CN209513543U - 一种用弹簧加载的固结渗透试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用弹簧加载的固结渗透试验装置，属于土工试验领域。主要包括渗透固结仪、压力传感器、百分表、加载装置、注射泵、孔压传感器和计算机。渗透固结仪由底座、套筒、密封橡胶圈、上盖、气缸活塞构成，通过加载装置对土样加压，使其固结；土样固结完成后，保持加载恒定，对土样进行渗透试验，通过孔压传感器测出水压大小，通过计算机调节注射泵提供稳定水压。本装置实现试验过程中数据自动化测量，借助气缸活塞降低装置内部的摩擦力，在固结完成后，直接进行渗透试验，避免土样再次扰动，该装置操作方便、且试验结果较好。

Description

一种用弹簧加载的固结渗透试验装置

技术领域

本实用新型涉及土工试验研究领域，特别涉及一种用弹簧加载的固结渗透试验装置。

背景技术

在饱和黏性土地区进行基础工程施工时，地基或路基常常出现较大的沉降。为了研究及控制地基或路基的沉降，需要研究饱和黏性土地区的地基土或路基土的固结特性和渗透特性。传统的方法是使用固结仪进行固结试验，研究土体的固结特性，使用渗透仪进行渗透试验来研究土体的渗透特性，而常规的渗透试验并不能反映土样在不同固结压力下的渗透性，但是不同固结压力下土样的渗透性是不同的，将固结试验与渗流试验单独做，使用的土样并不是同一个，并且保证两个土样结构性相同并不容易，最终导致试验结果仍然与实际情况存在较大误差，并且现有的固结试验和渗透试验往往采用人工读数，难免会产生较大的读数误差，因此，亟待对现有装置进行改进。

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，提供了一种用弹簧加载的固结渗透试验装置。

本实用新型提供的固结渗透试验装置，主要包括渗透固结仪、压力传感器、百分表、加载装置、抽滤瓶、天平、注射泵、集水瓶、孔压传感器和计算机；渗透固结仪由底座、套筒、上密封橡胶圈、下密封橡胶圈、上盖、气缸活塞组成；所述底座中间凸起，凸起部分直径等于所述的套筒内径，底座上设有密封橡胶圈固定槽、两个螺钉孔和两个螺杆孔，且此处的螺钉孔和螺杆孔都有内螺纹，底座设有进水孔；所述的气缸活塞主要由传力杆的下段部分、气缸、密封橡胶套和气缸底座构成；所述的套筒下部带裙边，裙边上设有螺钉孔；所述的上盖设有排气孔、排水孔、密封橡胶圈固定槽和螺杆孔；所述的套筒内部由下至上依次为下透水石、下滤纸、土样、上滤纸、上透水石和试样帽；所述的试样帽上设有承压槽和透水孔；所述的传力杆底部连接压力传感器，压力传感器底部与所述的承压槽相吻合；所述的集水瓶的上端与安装后的套筒的上端平齐；所述的注射泵为活塞推进式，注射泵通过注射管与底座上的进水孔相连，注射管上分出两个支管分别连接孔压传感器和集水瓶；注射泵、孔压传感器、天平、百分表分别通过注射泵数据线、孔压数据线、水量数据线和位移数据线与计算机相连接，压力传感器通过压力数据线与配套的压力测量仪相连；所述的加载装置由螺杆上端的连杆、手柄、弹簧、弹簧套管、传力杆的上段部分组成；弹簧的下端和上端均有一竖直段，两个竖直段位于弹簧中心线上，弹簧的下端竖直段的端部焊接在传力杆的下段的上端面中心，传力杆的上段的下端面中心有一浅孔，弹簧的上端竖直段插入其中。

优选地，所述的传力杆分为下段和上段两部分，前者表面光滑且下半段为中空的，中空部分的顶端有一横向的出线孔，压力传感器的数据线从出线孔中穿出，传力杆的上段外侧有螺纹，连杆中部有相应的内螺纹。

优选地，气缸底座与上盖是一体的，气缸与气缸底座间通过螺纹连接，并在其连接处表面涂有密封材料，密封橡胶套与所接触的传力杆外表面及气缸内表面紧密接触，不透水。

优选地，所述的压力传感器为防水的，已与压力测量仪配套标定。

优选地，所述的上透水石、下透水石、试样帽的外径比套筒的内径小0.02毫米。

优选地，所述的孔压传感器的下端与土样的下端平齐，保证所测到的孔压等于土样下端的水压。

优选地，所述的底座、套筒、上盖、气缸、弹簧、传力杆的材质均为不锈钢，弹簧套管和试样帽的材质为有机玻璃。材质的选择，可以避免在反复与水接触的过程中，发生锈蚀。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：采用该试验装置，可以测出不同固结压力下，同一个土样的固结特性和渗透系数；通过压力传感器得到作用在土样的固结压力，排除了摩擦力的影响，使试验结果更加准确；适用于10毫米至50毫米不同高度的试样；试验过程中，利用计算机实时采集试验数据，避免人工读数产生的较大误差，试验数据精确可靠；利用计算机控制注射泵，使注射管中的水压为设定值，自动实现了渗透压力的恒定；加载装置中采用弹簧，使加载装置结构紧凑，且加载更加方便快捷；该装置操作方便，试验过程简单、快捷、高效。

附图说明

图1 本实用新型的结构示意图。

图2 上盖横断面示意图。

图3 套筒横断面示意图。

图4 底座横断面示意图。

图5 试样帽示意图。

图中标识：2-底座;3-螺钉;4-上橡胶密封圈;4a-下橡胶密封圈;5-上透水石;5a-下透水石;6-上滤纸;6a-下滤纸;7-土样;8-试样帽;9-压力传感器;10-透水孔;11-上盖;12-排气孔;13-阀门A;13a-阀门B;13b-阀门C;13c-阀门D;14-进水孔;15-螺杆;16-套筒;17-螺帽;18-排水孔;19-密封橡胶套;20-气缸活塞;21-挡片;22-百分表固定架;23-百分表;24-连杆;25-橡胶塞;26-弹簧;27-传力杆;28-手柄;29-弹簧套管;30-天平;31-抽滤瓶;32-注射泵;33-补水管;34-孔压传感器;35-集水瓶;36-注射泵数据线;36a-孔压数据线;36b-水量数据线;36c-位移数据线;36d-压力数据线;37-计算机;38-上盖橡胶密封圈固定槽;38a-上固定槽;38b-下固定槽;38c-底座橡胶密封圈固定槽;39-上盖螺杆孔;39a-底座螺杆孔;40-承压槽;41-气缸底座;42-套筒螺钉孔;42a-底座螺钉孔;43-气缸;44-注射管;45-压力测量仪。

具体实施方式

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

实施例1

该实施例以直径61.8毫米、高40毫米的饱和重塑黏性土样的固结渗透试验为例。主要包括渗透固结仪、压力传感器9、百分表23、加载装置、抽滤瓶31、天平30、注射泵32、集水瓶35、孔压传感器34和计算机37；渗透固结仪由底座2、套筒16、上密封橡胶圈4、下密封橡胶圈4a、上盖11、气缸活塞20组成；所述底座2中间凸起，凸起部分直径等于所述的套筒16内径，底座2上设有密封橡胶圈固定槽38c、两个螺钉孔42a和两个螺杆孔39a，且此处螺钉孔42a和螺杆孔39a都有内螺纹，底座2设有进水孔14；所述的气缸活塞20主要由传力杆27的下段部分、气缸43、密封橡胶套19和气缸底座41构成；所述的套筒16下部带裙边，裙边上设有螺钉孔42；所述的上盖11设有排气孔12、排水孔18、密封橡胶圈固定槽38和螺杆孔39；所述的套筒16内部由下至上依次为下透水石5a、下滤纸6a、土样7、上滤纸6、上透水石5和试样帽8；所述的试样帽8上设有承压槽40和透水孔10；所述的传力杆27的下段的底部连接压力传感器9，压力传感器9底部与所述的承压槽40相吻合；所述的集水瓶35的上端与安装后的套筒16的上端平齐；所述的注射泵32为活塞推进式，注射泵32通过注射管44与底座上的进水孔14相连，注射管44上分出两个支管分别连接孔压传感器34和集水瓶35；注射泵32、孔压传感器34、天平30、百分表固定架22上的百分表23分别通过注射泵数据线36、孔压数据线36a、水量数据线36b和位移数据线36c与计算机37相连接，压力传感器34通过压力数据线36d与配套的压力测量仪45相连；传力杆27的下段上有挡片21，传力杆27的下段的下半段为中空的，压力数据线36d从中穿过，出传力杆27处有一出线孔，出线孔用橡胶塞25封堵。所述的加载装置由螺杆上端的连杆24、手柄28、弹簧26、弹簧套管29、传力杆27的上段部分组成；弹簧26的下端和上端均有一竖直段，两个竖直段位于弹簧26的中心线上，弹簧26的下端竖直段的端部焊接在传力杆27的下段的上端面中心，传力杆27的上段的下端面中心有一浅孔，弹簧26的上端竖直段插入其中。底座2、套筒16、上盖11、气缸43、弹簧26、传力杆27的材质均为不锈钢，弹簧套管29和试样帽8的材质为有机玻璃，弹簧套管29的下端通过螺纹与传力杆27的下段的上端连接。套筒16内径为61.8毫米，高度100毫米，壁厚度10毫米，下部带裙边，裙边宽10毫米，均匀布两个内径5毫米的套筒螺钉孔42，上固定槽38a、下固定槽38b、底座橡胶密封圈固定槽38c和上盖橡胶密封圈固定槽38的宽度为6毫米、槽深4毫米。上橡胶密封圈4和下橡胶密封圈4a的宽度为6毫米、高度为10毫米。上透水石5、下透水石5a的直径为61.78毫米，厚10毫米，上滤纸6、下滤纸6a的直径为61.8毫米。土样7的直径为61.8毫米，高40毫米。底座2中间凸起部分直径61.8毫米，高度10毫米，底座螺钉孔42a、套筒螺钉孔42均为直径为5毫米的内螺纹孔，底座螺杆孔39a、上盖螺杆孔39均为直径8毫米的内螺纹孔。试样帽8的直径为61.78毫米，厚20毫米，上面均匀置8个直径为3毫米的透水孔10，中心位置的承压槽40直径为18毫米。气缸活塞20中的气缸43的内径为22毫米，壁厚2.5毫米，密封橡胶套19内径10毫米，壁厚3毫米，传力杆27的直径为18毫米，其上段和下段的长度均为80毫米。抽滤瓶31的容积为250毫升，天平30的精度为0.001毫克。补水管33、注射管44的直径均为5毫米。上盖11的内径为81.8毫米，上盖11上的排气孔12、排水孔18和底座2的进水孔14的直径均为5毫米。孔压传感器34的最大量程为2兆帕，精度为0.001兆帕，且为防水的，孔压传感器34的下端与土样7的下端平齐。压力传感器9的最大量程为6千牛，精度为0.1牛。采用本实用新型进行固结渗透试验的操作步骤如下：

步骤1: 准备1个直径为61.8毫米，高为40毫米的环刀，内表面涂抹一层凡士林，用环刀从已经重塑的土块上取土样7；

步骤2: 将带环刀的土样7放入真空缸中，在真空缸和真空缸的盖之间涂一薄层凡士林，盖紧，使用抽气机对真空缸抽气，使压力表读数接近一个大气压，继续抽气1个小时，然后通过真空缸上的注水管缓慢注水，完全浸泡土样7，关闭抽气机，缸内压力保持稳定，静置10小时；

步骤3: 将底座2放置在平整的试验台面上，在套筒16内壁涂一层凡士林，将上密封橡胶圈4和下密封橡胶圈4a分别放入套筒16的上固定槽38a和下固定槽38b，用螺钉3穿过套筒螺钉孔42，连接底座螺钉孔42a，然后拧紧，保证底座2与套筒16紧密连接；在套筒16底部依次放入下透水石5a和下滤纸6a，关闭注射管44上的阀门13b和连接孔压传感器34水管上的阀门13a，通过套筒16上口向套筒16中注满蒸馏水；

步骤4：打开与孔压传感器34相连接水管上的阀门B13a，当有水从该水管的顶部连续冒出后，安装孔压传感器34；

步骤5：通过套筒16口向套筒16内补满水，打开注射管44上的阀门C13b和补水管33上的阀门D13c，排出管内空气，关闭补水管33上的阀门D13c，向集水瓶35加满水，将带有土样7的环刀对准套筒16上口，将土样7推入套筒16内,在土样7上表面依次放入上滤纸6和上透水石5及试样帽8；

步骤6: 将内部带有密封橡胶套19的气缸活塞20拧入气缸底座41，拧紧后将上盖11置于套筒16上，使螺杆15穿过上盖螺杆孔39，并拧紧螺帽17，使用导水管连接排水孔18至抽滤瓶31，抽滤瓶31置于天平30上；

步骤7：将下端连接有压力传感器9的传力杆27的下段，插入气缸活塞20，使两个螺杆15的上端穿过连杆24两端相应的通孔，并拧紧螺帽；百分表固定架22夹持在上盖11与连杆24之间的螺杆15上，安装百分表23；

步骤8：旋转手柄28，使压力测量仪45上的数值达到试验设定值；

步骤9：当孔压传感器34的读数小于孔压初始值的5%时，认为土样7已经固结完成，得出孔压及土样竖向变形随时间的变化曲线；

步骤10：通过与排气孔12相连的排气管向套筒16内注水，至有水连续流入抽滤瓶31，关闭排气孔12上方的阀门A13，关闭补水管33上的阀门D13c，打开注射泵32的开关，开始注水，计算机37将读取的孔压与设定值比较，调节注射泵33，使注射管44内的水压为设定值；

步骤11：待有水从导水管内流入抽滤瓶31中开始读数，每间隔1个小时记录抽滤瓶31中水的变化量，计算出该渗透压力下的渗透系数，待计算的渗透系数值稳定后，结束渗透试验。

Claims (7)

1.一种用弹簧加载的固结渗透试验装置，其特征在于：主要包括渗透固结仪、压力传感器、百分表、加载装置、抽滤瓶、天平、注射泵、集水瓶、孔压传感器和计算机；渗透固结仪由底座、套筒、上密封橡胶圈、下密封橡胶圈、上盖、气缸活塞组成；所述底座中间凸起，凸起部分直径等于所述的套筒内径，底座上设有密封橡胶圈固定槽、两个螺钉孔和两个螺杆孔，且此处的螺钉孔和螺杆孔都有内螺纹，底座设有进水孔；所述的气缸活塞主要由传力杆的下段部分、气缸、密封橡胶套和气缸底座构成；所述的套筒下部带裙边，裙边上设有螺钉孔；所述的上盖设有排气孔、排水孔、密封橡胶圈固定槽和螺杆孔；所述的套筒内部由下至上依次为下透水石、下滤纸、土样、上滤纸、上透水石和试样帽；所述的试样帽上设有承压槽和透水孔；所述的传力杆底部连接压力传感器，压力传感器底部与所述的承压槽相吻合；所述的集水瓶的上端与安装后的套筒的上端平齐；所述的注射泵为活塞推进式，注射泵通过注射管与底座上的进水孔相连，注射管上分出两个支管分别连接孔压传感器和集水瓶；注射泵、孔压传感器、天平、百分表分别通过注射泵数据线、孔压数据线、水量数据线和位移数据线与计算机相连接，压力传感器通过压力数据线与配套的压力测量仪相连；所述的加载装置由螺杆上端的连杆、手柄、弹簧、弹簧套管、传力杆的上段部分组成；弹簧的下端和上端均有一竖直段，两个竖直段位于弹簧中心线上，弹簧的下端竖直段的端部焊接在传力杆的下段的上端面中心，传力杆的上段的下端面中心有一浅孔，弹簧的上端竖直段插入其中。

2.如权利要求1所述的固结渗透试验装置，其特征在于：所述的传力杆分为下段和上段两部分，前者表面光滑且下半段为中空的，中空部分的顶端有一横向的出线孔，压力传感器的数据线从出线孔中穿出，传力杆的上段外侧有螺纹，连杆中部有相应的内螺纹。

3.如权利要求1所述的固结渗透试验装置，其特征在于：气缸底座与上盖是一体的，气缸与气缸底座间通过螺纹连接，并在其连接处表面涂有密封材料，密封橡胶套与所接触的传力杆外表面及气缸内表面紧密接触，不透水。

4.如权利要求1所述的固结渗透试验装置，其特征在于：所述的压力传感器为防水的，已与压力测量仪配套标定。

5.如权利要求1所述的固结渗透试验装置，其特征在于：所述的上透水石、下透水石、试样帽的外径比套筒的内径小0.02毫米。

6.如权利要求1所述的固结渗透试验装置，其特征在于：所述的孔压传感器的下端与土样的下端平齐。

7.如权利要求1所述的固结渗透试验装置，其特征在于：所述的底座、套筒、上盖、气缸、弹簧、传力杆的材质均为不锈钢，弹簧套管和试样帽的材质为有机玻璃。