本實(shí)用新型涉及地質(zhì)勘探領(lǐng)域，具體講是一種土體基床系數(shù)的測(cè)量裝置。

背景技術(shù)：

可持續(xù)發(fā)展是我國(guó)的基本國(guó)策，主要體現(xiàn)在節(jié)能、環(huán)保、低碳和創(chuàng)新等方面。對(duì)于城市建設(shè)來(lái)說(shuō)，科學(xué)、合理、充分的開(kāi)發(fā)利用地下空間是一個(gè)很重要的舉措。要做到地下空間安全經(jīng)濟(jì)有效的開(kāi)發(fā)利用，工程地質(zhì)勘探提供準(zhǔn)確的地質(zhì)數(shù)據(jù)是十分關(guān)鍵的，其中地層的力學(xué)性能指標(biāo)之一的基床系數(shù)是進(jìn)行地下空間開(kāi)發(fā)利用設(shè)計(jì)中一個(gè)十分重要的參數(shù)和依據(jù)。

所述的基床系數(shù)就是地基土受到應(yīng)力與相應(yīng)土體形變量之比，也稱為土體的彈性抗力系數(shù)或地基反力系數(shù)，用公式表達(dá)為K＝P/⊿S。式中K為土層的基床系數(shù)(MPa/m)，P為作用在地基上的壓強(qiáng)(MPa)，⊿S為相應(yīng)地基的沉降量(m)。而當(dāng)⊿S等于1.25mm時(shí)，對(duì)應(yīng)的那個(gè)基床系數(shù)即K_1.25mm為標(biāo)準(zhǔn)基床系數(shù)，本申請(qǐng)中所有對(duì)基床系數(shù)的測(cè)量，實(shí)質(zhì)上就是在測(cè)量這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)基床系數(shù)。綜上，基床系數(shù)是計(jì)算結(jié)構(gòu)物(基礎(chǔ)、襯砌、樁等)內(nèi)力和形變的重要參數(shù)，這一參數(shù)與地基土的類別、土的狀態(tài)、土的物理力學(xué)性質(zhì)、基礎(chǔ)形狀及作用受力情況等因素相關(guān)。

現(xiàn)有技術(shù)通過(guò)土樣的室內(nèi)土工試驗(yàn)來(lái)測(cè)定基床系數(shù)的方法主要有三軸法和固結(jié)法。三軸法是利用三軸儀進(jìn)行測(cè)量的方法，而三軸儀原本是用來(lái)進(jìn)行三軸試驗(yàn)的。如圖1所示，三軸儀的具體結(jié)構(gòu)包括支架101，支架101上安裝有升降桿102，升降桿102上固定一個(gè)底板103，底板103上安裝有一個(gè)用于注水的筒套104，筒套104側(cè)壁設(shè)有進(jìn)水口105和排水口106，筒套104上開(kāi)口設(shè)有密封蓋107，密封蓋107的中心孔密封套合有一根頂桿108，頂桿108下端固定有壓板109，頂桿108上端與支架101固定且兩者之間設(shè)有壓力傳感器110，而筒套104上設(shè)有位移傳感器111。

三軸法的具體步驟為，打開(kāi)筒套的密封蓋，將瘦高型圓柱土樣用一層防水塑料膜包裹后放入套筒，再安裝好密封蓋，然后驅(qū)動(dòng)升降桿上升，帶動(dòng)底板將土樣與壓板抵緊，此時(shí)為坐標(biāo)原點(diǎn)，壓力傳感器和位移傳感器都為零，再對(duì)套筒內(nèi)注水，使得液壓對(duì)土樣也形成側(cè)壓力，然后繼續(xù)驅(qū)動(dòng)升降桿上升，隨著升降桿繼續(xù)上升壓縮土樣，壓力傳感器和位移傳感器都會(huì)顯示讀數(shù)，用計(jì)算機(jī)將兩個(gè)傳感器測(cè)得的值采集起來(lái)并擬合成壓力和形變量的曲線，最后在曲線上找到⊿S為1.25mm的點(diǎn)作為標(biāo)準(zhǔn)采樣點(diǎn)，并找到標(biāo)準(zhǔn)采樣點(diǎn)對(duì)應(yīng)的P值，兩者相除獲得該標(biāo)準(zhǔn)采樣點(diǎn)的基床系數(shù)就是標(biāo)準(zhǔn)基床系數(shù)K_1.25mm。

而固結(jié)法則是利用固結(jié)儀進(jìn)行測(cè)量的方法，而固結(jié)儀原本則是用來(lái)做固結(jié)試驗(yàn)的，該方法其實(shí)與三軸法大方向上相似，同樣是在固結(jié)儀中增設(shè)了壓力傳感器和位移傳感器，并采集兩個(gè)傳感器的值并擬合成壓力和形變量的曲線，然后同樣選取⊿S為1.25mm的點(diǎn)作為標(biāo)準(zhǔn)采樣點(diǎn)，進(jìn)而獲得標(biāo)準(zhǔn)基床系數(shù)K_1.25mm。但固結(jié)法的區(qū)別主要在于固結(jié)儀是通過(guò)增加砝碼從上往下逐級(jí)施加壓力使得土樣固結(jié)穩(wěn)定后采樣的。

上述現(xiàn)有技術(shù)的測(cè)量裝置及測(cè)量方法存在以下弊端。首先看三軸法，由于三軸儀本身是進(jìn)行靜壓三軸試驗(yàn)的，所以為符合試驗(yàn)需求，其容器和最后壓縮的土樣是瘦長(zhǎng)型的，這樣，同樣受壓條件下土體式樣更容易被壓縮變形，這就干擾了最后測(cè)驗(yàn)的基床系數(shù)的準(zhǔn)確性；而且，在土樣放入套筒前，需要先包裹防水塑料膜，在包膜過(guò)程中可能會(huì)對(duì)土樣表層產(chǎn)生擾動(dòng)，同樣影響最后測(cè)量結(jié)果的精確性；如果為避免擾動(dòng)干脆不包膜，又會(huì)使得土樣與水混合，同樣會(huì)對(duì)土體性能產(chǎn)生影響干擾最后測(cè)量結(jié)果的精確性。而固結(jié)法也存在類似的問(wèn)題，固結(jié)儀本身是為了進(jìn)行固結(jié)試驗(yàn)的，為滿足試驗(yàn)需求，固結(jié)儀中裝土樣的容器及受壓的土樣是矮粗型的，同樣受壓條件下土體式樣更難壓縮，同樣會(huì)干擾最后測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供一種既能有效避免與水接觸且不會(huì)對(duì)土樣本身造成擾動(dòng)、確保測(cè)量結(jié)果精確的土體基床系數(shù)的測(cè)量裝置。

本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案是，提供一種土體基床系數(shù)的測(cè)量裝置，它包括支架，支架上安裝有一升降桿，升降桿上固定有底板，底板上安裝有套筒，支架還經(jīng)一個(gè)壓力傳感器連接有一根壓桿，底板內(nèi)置有排水管路，套筒的內(nèi)壁設(shè)有內(nèi)凹的環(huán)形槽，套筒內(nèi)設(shè)有上下開(kāi)口的橡膠筒，套筒側(cè)壁貫穿有進(jìn)水管和出水管，套筒上端固定有限位環(huán)板，限位環(huán)板上設(shè)有位移傳感器，限位環(huán)板的中心孔內(nèi)配合有壓蓋。

本實(shí)用新型土體基床系數(shù)的測(cè)量裝置與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)和效果。

首先，由于該測(cè)量裝置是專門(mén)針對(duì)測(cè)量基床系數(shù)設(shè)計(jì)的，所以其容納土樣的容器不再像三軸儀或者固結(jié)儀一樣受到三軸試驗(yàn)或固結(jié)試驗(yàn)的限制，故能將容器及土樣設(shè)置成高徑比1比1，這樣，即不像三軸法那么高瘦，也不像固結(jié)法那么矮胖，受壓后土樣形變量合理，確保最后測(cè)量結(jié)果的精確。其次，該裝置將隔水的橡膠筒設(shè)置在套筒內(nèi)，且在套筒內(nèi)壁設(shè)內(nèi)凹的環(huán)形槽，通過(guò)往兩者間縫隙先注滿水，然后抽水，使得橡膠筒的筒壁向外凸，便于土樣放入，并在土樣放入后再次注水，使得橡膠筒與土樣貼緊壓實(shí)，既保證了對(duì)土樣提供側(cè)壓力，又便捷了土樣的放入過(guò)程，且不會(huì)對(duì)土樣造成擾動(dòng)和破壞，進(jìn)一步保障測(cè)量結(jié)果的精確性。

附圖說(shuō)明

圖1是現(xiàn)有技術(shù)的土體基床系數(shù)的測(cè)量裝置(三軸儀)的正剖視結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本實(shí)用新型土體基床系數(shù)的測(cè)量裝置的正剖視結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是利用本實(shí)用新型土體基床系數(shù)的測(cè)量裝置的測(cè)量方法擬合出的壓力和形變量的曲線上修正標(biāo)準(zhǔn)采樣點(diǎn)的第一種方式的示意圖。

圖4是利用本實(shí)用新型土體基床系數(shù)的測(cè)量裝置的測(cè)量方法擬合出的壓力變量和形變量的曲線上修正標(biāo)準(zhǔn)采樣點(diǎn)的第二種方式的示意圖。

圖中所示

現(xiàn)有技術(shù)的連接結(jié)構(gòu)的零部件 101、支架，102、升降桿，103、底板，104、筒套，105、進(jìn)水口，106、排水口，107、密封蓋，108、頂桿，109、壓板，110、壓力傳感器，111、位移傳感器；

本實(shí)用新型連接結(jié)構(gòu)的零部件 1、支架，2、升降桿，3、底板，4、套筒，5、壓力傳感器，6、壓桿，7、排水管路，8、環(huán)形槽，9、橡膠筒，10、進(jìn)水管，11、出水管，12、限位環(huán)板，13、位移傳感器，14、壓蓋，15、排水墊層。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。

如圖2所示，本實(shí)用新型土體基床系數(shù)的測(cè)量裝置，它包括支架1，支架1上安裝有一升降桿2，具體的說(shuō)，升降桿2上設(shè)有電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的滾珠絲杠副的升降裝置，電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)能帶動(dòng)升降桿2升降。升降桿2上固定有底板3，底板3內(nèi)置有排水管路7，能排出土樣受壓后的水分。

底板3上安裝有套筒4，套筒4的內(nèi)壁設(shè)有內(nèi)凹的環(huán)形槽8，套筒4內(nèi)設(shè)有上下開(kāi)口的橡膠筒9。套筒4側(cè)壁貫穿有進(jìn)水管10和出水管11，兩水管均與橡膠筒9外壁和套筒4內(nèi)壁環(huán)形槽8之間的縫隙連通。套筒4上端固定有限位環(huán)板12，限位環(huán)板12上設(shè)有位移傳感器13。限位環(huán)板12的中心孔內(nèi)配合有壓蓋14，壓蓋14與限位環(huán)板12中心孔套合且密封。支架1還經(jīng)一個(gè)壓力傳感器5連接有一根壓桿6。

如圖2、圖3、圖4所示，基于本實(shí)用新型的土體基床系數(shù)的測(cè)量裝置的土體基床系數(shù)的測(cè)量方法，其步驟如下。

a、將壓蓋14揭開(kāi)，從進(jìn)水管10對(duì)套筒4內(nèi)壁的環(huán)形槽8與橡膠筒9之間的縫隙注水，使得橡膠筒9向內(nèi)鼓起，再用針筒從出水管11抽水，使得橡膠筒9與套筒4環(huán)形槽8縫隙的水壓減小，橡膠筒9向外凸起，便于放入土樣。

b、將取土器中取出的第一個(gè)圓柱土樣削成方柱土樣，且該方柱的方形截面為該圓柱土樣的圓形截面的內(nèi)接正方形；然后將方柱土樣削成第二個(gè)圓柱土樣，第二個(gè)圓柱土樣的圓形截面為方柱土樣方形截面的內(nèi)切圓；且第二個(gè)圓柱土樣的直徑與高度相等。

c、在橡膠筒9內(nèi)鋪設(shè)一層排水墊層15，將第二個(gè)圓柱土樣放在排水墊層15上，且在圓柱土樣頂部再鋪設(shè)一層排水墊層15，再用壓蓋14蓋住，然后再次從進(jìn)水管10對(duì)套筒4內(nèi)壁的環(huán)形槽8與橡膠筒9之間的縫隙注水，使得橡膠筒9向內(nèi)凸起與土樣完全貼合。

d、驅(qū)動(dòng)升降桿2上升，經(jīng)底板3帶動(dòng)土樣上升，進(jìn)而使得壓蓋14與壓桿6下端抵靠，此刻，為坐標(biāo)原點(diǎn)，壓力傳感器5和位移傳感器13都為零。

e、然后繼續(xù)驅(qū)動(dòng)升降桿2上升，隨著升降桿2繼續(xù)上升壓縮土樣，壓力傳感器5和位移傳感器13都會(huì)顯示讀數(shù)，用計(jì)算機(jī)將兩個(gè)傳感器測(cè)得的讀數(shù)采集起來(lái)并擬合成壓力和形變量的曲線；該曲線中，P值為橫標(biāo)，而⊿S為縱標(biāo)。

f、在曲線上修正出標(biāo)準(zhǔn)采樣點(diǎn)，并用該標(biāo)準(zhǔn)采樣點(diǎn)對(duì)應(yīng)的P值除以該標(biāo)準(zhǔn)采樣點(diǎn)對(duì)應(yīng)的⊿S，獲得該標(biāo)準(zhǔn)采樣點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)基床系數(shù)。

該步驟中修正出標(biāo)準(zhǔn)采樣點(diǎn)的方法有兩種。

一是如圖3所示在壓力和形變量的曲線上找到⊿S值為1.25mm+γh的點(diǎn)F作為標(biāo)準(zhǔn)采樣點(diǎn)。式中，γ為土樣的密度，單位是kg/m³，h為土樣采集的深度，單位是m。

二是如圖4所示，重新擬合出一條以壓力的變量LgP為橫標(biāo)而⊿S為豎標(biāo)的曲線，再在壓力變量和形變量的曲線上找到曲率半徑Rmin最小的一個(gè)點(diǎn)O，再過(guò)O點(diǎn)做水平線OA和切線OB，然后做出角∠AOB的平分線OD，壓力變量和形變量的曲線發(fā)展到最后會(huì)化為一條直線，反向延長(zhǎng)該直線使得該直線與平分線OD相交于點(diǎn)E，而從點(diǎn)E做一條豎線，該豎線與壓力變量和形變量的曲線存在一個(gè)交點(diǎn)F，交點(diǎn)F對(duì)應(yīng)的⊿S值就是標(biāo)準(zhǔn)采樣點(diǎn)的⊿S值，最后將該⊿S值重新帶入壓力和形變量的曲線，進(jìn)而獲得修正后的標(biāo)準(zhǔn)采樣點(diǎn)。