專利名稱：可施加背壓的恒定應(yīng)變率固結(jié)試驗裝置及其試驗方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于土工工程室內(nèi)試驗技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種恒定應(yīng)變率固結(jié)試驗裝置，尤其涉及一種可施加背壓的恒定應(yīng)變率固結(jié)試驗裝置；同時，本發(fā)明還涉及上述恒定應(yīng)變率固結(jié)試驗裝置的試驗方法。
背景技術(shù)：
土的壓縮性是指土在壓應(yīng)力作用下發(fā)生壓縮變形，體積被壓縮變小的性能。固結(jié)試驗?zāi)康脑谟跍y定天然土體試樣在側(cè)限和軸向排水條件下的變形與壓力、孔隙比與壓力、 變形與時間的關(guān)系。通過固結(jié)試驗可獲得土的壓縮系數(shù)、壓縮模量、壓縮指數(shù)、固結(jié)系數(shù)、前期固結(jié)壓力等有關(guān)壓縮性指標(biāo)，作為工程設(shè)計計算的依據(jù)。恒定應(yīng)變率(CRS)固結(jié)試驗是通過控制應(yīng)變速率來進(jìn)行連續(xù)固結(jié)試驗，可以在較短時間內(nèi)完成固結(jié)，特別適合飽和粘性土進(jìn)行試驗。但由于非擾動土樣在取樣及制樣階段會發(fā)生水分蒸發(fā)及流失，使得土樣不飽和，導(dǎo)致一般CRS固結(jié)試驗結(jié)果不準(zhǔn)確。如，中國專利CN200710061958. 1公開了一種室內(nèi)快速加荷固結(jié)試驗設(shè)備及其方法，屬于巖土工程勘察及各類建筑物地基的變形特性指標(biāo)的測試領(lǐng)域。本設(shè)備由豎向荷載施加裝置、盛放試驗土樣的固結(jié)容器、液體壓力傳感器和變形傳感器、靜態(tài)電阻應(yīng)變儀、PC 計算機(jī)組成；本發(fā)明的試驗步驟是①取樣，經(jīng)抽氣飽和后待用；②將試驗土樣裝入固結(jié)容器，對試樣底部進(jìn)行密封并與傳感器連接；③將固結(jié)容器放置在豎向荷載施加裝置內(nèi)，并在相應(yīng)位置安裝液體壓力傳感器和變形傳感器，進(jìn)行孔隙水壓力和豎向變形測試；④利用靜態(tài)電阻應(yīng)變儀和PC計算機(jī)進(jìn)行靜態(tài)信號采集、傳輸和記錄。該專利在常規(guī)固結(jié)試驗儀器的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，采用了類似的豎向荷載加壓裝置和自動化數(shù)據(jù)測量與采集裝置?？梢允乖嚇右院愣☉?yīng)變率快速固結(jié)，具有縮短試驗周期和數(shù)據(jù)記錄自動化的優(yōu)點。然而，上述方案存在沒有提及如何解決試樣飽和的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種可施加背壓的恒定應(yīng)變率固結(jié)試驗裝置，增加土體背壓和自動采集數(shù)據(jù)的功能，可以進(jìn)行飽和試樣CRS固結(jié)試驗。。此外，本發(fā)明還提供上述恒定應(yīng)變率固結(jié)試驗裝置的試驗方法，增加土體背壓和自動采集數(shù)據(jù)的功能，可以進(jìn)行飽和試樣CRS固結(jié)試驗。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種可施加背壓的恒定應(yīng)變率固結(jié)試驗裝置，所述試驗裝置包括軸向荷載控制裝置，用以恒定固結(jié)應(yīng)變率；背壓控制裝置，用以對試樣施加背壓，確保試樣飽和； 固結(jié)裝置，其一端連接所述軸向荷載控制裝置，另一端連接背壓控制裝置，用以固結(jié)試樣和提供背壓環(huán)境； 數(shù)據(jù)測量與采集裝置，包括若干傳感器、與傳感器連接的數(shù)據(jù)采集儀，各傳感器連接所述固結(jié)裝置，將測得的固結(jié)裝置中元件的位移、壓力模擬信號發(fā)送至數(shù)據(jù)采集儀，并記錄。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述固結(jié)裝置包括加壓桿、固結(jié)儀蓋、底座、飽和器透水石、底部排水管道及壓力室；所述加壓桿上部與軸向荷載控制裝置相連、下部開螺紋口連接固結(jié)儀蓋，用于傳遞上部壓力；所述固結(jié)儀蓋上部通過螺紋與加壓桿連接，用于固定和連接試樣，下部增加環(huán)形排水條紋和透水石來方便排水；所述底座下部通過三軸底盤預(yù)留槽與壓力室底盤接觸，上部通過飽和器透水石預(yù)留槽與飽和器透水石相連，另有環(huán)刀預(yù)留槽用于放置試樣；所述底部排水管道與飽和器透水石預(yù)留槽下部所開排水洞相連，用于測量試樣孔隙水壓力變化；所述壓力室與背壓控制裝置相連，用于對試樣施加背壓。進(jìn)一步地，所述數(shù)據(jù)測量與采集裝置具體包括壓力傳感器、位移計、孔壓計、數(shù)據(jù)采集儀和計算機(jī)；所述壓力傳感器輸入端與加壓桿連接，測量壓力，輸出端與數(shù)據(jù)采集儀相連；所述位移計設(shè)置在壓力室上，測量土體軸向變形，輸出端與數(shù)據(jù)采集儀相連；所述孔壓計與底部排水管道相連，測量孔隙水壓力，輸出端與數(shù)據(jù)采集儀相連；所述數(shù)據(jù)采集儀末端與計算機(jī)相連。進(jìn)一步地，所述固結(jié)裝置進(jìn)一步包括設(shè)置于加壓桿處的測力環(huán)，該測力環(huán)與所述壓力傳感器連接。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述壓力傳感器為應(yīng)變式壓力傳感器，工作范圍為 0 l.OMPa。所述位移計為應(yīng)變式位移傳感器，其工作范圍為0mm 30mm。所述孔壓計為應(yīng)變式壓力傳感器，其工作范圍為=OMPa 1. OMPa0一種上述可施加背壓的恒定應(yīng)變率固結(jié)試驗裝置的試驗方法，所述試驗方法包括如下步驟步驟Sl 按照尺寸制備試樣，調(diào)試軸向荷載控制裝置、背壓控制裝置；步驟S2 裝配固結(jié)裝置，將試樣裝入固結(jié)裝置，在試樣外部設(shè)置橡皮模，然后放入壓力室；步驟S3 調(diào)整壓力傳感器、位移計和孔壓計至合適的初始狀態(tài)，調(diào)試數(shù)據(jù)采集儀；步驟S4:打開底部排水口，通過軸向荷載控制裝置、背壓控制裝置施加豎向荷載和背壓荷載，記錄固結(jié)過程中壓力傳感器、位移計和孔壓計的測量結(jié)果；步驟S5 在計算機(jī)中對數(shù)據(jù)采集儀內(nèi)存儲的數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)處理，得到所需結(jié)果。本發(fā)明的有益效果在于本發(fā)明提出的可施加背壓的恒定應(yīng)變率固結(jié)試驗裝置及其試驗方法，相比于一般CRS固結(jié)試驗裝置，實現(xiàn)了增加土體背壓和自動采集數(shù)據(jù)的功能， 可以進(jìn)行飽和試樣CRS固結(jié)試驗。


圖1為本發(fā)明恒定應(yīng)變率固結(jié)試驗裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為固結(jié)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為不銹鋼底座的剖面圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的優(yōu)選實施例。
實施例一請參閱圖1，本發(fā)明揭示了一種可施加背壓的恒定應(yīng)變率固結(jié)試驗裝置，所述試驗裝置包括軸向荷載控制裝置1、背壓控制裝置2，CRS固結(jié)裝置3和數(shù)據(jù)測量與采集裝置4。其中，軸向荷載控制裝置1用以恒定固結(jié)應(yīng)變率；背壓控制裝置2用以對試樣施加背壓，確保試樣飽和。固結(jié)裝置3的一端連接所述軸向荷載控制裝置1，另一端連接背壓控制裝置2，用以固結(jié)試樣和提供背壓環(huán)境。數(shù)據(jù)測量與采集裝置4包括若干傳感器、與傳感器連接的數(shù)據(jù)采集儀，各傳感器連接所述固結(jié)裝置，將測得的固結(jié)裝置中元件的位移、壓力模擬信號發(fā)送至數(shù)據(jù)采集儀，并記錄。所述軸向荷載控制裝置1和背壓控制裝置2沿用原常規(guī)三軸儀的設(shè)備。軸向荷載控制裝置1保證試樣以恒定應(yīng)變率固結(jié)；背壓控制裝置2對試樣施加背壓，保證試樣飽和。請參閱圖2、圖3，所述的CRS固結(jié)裝置3包括不銹鋼加壓桿5、固結(jié)儀蓋6、不銹鋼底座7、飽和器透水石8、底部排水管道9和壓力室10。其中不銹鋼加壓桿5上部與軸向荷載控制裝置1相連、下部開螺紋口連接固結(jié)儀蓋6，用于傳遞上部壓力；固結(jié)儀蓋6上部通過螺紋與不銹鋼加壓桿5連接，用于固定和連接試樣，下部增加環(huán)形排水條紋和透水石來方便排水；不銹鋼底座7下部通過三軸底盤預(yù)留槽73與壓力室底盤接觸，上部通過飽和器透水石預(yù)留槽72與飽和器透水石8相連，另有環(huán)刀預(yù)留槽71用于放置試樣；底部排水管道9與飽和器透水石8預(yù)留槽下部所開排水洞75相連，用于測量試樣孔隙水壓力變化；壓力室10與背壓控制裝置2相連，用于對試樣施加背壓。不銹鋼底座7外接轉(zhuǎn)換接頭預(yù)開有螺紋口 74。所述的數(shù)據(jù)測量與采集裝置4包括壓力傳感器11、位移計12、孔壓計13、數(shù)據(jù)采集儀14和計算機(jī)15。其中壓力傳感器11輸入與軸向荷載控制裝置1相連，輸出端與數(shù)據(jù)采集儀14相連；位移計12設(shè)置在壓力室10上，測量土體軸向變形，輸出端與數(shù)據(jù)采集儀14 相連；孔壓計13與底部排水管道9相連，測量土體孔壓變化，輸出端與數(shù)據(jù)采集儀14相連； 數(shù)據(jù)采集儀14輸出端與計算機(jī)15相連。本實施例中，所述壓力傳感器11為應(yīng)變式壓力傳感器，工作范圍為0 1. OMPa ；所述位移計12為應(yīng)變式位移傳感器，其工作范圍為0mm 30mm ；所述孔壓計13為應(yīng)變式壓力傳感器，其工作范圍為0MPa 1. OMPa0一種上述可施加背壓的恒定應(yīng)變率固結(jié)試驗裝置的試驗方法，所述試驗方法包括如下步驟步驟Sl 按照尺寸制備試樣，調(diào)試軸向荷載控制裝置、背壓控制裝置；步驟S2 裝配固結(jié)裝置，將試樣裝入固結(jié)裝置，在試樣外部設(shè)置橡皮模，然后放入壓力室；步驟S3 調(diào)整壓力傳感器、位移計和孔壓計至合適的初始狀態(tài)，調(diào)試數(shù)據(jù)采集儀；步驟S4:打開底部排水口，通過軸向荷載控制裝置、背壓控制裝置施加豎向荷載和背壓荷載，記錄固結(jié)過程中壓力傳感器、位移計和孔壓計的測量結(jié)果；步驟S5 在計算機(jī)中對數(shù)據(jù)采集儀內(nèi)存儲的數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)處理，得到所需結(jié)果。綜上所述，本發(fā)明提出的可施加背壓的恒定應(yīng)變率固結(jié)試驗裝置及其試驗方法， 相比于一般CRS固結(jié)試驗裝置，實現(xiàn)了增加土體背壓和自動采集數(shù)據(jù)的功能，可以進(jìn)行飽和試樣CRS固結(jié)試驗。這里本發(fā)明的描述和應(yīng)用是說明性的，并非想將本發(fā)明的范圍限制在上述實施例中。這里所披露的實施例的變形和改變是可能的，對于那些本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說實施例的替換和等效的各種部件是公知的。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該清楚的是，在不脫離本發(fā)明的精神或本質(zhì)特征的情況下，本發(fā)明可以以其它形式、結(jié)構(gòu)、布置、比例，以及用其它組件、 材料和部件來實現(xiàn)。在不脫離本發(fā)明范圍和精神的情況下，可以對這里所披露的實施例進(jìn)行其它變形和改變。
權(quán)利要求
1.一種可施加背壓的恒定應(yīng)變率固結(jié)試驗裝置，其特征在于，所述試驗裝置包括 軸向荷載控制裝置，用以恒定固結(jié)應(yīng)變率；背壓控制裝置，用以對試樣施加背壓，確保試樣飽和；固結(jié)裝置，其一端連接所述軸向荷載控制裝置，另一端連接背壓控制裝置，用以固結(jié)試樣和提供背壓環(huán)境；數(shù)據(jù)測量與采集裝置，包括若干傳感器、與傳感器連接的數(shù)據(jù)采集儀，各傳感器連接所述固結(jié)裝置，將測得的固結(jié)裝置中元件的位移、壓力模擬信號發(fā)送至數(shù)據(jù)采集儀，并記錄。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可施加背壓的恒定應(yīng)變率固結(jié)試驗裝置，其特征在于 所述固結(jié)裝置包括加壓桿、固結(jié)儀蓋、底座、飽和器透水石、底部排水管道及壓力室； 所述加壓桿上部與軸向荷載控制裝置相連、下部開螺紋口連接固結(jié)儀蓋，用于傳遞上部壓力；所述固結(jié)儀蓋上部通過螺紋與加壓桿連接，用于固定和連接試樣，下部增加環(huán)形排水條紋和透水石來方便排水；所述底座下部通過三軸底盤預(yù)留槽與壓力室底盤接觸，上部通過飽和器透水石預(yù)留槽與飽和器透水石相連，另有環(huán)刀預(yù)留槽用于放置試樣；所述底部排水管道與飽和器透水石預(yù)留槽下部所開排水洞相連，用于測量試樣孔隙水壓力變化；所述壓力室與背壓控制裝置相連，用于對試樣施加背壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的可施加背壓的恒定應(yīng)變率固結(jié)試驗裝置，其特征在于 所述數(shù)據(jù)測量與采集裝置具體包括壓力傳感器、位移計、孔壓計、數(shù)據(jù)采集儀和計算機(jī)；所述壓力傳感器輸入端與加壓桿連接，測量壓力，輸出端與數(shù)據(jù)采集儀相連； 所述位移計設(shè)置在壓力室上，測量土體軸向變形，輸出端與數(shù)據(jù)采集儀相連； 所述孔壓計與底部排水管道相連，測量孔隙水壓力，輸出端與數(shù)據(jù)采集儀相連； 所述數(shù)據(jù)采集儀末端與計算機(jī)相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的可施加背壓的恒定應(yīng)變率固結(jié)試驗裝置，其特征在于 所述固結(jié)裝置進(jìn)一步包括設(shè)置于加壓桿處的測力環(huán)，該測力環(huán)與所述壓力傳感器連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可施加背壓的恒定應(yīng)變率固結(jié)試驗裝置，其特征在于 所述壓力傳感器為應(yīng)變式壓力傳感器，工作范圍為O 1. OMPa0
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可施加背壓的恒定應(yīng)變率固結(jié)試驗裝置，其特征在于 所述位移計為應(yīng)變式位移傳感器，其工作范圍為0mm 30mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可施加背壓的恒定應(yīng)變率固結(jié)試驗裝置，其特征在于 所述孔壓計為應(yīng)變式壓力傳感器，其工作范圍為0ΜΙ^ 1. OMPa。
8.—種權(quán)利要求1至7之一所述可施加背壓的恒定應(yīng)變率固結(jié)試驗裝置的試驗方法， 其特征在于，所述試驗方法包括如下步驟步驟Sl 按照尺寸制備試樣，調(diào)試軸向荷載控制裝置、背壓控制裝置；步驟S2 裝配固結(jié)裝置，將試樣裝入固結(jié)裝置，在試樣外部設(shè)置橡皮模，然后放入壓力室；步驟S3 調(diào)整壓力傳感器、位移計和孔壓計至合適的初始狀態(tài)，調(diào)試數(shù)據(jù)采集儀； 步驟S4 打開底部排水口，通過軸向荷載控制裝置、背壓控制裝置施加豎向荷載和背壓荷載，記錄固結(jié)過程中壓力傳感器、位移計和孔壓計的測量結(jié)果；步驟S5 在計算機(jī)中對數(shù)據(jù)采集儀內(nèi)存儲的數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)處理，得到所需結(jié)果。
全文摘要
本發(fā)明揭示了一種可施加背壓的恒定應(yīng)變率固結(jié)試驗裝置及其試驗方法，所述試驗裝置包括軸向荷載控制裝置，用以恒定固結(jié)應(yīng)變率；背壓控制裝置，用以對試樣施加背壓，確保試樣飽和；固結(jié)裝置，其一端連接所述軸向荷載控制裝置，另一端連接背壓控制裝置，用以固結(jié)試樣和提供背壓環(huán)境；數(shù)據(jù)測量與采集裝置，包括若干傳感器、與傳感器連接的數(shù)據(jù)采集儀，各傳感器連接所述固結(jié)裝置，將測得的固結(jié)裝置中元件的位移、壓力模擬信號發(fā)送至數(shù)據(jù)采集儀，并記錄。本發(fā)明提出的可施加背壓的恒定應(yīng)變率固結(jié)試驗裝置及其試驗方法，相比于一般CRS固結(jié)試驗裝置，實現(xiàn)了增加土體背壓和自動采集數(shù)據(jù)的功能，可以進(jìn)行飽和試樣CRS固結(jié)試驗。
文檔編號G01N3/08GK102495194SQ201110359159
公開日2012年6月13日 申請日期2011年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月14日
發(fā)明者葉冠林, 孟振, 張旭, 王建華, 盛佳韌 申請人:上海交通大學(xué)