專(zhuān)利名稱(chēng)：離心模型試驗(yàn)裝置的土體固結(jié)沉降儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于用機(jī)械應(yīng)力測(cè)試飽和土體的固結(jié)特性技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及到利用離心 機(jī)進(jìn)行土體固結(jié)試驗(yàn)的裝置。
背景技術(shù)：
土體是由土顆粒構(gòu)成的骨架體和骨架間的孔隙所組成的，地基土的壓縮變形、路 提的沉降變形及其穩(wěn)定性，歸根結(jié)底都是由于土骨架的壓縮及孔隙比的變化而產(chǎn)生，均與 時(shí)間有關(guān)，是一變形過(guò)程。飽和土體或部分飽和土體在荷載的作用下，土體應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生改 變，內(nèi)部含水緩慢滲出，土體體積也逐漸壓縮，外加壓力相應(yīng)的從孔隙水傳遞到土骨架上， 直到變形達(dá)到穩(wěn)定時(shí)為止，這一土體變形的全過(guò)程即為固結(jié)。土的固結(jié)和壓縮變形是土的最重要的工程性質(zhì)之一。對(duì)它進(jìn)行正確合理的取值直 接影響到實(shí)際工程的設(shè)計(jì)和工程處治措施的確定。常規(guī)固結(jié)壓縮試驗(yàn)儀不僅無(wú)法考慮自重 作用對(duì)土樣固結(jié)的影響，而且試驗(yàn)土量?jī)H僅是一小部分，無(wú)法全面代表整個(gè)工程的沉降特 性。離心模擬試驗(yàn)技術(shù)是巖土力學(xué)和巖土工程領(lǐng)域中的一項(xiàng)新技術(shù)，它借助離心機(jī)產(chǎn) 生的離心力，來(lái)模擬重力場(chǎng)，使模型的應(yīng)力水平與原型相同，從而達(dá)到用模型表現(xiàn)原型的目 的。采用離心模型試驗(yàn)機(jī)對(duì)工程中的地基進(jìn)行固結(jié)沉降預(yù)測(cè)，不僅可以節(jié)約時(shí)間而且可以 很好地模擬現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際工況。土工離心模型試驗(yàn)是各類(lèi)土工物理模型試驗(yàn)中相似性能最好的模型試驗(yàn)。但是， 在利用離心機(jī)進(jìn)行土體的固結(jié)試驗(yàn)時(shí)，土體固結(jié)過(guò)程中排出的水很難從離心機(jī)的模型箱中 排除到土體之外，排不出的這些水會(huì)對(duì)土體的離心固結(jié)試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生一定的影響。在利用 離心機(jī)進(jìn)行土體上覆加載的過(guò)程中，通常采用逐級(jí)提高離心加速度的方法來(lái)模擬土體的上 覆附加荷載的逐漸增大。在這一過(guò)程中，雖然附加荷載逐漸增大了，但是所模擬的土體高度 也隨著離心加速度的變化而產(chǎn)生變化，對(duì)試驗(yàn)結(jié)果會(huì)產(chǎn)生不利影響。鑒于離心模型試驗(yàn)的優(yōu)越性和土體固結(jié)壓縮試驗(yàn)對(duì)工程的重要性，當(dāng)前迫切需要 解決的一個(gè)技術(shù)問(wèn)題是提供一種可以在離心機(jī)中進(jìn)行土體固結(jié)理論研究的設(shè)備或裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明裝置所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于克服上述離心機(jī)進(jìn)行土體固結(jié)試驗(yàn)的缺點(diǎn)， 提供一種適應(yīng)范圍廣、測(cè)試數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、克服側(cè)壁摩擦力、排出土體固結(jié)中水分順利、能模擬 土體附加荷載逐級(jí)變化的離心模型試驗(yàn)裝置的土體固結(jié)沉降儀。解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是在模型箱內(nèi)的側(cè)壁上設(shè)置有試樣桶架， 試樣桶架上設(shè)置有試樣桶，試樣桶底部加工有透水孔a，試樣桶的底部外表面設(shè)置加工有排 水槽的排水板，試樣桶內(nèi)裝有位于濾紙上被試驗(yàn)的試樣土，試樣土的上表面設(shè)置有承載板， 承載板上設(shè)置有橡膠帶，橡膠帶上安裝有與氣管相聯(lián)的充氣嘴，橡膠帶上表面設(shè)置安裝有 導(dǎo)向套的反力架，導(dǎo)向套內(nèi)設(shè)置有與承載板聯(lián)接的導(dǎo)向桿，模型箱的頂部設(shè)置模型箱橫梁，模型箱橫梁上設(shè)置通過(guò)導(dǎo)線與計(jì)算機(jī)相連的位移傳感器。本發(fā)明的試樣桶的直徑與高度比為3. 5 4. 0 ；試樣桶底部加工的透水孔a的孔 徑為0. 4 0. 8mm，透水孔a均布排列在等分圓周的不同直徑上。本發(fā)明的所述的排水板上排水槽為不同直徑上的圓環(huán)形槽b排水槽和等分圓周 沿直徑排列的直槽C排水槽，直槽C排水槽的兩外端與排水板徑向外端的排水孔相聯(lián)通。本發(fā)明的排水板上不同直徑上的圓環(huán)形槽b排水槽有6 12圈，等分圓周沿直徑 排列的直槽c排水槽有3 6條，3 6條直槽c排水槽的兩外端與排水板徑向外端的排水 孔相聯(lián)通。本發(fā)明的橡膠帶為環(huán)形帶。本發(fā)明的導(dǎo)向套與反力架垂直。的位移傳感器為激光位移傳感器本發(fā)明的試樣桶底部加工的透水孔a的孔徑為0. 4 0. 8mm，透水孔a均布排列在 不同半徑的圓周上，一圈透水孔a與相鄰一圈透水孔a交錯(cuò)排列。本發(fā)明利用水的自重有效地排除從土體表面排出的水分，利用作用在水上的離心 力排除土體底部的水分，水分被排到離心機(jī)的模型箱中，對(duì)正在進(jìn)行試驗(yàn)的土體不產(chǎn)生影 響；本發(fā)明采用橡膠帶加載，在不改變離心加速度的條件下對(duì)土體的上覆加載的大小進(jìn)行 調(diào)整，在離心試驗(yàn)的初期，離心加速度增大達(dá)到設(shè)計(jì)加速度的過(guò)程中對(duì)土體基本不產(chǎn)生不 利的影響。本發(fā)明與現(xiàn)有的土工離心模型試驗(yàn)儀器相比，具有適應(yīng)范圍廣、測(cè)試數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、 克服側(cè)壁摩擦力、排出土體固結(jié)中水分順利、能模擬土體附加荷載逐級(jí)變化等優(yōu)點(diǎn)，可對(duì)土 體的固結(jié)過(guò)程進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。


圖1是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是圖1中試樣桶架18的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是圖1中試樣桶10的結(jié)構(gòu)圖。圖4是圖3的俯視圖。圖5是圖1中排水板13的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，但本發(fā)明并不限于這些實(shí) 施例。實(shí)施例1在圖1 5中，本實(shí)施例的離心模型試驗(yàn)裝置的土體固結(jié)沉降儀由模型箱1、模型 箱橫梁2、導(dǎo)向套3、導(dǎo)向桿4、激光位移傳感器5、氣管6、反力架7、計(jì)算機(jī)8、螺柱9、試樣桶 10、充氣嘴11、濾紙12、排水板13、承載板15、橡膠帶16、調(diào)節(jié)螺桿17、試樣桶架18聯(lián)接構(gòu) 成。在模型箱1內(nèi)的側(cè)壁上用調(diào)節(jié)螺桿17固定聯(lián)接有試樣桶架18，通過(guò)調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)螺 桿17，將試樣桶架18調(diào)節(jié)到模型箱1的中心位置，試樣桶架18的中心位置加工有圓形孔， 試樣桶架18的中心位置的圓形孔內(nèi)放置有試樣桶10，試樣桶10的直徑與高度比為3. 8，可以有效地減小土體固結(jié)離心試驗(yàn)過(guò)程中的側(cè)壁摩擦力。試樣桶10的底部加工有透水孔a， 透水孔a的孔徑為0. 5mm，透水孔a均布排列在等分圓周的不同直徑上，透水孔a也可均布 排列在不同半徑的圓周上，一圈透水孔a與相鄰一圈透水孔a交錯(cuò)排列。試樣桶10的底部 外表面用膠粘接有排水板13，排水板13的上表面加工有兩種排水槽，一種排水槽為不同直 徑上的圓環(huán)形槽b排水槽，另一種排水槽為等分圓周沿直徑排列的直槽c排水槽，本實(shí)施例 的排水板13上均布加工有9圈圓環(huán)形槽b排水槽和4條直槽c排水槽，4條直槽c排水槽 的兩外端排水板13的徑向加工有排水孔，排水孔與直槽c排水槽相聯(lián)通。試樣桶10內(nèi)的 底部放置有濾紙12，試樣桶10內(nèi)濾紙12上裝有被試驗(yàn)的試樣土 14，固結(jié)過(guò)程試樣土 14中 消散出來(lái)的水分從試樣桶10的底部排出。試樣土 14的上表面放置有承載板15，承載板15 上放置有橡膠帶16，本實(shí)施例橡膠帶16為環(huán)形帶，橡膠帶16上安裝有充氣嘴11，充氣嘴11 上安裝有氣管6，氣管6與氣源接通后向橡膠帶16內(nèi)充氣。橡膠帶16的上表面放置有反力 架7，用4根調(diào)節(jié)螺柱9將反力架7固定在試樣桶架18上端，通過(guò)調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)螺柱9，可調(diào)節(jié) 反力架7與橡膠帶16之間的距離，反力架7用于橡膠帶16內(nèi)充氣后，限制橡膠帶16向上 移動(dòng)。反力架7的中心位置通過(guò)螺紋聯(lián)接有導(dǎo)向套3，導(dǎo)向套3與反力架7垂直，導(dǎo)向套3 內(nèi)套裝有導(dǎo)向桿4，導(dǎo)向桿4的下端穿過(guò)反力架7與承載板15的中心位置通過(guò)螺紋與承載 板15聯(lián)接。模型箱1的頂部安裝有模型箱橫梁2，模型箱橫梁2上用螺紋緊固聯(lián)接件固定 聯(lián)接有激光位移傳感器5，激光位移傳感器5為市場(chǎng)上銷(xiāo)售的商品，由英國(guó)生產(chǎn)，激光位移 傳感器5用于接收試樣桶10內(nèi)的試樣土 14在壓力作用下產(chǎn)生變形向下位移，激光位移傳 感器5通過(guò)導(dǎo)線與計(jì)算機(jī)8相連，激光位移傳感器5將接收到試樣土 14的位移信號(hào)轉(zhuǎn)換成 電信號(hào)輸出到計(jì)算機(jī)8，計(jì)算機(jī)8按照事先設(shè)定的程序進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，計(jì)算出試樣土 14的固 結(jié)量。實(shí)施例2在本實(shí)施例中，試樣桶10的直徑與高度比為3. 99 ；試樣桶10底部加工的透水孔a 的孔徑為0. 4mm,透水孔a均布排列在等分圓周的不同直徑上。排水板13上均布加工有12 圈不同直徑上的圓環(huán)形槽b排水槽和沿直徑方向排列的3條直槽c排水槽，3條直槽c排水 槽的兩外端排水板13的徑向加工有與直槽c排水槽相聯(lián)通的排水孔。其它零部件以及零 部件的聯(lián)接關(guān)系與實(shí)施例1相同。實(shí)施例3在本實(shí)施例中，試樣桶10的直徑與高度比為4. 0 ；試樣桶10底部加工的透水孔a 的孔徑為0. 8mm,透水孔a均布排列在等分圓周的不同直徑上。排水板13上均布加工有6 圈不同直徑上的圓環(huán)形槽b排水槽和沿直徑方向排列的6條直槽c排水槽，6條直槽c排水 槽的兩外端排水板13的徑向加工有與直槽c排水槽相聯(lián)通的排水孔。其它零部件以及零 部件的聯(lián)接關(guān)系與實(shí)施例1相同。實(shí)施例4在以上的實(shí)施例1 3中，試樣桶10底部加工的透水孔a的孔徑與相應(yīng)的實(shí)施例 相同，透水孔a均布排列在不同半徑的圓周上，一圈透水孔a與相鄰一圈透水孔a交錯(cuò)排 列。其它零部件以及零部件的聯(lián)接關(guān)系與相應(yīng)的實(shí)施例相同。本發(fā)明可進(jìn)行下述實(shí)驗(yàn)1、不加荷載的單面排水固結(jié)裝置
離心模型試驗(yàn)?zāi)M土體的自重固結(jié)過(guò)程，裝置不加反力架7、承載板15、環(huán)形橡膠 帶16加載裝置。給試筒底部放置不透水的有機(jī)玻璃底板，并對(duì)底板四周進(jìn)行密封，使水無(wú) 法從底部流出。把配好的試樣土 14按照設(shè)定的密度，通過(guò)體積換算，得到所需試樣土 14的質(zhì)量， 將稱(chēng)好的試樣土 14均勻抹入試樣桶10中。激光位移傳感器5的測(cè)試光束直接照在試樣土 14的上表面，以測(cè)試樣土 14隨時(shí)間變化的變形量。按照設(shè)定的離心加速度開(kāi)始試驗(yàn)，試樣土 14在離心力場(chǎng)中進(jìn)行自重固結(jié)單面排 水沉降。在試驗(yàn)過(guò)程中，試樣土 14內(nèi)部固結(jié)消散出來(lái)的多余水分會(huì)從試筒頂部排出到原離 心機(jī)的模型箱1中。對(duì)試樣土 14沒(méi)有影響。2、不加荷載的雙面排水固結(jié)裝置本實(shí)施例中，離心模型試驗(yàn)?zāi)M土體的自重固結(jié)過(guò)程，裝置不加反力架7、承載板 15、環(huán)形氣球等加載裝置。給試筒底部放置濾紙12，以使其只能排出水，而試樣土 14不會(huì)隨 之流走。把配好的試樣土 14按照設(shè)定的密度，通過(guò)體積換算，得到所需試樣土 14的質(zhì)量， 將稱(chēng)好的試樣土 14均勻抹入試筒中。激光位移傳感器5的測(cè)試光束直接照在試樣土 14的 上表面，以測(cè)試樣土 14隨時(shí)間變化的變形量。按照設(shè)定的離心加速度開(kāi)始試驗(yàn)，土體在離心力場(chǎng)中進(jìn)行自重固結(jié)雙面排水沉 降。在試驗(yàn)過(guò)程中，試樣土 14內(nèi)部固結(jié)消散出來(lái)的多余水分會(huì)從試筒的頂部和底部排出到 原離心機(jī)的模型箱1中。對(duì)試樣土 14沒(méi)有影響。3、加荷載的單面排水固結(jié)裝置本實(shí)施例中，離心模型試驗(yàn)?zāi)M土體在覆載作用下的固結(jié)過(guò)程，所有圖示裝置都 用上。把配好的試樣土 14按照設(shè)定的密度，通過(guò)體積換算，得到所需試樣土 14的質(zhì)量， 將稱(chēng)好的試樣土 14均勻抹入試筒中。激光位移傳感器5的測(cè)試光束直接照在導(dǎo)向桿4的 上表面，以測(cè)試試樣土 14隨時(shí)間變化的變形量。按照設(shè)定的離心加速度開(kāi)始試驗(yàn)，當(dāng)離心加速度達(dá)到設(shè)定值后，給環(huán)形氣囊內(nèi)充 氣，在反力架7的支撐下，通過(guò)氣壓對(duì)承載板15施壓，進(jìn)而對(duì)試樣土 14施加事先計(jì)算好的 壓力，試樣土 14在離心力場(chǎng)中進(jìn)行覆載作用下的固結(jié)排水沉降試驗(yàn)。在試驗(yàn)過(guò)程中，試樣 土 14內(nèi)部固結(jié)消散出來(lái)的多余水分會(huì)從試筒底部透過(guò)濾紙12和底板上的排水小孔排出到 原離心機(jī)的模型箱1中。對(duì)試驗(yàn)試樣土 14沒(méi)有影響。
權(quán)利要求
1.一種離心模型試驗(yàn)裝置的土體固結(jié)沉降儀，其特征在于在模型箱(1)內(nèi)的側(cè)壁上 設(shè)置有試樣桶架(18)，試樣桶架(18)上設(shè)置有試樣桶(10)，試樣桶(10)底部加工有透水 孔(a)，試樣桶(10)的底部外表面設(shè)置加工有排水槽的排水板(13)，試樣桶(10)內(nèi)裝有 位于濾紙(1 上被試驗(yàn)的試樣土(14)，試樣土(14)的上表面設(shè)置有承載板(15)，承載板(15)上設(shè)置有橡膠帶(16)，橡膠帶(16)上安裝有與氣管(6)相聯(lián)的充氣嘴(11)，橡膠帶(16)上表面設(shè)置安裝有導(dǎo)向套(3)的反力架(7)，導(dǎo)向套(3)內(nèi)設(shè)置有與承載板(15)聯(lián)接 的導(dǎo)向桿G)，模型箱(1)的頂部設(shè)置模型箱橫梁O)，模型箱橫梁( 上設(shè)置通過(guò)導(dǎo)線與 計(jì)算機(jī)(8)相連的位移傳感器。
2.按照權(quán)利要求1所述的離心模型試驗(yàn)裝置的土體固結(jié)沉降儀，其特征在于所述的 試樣桶(10)的直徑與高度比為3. 5 4. 0 ；試樣桶(10)底部加工的透水孔(a)的孔徑為 0. 4 0. 8mm，透水孔(a)均布排列在等分圓周的不同直徑上。
3.按照權(quán)利要求1所述的土體固結(jié)離心模型試驗(yàn)裝置，其特征在于所述的排水板 (13)上排水槽為不同直徑上的圓環(huán)形槽(b)排水槽和等分圓周沿直徑排列的直槽(c)排水 槽，直槽(c)排水槽的兩外端與排水板(1 徑向外端的排水孔相聯(lián)通。
4.按照權(quán)利要求3所述的離心模型試驗(yàn)裝置的土體固結(jié)沉降儀，其特征在于所述的 排水板(1 上不同直徑上的圓環(huán)形槽(b)排水槽有6 12圈，等分圓周沿直徑排列的直 槽(c)排水槽有3 6條，3 6條直槽(c)排水槽的兩外端與排水板(1 徑向外端的排 水孔相聯(lián)通。
5.按照權(quán)利要求1所述的離心模型試驗(yàn)裝置的土體固結(jié)沉降儀，其特征在于所述的 橡膠帶(16)為環(huán)形帶。
6.按照權(quán)利要求1所述的離心模型試驗(yàn)裝置的土體固結(jié)沉降儀，其特征在于所述的 導(dǎo)向套⑶與反力架⑵垂直。
7.按照權(quán)利要求1所述的離心模型試驗(yàn)裝置的土體固結(jié)沉降儀置，其特征在于所述 的位移傳感器為激光位移傳感器(5)
8.按照權(quán)利要求1所述的離心模型試驗(yàn)裝置的土體固結(jié)沉降儀，其特征在于所述的 試樣桶(10)底部加工的透水孔(a)的孔徑為0. 4 0. 8mm，透水孔(a)均布排列在不同半 徑的圓周上，一圈透水孔(a)與相鄰一圈透水孔(a)交錯(cuò)排列。
全文摘要
一種離心模型試驗(yàn)裝置的土體固結(jié)沉降儀，在模型箱內(nèi)的側(cè)壁上設(shè)置有試樣桶架，試樣桶架上設(shè)置有試樣桶，試樣桶底部加工有透水孔a，試樣桶的底部外表面設(shè)置加工有排水槽的排水板，試樣桶內(nèi)裝有位于濾紙上被試驗(yàn)的試樣土，試樣土的上表面設(shè)置有承載板，承載板上設(shè)置有橡膠帶，橡膠帶上安裝有與氣管相聯(lián)的充氣嘴，橡膠帶上表面設(shè)置安裝有導(dǎo)向套的反力架，導(dǎo)向套內(nèi)設(shè)置有與承載板聯(lián)接的導(dǎo)向桿，模型箱的頂部設(shè)置模型箱橫梁，模型箱橫梁上設(shè)置通過(guò)導(dǎo)線與計(jì)算機(jī)相連的位移傳感器。本發(fā)明具有適應(yīng)范圍廣、測(cè)試數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、克服側(cè)壁摩擦力、排出土體固結(jié)中水分順利、能模擬土體附加荷載逐級(jí)變化等優(yōu)點(diǎn)，可對(duì)土體的固結(jié)過(guò)程進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。
文檔編號(hào)G01N3/00GK102081021SQ201010614459
公開(kāi)日2011年6月1日 申請(qǐng)日期2010年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月28日
發(fā)明者劉保健, 張宏光, 張莎莎, 謝永利 申請(qǐng)人:長(zhǎng)安大學(xué)