真空預壓-堆載-強夯聯(lián)合固結(jié)儀的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于巖土工程【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種利用真空預壓和堆載聯(lián)合加固軟土的實驗設(shè)備。目前這種聯(lián)合加固方法在工程中主要依靠技術(shù)人員的經(jīng)驗，缺乏準確的設(shè)計計算參數(shù)。本發(fā)明旨在設(shè)計出室內(nèi)模擬真空預壓和堆載聯(lián)合的固結(jié)土樣的裝置，這對于提高這類聯(lián)合固結(jié)處理方法的設(shè)計準確性以及加固效率大有裨益。
【專利說明】真空預壓-堆載-強夯聯(lián)合固結(jié)儀
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于巖土工程【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種利用真空預壓和堆載聯(lián)合加固軟土的實驗設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]我國沿海地區(qū)大部分屬于軟弱地基土，這種土的特點是含水量大、壓縮性高、強度低、滲透性差。要在這種地基土上進行大面積施工，比如大規(guī)模圍墾工程，需要對地基進行處理和加固，常用施工方法有堆載預壓、真空預壓、電滲固結(jié)等等。
[0003]真空預壓法自20世紀80年代后期被成功應(yīng)用以來，大量工程實踐證明是加固軟土最有效的方法之一，至今仍然是軟土地基主要的地基處理方法。但在處理深厚軟黏土地基時，單獨使用真空預壓法會存在加固效率低，處理時間長，而且其真空度的沿程損失較大，使得真空度難以到達深部土體，加固效果欠佳，難以滿足工程實際應(yīng)用的需要。因此，工程中常常將真空預壓和堆載聯(lián)合起來對深厚軟土進行處理，比單純使用真空預壓或堆載的方法取得了更好的加固效果，而且大大縮短了加固時間，但是由于缺乏室內(nèi)關(guān)于模擬此類聯(lián)合加固地基的固結(jié)土樣的裝置，目前這種聯(lián)合加固方法在工程中主要依靠技術(shù)人員的經(jīng)驗，缺乏準確的設(shè)計計算參數(shù)。因此，關(guān)于設(shè)計出在室內(nèi)能夠模擬真空預壓和堆載聯(lián)合的固結(jié)土樣的裝置顯得尤為重要，這對于提高這類聯(lián)合固結(jié)處理方法的設(shè)計準確性以及加固效率大有裨益。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種模擬真空預壓-堆載-強夯聯(lián)合地基處理方法的室內(nèi)固結(jié)土樣的裝置。
[0005]本發(fā)明提出的真空預壓-堆載-強夯聯(lián)合固結(jié)土樣的裝置，由活塞連接室1、空氣壓力室2、活塞3、土樣室4、塑料排水板5、排水板帽6、頂蓋7、底座8、定位支架9、支撐支架
10、千分表11、土工布12、連接支架13、環(huán)形橡膠圈14、孔壓傳感器15、加載架16、滑輪17、夯錘18、真空泵和增壓泵以及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成。其中，活塞連接室1、空氣壓力室2、活塞
3、定位支架9、加載架16、滑輪17、夯錘18、真空泵以及增壓泵組成堆載系統(tǒng)；千分表11、支撐支架10、孔壓傳感器15以及數(shù)據(jù)采集器構(gòu)成量測系統(tǒng)；活塞連接室I位于頂蓋7中心，頂部與千分表11無縫接觸同時與真空泵連通，下部與活塞3剛性相連；空氣壓力室2位于頂蓋7和活塞3之間，上部連通增壓泵；頂蓋7與活塞連接室2外壁及活塞與土樣室4內(nèi)壁之間均設(shè)有環(huán)形橡膠圈；定位支架9環(huán)箍在活塞連接室I外壁，并且下部與頂蓋7剛性連接；千分表11固定在支撐支架10上，并且支撐支架10下部固定于頂蓋7上；加載架16固定在頂蓋7上，滑輪17固定于加載架16上，下面通過細繩連接夯錘18 ;夯錘18中心處開有貫穿夯錘18的小孔，夯錘頂面平均每120度連接一根細繩，三根細繩23端部固定于小圓環(huán)上。底座8位于土樣室4底部，并且通過連接支架9與頂蓋7相連，連接支架均勻分布在土樣室外壁一周；試驗土置于土樣室4中，塑料排水板5貫穿插在土樣中心，并且頂部通過排水板帽6與活塞3相連；土樣與活塞3及底座8之間均鋪設(shè)有土工布12 ;孔壓傳感器15位于土樣中部，并與數(shù)據(jù)采集器相連。
[0006]本發(fā)明中，連接支架13由10根鋼條組成，均勻環(huán)繞在土樣室4的外壁，上下分別通過螺栓將頂蓋7和底座8連接起來。
[0007]本發(fā)明中，定位支架9由環(huán)箍活塞連接室I的圓盤和三根鋼條組成，鋼條將圓盤和頂蓋7剛性連接在一起，整個定位支架起到定位活塞連接室I下部活塞3的作用。
[0008]本發(fā)明中，頂蓋7與活塞連接室I外壁及活塞與土樣室4內(nèi)壁之間設(shè)置有經(jīng)過硅脂潤滑過的環(huán)形橡膠圈14，起到密封的作用，并且可以實現(xiàn)活塞在土樣室4上部自由上下移動。
[0009]本發(fā)明中，頂蓋7頂部圓心處設(shè)有一個大的孔道用于環(huán)箍于活塞連接室I外壁，大孔道外側(cè)沿著兩個正交方向設(shè)有四個孔洞，并從孔洞接出四根膠管通過接口轉(zhuǎn)換器與增壓泵相連。
[0010]本發(fā)明中，排水板帽6頂部設(shè)有排水嘴將通過塑料排水板5從土樣排出來的水分通過活塞連接室I內(nèi)的膠管排出。
[0011]本發(fā)明中，土樣與活塞3及底座8之間均鋪設(shè)有土工布12用于防止土樣室4中的土樣透過活塞并且不會影響水分透過土工布12。
[0012]本發(fā)明中，在加載過程中，利用夯錘18施加的動力作用，將此固結(jié)土樣的裝置由靜力固結(jié)變成靜動力耦合固結(jié)土樣的裝置。
[0013]本發(fā)明的工作過程如下:
[0014]在土樣室4底部鋪設(shè)一層土工布12，往土樣室4內(nèi)中填埋土樣，土樣中部預先埋設(shè)若干數(shù)量孔壓傳感器15，孔壓傳感器15通過土樣室4外壁的孔道與外部數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相連。土樣室4內(nèi)壁預先涂上硅脂以減小土樣與內(nèi)壁之間的摩擦。在土樣中部貫穿插入塑料排水板5形成排水通道，在塑料排水板5頂端安裝排水板帽6用來搜集排出的水分。排水板帽6穿過活塞3與活塞連接室I相通?；钊?和土樣之間鋪設(shè)一層土工布12用來透水以及防止土樣透過活塞?；钊B接室I通過膠管與真空泵連通，通過真空泵向活塞連接室I提供負壓從而傳到下部土樣，穿過活塞連接室I的膠管一端連接排水板帽6上部的出水嘴，另一端連接真空泵?？諝鈮毫κ?上部沿環(huán)形面兩個正交方向伸出四個管道連接到增壓泵，通過增壓泵向空氣壓力室2提供正壓從而推動活塞3向下運動，如果需要實現(xiàn)靜動力耦合固結(jié)則同時通過夯錘18錘擊活塞連接室I頂部推動活塞3向下運動進一步提供向下的動力正壓。與活塞連接室I頂部平面接觸的千分表11可以實時測量土樣位移，同時埋設(shè)在土樣中部的孔壓傳感器15可以實時監(jiān)測土樣的孔壓變化。通過活塞連接室I提供的負壓以及空氣壓力室2提供的正壓可以很大程度提供土樣固結(jié)效率，很明顯提高固結(jié)排水效果。
[0015]本發(fā)明裝置的優(yōu)點在于將真空預壓和堆載聯(lián)合起來，在負壓和正壓同時作用下，能大大縮短固結(jié)時間，提高固結(jié)效率，同時能取得更好的固結(jié)排水效果。并且本裝置通過夯錘還可以實現(xiàn)靜動力耦合固結(jié)，很大程度提高了學術(shù)研究的價值。另外，本發(fā)明裝置可以直接方便的觀測土樣固結(jié)過程中豎向位移變化，并且能實現(xiàn)很高的精度，同時土樣固結(jié)過程中也能實時記錄孔隙水壓力的變化。本發(fā)明裝置操作簡單，固結(jié)效果好，功能多，彌補了室內(nèi)固結(jié)土樣的裝置真空預壓和堆載聯(lián)合固結(jié)土樣的空白?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0016]圖1—本發(fā)明裝置簡圖。
[0017]圖2—本發(fā)明裝置的俯視圖。
[0018]圖3——本發(fā)明裝置頂蓋剖面圖。
[0019]圖4——本發(fā)明裝置夯錘示意圖。
【具體實施方式】
[0020]下面通過實施例進一步描述本發(fā)明。
[0021]實施例1，土樣室4和空氣壓力室2外壁是用聚錄乙烯材料(PVC)制成的圓筒形空腔，空腔高度為1000mm，內(nèi)徑為500mm，壁厚IOmm ;空腔內(nèi)用于分隔空氣壓力室2和土樣室4的活塞3用合金材料制成，厚度35mm，中間留有直徑5mm孔洞用于排水板帽6與活塞連接室I之間的排水膠管通過；空氣壓力室2頂部的頂蓋7由鋼材制成，直徑600_，厚度10mm，頂蓋7圓心部位留有直徑IOOmm的圓形通道用于環(huán)箍在活塞連接室I的外壁，在頂蓋7距離圓心150mm兩個正交方向設(shè)有四個直徑6mm孔洞，通過這四個孔洞分別引出的四根膠管利用一個接口轉(zhuǎn)換器最后與增壓泵連通；與活塞3連接并環(huán)箍在頂蓋7中心的活塞連接室I用聚錄乙烯材料(PVC)制成，外徑為100mm，高度500mm，厚度10mm，活塞連接室I頂部接出一根膠管與真空泵連通；用來定位并固定活塞連接室I的定位支架9環(huán)箍在活塞連接室I外壁的部分為厚IOmm徑向?qū)挾?0mm的環(huán)形鋼制板,并且通過三根直徑6mm鋼條與頂蓋7焊接在一起；用來固定位于活塞連接室I頂面的千分表11的支撐支架為鋼材制成的倒“L”形狀的構(gòu)架，其中焊接于頂蓋7頂部邊緣的長端高度400mm，固定千分表11的短端長度200mm ;與頂蓋7連接的加載架16同樣為鋼材制成的倒“L”形狀的構(gòu)架，其中焊接于頂蓋7頂部邊緣的長端高度600mm，固定滑輪17的短端長度200mm ;滑輪直徑15mm，下部的夯錘18外徑50mm，中心孔洞直徑10mm，厚度15mm ;連接頂蓋7和底座8的連接支架由12根鋼條組成，直徑8mm，長度1050mm，均勻緊貼在圓筒形空腔外壁，鋼條與頂蓋7及底座8之間均通過螺栓連接；位于土樣室4底部的底座8,由鋼材制成,直徑550mm,厚度IOmm;固結(jié)過程中插入土樣中的塑料(PVD)排水板5可以按照實際排水需求選擇市面上已有的排水板規(guī)格，塑料(PVD)排水板5上部的排水板帽6頂端設(shè)有長度45mm，外徑5mm的排水嘴最后接到活塞連接室I內(nèi)；在土樣中部設(shè)有前后兩個孔壓傳感器15通過土樣室4外壁預留的孔道連接到數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，因而可以實現(xiàn)固結(jié)過程中孔隙水壓力的實時記錄。在對土樣進行真空預壓-堆載-強夯聯(lián)合固結(jié)前預先設(shè)定真空泵和增壓泵的所要施加的壓力值，開啟真空泵和增壓泵后開始固結(jié)過程，如需實現(xiàn)靜動力耦合固結(jié)則同時控制夯錘18落距對土體進行動力夯實，通過千分表11人工記錄土樣在固結(jié)過程中位移變化，通過孔壓傳感器15及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)自動記錄土樣孔隙水壓力的變化。本發(fā)明固結(jié)土樣的裝置操作方便，流程簡明，本領(lǐng)域的技術(shù)人員均能順利實施本方案。
【權(quán)利要求】
1.一種真空預壓-堆載-強夯聯(lián)合固結(jié)土樣的裝置，由活塞連接室(I)、空氣壓力室(2)、活塞(3)、土樣室(4)、塑料排水板(5)、排水板帽(6)、頂蓋(7)、底座(8)、定位支架(9)、支撐支架(10)、千分表(11)、土工布(12)、連接支架(13)、環(huán)形橡膠圈(14)、孔壓傳感器(15)、加載架(16)、滑輪(17)、夯錘(18)、真空泵和增壓泵以及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成，其特征在于活塞連接室(I)、空氣壓力室(2)、活塞(3)、定位支架(9)、加載架(16)、滑輪(17)、夯錘(18)、真空泵以及增壓泵組成堆載系統(tǒng)；千分表(11)、支撐支架(10)、孔壓傳感器(15)以及數(shù)據(jù)采集器構(gòu)成量測系統(tǒng)；活塞連接室(I)位于頂蓋(7)中心，頂部與千分表(11)無縫接觸同時與真空泵連通，下部與活塞3剛性相連；空氣壓力室(2)位于頂蓋(7)和活塞(3)之間，上部連通增壓泵；活塞(3)位于空氣壓力室(2)和土樣室(4)之間；頂蓋(7)與活塞連接室(2)外壁及活塞與土樣室(4)內(nèi)壁之間均設(shè)有環(huán)形橡膠圈；定位支架(9)環(huán)箍在活塞連接室(I)外壁，并且下部與頂蓋(7)剛性連接；千分表(11)固定在支撐支架(10)上，并且支撐支架(10)下部固定于頂蓋(7)上；加載架(16)固定在頂蓋(7)上，滑輪(17)固定于加載架(16)上，下面通過細繩連接夯錘(18);夯錘(18)中心處開有貫穿夯錘(18)的小孔，夯錘頂面平均每120度連接一根細繩，三根細繩端部固定于小圓環(huán)上；底座(8)位于土樣室(4)底部，并且通過連接支架(9)與頂蓋(7)相連，連接支架均勻分布在土樣室外壁一周；試驗土置于土樣室(4)中，塑料排水板(5)貫穿插在土樣中心，并且頂部通過排水板帽(6)與活塞(3)相連；土樣與活塞(3)及底座(8)之間均鋪設(shè)有土工布(12);孔壓傳感器(15)位于土樣中部，并與數(shù)據(jù)采集器相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種真空預壓-堆載-強夯聯(lián)合固結(jié)土樣的裝置，其特征在于連接支架(13)由10根鋼條組成，均勻環(huán)繞在土樣室(4)的外壁，上下分別通過螺栓將頂蓋(7)和底座⑶連接起來。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種真空預壓-堆載-強夯聯(lián)合固結(jié)土樣的裝置，其特征在于定位支架(9)由環(huán)箍活塞連接室⑴的圓盤和三根鋼條組成，鋼條將圓盤和頂蓋(7)剛性連接在一起，整個定位支 架起到定位活塞連接室(I)下部活塞(3)的作用。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種真空預壓-堆載-強夯聯(lián)合固結(jié)土樣的裝置，其特征在于頂蓋(7)與活塞連接室(I)外壁及活塞與土樣室(4)內(nèi)壁之間設(shè)置經(jīng)過硅脂潤滑過的環(huán)形橡膠圈(14)，起到密封的作用，并且可以實現(xiàn)活塞在土樣室(4)上部自由上下移動。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種真空預壓-堆載-強夯聯(lián)合固結(jié)土樣的裝置，其特征在于頂蓋(7)頂部圓心處設(shè)有一個大的孔道用于環(huán)箍于活塞連接室(I)外壁，大孔道外側(cè)沿著兩個正交方向設(shè)有四個孔洞，并從孔洞接出四根膠管通過接口轉(zhuǎn)換器與增壓泵相連。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種真空預壓-堆載-強夯聯(lián)合固結(jié)土樣的裝置，其特征在于排水板帽(6)頂部設(shè)有排水嘴將通過塑料排水板(5)從土樣排出來的水分通過活塞連接室(I)內(nèi)的膠管排出。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種真空預壓-堆載-強夯聯(lián)合固結(jié)土樣的裝置，其特征在于土樣與活塞(3)及底座(8)之間均鋪設(shè)有土工布(12)用于防止土樣室(4)中的土樣透過活塞并且不會影響水分透過土工布(12)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種真空預壓-堆載-強夯聯(lián)合固結(jié)土樣的裝置，其特征在于在加載過程中，利用夯錘(18)施加的動力作用，將此固結(jié)土樣的裝置由靜力固結(jié)變成靜動力耦合固結(jié)土樣的裝置。
【文檔編號】G01N33/24GK103823039SQ201410044173
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2014年1月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月29日
【發(fā)明者】王軍, 蔡袁強, 谷川 , 王鵬, 熊煥, 丁光亞, 胡秀青 申請人:王軍