CN209167011U - 一种径向固结试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种径向固结试验装置，属于土工试验技术领域。主要包括径向固结仪、加载装置、位移计、孔压传感器、天平和电脑数据采集系统。径向固结仪由底座、套座、上盖、透水筒芯、橡胶密封圈构成，透水筒芯置于底座中央，套座内部从下至上依次放置土样、压力传感器固定环和上盖，套座侧壁设置有孔压传感器，且位移计、天平、孔压传感器均与电脑数据采集系统相连。利用加载装置由传力架经上盖对土样施加竖向荷载，使其排水固结。本装置能较好的模拟砂井地基的径向固结过程，实现了固结过程中竖向变形、径向不透水面处孔压和排水量的自动化测量，且该装置制作简单、操作方便、可快速、精确得到土体的径向固结系数。

Description

一种径向固结试验装置

技术领域

本实用新型涉及土工实验研究领域，特别涉及一种径向固结试验装置。

背景技术

在我国东南沿海和靠近河流、湖泊的地区广泛分布着软弱黏土层，由于软黏土具有低渗透性、高压缩性、流变性及承载力低等特点，在此区域进行基础建设时，往往会出现地基失稳及地基沉降长期难以收敛等问题。因此，为了满足建筑荷载作用下该地区地基承载力和变形的要求，应事先对天然地基进行处理，而砂井排水固结法是处理此类软黏土地基的有效方法之一，该方法能够较好的加快软黏土地基的排水固结过程，以达到提高地基承载力和减小工后沉降的目的。其设计主要参数之一为径向固结系数，一般需通过对不同土样进行固结试验和渗透试验获得压缩系数和渗透系数后计算得到，并不是对同一土样进行试验直接获得。也可通过分析室内模型试验或现场原型实验得到有关设计参数,但或者条件受到施工、场地等因素影响有时难于控制,试验结果不利于推广,并且耗资较大。因此，亟需一种能够较好的模拟砂井固结的室内试验装置可直接量测径向固结参数，以期为砂井固结理论和砂井地基的处理提供参考依据。

发明内容

本实用新型的目的在于解决上述现有技术中存在的不足和问题，提供了一种径向固结试验装置。

本实用新型提供的一种径向固结试验装置，主要包括径向固结仪、加载装置、位移计、孔压传感器和电脑数据采集系统。其特征在于：径向固结仪由底座、套座、压力传感器固定环、上盖、透水筒芯和橡胶密封圈构成，其中透水筒芯是由内筒与土样接触的一面嵌有滤纸和带孔金属薄片构成，内筒设有若干个通孔，滤纸置于带孔金属薄片和内筒之间，且透水筒芯仅与土样接触的一段透水其余部分表面光滑不透水，保证了土样中的水只沿径向由排水孔排出，上盖呈环状，外环设有橡胶密封圈固定槽，内环设有橡胶密封圈固定槽和集水槽，集水槽与上盖排气孔和排水孔相通，且排水孔与集水瓶相连，集水瓶置于天平之上，而压力传感器置于上盖和压力传感器固定环之间；径向固结仪底座和套座通过螺栓紧密固定，套座距底部1/3位置处对称设有2个孔压传感器，其与土样接触的一端带有滤网且表面光滑，减小摩擦避免土颗粒堵塞孔压传感器，套座的上方设有位移计固定架，且位移计、压力传感器、天平和孔压传感器均与电脑数据采集系统相连，实现了固结过程中竖向变形、径向不透水面处孔压和排水量的自动化测量。

优选地，所述透水筒芯内径4毫米，外径10毫米，且仅与土样接触的一段透水其余部分不透水，内筒筒壁上设有若干个通孔，表面的带孔金属薄片光滑，且与滤纸紧贴在内筒表面，一方面为了减小摩擦力，另一方面避免土颗粒堵塞透水金属内筒，且保证透水筒芯不发生径向变形。

优选地，所述径向固结仪底座，中间凸起部分直径70毫米，高度10毫米，以便于固定套座，紧靠凸起部分由里向外依次设有橡胶密封圈固定槽、螺钉孔和螺杆孔，且直径5毫米螺钉孔和直径8毫米螺杆孔也都为内螺纹孔，达到底座与套座密闭连接的目的，且凸起部分正中央设有下排水孔和用于固定透水筒芯的内螺纹固定槽。

优选地，所述压力传感器固定环与上盖接触的一面对称设有2个压力传感器定位槽，压力传感器数据线经上盖引出，出口处用设有密封塞，上盖与压力传感器固定环之间有一定空隙，空隙靠近套座内壁的一周用防水材料密闭填充，防止固结过程中土样中的孔隙水沿套座内壁发生竖向渗流，从上盖与压力传感器固定环之间空隙流入集水槽。

优选地，所述压力传感器为防水压力传感器，其精度同孔压传感器均为0.01千帕，天平精度为0.001克，以达到精确测量的目的。

优选地，所述径向固结仪套座呈圆筒形，上下部均带边，上套座边设有内螺纹螺杆孔和位移计固定架，下套座边部设有橡胶密封圈固定槽和内螺纹螺钉孔，保证套头与底座连接紧密，且固结过程中不会发生径向变形。

优选地，所述加载装置，利用杠杆原理设计而成，由传力架经固结仪上盖和压力传感器固定环，对土样施加竖向荷载，保证土样上部受力均匀。

优选地，所述上盖、套座、底座、螺杆、螺钉、螺帽、加载装置及透水筒芯，其材质均为不锈钢，压力传感器固定环材质为有机玻璃，保证试验时试样不被铁锈污染，也为了增加该装置的使用寿命。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：可以较好地模拟砂井固结过程；通过压力传感器测得了土样上部所受压力；根据等应变条件下Barron解答并结合试验数据可以得到径向固结系数；试验过程中利用电脑数据采集系统实时测量，试验数据精确可靠；该装置制作简单，成本低，操作方便，试验过程简单、高效、快捷。

附图说明

图1 本实用新型的结构示意图。

图2 径向固结仪上盖及压力传感器固定环横断面示意图。

图3 径向固结仪透水筒芯示意图。

图4 径向固结仪套座横断面示意图。

图5径向固结仪底座横断面示意图。

图6 径向固结仪上盖俯视示意图。

图中标识：1-杠杆台座;2-底座;3-螺钉;3a-套座下螺钉孔;3b-底座螺钉孔;4-橡胶密封圈;4a-套座下橡胶密封圈固定槽;4b-底座橡胶密封圈固定槽;5-土样;6-带孔金属薄片;7-滤纸;8-内筒;9-橡胶垫;10-排气孔;11-排气孔阀门;12-位移计固定架;13-位移计;14-下排水孔;15-下排水孔阀门;16-套座;17-螺杆;17a-套座上螺杆孔;17b-底座螺杆孔;18-孔压传感器;19-压力传感器固定环;20-压力传感器;21-上盖;21a-上盖内径;21b-上盖外径;22-上盖外径橡胶密封圈;22a-上盖内径橡胶密封圈;23-螺帽;24-密封塞;24a-密封塞孔;25-上排水孔;26-上排水孔阀门;27-上盖凹槽;27a-上盖凹槽连通孔道;28-传力架;28a-上盖连接传力架凹槽;29-支撑杆;30-连接铰;31-砝码盘;32-压杆;33-电脑数据采集系统;34-集水瓶;35-天平;36-上盖外径密封圈固定槽;37-上盖内径密封圈固定槽;38-透水筒芯固定槽。

具体实施方式

以下是本实用新型的具体实施例，并结合附图对本实用新型的技术方案进行了描述，但本实用新型并不限于这个实施例。

实施例

该实施例以20毫米饱和重塑黏性土样的径向固结试验为例，试验装置参见图1-图6。试验装置主要包括径向固结仪、孔压传感器18、天平35、加载装置和电脑数据采集系统33。所述径向固结仪由底座2、套座16、压力传感器固定环19、上盖21、透水筒芯、底座橡胶密封圈4、上盖外径橡胶密封圈22、内径橡胶密封圈22a和传力架28构成，其内部由内至外依次为透水筒芯、土样5及套座16，其中透水筒芯是由内筒与土样接触的一面嵌有滤纸和带孔金属薄片构成，内筒设有若干个通孔，且透水筒芯仅与土样接触的一段透水其余部分表面光滑不透水，套座16设有孔压传感器18，用于测量土样不排水面处孔压；传力架28底部与上盖21上部固定槽相吻合；套座16下部带边，并设有内螺纹螺钉孔3a，底座2中间凸起，两边设有橡胶密封圈固定槽4b、内螺纹螺钉孔3b和内螺纹螺杆孔17b及固结仪下排水孔15；位移计13、孔压传感器18和天平35读数，通过电脑数据采集系统33实时测控；加载装置利用杠杆原理设计而成，利用加载装置由传力架28经上盖21对土样5施加竖向荷载使其径向排水固结，通过与电脑采集系统连接的天平测量固结过程中土样中的排水量；

试验过程如下：

步骤1: 准备1个直径70毫米，高度20毫米的不锈钢环刀，内表面涂抹一层凡士林；

步骤2: 用准备好的环刀取实心土样，然后在饱和桶中抽气饱和，先抽气1个小时，注水浸泡24小时后取出，然后用微型金属麻花钻正对准环刀中心钻取直径10mm圆柱获得圆柱空心土样5；

步骤3: 在径向固结仪底座2中心固定槽34缓慢拧紧底部带螺纹的透水筒芯，然后在径向固结仪套座内壁涂一层硅脂，将橡胶密封圈4放入上下橡胶密封圈固定槽4b，用将螺钉3插入螺钉孔3a，拧紧保证径向固结仪底座2与套座16密闭连接，然后向套座16中注满蒸馏水，并检查底座与套座连接是否漏水；

步骤4:将环刀对准径向固结仪套筒16口，环刀中心正对准透水筒芯，打开径向固结仪下排水孔14的阀门15，使圆柱空心土样5自由滑入径向固结仪套座16内，套座16内部空气将会被挤出，土样5到达套座16底部后关闭阀门15；

步骤5: 向套筒内加满水,在土样5上表面依次放入一层环状滤纸和直径70毫米厚5毫米的压力传感器固定环19，将压力传感器20置于压力传感器固定环19中间凹槽内，然后在空隙靠近套座内壁的一周用防水材料密闭填充，防止固结过程中土样中的孔隙水沿套座内壁发生竖向渗流；

步骤6: 将橡胶密封圈22置于上盖外径的橡胶密封圈固定槽36内，橡胶密封圈22a置于上盖内径的橡胶密封圈固定槽37内，边缘及内径各涂一层硅脂，一方面减小摩擦力，一方面增加密闭性，随后将带有橡胶密封圈的直径70毫米厚20毫米的上盖21缓慢塞入土样5上表面，上盖与压力传感器固定环19之间有一定空隙，空隙靠近套座内壁的一周用防水材料密闭填充；

步骤7: 然后将螺杆17插入螺杆孔17a拧紧螺帽20，使径向固结仪整体密闭，打开径向固结仪排气孔10的阀门11，用针管注射器从排气孔10注水，径向固结仪内空气从排水管25内排出后关闭阀门10；

步骤8: 安装位移计13、孔压传感器18和天平35，通过电脑数据采集系统33对位移计13、孔压传感器28、天平35进行调试，调试完毕后开始加载，以加载100kPa为例；

步骤9: 通过位移计13读数便可得到土样的沉降位移S(t)，通过孔压传感器18可以得到土样不排水面孔压U的消散情况，通过天平35读数可以得到固结过程中的排水量Q。

上述具体实施方式的描述仅用于说明本实用新型,而不用于限制本实用新型的权利保护范围。

Claims (10)

1.一种径向固结试验装置，主要包括径向固结仪、加载装置、位移计、孔压传感器和电脑数据采集系统，其特征在于：径向固结仪由底座、套座、压力传感器固定环、上盖、透水筒芯和橡胶密封圈构成，其中内筒筒壁设上有若干个通孔，与土样接触的一面嵌有滤纸和带孔金属薄片，三者构成透水筒芯，且透水筒芯仅与土样接触的一段透水其余部分表面光滑不透水，上盖呈环状，外环设有橡胶密封圈固定槽，内环设有橡胶密封圈固定槽和集水槽，集水槽与上盖排气孔和排水孔相通，且排水孔与集水瓶相连，集水瓶置于天平之上，而压力传感器置于上盖和压力传感器固定环之间；径向固结仪底座和套座通过螺栓紧密固定，套座距底部1/3位置处对称设有2个孔压传感器，其与土样接触的一端带有滤网且表面光滑，套座的上方设有位移计固定架，且位移计、压力传感器、天平和孔压传感器均与电脑数据采集系统相连。

2.如权利要求1所述的一种径向固结试验装置，其特征在于：所述透水筒芯仅与土样接触的一段透水其余部分不透水，内筒筒壁上设有若干个通孔，表面的带孔金属薄片光滑，且与滤纸紧贴在内筒表面。

3.如权利要求1所述的一种径向固结试验装置，其特征在于：所述径向固结仪底座中间凸起，紧靠凸起部分由里向外依次设有橡胶密封圈固定槽、螺钉孔和螺杆孔，且螺钉孔和螺杆孔也都为内螺纹孔，凸起部分正中央设有下排水孔和透水筒芯内螺纹固定槽。

4.如权利要求1所述的一种径向固结试验装置，其特征在于：所述压力传感器固定环与上盖接触的一面对称设有2个压力传感器定位槽，压力传感器数据线经上盖引出，出口处用设有密封塞，上盖与压力传感器固定环之间有一定空隙，空隙靠近套座内壁的一周用防水材料密闭填充。

5.如权利要求1所述的一种径向固结试验装置，其特征在于：所述压力传感器为防水压力传感器，其精度同孔压传感器均为0.01千帕，天平精度为0.01克。

6.如权利要求1所述的一种径向固结试验装置，其特征在于：所述径向固结仪套座呈圆筒形，上下部均带边，上套座边设有内螺纹螺杆孔和位移计固定架，下套座边部设有橡胶密封圈固定槽和内螺纹螺钉孔。

7.如权利要求1所述的一种径向固结试验装置，其特征在于：所述径向固结仪上盖为环状空心上盖，上盖内径内设有凹槽、排气孔、排水孔、橡胶密封圈固定槽，孔内光滑无螺纹，上盖外径设有橡胶密封圈固定槽。

8.如权利要求1所述的一种径向固结试验装置，其特征在于：所述加载装置，利用杠杆原理设计而成，由传力架经固结仪上盖和压力传感器固定环，对土样施加竖向荷载。

9.如权利要求1所述的一种径向固结试验装置，其特征在于：所述位移计、孔压传感器和天平都与电脑相连，通过电脑数据采集系统对试验数据实时测量。

10.如权利要求1所述的一种径向固结试验装置，其特征在于：所述上盖、套座、底座、螺杆、螺钉、螺帽、加载装置、内筒、带孔金属薄片，其材质均为不锈钢，压力传感器固定环材质为有机玻璃。