CN208283193U - 一种测定土体侧压力系数的压缩固结仪 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种测定土体侧压力系数的压缩固结仪，包括：带柱形内腔且上方开口的压力容器；加压板，匹配设置于柱形内腔中且可沿柱形内腔轴向滑动；轴向加载系统，作用于加压板上，给装载在柱形内腔中的土样施加轴向载荷；侧面土压监测系统，设置于压力容器的侧壁上用于测量土样侧向总应力；压力容器的侧壁上设有与柱形内腔相连通且带有第一控制阀门的侧壁排水孔；侧壁排水孔上还设有用于测量其水压的数显式孔隙水压力计。本实用新型可以通过开闭第一控制阀门来实现试样的排水和不排水条件下的压缩固结试验，同时可以通过安装的土压力盒和孔隙水压力计，来实时检测试样的侧向总应力和孔隙压力值，通过计算即可得到受测试样的侧压力系数值。
Description
技术领域
本实用新型属于室内土力学试验技术领域，尤其涉及一种测定土体侧压力系数的压缩固结仪。
背景技术
随着城市化进程的发展,地下工程尤其是地铁建设的增多,土体的静止侧压力系数在研究土体变形、地下建筑围护结构、隧道衬砌结构尤其重要，因此土体侧压力系数的选取受到了越来越多的重视。
土体的静止侧压力系数值主要有三种定义：
①最初是由太沙基提出来的，当时他把侧向无变形状态的水平总应力σ3与竖向总应力σ1之比，定义为静止侧压力系数。
②接着，毕肖普提出土的静止侧压力系数是指在没有侧向变形的条件下，作用在土上的水平效应力与垂直有效应力之比。
③最近，为了避免应力历史对结果造成影响，也有人采用有效应力的增量比来定义K0。
目前，已有的室内测定装置多数依据土体的侧向和垂直有效应力之比，但对于排水等条件下的土体就不适应了，此外已有的测定装置多数为小直径的K0固结仪，仅能测定细颗粒土的侧压力系数值，不适应于测定含有较大粒径(如含砾石)的粗粒土的侧压力系数值。
实用新型内容
本申请旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型的目的之一在于提供一种能够快速、准确的测定不同土样条件下土体侧压力系数的压缩固结仪。
为解决上述技术问题，本实用新型提供的测定土体侧压力系数的压缩固结仪，包括：
带柱形内腔且上方开口的压力容器；
加压板，匹配设置于所述柱形内腔中且可沿柱形内腔轴向滑动；
轴向加载系统，作用于所述加压板上，给装载在柱形内腔中的土样施加轴向载荷；
侧面土压监测系统，设置于压力容器的侧壁上用于测量土样侧向总应力；
所述压力容器的侧壁底部上设有与柱形内腔相连通且带有第一控制阀门的侧壁排水孔；所述侧壁排水孔上还设有用于测量其水压力的数显式孔隙水压力计。
进一步的，所述侧面土压监测系统包括带温度模块的土压力盒和数据采集仪，所述数据采集仪与所述土压力盒相连从而实现对土样侧向总应力和温度的实时采集。
进一步的，还包括由顶板、底板及固定设置在顶板和底板之间的立柱组成的反力架，所述轴向加载系统固定设置在所述顶板上，所述压力容器设置在所述底板上。
进一步的，所述轴向加载系统包括液压千斤顶、油压表和轴向位移计，所述液压千斤与所述顶板固定连接，所述液压千斤底端活塞杆卡入加压板顶端面上的凹槽内，所述油压表和轴向位移计分别用于同步显示所施加轴压数值和活塞杆轴向位移的大小。
进一步的，所述液压千斤顶、加压板及压力容器位于同一轴线上。
进一步的，所述侧壁排水孔沿柱形内腔轴向方向成排布置在所述压力容器侧壁上，每排中的侧壁排水孔沿压力容器圆周方向均匀排列，所述柱形内腔的底端面上设有第一透水槽，所述第一透水槽与最底端的一排侧壁排水孔相连通。
进一步的，所述加压板的底端面上设有第二透水槽，所述加压板上设有与所述第二透水槽连通且贯通其上端面的加压板排水孔，所述加压板排水孔上设有第二控制阀门。
进一步的，所述柱形内腔内设有覆盖所述第一透水槽的第一透水石层，所述加压板上设有覆盖所述第二透水槽的第二透水石层。
进一步的，所述第一透水石层和第二透水石层上均铺设有透水滤纸。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：本实用新型可以通过开闭排水阀门来实现试样的排水和不排水条件下的压缩固结试验，同时可以通过安装的土压力盒和孔隙水压力计，来实时检测试样的侧向总应力和孔隙压力值，通过计算即可得到受测试样的侧压力系数值，操作方便、快捷。此外通过增加测温模块，能测定实际工程中所遇到的各种复杂条件下土体的侧压力系数值，能够快速、准确的测定土样的侧压力系数值及其温度，使得研究土体变形、地下建筑围护结构受力、隧道衬砌结构受力更加准确。
总之，本实用新型具有适应范围及应用领域广、测量速率快、测量精度高的特点。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的说明。
参见图1，一种测定土体侧压力系数的压缩固结仪，包括反力架、带柱形内腔且上方开口的压力容器1、匹配设置于柱形内腔中且可沿柱形内腔轴向滑动的加压板2、轴向加载系统和侧面土压监测系统。柱形内腔的直径为40cm，高度为40cm，可测试的土样最大粒径为6cm。反力架由顶板3、底板4及固定设置在顶板3和底板4之间的四根立柱5组成，轴向加载系统固定设置在顶板3上将轴向载荷施加于加压板2上，从而给装载在柱形内腔中的土样(图中未示出)施加轴向载荷。压力容器1放置在底板4上的圆形托盘6上，四根立柱5位于轴向加载系统和压力容器1的四周。侧面土压监测系统对称设置于压力容器1的侧壁上从而实现测量土样侧向总应力的测量。在压力容器1的侧壁底部上设有与柱形内腔相连通且带有第一控制阀门的侧壁排水孔8；侧壁排水孔8上还设有用于测量孔隙压力值的数显式孔隙水压力计9(可以直接读数)，第一控制阀门用于控制侧壁排水孔8的启闭，可以采用手动排水阀或自动排水阀。
具体的，轴向加载系统包括液压千斤顶10、油压表11和轴向位移计(图中未示出)，液压千斤10通过螺栓组件与顶板3固定连接，液压千斤10底端的活塞杆卡入加压板2顶端面上的凹槽内，油压表11和轴向位移计分别用于同步显示所施加轴压数值和活塞杆轴向位移的大小。当然轴向加载系统也可以采用现有技术中的其他能够施加轴向载荷的装置，在此不再赘述。优选的，液压千斤顶10、加压板2及压力容器1设置在同一轴线上，从而保证加载的均匀性和稳定性。
侧面土压监测系统包括带温度模块的土压力盒7和数据采集仪(图中未示出)，数据采集仪与土压力盒7相连用于实时采集和显示土压力盒7测量的土样侧向总应力和温度。土压力盒7优先采用具有高灵敏度和高精度的双膜振弦式土压力盒。
本实用新型通过在侧壁排水孔8上设置数显式孔隙水压力计9，通过开闭排水阀门来实现试样的排水和不排水条件下的压缩固结试验，同时通过安装的土压力盒和孔隙水压力计，来实时检测试样的侧向总应力和孔隙压力值，通过计算即可得到受测试样的侧压力系数值。同时通过增加温度感应模块，使得该装置能测定实际工程中所遇到的各种复杂条件下土体的侧压力系数值，应用范围广。
优选的，侧壁排水孔8沿柱形内腔轴向方向成排布置在压力容器1侧壁上，每排中的侧壁排水孔8沿压力容器1圆周方向均匀排列，柱形内腔的底端面上设有第一透水槽12，第一透水槽12与最底端的一排侧壁排水孔8相连通。加压板2的底端面上设有第二透水槽13，加压板2上设有与第二透水槽13连通且贯通其上端面的加压板排水孔14，加压板排水孔14上设有第二控制阀门(图中未示出)。第二控制阀门用于控制加压板排水孔8的启闭，可以采用手动排水阀或自动排水阀。柱形内腔内设有覆盖第一透水槽的第一透水石层，侧壁排水孔8均第一透水石层高度范围内，位于加压板上设有覆盖第二透水槽的第二透水石层。第一透水石层和第二透水石层上均铺设有透水滤纸，透水石层和透水滤纸在图中均未示出。通过设置透水石层和透水滤纸可以防止土样进入透水槽中造成其堵塞，使其失去排水能力。
采用本实用新型压缩固结仪进行土体侧压力系数测定的具体试验步骤如下：
第一步：从现场取样或自制均匀土样,在圆柱形内腔底部放置透水石并铺上透水滤纸，将土样分层压实至要求的干密度并放到压力容器中。
第二步：根据实际排水情况，将第一控制阀门打开或关闭，将土压力盒与数据采集仪相连接，在土样顶端铺设透滤纸和透水石，盖上加压板。
第三步：将液压千斤顶的活塞端部卡入加压凹槽中，施加1kPa预压力使土样与仪器各部之间接触良好,安装轴向位移计并调至0。
第四步：施加轴向压力σ轴，压力等级宜按25kPa、50kPa、100kPa、200kPa、400kPa。施加每级轴向压力后，每隔一定时间测记土压力盒、孔压力计读数(各侧壁排水孔孔隙压力取平均值)(σ侧、μ侧)及轴向应变，直至变形稳定。土样变形稳定标准为每小时变形不大于0.1mm。变形稳定后，再加下级轴向压力。
第五步：试验结束后，卸去轴向位移计，双膜振弦式土压力盒、数据采集仪，关闭数显式孔压力计，卸去轴向压力，拆除加压板、透水石、滤纸等。需要时，可取出土样测定其含水率。
第六步：计算试样侧压力系数值，对于排水条件下，K0＝(σ侧–μ侧)/σ轴；对于不排水条件下，采用总应力之比，即K0＝σ侧/σ轴。
以上实施例只是对本专利的示例性说明，并不限定它的保护范围，本领域技术人员还可以对其局部进行改变，只要没有超出本专利的精神实质，都在本专利的保护范围内。
Claims (8)
1.一种测定土体侧压力系数的压缩固结仪，其特征在于，包括：
带柱形内腔且上方开口的压力容器；
加压板，匹配设置于所述柱形内腔中且可沿柱形内腔轴向滑动；
轴向加载系统，作用于所述加压板上，给装载在柱形内腔中的土样施加轴向载荷；
侧面土压监测系统，设置于压力容器的侧壁上用于测量土样侧向总应力；
所述压力容器的侧壁底部上设有与柱形内腔相连通且带有第一控制阀门的侧壁排水孔；所述侧壁排水孔上还设有用于测量其水压力的数显式孔隙水压力计。
2.根据权利要求1所述的测定土体侧压力系数的压缩固结仪，其特征在于：所述侧面土压监测系统包括带温度模块的土压力盒和数据采集仪，所述数据采集仪与所述土压力盒相连从而实现对土样侧向总应力和温度的实时采集。
3.根据权利要求1或2所述的测定土体侧压力系数的压缩固结仪，其特征在于：还包括由顶板、底板及固定设置在顶板和底板之间的立柱组成的反力架，所述轴向加载系统固定设置在所述顶板上，所述压力容器设置在所述底板上。
4.根据权利要求3所述的测定土体侧压力系数的压缩固结仪，其特征在于：所述轴向加载系统包括液压千斤顶、油压表和轴向位移计，所述液压千斤与所述顶板固定连接，所述液压千斤底端活塞杆卡入加压板顶端面上的凹槽内，所述油压表和轴向位移计分别用于同步显示所施加轴压数值和活塞杆轴向位移的大小。
5.根据权利要求4所述的测定土体侧压力系数的压缩固结仪，其特征在于：所述液压千斤顶、加压板及压力容器位于同一轴线上。
6.根据权利要求1或2所述的测定土体侧压力系数的压缩固结仪，其特征在于：所述侧壁排水孔沿柱形内腔轴向方向成排布置在所述压力容器侧壁上，每排中的侧壁排水孔沿压力容器圆周方向均匀排列，所述柱形内腔的底端面上设有第一透水槽，所述第一透水槽与最底端的一排侧壁排水孔相连通。
7.根据权利要求6所述的测定土体侧压力系数的压缩固结仪，其特征在于：所述加压板的底端面上设有第二透水槽，所述加压板上设有与所述第二透水槽连通且贯通其上端面的加压板排水孔，所述加压板排水孔上设有第二控制阀门。
8.根据权利要求1或2所述的测定土体侧压力系数的压缩固结仪，其特征在于：所述的柱形内腔的直径为40cm，高度为40cm。
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