CN210108851U - 一种限速式流动化土强度快速检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种限速式流动化土强度快速检测装置，包括框体、穿过框体顶部的按压装置，框体内的液体限速装置；按压装置包括第一压杆及沿其周向、与其平行排列的若干个第二压杆，第一压杆底部设有容纳弹性构件和部分检测管的空腔，弹性构件的两端分别与空腔顶部、检测管顶部固定连接，框体底部设有可使检测管穿过的孔；液体限速装置包括与第二压杆数量相同的液压缸和储存缸，液压缸和储存缸内分别设有第一活塞、第二活塞，第一活塞与第二压杆固定连接，液压缸内填充液体、且底部设有与储存缸底部相连的管道。本实用新型操作简单，只需要按压操作，就可以读取土体的抗压强度；可实现现场测量；数据结果可靠，误差小。

Description

一种限速式流动化土强度快速检测装置

技术领域

本实用新型涉及一种土木材料的检测装置，特别是涉及一种限速式流动化土强度快速检测装置。

背景技术

在工程施工建设中，无侧限抗压强度是指固化土试样在无侧向压力条件下，抵抗轴向应力的极限强度，是固化土最基本的力学性能指标，它是评价水泥或其他胶结材料对土体固化效果的重要指标之一。目前关于土体无侧限抗压强度检测的方法主要包括两种：一种是现场取样，然后在实验室内进行检测；另一种是按照现场的配比，在实验室内进行拌和、养护、测定。但这两种方法均存在一定的问题：对于现场取样，存在以下不足：①会对已经施工的场地造成影响；②取样或则会后期的切土过程可能会对试样造成扰动，导致试验结果失真。对于实验室制备的方法，存在以下不足：①实验室材料的拌和过程与现场的拌和过程存在差异，可能导致测量的结果失真；②实验室的养护条件与现场存在差异，固化土强度的发展趋势存在差异，可能导致测量的结果失真。

专利号“CN201811590722”公开了“一种半定量无侧限抗压强度测试仪”，提供了一种半定量无侧限抗压强度测试仪，但其存在以下不足：①操作繁琐：需要在现场进行取样，然后在实验室内进行测量；②不够便捷：测试过程中使用了多种发砝码，操作繁琐。

实用新型内容

实用新型目的：本实用新型的目的是提供一种限速式流动化土强度快速检测装置。该检测装置操作简单，使用便捷，能够对待测土体进行原位测量，结果可靠误差小，对施工场地影响小。

技术方案：本实用新型提供了一种限速式流动化土强度快速检测装置，包括框体，还包括穿过框体顶部的按压装置，框体内的液体限速装置；按压装置包括第一压杆及沿其周向、与其平行排列的若干个第二压杆，第一压杆底部设有容纳弹性构件和部分检测管的空腔，弹性构件的两端分别与空腔顶部、检测管顶部固定连接，框体底部设有可使检测管穿过的孔；液体限速装置包括与第二压杆数量相同的液压缸和储存缸，液压缸和储存缸内分别设有第一活塞、第二活塞，第一活塞与第二压杆固定连接，液压缸内填充液体、且底部设有与储存缸底部相连的管道，按压装置带动活塞上下运动使液体在液压缸和储存缸之间来回流动。

框体为空心圆柱体或者棱柱，框体上可设有与检测管相对应的竖向条形缺口，方便观察；弹性构件是由已知弹性系数的弹性材料构成，可以是弹簧或其他弹性材料制得的部件；限速装置内填充的液体可以是普通用水，或者盐水等溶液，盐水的密度略大于纯水的密度，对于装置的限速效果更好。

进一步地，所述检测管的底部连有下端管，下端管是可拆卸的。可以根据不同的待测土体设计不同大小的下端管，根据实际待测土体安装不同的下端管，以减小误差；当待测土体为较软的土质(如沙土、粉土)时，选取横截面较大的下端管；当待测土体为较硬的土质(如坚硬密实的粘性土)时，选取横截面较大的下端管。由于弹簧的弹性系数是有一定范围的，本装置通过不同的土质来调节横截面积以此保证不超过弹簧量程，这样的得到的数据才是有效的。

为了方便读取记录压入土体前后入待测土体的土体深度，所述检测管上套有可沿其上下滑动的、位于第一压杆下方的滑动环。下压按压装置前，记录滑动环的位置；下压按压装置后，第一压杆向下移动，进而带动滑动环在检测管上向下滑动，再次记录滑动环的位置；从而就可以方便地计算得到滑动环滑动的距离，即为检测管压入待测土体的深度。

为了提高检测装置的使用便捷性，所述框体的材质是透明的。可以通过框体直接获取检测管向下滑动的距离。

优选地，所述空腔的形状是与检测管相适配的，空腔沿检测管方向的长度大于弹性构件未受力状态下长度的1.2倍，以保证弹性构件在空腔内部受挤压时不会出现弯曲现象。

所述管道的管内径和长度根据管道最大流速定理确定，用以限制流动液体在液压缸流动至储存缸的速度。

管道最大流速定理：

其中n通过粗糙系数值表查询，见表1；

R为水力半径，R＝d/4；d表示管道的管径，v是液体流速，ρ为液体密度，L是管道的轴向长度；P是按压施加的力；C表示谢才系数，通过曼宁公式求得；

由于本装置的速度v是限定的，v取值范围为0.15～0.25cm/s；按照v的最大值和P即人为施加的最大力，就可以得到管道长度和管道直径的关系，因此在设计时，本装置的管道的管径和轴向长度只要在上述计算结果之内即可。

表1管道粗糙系数值

优选地，框体的底面设有增大摩擦力的凸起。凸起可以是凸点或者一定的纹路，增大摩擦力的同时，在使用该装置进行检测前可以使用框体的底部对待测土体进行打磨，使其测量位置保持平整。

优选地，所述检测管的外表面标有刻度。刻度可以更加简易快捷地获取检测装置压入待测土体的深度。

该限速式流动化土强度快速检测装置进行的检测方法，包括如下步骤，

(1)检测：下压按压装置，使检测管压入待测土体，后按压装置复位；记录检测管压入土体前后入的土体深度；

(2)数据处理：将土体深度乘以弹性构件的弹性系数，获得检测管刺破土体时的力，再除以检测管与待测土体的接触横截面的面积，获得刺破土体时的压强，即土体的抗压强度；

(3)误差处理：对同一待测土体进行若干次检测，对检测结果取均值。

实用新型原理：本实用新型通过引入液体限速装置，通过第一压杆、第二压杆同时下移，让液体限速装置内的液体流向储存缸，分担一部分压力从而限制杆体的最大加载速度，避免操作误差对测试结果的影响；在检测管的底部连有可拆卸式下端管，可以根据不同的待测土体设计不同大小的下端管，根据实际待测土体安装不同的下端管，以减小误差；当待测土体为较软的土质(如沙土、粉土)时，选取横截面较大的下端管；当待测土体为较硬的土质(如坚硬密实的粘性土)时，选取横截面较大的下端管。由于弹簧的弹性系数是有一定范围的，本装置通过不同的土质来调节横截面积以此保证不超过弹簧量程，这样的得到的数据才是有效的。检测时，记录下检测管压入土体前后入的土体深度；将土体深度乘以弹性构件的弹性系数，获得检测管刺破土体时的力，再除以检测管与待测土体的接触横截面的面积，获得刺破土体时的压强，即土体的抗压强度；后进行多次检测取平均值，进一步降低误差。

有益效果：

(1)本实用新型提供的检测装置操作简单，只需要通过按压操作，就可以读取土体的抗压强度；

(2)本实用新型提供的检测装置可以实现原位现场测量，可以直接在施工现场使用，对施工场地影响极小，且减少了取样过程可能导致的误差；

(3)使用该检测装置得出的检测结果可靠，该装置在使用过程中，液体限速装置的引入，能够限制按压装置的杆体的最大加载速度，避免了操作误差对测试结果的影响；

(4)本实用新型提供的检测装置具有操作简单、原位测量、结果可靠等优势，适用于在无侧限抗压强度检测领域推广应用。

附图说明

图1是检测装置的示意图；

图2是液体限速装置的横截面示意图；

图3是框体和按压杆的示意图；

图4是框体的立体图；

图5是第一压杆的立体图；

图6是带刻度检测管的结构示意图；

图7是检测装置按压过程的示意图；

图8是检测装置刺入待测土体的示意图。

具体实施方式

如图1～6所示，限速式流动化土强度快速检测装置包括框体1、还包括穿过框体1顶部的按压装置3，框体1内的液体限速装置2；框体1为空心圆柱体状，透明材质，其顶部设有上孔12，底部设有下孔13，上孔12供按压装置3穿过，下孔13供检测管5穿过，且框体1内部设有供液体限速装置2放置的底座14。框体1的底面设有增大摩擦力的凸起11。凸起11可以是凸点或者一定的纹路，增大摩擦力的同时，在使用该装置进行检测前可以使用框体的底部对待测土体进行打磨，使其测量位置保持平整。

按压装置3包括位于中心的第一压杆，以及沿第一压杆周向均匀排列的四根第二压杆21，且第二压杆21均与第一压杆平行排列，第一压杆的底部中心位置设有能够容纳弹簧和部分检测管的空腔31，空腔31的形状是与检测管5相适配，空腔31的高度大于弹簧未受力状态下长度的1.2倍，保证弹簧在空腔31内部，在挤压时不会出现弯曲现象，弹簧的两端分别与空腔31顶部、检测管5顶部固定连接。检测管5的外表面标有刻度。

如图2所示，液体限速装置2包括四组缸体，每组缸体各包括一个液压缸24和一个储存缸25，液压缸24和储存缸25内都设有活塞22，分别对应为第一活塞、第二活塞，活塞22均为橡胶质、设有密封圈，第一活塞与第二压杆21固定连接，液压缸24内填充纯水、且底部设有与储存缸25底部相连的管道26，按压装置3带动活塞22上下运动使水在液压缸24和储存缸25之间来回流动。管道26的管内径和长度根据管道最大流速定理确定，用以限制流动液体在液压缸流至储存缸的速度。

管道最大流速定理：

(n通过粗糙系数n值表查询)

其中，R为水力半径，R＝d/4；d表示管道26的管内径，v是液体流速，ρ为液体密度，L是管道26的轴向长度；P是按压施加的力；C表示谢才系数；由于本装置的速度v是限定的，v取值范围为0.15～0.25cm/s；按照v的最大值和P即人为施加的最大力，就可以得到管道26长度和管道26的内径的关系，因此在设计时，本装置的管道26的管径和轴向长度只要在上述计算结果之内即可。

如图6所示，检测管5的底部连有下端管52，下端管52与检测管5底部通过螺纹连接。使用时，可以根据不同的待测土体设计不同大小的下端管52，根据实际待测土体安装不同的下端管52，以减小误差；使用时，可以根据不同土体、底部的受压面积、设计要求进行更换相应的下端管52。同时，检测管5上套有可沿其上下滑动的、位于第一压杆下方的滑动环53，可以方便读取记录压入土体前后入待测土体的土体深度，滑动环53为滑动箍环，箍在检测管5上。下压按压装置3前，记录滑动环53的位置；下压按压装置3后，第一压杆向下移动，进而带动滑动环53在检测管5上向下滑动，再次记录滑动环53的位置；从而就可以方便地计算得到滑动环53滑动的距离，即为检测管5压入待测土体的深度。

使用该限速式流动化土强度快速检测装置进行检测无侧限抗压强度的方法，包括如下步骤，

(1)整平：用手握住检测装置的框体1，使用框体1底部的凸点打磨需要检测土体，使其测量位置保持平整；

(2)选择下端管52：依据设计强度和测量土体的最大粒径，选择合适的下端管52；

(3)归零：将滑动环53调整至刻度的零点位置，如图1中的滑动环53位置所指，并确认按压装置3是否已经达到最上端；

(4)按压：如图7、8所示，将检测装置放置在平整的待测土体的表面，用力按压按压装置3，将带刻度的检测管5压入待测土体；此时，第一压杆、第二压杆21同时下移，液体限速装置2内的液体流向储存缸25，分担一部分压力，防止仪器损坏，因此在使用过程中，能够限制按压装置3的杆体的最大加载速度，避免操作误差对测试结果的影响；

(5)读数：读出滑动环53在检测管5的刻度尺上的位置，并记录；

(6)数据处理：依据读出的尺寸，乘以弹簧4的弹性系数，获得检测管5内刺破待测土体时的力，再除以检测管5的下端管52的横截面面积，获得刺破土体时的压强，即土体的抗压强度；

(7)还原：将滑动环53调整至刻度的零点位置，并将按压装置3移动到最上端；此时，第二压杆21上移的同时，液压缸24中活塞上移，储存缸中的活塞下移，储存缸25中的液体流向液压缸24；

(8)误差调整：同一块待测土体进行反复测量，测量次数不得低于6次，最终强度值应通过平均值确定，以减少试验误差。

Claims (8)

1.一种限速式流动化土强度快速检测装置，包括框体(1)，其特征在于：还包括穿过框体(1)顶部的按压装置(3)，框体(1)内的液体限速装置(2)；按压装置包括第一压杆及沿其周向、与其平行排列的若干个第二压杆(21)，第一压杆底部设有容纳弹性构件和部分检测管(5)的空腔(31)，弹性构件的两端分别与空腔(31)顶部、检测管(5)顶部固定连接，框体(1)底部设有可使检测管(5)穿过的孔(13)；液体限速装置(2)包括与第二压杆(21)数量相同的液压缸(24)和储存缸(25)，液压缸(24)和储存缸(25)内分别设有第一活塞、第二活塞，第一活塞与第二压杆(21)固定连接，液压缸(24)内填充液体、且底部设有与储存缸(25)底部相连的管道(26)，按压装置(3)带动活塞(22)上下运动使液体(23)在液压缸(24)和储存缸(25)之间来回流动。

2.根据权利要求1所述的限速式流动化土强度快速检测装置，其特征在于：所述检测管(5)的底部连有下端管(52)，下端管(52)是可拆卸的。

3.根据权利要求1所述的限速式流动化土强度快速检测装置，其特征在于：所述检测管(5)上套有可沿其上下滑动的、位于第一压杆下方的滑动环(53)。

4.根据权利要求1所述的限速式流动化土强度快速检测装置，其特征在于：所述框体(1)的材质是透明的。

5.根据权利要求1所述的限速式流动化土强度快速检测装置，其特征在于：所述空腔(31)的形状是与检测管(5)相适配。

6.根据权利要求1所述的限速式流动化土强度快速检测装置，其特征在于：所述管道(26)的管内径和长度根据管道最大流速定理确定。

7.根据权利要求1所述的限速式流动化土强度快速检测装置，其特征在于：框体(1)的底面设有增大摩擦力的凸起(11)。

8.根据权利要求1所述的限速式流动化土强度快速检测装置，其特征在于：所述检测管(5)的外表面标有刻度。

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