CN208984253U - 一种土压力测试装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种土压力测试装置，包括三棱柱体、锥形头和三个土压力盒，所述三棱柱体的顶端固定设置有一钻杆连接部，钻杆连接部上开设有外螺纹，三棱柱体的底端可拆卸连接锥形头，三棱柱体内沿着轴线方向开设有一通孔，所述三棱柱体的三个侧面上均开有一凹槽，三个土压力盒分别固定设置在凹槽里，每个所述凹槽的底面上开有一导线孔，土压力盒的电缆线穿过导线孔后沿着三棱柱体轴线方向通过通孔穿出三棱柱体顶端。本实用新型提供的土压力测试装置可以同时测量地下某点的水平向的三个方向土压力，并利用该三个方向土压力推求水平向土应力的主次应力大小及方向。
Description
技术领域
本实用新型涉及岩土工程测试领域，尤其涉及一种土压力测试装置。
背景技术
土体厚薄不同、性质各异，故而其应力测试是一项比较困难但却基础的工作。要深入研究土体的强度和变形问题，首先需要对土体的应力状态有充分了解。在土木工程、水利工程和环境工程等实际工程施工中，直观准确的获取土体的应力状态对土体的安全性分析、结构防护以及科学研究具有重要的价值。目前，土体的应力测试可以通过土压力盒和应力计完成，但一般只能测试单一方向的应力。
实用新型内容
为解决现有技术存在的问题，本实用新型提供一种土压力测试装置，可以测量地下某点的水平向的三个方向土压力。
为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案如下：
一种土压力测试装置，包括三棱柱体、锥形头和三个土压力盒，
所述三棱柱体的顶端固定设置有一钻杆连接部，三棱柱体的底端可拆卸连接锥形头，三棱柱体内沿着轴线方向开设有一通孔，
所述三棱柱体的三个侧面上均开有一凹槽，三个土压力盒分别固定设置在凹槽里，
每个所述凹槽的底面上开有一导线孔，土压力盒的电缆线穿过导线孔后沿着三棱柱体轴线方向通过通孔穿出三棱柱体顶端。
进一步地改进，还包括一三维电子罗盘，三维电子罗盘固定设置在三棱柱体的内壁上，三维电子罗盘与外部的数据采集系统连接。设置三维电子罗盘用以计量本测试装置的水平方向及倾斜角度。
进一步地改进，所述土压力盒与所述凹槽的缝隙中设置有遇水膨胀止水胶圈。遇水膨胀止水胶圈遇水膨胀，可以进行密封止水。
进一步地改进，所述锥形头为三棱锥形状，锥形头的尖端朝下设置，锥形头的顶端开设有外螺纹，三棱柱体的底端开设有与锥形头上的外螺纹相配合的内螺纹。锥形头和三棱柱体为螺纹连接。
进一步地，三棱柱体顶端的通孔处设置有密封圈。设置密封圈可以防止水分进入三棱柱体内损坏三维电子罗盘和土压力盒，有利于增长装置的使用寿命。
进一步地，还包括至少一根钻杆，钻杆连接部上开设有外螺纹，钻杆与钻杆连接部螺纹连接。钻杆与钻杆连接部连接，且钻杆不止一根，可以根据深度延长钻杆长度，以测量土层更深处的土压力值。
进一步地，钻杆上设置有刻度。钻杆上有刻度可以直观地从钻杆上知道当前土压力盒的埋入深度。
与现有技术相比，本实用新型提供的一种土压力测试装置实现的有益效果是：可以同时测量地下某点的水平向的三个方向水土压力，并利用该三个方向水土压力推求水平向土应力的主次应力大小及方向。可用于地下结构设计、大地应力研究、地下水动力学研究等方面。
附图说明
图1是本实用新型实施例的一种土压力测试装置的示意图。
图2是图1中1-1'向截面剖视图。
图3是图1中2-2'向截面剖视图。
图4是本实用新型实施例的一种土压力测试装置A部分结构示意图(图中包括锥形头)。
图5是图4中1-1'向截面剖视图。
图6是图4中2-2'向截面剖视图。
图7是是本实用新型实施例的一种土压力测试装置B部分结构示意图。
图8是图7中1-1'向截面剖视图。
图9是图7中2-2'向截面剖视图。
图10是本实用新型实施例的一种土压力测试装置的主次应力的方向和大小示意图。
图11是本实用新型实施例的一种土压力测试装置大主应力为46.8521时的方向和大小的示意图。
图12是本实用新型实施例的一种土压力测试装置大主应力大小为121.0556时的方向和大小的示意图。
具体实施方式
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
实施例1
结合图1-9，一种土压力测试装置包括三棱柱体1、锥形头2和三个土压力盒3，三棱柱体1的顶端固定设置有一钻杆连接部11，钻杆连接部11上开设有外螺纹，三棱柱体 1的底端开有内螺纹，锥形头2的尖端朝下设置，锥形头2的顶端开设有与三棱柱体1底端的内螺纹相配合的外螺纹，锥形头2通过外螺纹与三棱柱体1实现螺纹连接，三棱柱体 1内沿着轴线方向开设有一通孔12，三棱柱体1的三个侧面上均开有一圆形凹槽13，三个土压力盒3分别固定设置在凹槽13里，圆形凹槽13的横截面积与土压力盒3的横截面积相等，使得土压力盒3能够刚好卡设在圆形凹槽13内，由于土体受装置挤压后，应力会增大，该凹槽设置目的是为了减少土体应力释放的时间，土压力盒3在圆形凹槽内的嵌入深度根据实际应用过程中的实测数据进行调整，另外，若土压力盒3外壁和圆形凹槽 13内壁之间存在缝隙，可以在土压力盒3与凹槽13的缝隙中设置遇水膨胀止水胶圈以防止渗水；每个圆形凹槽13的底面上开有一导线孔131，土压力盒3的电缆线31穿过导线孔131后沿着三棱柱体1轴线方向通过通孔12穿出三棱柱体1顶端；三棱柱体1顶端的通孔12处设置有密封圈以防止水分进入。为了加工方便，本实施例的三棱柱体1加工成两部分，分别为A部分和B部分，A部分为包含三棱柱体的两个侧面在内，如图4-6所示，B部分为包含了三棱柱体的另一个侧面部分，如图7-9所示，安装时将两部分合起来并通过紧固螺栓5紧固即形成一个完整的三棱柱体1，两部分的连接处设置密封圈6以增强密封性。
本实施例提供的一种土压力测试装置包括至少一根钻杆，钻杆与钻杆连接部11螺纹连接，钻杆上设置有刻度。
工作过程和工作原理：将钻杆连接部连接上钻杆，将土压力盒的电缆线连接到数据采集系统上，通过现有的外部装置往钻杆上施力，使得钻杆推动底部设置有锥形头的三棱柱体往土层中钻进，到达预定深度，通过数据采集系统读取当前的土压力值和方向。钻杆之间互相连接，可以延长土压力盒在土层中的下行深度，以测量土层更深处的土压力参数。且本土压力测试装置在三棱柱体的三个侧面上均设置有一土压力盒，可以同时测量地下某点的水平向的三个不同方向的土压力值。
实施例2
与实施例1基本相同，所不同的是：本实施例提供的一种土压力测试装置还包括一三维电子罗盘4，三维电子罗盘4固定设置在三棱柱体1的内壁上，三维电子罗盘与外部的数据采集系统连接，本实施例的三维电子罗盘采用LEC310系列倾角补偿三维电子罗盘。设置三维电子罗盘用以计量本土压力测试装置的水平方向及倾斜角度，从而可以推求出水平向土应力的主次应力大小及方向。
主次应力大小的计算方式：
如上图，实测三个方向的力分别为f1、f2、f3，方向互成设f1方向为X轴方向。圆心确定，同时确定椭圆上的三个点，该椭圆唯一。
假设坐标轴顺时针旋转角度θ可得到椭圆的标准极坐标方程
三个力的顶点坐标在新坐标轴内的极坐标表达分别为A(f1，θ)、 将三点坐标代入公式(1)可得
三式联立化解后可得
设2a2b2＝m；a2+b2＝n；可得
联立方程2a2b2＝m；a2+b2＝n可求得a，b。
(1)设实测f1、f2、f3分别为26、44、31，f1实测方向43°。按上述方程求解结果为θ＝-16.4649°，a＝25.2481，b＝46.8521。如下图所示，则本场地小主应力大小25.2481，方向26.5351°；大主应力大小46.8521，方向116.5351°。
(2)设实测f1、f2、f3分别为116、115、121，f1实测方向135°。按上述方程求解结果为θ＝34.7876°，a＝113.7764，b＝121.0556。如下图所示，则本场地小主应力大小113.7764，方向169.7876°；大主应力大小121.0556，方向59.7876°。
综上，本实用新型提供的一种土压力测试装置可以同时测量地下某点的水平向的三个方向水土压力，并利用该三个方向水土压力推求水平向土应力的主次应力大小及方向。可用于地下结构设计、大地应力研究、地下水动力学研究等方面。
Claims (7)
1.一种土压力测试装置，其特征在于：包括三棱柱体(1)、锥形头(2)和三个土压力盒(3)，
所述三棱柱体(1)的顶端固定设置有一钻杆连接部(11)，三棱柱体(1)的底端可拆卸连接锥形头(2)，三棱柱体(1)内沿着轴线方向开设有一通孔(12)，
所述三棱柱体(1)的三个侧面的表面上均开有一凹槽(13)，三个土压力盒(3)分别固定设置在凹槽(13)里，
每个所述凹槽(13)的底面上开有一导线孔(131)，土压力盒(3)的电缆线(31)穿过导线孔(131)后沿着三棱柱体(1)轴线方向通过通孔(12)穿出三棱柱体(1)顶端。
2.如权利要求1所述的一种土压力测试装置，其特征在于：还包括一三维电子罗盘(4)，三维电子罗盘(4)固定设置在三棱柱体(1)的内壁上，三维电子罗盘(4)与外部的数据采集系统连接。
3.如权利要求1所述的一种土压力测试装置，其特征在于：所述土压力盒(3)与所述凹槽(13)的缝隙中设置有遇水膨胀止水胶圈。
4.如权利要求1所述的一种土压力测试装置，其特征在于：所述锥形头(2)为三棱锥形状，锥形头(2)的尖端朝下设置，锥形头(2)的顶端开设有外螺纹，三棱柱体(1)的底端开设有与锥形头(2)上的外螺纹相配合的内螺纹。
5.如权利要求1所述的一种土压力测试装置，其特征在于：三棱柱体(1)顶端的通孔(12)处设置有密封圈。
6.如权利要求1所述的一种土压力测试装置，其特征在于：还包括至少一根钻杆，钻杆连接部(11)上开设有外螺纹，钻杆与钻杆连接部(11)螺纹连接。
7.如权利要求6所述的一种土压力测试装置，其特征在于：钻杆上设置有刻度。
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| CN112240813A (zh) * | 2020-10-14 | 2021-01-19 | 中国平煤神马能源化工集团有限责任公司 | 一种用于深孔地应力测量的振弦式三维应力传感器 |
| CN113737870A (zh) * | 2021-09-16 | 2021-12-03 | 朱增锋 | 一种建筑工程基坑施工现场测量监测装置 |
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