一種可測孔隙水壓力的k0固結(jié)儀的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種可測孔隙水壓力的K0固結(jié)儀，屬于巖土工程測量儀器領(lǐng)域。其包括機(jī)體和數(shù)據(jù)采集儀，機(jī)體包括壓力室，壓力室內(nèi)側(cè)壁依次套有第一橡皮膜和第二橡皮膜，壓力室上下兩端分別與固定頂板和固定底板連接，壓力室的上下兩頭的內(nèi)部分別與頂帽和承壓底座連接，固定頂板的側(cè)邊與頂帽的側(cè)邊接觸，承壓底座上設(shè)置有第一進(jìn)水管路，第一進(jìn)水管路上的第一進(jìn)水三通閥門的一端與孔隙水壓力傳感器連接，頂帽上設(shè)置有出水管路，壓力室側(cè)壁下部設(shè)置有第二進(jìn)水管路，第二進(jìn)水管路上的第二進(jìn)水三通閥門的一端與側(cè)壓力傳感器連接，壓力室側(cè)壁上部設(shè)置有排氣管路。本實(shí)用新型的一種可測孔隙水壓力的K0固結(jié)儀，可實(shí)現(xiàn)K0固結(jié)中孔隙水壓力實(shí)時(shí)監(jiān)測，可以防止橡皮膜在測試中被磨破，提高測試精度。
【專利說明】
一種可測孔隙水壓力的KO固結(jié)儀
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及一種可測孔隙水壓力的KO固結(jié)儀，屬于巖土工程測量儀器領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有規(guī)范中(SL237-1999)對于土體靜止側(cè)壓力系數(shù)的定義為:天然土或者人工填土中，任何一點(diǎn)的水平有效應(yīng)力與垂直有效應(yīng)力之比稱為該土的側(cè)壓力系數(shù)。確定土體靜止側(cè)壓力系數(shù)的方法有原位測試和室內(nèi)試驗(yàn)兩種方法。原位測試主要通過側(cè)膨試驗(yàn)和旁載試驗(yàn)等方法在現(xiàn)場直接測定土體靜止側(cè)壓力系數(shù);室內(nèi)試驗(yàn)主要通過三軸試驗(yàn)和KO固結(jié)試驗(yàn)確定土體靜止側(cè)壓力系數(shù)。
[0003]KO固結(jié)儀是測定土體靜止側(cè)壓力系數(shù)的一種常用土工儀器，其基本原理是在一個(gè)密封的壓力腔內(nèi)通過豎向加荷土體產(chǎn)生側(cè)向鼓脹變形時(shí)，利用傳感器監(jiān)測側(cè)向壓力，利用側(cè)向壓力與豎向壓力的比值(或者側(cè)向壓力變化值與豎向壓力變化值的比值)確定土體的靜止側(cè)壓力系數(shù)。
[0004]KO固結(jié)試驗(yàn)中的關(guān)鍵技術(shù)是確保橡皮膜密封完好不漏水，為水平向壓力準(zhǔn)確測試奠定良好的基礎(chǔ)。
[0005]目前常規(guī)的KO固結(jié)儀由底座、中環(huán)以及上環(huán)和百分表等組成，中環(huán)中為密閉的橡皮膜，試驗(yàn)過程中，密閉橡皮膜內(nèi)充滿了無氣蒸餾水，垂向加載之后，側(cè)向壓力通過橡皮膜內(nèi)的水傳遞至傳感器后進(jìn)行測量。由于該KO固結(jié)儀未安裝孔隙水壓力傳感器，對于飽和試樣內(nèi)部的孔隙水壓力無法進(jìn)行直接監(jiān)測，僅在試驗(yàn)中通過打開排水閥門待孔隙水壓力消散后獲得有效應(yīng)力值。試驗(yàn)中排水閥門一直保持開的狀態(tài)，隨著垂向荷載的增大，試樣變形增加過程中會導(dǎo)致土體結(jié)構(gòu)破壞，導(dǎo)致測試的水平向壓力不準(zhǔn)確，進(jìn)而影響土體靜止側(cè)壓力系數(shù)的測試值。此外，試樣過大變形后，頂部和底部的透水石會被壓入包有橡皮膜的壓力腔，此時(shí)會導(dǎo)致橡皮膜被透水石磨破，漏水后直接導(dǎo)致試驗(yàn)失敗。
[0006]所以現(xiàn)有的KO固結(jié)儀存在不能夠測試KO固結(jié)中試樣內(nèi)部的孔隙水壓力，且KO固結(jié)儀上部和底部的透水石直接與密閉橡皮膜接觸，無任何緩沖措施，垂向荷載過大時(shí)容易引起橡皮膜被透水石磨破。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0007]有鑒于此，本實(shí)用新型提供了一種可測孔隙水壓力的KO固結(jié)儀，可實(shí)現(xiàn)KO固結(jié)中孔隙水壓力實(shí)時(shí)監(jiān)測，且可以防止橡皮膜在測試中被磨破，提高測試精度。
[0008]本實(shí)用新型通過以下技術(shù)手段解決上述技術(shù)問題:
[0009]本實(shí)用新型的一種可測孔隙水壓力的KO固結(jié)儀，其包括機(jī)體和數(shù)據(jù)采集儀，所述機(jī)體包括壓力室，所述壓力室為圓筒狀結(jié)構(gòu)，壓力室內(nèi)側(cè)壁依次套有第一橡皮膜和第二橡皮膜，所述第一橡皮膜翻出壓力室外側(cè)壁，所述壓力室上下兩端分別與固定頂板和固定底板連接，壓力室的上下兩頭的內(nèi)部分別與頂帽和承壓底座連接，固定頂板的側(cè)邊與頂帽的側(cè)邊接觸，所述承壓底座卡在固定底板上的承壓底座凹槽內(nèi)，所述頂帽上設(shè)置有荷載傳壓板，所述荷載傳壓板上設(shè)置有百分表，所述承壓底座上設(shè)置有第一進(jìn)水管路，所述第一進(jìn)水管路上設(shè)置有第一進(jìn)水三通閥門，第一進(jìn)水三通閥門一端與孔隙水壓力傳感器連接，所述頂帽上設(shè)置有出水管路，壓力室側(cè)壁下部設(shè)置有第二進(jìn)水管路，所述第二進(jìn)水管路上設(shè)置有第二進(jìn)水三通閥門，第二進(jìn)水三通閥門一端與側(cè)壓力傳感器連接，壓力室側(cè)壁上部設(shè)置有排氣管路，所述固定頂板和固定底板之間通過螺栓固定連接。
[0010]所述固定頂板和固定底板上設(shè)置有密封圈，所述第二橡皮膜通過O型圈與頂帽和承壓底座密封連接。
[0011]所述第一橡皮膜通過密封圈與固定頂板和固定底板相連接。
[0012]所述頂帽和承壓底座的結(jié)構(gòu)均為透水石鑲嵌在有機(jī)玻璃內(nèi)。
[0013]所述百分表、孔隙水壓力傳感器和側(cè)壓力傳感器均與數(shù)據(jù)采集儀連接。
[0014]所述第二進(jìn)水管路和排氣管路均與第一橡皮膜與壓力室之間的腔體連通。
[0015]本實(shí)用新型的有益效果:
[0016]1、通過密閉整個(gè)測試系統(tǒng)及試樣系統(tǒng)，結(jié)合孔隙水壓力傳感器可以實(shí)現(xiàn)KO固結(jié)過程中孔隙水壓力的實(shí)時(shí)監(jiān)測；
[0017]2、通過由透水石鑲嵌在有機(jī)玻璃內(nèi)的頂帽結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，防止橡皮膜與透水石直接接觸，可以保證橡皮膜在測試中不被透水石磨破，避免影響測試精度。
[0018]3、百分表、孔隙水壓力傳感器和側(cè)壓力傳感器均與數(shù)據(jù)采集儀連接，使得測試數(shù)據(jù)匯集到數(shù)據(jù)采集儀上，通過數(shù)據(jù)采集儀可直觀的讀取出水平向側(cè)壓力和試樣內(nèi)部孔隙水壓力的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。
【附圖說明】
[0019]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述。
[0020]圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)不意圖，
[0021]圖2為本實(shí)用新型的固定底板俯視圖。
[0022]其中:1、機(jī)體，2、數(shù)據(jù)采集儀，3、壓力室，4、第一橡皮膜，5、第二橡皮膜，6、固定頂板，7、固定底板，8、頂帽，9、承壓底座，10、承壓底座凹槽，11、荷載傳壓板，12、百分表，13、第一進(jìn)水管路，14、第一進(jìn)水三通閥門，15、孔隙水壓力傳感器，16、排水管路，17、第二進(jìn)水管路，18、第二進(jìn)水三通閥門，19、側(cè)壓力傳感器，20、排氣管路，21、螺栓，22、密封圈，23、透水石，24、有機(jī)玻璃，25、0型圈。
【具體實(shí)施方式】
[0023]以下將結(jié)合附圖對本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說明，本實(shí)施例的一種可測孔隙水壓力的KO固結(jié)儀，其包括機(jī)體I和數(shù)據(jù)采集儀2，所述機(jī)體I包括壓力室3，所述壓力室3為圓筒狀結(jié)構(gòu)，壓力室3內(nèi)側(cè)壁依次套有第一橡皮膜4和第二橡皮膜5，所述第一橡皮膜4翻出壓力室3外側(cè)壁，所述壓力室3上下兩端分別與固定頂板6和固定底板7連接，壓力室3的上下兩頭的內(nèi)部分別與頂帽8和承壓底座9連接，固定頂板6的側(cè)邊與頂帽8的側(cè)邊接觸，所述承壓底座9卡在固定底板7上的承壓底座凹槽10內(nèi)，所述頂帽8上設(shè)置有荷載傳壓板11，所述荷載傳壓板11上設(shè)置有百分表12，所述承壓底座9上設(shè)置有第一進(jìn)水管路13，所述第一進(jìn)水管路13上設(shè)置有第一進(jìn)水三通閥門14，第一進(jìn)水三通閥門14 一端與孔隙水壓力傳感器15連接，所述頂帽8上設(shè)置有出水管路16，壓力室3側(cè)壁下部設(shè)置有第二進(jìn)水管路17，所述第二進(jìn)水管路17上設(shè)置有第二進(jìn)水三通閥門18，第二進(jìn)水三通閥門18—端與側(cè)壓力傳感器19連接，壓力室3側(cè)壁上部設(shè)置有排氣管路20，所述固定頂板6和固定底板7之間通過螺栓21固定連接。
[0024]所述固定頂板6和固定底板7上設(shè)置有密封圈22，所述第二橡皮膜5通過O型圈25與頂帽8和承壓底座9密封連接。
[0025]所述第一橡皮膜4通過密封圈22與固定頂板6和固定底板7相連接。
[0026]所述頂帽8和承壓底座9的結(jié)構(gòu)均為透水石23鑲嵌在有機(jī)玻璃24內(nèi)。
[0027]所述百分表12、孔隙水壓力傳感器15和側(cè)壓力傳感器19均與數(shù)據(jù)采集儀2連接。
[0028]所述第二進(jìn)水管路17和排氣管路20均與第一橡皮膜4與壓力室3之間的腔體連通。
[0029]如圖1和圖2所示，在使用時(shí)，首先需要用無氣蒸餾水飽和透水石23，同時(shí)用無氣蒸餾水排除進(jìn)水管路13、排水管路16，并通過無氣蒸餾水通過進(jìn)水管路17和排氣管路20排出第一橡皮膜與壓力室腔體中的空氣，保證腔體內(nèi)部充滿無氣蒸餾水，然后開始試驗(yàn)。打開KO固結(jié)儀螺栓21，將第一橡皮膜4套入壓力室，務(wù)必注意不能讓第一橡皮膜4和第二橡皮膜5在試驗(yàn)中產(chǎn)生過大的張力而形成預(yù)應(yīng)力;將第一橡皮膜4翻出壓力室3外側(cè)時(shí)，可在外側(cè)壁和第一橡皮膜4接觸位置用橡皮筋扎緊，防止橡皮膜產(chǎn)生移動。將試樣裝入用承膜筒支撐開的第二層橡皮膜5內(nèi)，放樣過程中預(yù)先放好承壓底座9，將試樣輕輕放至承壓底座9上，將第二橡皮膜5的一頭通過O型圈25固定在承壓底座9上，保證底部第二橡皮膜5與試樣密閉，試樣與承壓底座9接觸位置需放置濾紙;承壓底座9中的透水石23已經(jīng)被無氣水飽和。
[0030]將裝入第二橡皮膜5中的試樣以及承壓底座9一起放入壓力室3中，此時(shí)需要用吸耳球反吸壓力室3與第一橡皮膜4之間的空氣，確保裝有試樣的第二橡皮膜5和承壓底座9可以順利放入壓力室3，同時(shí)需要注意承壓底座9處的第一進(jìn)水管路13位置與固定底板9上預(yù)留的承壓底座凹槽10位置相一致;將承壓底座9伸入壓力室3中至5mm即可。此種裝樣順序可以更好的保護(hù)試樣，使試樣在安裝過程中不被破壞，傳統(tǒng)KO固結(jié)儀壓力室體積有限，如果壓力室與橡皮膜之間充水后安裝試樣，則試樣很難推進(jìn)去，強(qiáng)行推樣會導(dǎo)致試樣破壞和橡皮膜拉破;如果壓力室與橡皮膜之間充水之前裝樣，則飽和試樣又容易掉入壓力室，對試樣產(chǎn)生擾動而影響測試結(jié)果。
[0031]撐開第二層橡皮膜5，利用O型圈25將第二層橡皮膜5與頂帽8固定，注意頂帽8上的排水管路16位置與固定頂板6上預(yù)留的凹槽位置相一致，頂帽8與試樣接觸位置需放置濾紙;將頂帽5伸入壓力室3中至5mm左右。然后加蓋固定頂板6，利用螺栓21將固定頂板6和固定底板7固定，固定前需要注意第一橡皮膜4與壓力室3的位置是否發(fā)生過移動現(xiàn)象，如有需要調(diào)整，若無則直接固定;此時(shí)的第一橡皮膜4仍然緊貼壓力室3內(nèi)壁。
[0032]取下吸耳球，向第一橡皮膜4和壓力室3的空隙內(nèi)注入無氣水，注水速度應(yīng)嚴(yán)格控制，不宜過快，確保將空氣徹底排出去，通過第二進(jìn)水管路17反復(fù)充水實(shí)現(xiàn);此時(shí)需要對KO固結(jié)儀稍作傾斜，保證排氣管路20上部第一橡皮膜4和壓力室3的空隙中也充滿無氣水。
[0033]加蓋荷載傳壓板11，并確定荷載桿的位置以及測量垂向位移的百分表12的準(zhǔn)確高度。打開連接側(cè)壓力傳感器19的閥門，測記壓力室3中水壓力為零時(shí)的側(cè)壓力傳感器讀數(shù)，按照此法同時(shí)確定孔隙水壓力傳感器15的讀數(shù);傳感器穩(wěn)定后可準(zhǔn)備開始試驗(yàn)。開始試驗(yàn)，逐級施加軸向荷載，按照預(yù)定時(shí)間間隔讀數(shù)，直到每級壓力穩(wěn)定后施加下一級壓力。
[0034]本專利中，所有傳感器均匯集到數(shù)據(jù)采集儀上，通過數(shù)據(jù)采集儀實(shí)現(xiàn)水平向側(cè)壓力和試樣內(nèi)部孔隙水壓力的實(shí)時(shí)監(jiān)測。每一級壓力下，穩(wěn)定的標(biāo)準(zhǔn)為每小時(shí)變形量不大于
0.01mm。對于一些結(jié)構(gòu)性較差的土體，可以在KO固結(jié)儀上直接實(shí)施飽和，基于水頭飽和原理利用調(diào)節(jié)第一進(jìn)水三通閥門14和排水管路16實(shí)現(xiàn)試樣飽和，直至試樣中的進(jìn)水量和出水量非常接近時(shí)即認(rèn)為試樣已經(jīng)飽和。此外，試驗(yàn)開始之前，孔隙水壓力傳感器以及側(cè)壓力傳感器的標(biāo)定對于試驗(yàn)結(jié)果也是非常重要的。試驗(yàn)結(jié)束后，務(wù)必對KO固結(jié)儀進(jìn)行全面的清洗，防止金屬部件產(chǎn)生銹蝕現(xiàn)象。
[0035]最后說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本實(shí)用新型的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實(shí)施例對本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本實(shí)用新型技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種可測孔隙水壓力的K0固結(jié)儀，其特征在于:包括機(jī)體(1)和數(shù)據(jù)采集儀(2)，所述 機(jī)體(1)包括壓力室(3)，所述壓力室(3)為圓筒狀結(jié)構(gòu)，壓力室(3)內(nèi)側(cè)壁依次套有第一橡 皮膜(4)和第二橡皮膜(5)，所述第一橡皮膜(4)翻出壓力室(3)外側(cè)壁，所述壓力室(3)上下 兩端分別與固定頂板(6)和固定底板(7)連接，壓力室(3)的上下兩頭的內(nèi)部分別與頂帽(8) 和承壓底座(9)連接，固定頂板(6)的側(cè)邊與頂帽(8)的側(cè)邊接觸，所述承壓底座(9)卡在固 定底板(7)上的承壓底座凹槽(10)內(nèi)，所述頂帽(8)上設(shè)置有荷載傳壓板(11)，所述荷載傳 壓板(11)上設(shè)置有百分表(12)，所述承壓底座(9)上設(shè)置有第一進(jìn)水管路(13)，所述第一進(jìn) 水管路(13)上設(shè)置有第一進(jìn)水三通閥門(14)，第一進(jìn)水三通閥門(14)一端與孔隙水壓力傳 感器(15)連接，所述頂帽(8)上設(shè)置有出水管路(16)，壓力室(3)側(cè)壁下部設(shè)置有第二進(jìn)水 管路(17)，所述第二進(jìn)水管路(17)上設(shè)置有第二進(jìn)水三通閥門(18)，第二進(jìn)水三通閥門 (18)—端與側(cè)壓力傳感器(19)連接，壓力室(3)側(cè)壁上部設(shè)置有排氣管路(20)，所述固定頂 板(6)和固定底板(7)之間通過螺栓(21)固定連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可測孔隙水壓力的K0固結(jié)儀，其特征在于:所述固定頂板 (6)和固定底板(7)上設(shè)置有密封圈(22)，所述第二橡皮膜(5)通過0型圈(25)與頂帽(8)和 承壓底座(9)密封連接。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可測孔隙水壓力的K0固結(jié)儀，其特征在于:所述第一橡皮 膜(4)通過密封圈(22)與固定頂板(6)和固定底板(7)相連接。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可測孔隙水壓力的K0固結(jié)儀，其特征在于:所述頂帽(8) 和承壓底座(9)的結(jié)構(gòu)均為透水石(23)鑲嵌在有機(jī)玻璃(24)內(nèi)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可測孔隙水壓力的K0固結(jié)儀，其特征在于:所述百分表 (12)、孔隙水壓力傳感器(15)和側(cè)壓力傳感器(19)均與數(shù)據(jù)采集儀(2)連接。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可測孔隙水壓力的K0固結(jié)儀，其特征在于:所述第二進(jìn)水 管路(17)和排氣管路(20)均與第一橡皮膜(4)與壓力室(3)之間的腔體連通。
【文檔編號】G01N33/24GK205594003SQ201620021579
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年1月11日
【發(fā)明人】諶文武, 劉偉, 孫冠平, 伏祥龍, 吳瑋江
【申請人】蘭州大學(xué)