mathrm{nG}}_2}^{\&prime;}+({G_1}^{\&prime;}-G_1)}{A}---\left(1\right)$

${\left({\mathrm{\&sigma;}}_i\right)}_1=\frac{F_i+G_3+(n-1){G_2}^{\&prime;}+({G_2}^{\&prime;}-G_2)}{A}---\left(2\right)$

${\left({\mathrm{\&sigma;}}_i\right)}_2=\frac{F_i+G_3+(n-2){G_2}^{\&prime;}+({G_2}^{\&prime;}-G_2)}{A}---\left(3\right)$

${\left({\mathrm{\&sigma;}}_i\right)}_k=\frac{F_i+G_3+(n-k){G_2}^{\&prime;}+({G_2}^{\&prime;}-G_2)}{A}---\left(4\right)$

${\left({\mathrm{\&sigma;}}_i\right)}_n=\frac{F_i+G_3+({G_2}^{\&prime;}-G_2)}{A}---\left(5\right)$

本实用新型装置在试验过程中，应确保整个系统的铅锤度与稳定性，防止加载过程中出现倾覆、倒塌等危险情况。若加载数值较大，应对试验槽组装系统进行稳定性加固，必要时可增设辅助支架，确保系统的稳定性与安全性。

本实用新型所提及的“批量”，是指同时标定的土压力盒数量较多，一般达8个以上。如底层试验槽1与一个标准试验槽2搭配进行试验，可同时测试8个土压力盒；底层试验槽1与两个标准试验槽2搭配进行试验，可同时测试12个土压力盒；底层试验槽1与三个标准试验槽2搭配进行试验，可同时测试16个土压力盒。

当然，虽然参与试验的标准试验槽2的数量越多可使放置的土压力盒数量也越多，但标准试验槽2的数量越多之后，导致组装后的试验系统总高度增加，对加载系统的净空要求增加。故试验槽的数量受制于荷载加载系统的净空高度。另外，组装后的试验系统总高度增加后，整体的稳定性变差，试验精度降低。故不宜组装过多的试验槽进行单次试验。

若要提高试验效率，可使用两套试验槽系统交替参与试验：一套组装好的试验槽在加载测试的同时，另一套试验槽在放置土压力盒与铺设土样；当第一套试验槽测试结束移开后，随即把组装好的第二套试验槽放入加载系统开始新的测试；第二套试验槽在加载测试的过程中，可对原先做好的第一套试验槽进行清除土样与取出土压力盒，并再次放置其它待测的土压力盒并铺设土样。如此循环，可利用本实用新型所提设备在较短的时间内标定数量较多的土压力盒。

试验时，若某一级试验槽内土体的变形过大，上一级试验槽的下部裙式托盘及立柱完全嵌入下部试验槽内腔，此时上下试验槽槽壁相互接触与抵制，导致下部试验槽内土体无法再压缩，即上级试验槽的行程达到极限。为了避免该现象发生，一方面可使试验槽内铺设土体的高度提高一些，预留的内腔上部空间能嵌入上一级标准试验槽2的下部裙式托盘2-6即可；另一方面可适当增加标准试验槽2上立柱22的长度，以增加试验槽的压缩行程。

试验结束后，移除千斤顶加载系统，从上到下依次去除、搬离刚性加载板3、各级标准试验槽2，即实现试验系统的拆解。清理去除各试验槽内的土样，取出已测试的土压力盒，清洁、整理各构件即完成该次试验工作。

非工作状态时，各构件可依次内嵌放置，总体体积小、自稳性强，方便搬运与堆放。

本实用新型不局限于上述具体实施方式，根据上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本实用新型上述基本技术思想前提下，本实用新型还可以做出其它多种形式的等效修改、替换或变更，均落在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种可实现批量土压力盒同时标定的试验装置，其特征在于，包括底层试验槽、多个标准试验槽与刚性加载板，所述的底层试验槽上方依次互嵌堆叠安装有多个标准试验槽，最顶端的标准试验槽槽腔内嵌入放置有刚性加载板；

所述的底层试验槽与标准试验槽的底板上均匀设有四个放置槽，土压力盒放置于放置槽内，放置槽内设有横向贯穿底板的线路孔，线路孔进口和出口分别在放置槽内壁、底层试验槽与标准试验槽侧板上；土压力盒信号传输线穿过线路孔引到试验槽外部。

2.根据权利要求1所述的可实现批量土压力盒同时标定的试验装置，其特征在于，所述的底层试验槽包括底板及其外周围板构成，外围轮廓长度与宽度相等，高度小于长与宽，每个围板侧壁上均设有侧把手；内腔的长度与宽度相等，内部底板均匀设有两两相对的四个与土压力盒外形相配合的放置槽，放置槽为圆形槽，圆形槽内有线路孔通往底层试验槽外部；圆形槽的直径略大于土压力盒的直径，其深度与土压力盒的厚度相同。

3.根据权利要求1所述的可实现批量土压力盒同时标定的试验装置，其特征在于，所述的标准试验槽构造及尺寸与底层试验槽相同，标准试验槽底板下端面设有下部裙式托盘，下部裙式托盘与标准试验槽底板之间设有四个小立柱。

4.根据权利要求3所述的可实现批量土压力盒同时标定的试验装置，其特征在于，所述的下部裙式托盘，包括底板，底板外周设有围板，外围轮廓长度与宽度相等，其尺寸略小于底层试验槽和标准试验槽内腔尺寸，下部裙式托盘嵌入下方的底层试验槽或者标准试验槽的槽腔内，相互咬合固定。

5.根据权利要求1所述的可实现批量土压力盒同时标定的试验装置，其特征在于，所述的刚性加载板，包括底板，底板外周设有围板，外围轮廓长度与宽度相等，其尺寸略小于试验槽内部空腔的尺寸；刚性加载板内部设两个沿着斜对角交叉分布的肋板，肋板交叉点设有球形凹槽；球形凹槽外周两个肋板上对称设有四个顶部把手。

6.根据权利要求1所述的可实现批量土压力盒同时标定的试验装置，其特征在于，所述的底层试验槽、标准试验槽、刚性加载板采用金属材质加工成型。