孔壓靜力觸探標(biāo)定罐系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公布了一種用于孔壓靜力觸探測(cè)試的標(biāo)定罐系統(tǒng)，其特征在于：該標(biāo)定罐系統(tǒng)的最外圍是一個(gè)軸向加載框架(11)、該框架內(nèi)設(shè)有外部壓力計(jì)(1)、與外部壓力計(jì)(1)下方相連的外部探桿(2)和與外部探桿(2)相連的直線軸承(3)軸向加載框架(11)經(jīng)外部壓力計(jì)(1)、外部探桿(2)和直線軸承(3)與標(biāo)定罐罐體相連；本發(fā)明的孔壓標(biāo)定罐系統(tǒng)，充分考慮到中低密度砂土對(duì)土體液化和應(yīng)變軟化的影響，以精密的儀器設(shè)備和細(xì)致化的試驗(yàn)操作對(duì)中低密度砂土的土性做出更為真實(shí)可靠的預(yù)測(cè)，為現(xiàn)場(chǎng)孔壓靜力觸探試驗(yàn)提供補(bǔ)充依據(jù)。
【專利說(shuō)明】
孔壓靜力觸探標(biāo)定罐系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種能夠用于孔壓靜力觸探測(cè)試的標(biāo)定罐系統(tǒng)，應(yīng)用于巖土工程領(lǐng) 域，能夠在一定條件下實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)孔壓靜力觸探測(cè)試的室內(nèi)模擬，進(jìn)而對(duì)相關(guān)經(jīng)驗(yàn)公式的 建立和參數(shù)分析提供補(bǔ)充依據(jù)。
【背景技術(shù)】
[0002] 由于巖土工程參數(shù)與復(fù)雜多變的自然條件密切聯(lián)系，確定巖土工程參數(shù)與合理設(shè) 計(jì)成為工程建設(shè)的難點(diǎn)，亦是保證工程質(zhì)量、縮短工程周期、降低工程造價(jià)、提高工程經(jīng)濟(jì) 效益和社會(huì)效益的關(guān)鍵技術(shù)之一。鉆孔取樣、室內(nèi)試驗(yàn)會(huì)造成土樣擾動(dòng)，試驗(yàn)結(jié)果難以反映 出地基巖土的真實(shí)狀況，原位測(cè)試技術(shù)是在天然位置對(duì)巖土工程性能進(jìn)行測(cè)試的一種技 術(shù)，勿需取樣，簡(jiǎn)便快捷，是準(zhǔn)確獲得土性參數(shù)的有效方法。因此，研究基于高精度現(xiàn)場(chǎng)原位 測(cè)試?yán)碚撆c技術(shù)，建立基于原位測(cè)試的土木工程設(shè)計(jì)計(jì)算理論，是當(dāng)前我國(guó)工程領(lǐng)域迫切 需要解決的重要課題。這些參數(shù)必須積累到大量的數(shù)據(jù)，并通過(guò)相應(yīng)的理論推導(dǎo)和反算公 式以求得最后的土壤參數(shù)，相關(guān)的現(xiàn)場(chǎng)原位試驗(yàn)相對(duì)于室內(nèi)試驗(yàn)周期較長(zhǎng)，并不能確定單 一土壤參數(shù)的變化。為了解決這些相關(guān)的問(wèn)題使用標(biāo)定罐試驗(yàn)以來(lái)積累相關(guān)的數(shù)據(jù)，并可 以控制相應(yīng)的條件，推導(dǎo)出具體的經(jīng)驗(yàn)公式，是最直接有效簡(jiǎn)單的方式。
[0003] 工程地質(zhì)的分析和設(shè)計(jì)要求對(duì)土層性質(zhì)進(jìn)行精確的判斷，也包含對(duì)土體內(nèi)任何一 點(diǎn)處土壤地層學(xué)的評(píng)價(jià)。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，需要對(duì)飽和的中低密度無(wú)粘性土體的性質(zhì)做出 足夠精確的判斷。這是一種對(duì)土性影響至關(guān)重要的土體，因其對(duì)靜態(tài)或循環(huán)液化的高敏感 性并且極有可能誘發(fā)土體的流動(dòng)液化破壞?；诖?，對(duì)能夠造成土體破壞的地下土體性質(zhì) 的判斷才顯得十分重要，必須在土性的基礎(chǔ)上展開砂土液化的參數(shù)確定從而成功對(duì)液化進(jìn) 行預(yù)測(cè)。獲取無(wú)粘性土體的未擾動(dòng)樣本十分困難，尤其是當(dāng)此類土位于地下水位以下時(shí)，這 使得工程勘察大多依賴于標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)(SPT)和孔壓靜力觸探(CPTU)試驗(yàn)。二者以孔壓靜 力觸探更加方便和可靠，基于其試驗(yàn)數(shù)據(jù)獲取的連續(xù)性和精確性，孔壓靜力觸探已然成為 應(yīng)用最廣的原位測(cè)試手段之一。探頭規(guī)格應(yīng)為錐角60°，錐底直徑35.7mm，錐底橫截面積 10cm 2,側(cè)壁摩擦筒表面積150cm2?？讐哼^(guò)濾環(huán)必須安裝在圓錐頭肩部(u2)位置。由于現(xiàn)場(chǎng)試 驗(yàn)不能夠完全對(duì)土體性質(zhì)進(jìn)行直接的測(cè)量和評(píng)估，需要在大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上建立相應(yīng) 的經(jīng)驗(yàn)公式總結(jié)。這其中便涉及到室內(nèi)的標(biāo)定罐試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的數(shù)據(jù)對(duì)比，亦或是展開 例如孔穴擴(kuò)張、有限元、離散元素分析。
[0004] 標(biāo)定罐試驗(yàn)最初的建立是確定圓錐靜力觸探的相應(yīng)地質(zhì)參數(shù)，而經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展 現(xiàn)如今已延伸到其他的原位試驗(yàn)方法中，如旁壓儀、膨脹儀、大型壓密儀。標(biāo)定罐試驗(yàn)是條 件許可下在室內(nèi)進(jìn)行的現(xiàn)場(chǎng)原位的模擬，由于受到土樣大小和應(yīng)力狀態(tài)的限制，無(wú)法達(dá)到 完全的現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)，數(shù)據(jù)與原位試驗(yàn)有一定的區(qū)別。研究表明，影響室內(nèi)標(biāo)定罐試驗(yàn)的因素有 很多，其主要的影響因素有邊界條件、尺寸效應(yīng)、土樣性質(zhì)。室內(nèi)的孔壓靜力觸探標(biāo)定罐系 統(tǒng)能夠最為真實(shí)有效的對(duì)現(xiàn)場(chǎng)CPTU試驗(yàn)進(jìn)行模擬，得到最接近真實(shí)值的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 技術(shù)問(wèn)題:本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是基于現(xiàn)有的孔壓靜力觸探測(cè)試技術(shù)，設(shè)計(jì) 并建立與之對(duì)應(yīng)的室內(nèi)標(biāo)定罐試驗(yàn)系統(tǒng)，以此來(lái)豐富孔壓靜力觸探技術(shù)的數(shù)據(jù)可靠性并增 強(qiáng)其工程實(shí)踐性。目前，孔壓靜力觸探試驗(yàn)以其獲取數(shù)據(jù)的連續(xù)性和精確性，正逐步發(fā)展成 為確定巖土工程參數(shù)最常用的原位測(cè)試手段之一。但現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)時(shí)間周期較長(zhǎng)，且不能確定 單一土體參數(shù)的變化，需要大量的數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行相應(yīng)理論推導(dǎo)和經(jīng)驗(yàn)總結(jié)。本發(fā)明的標(biāo)定罐 系統(tǒng)能夠較好的解決上述問(wèn)題，進(jìn)而對(duì)孔壓靜力觸探技術(shù)相關(guān)經(jīng)驗(yàn)公式的建立和參數(shù)分析 提供補(bǔ)充依據(jù)。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0006] :為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種用于孔壓靜力觸探測(cè)試的標(biāo) 定罐系統(tǒng)，該標(biāo)定罐系統(tǒng)的最外圍是一個(gè)軸向加載框架、該框架內(nèi)設(shè)有外部壓力計(jì)、與外部 壓力計(jì)下方相連的外部探桿與外部探桿相連的直線軸承軸向加載框架經(jīng)外部壓力計(jì)、外部 探桿和直線軸承與標(biāo)定罐罐體相連；
[0007] 標(biāo)定罐罐體為密封式的側(cè)向受限容器，其內(nèi)包含有頂板、與頂板相連且設(shè)置在頂 板下表面的內(nèi)部壓力計(jì)、與內(nèi)部壓力計(jì)相連且設(shè)置在內(nèi)部壓力計(jì)下方的微型孔壓靜力觸探 探頭、微型孔壓靜力觸探探頭下方是土體樣本、和設(shè)于標(biāo)定罐罐體底部的底座；
[0008] 該系統(tǒng)還設(shè)置有進(jìn)排水管、第一機(jī)電壓力栗和第二機(jī)電壓力栗;第一機(jī)電壓力栗 和第二機(jī)電壓力栗通過(guò)進(jìn)排水管分別控制土體樣本和罐體內(nèi)硅油的液壓；
[0009] 該系統(tǒng)內(nèi)還包含有設(shè)置在圓錐頭和孔壓過(guò)濾環(huán)之間的0型防塵圈和唇口密封件。
[0010] 優(yōu)選的，微型孔壓靜力觸探探頭采用圓錐頭形式，錐底直徑為6mm，錐底橫截面積 28.3mm2，探頭錐角為60°，探頭有效面積比為0.75。
[0011]優(yōu)選的，外部壓力計(jì)與外部探桿相連，外部探桿穿過(guò)頂板，并在二者上部相接處安 裝直線軸承，在保證外部探桿做精確直線運(yùn)動(dòng)的同時(shí)減小摩擦力;微型孔壓探頭和外部探 桿之間設(shè)有內(nèi)部壓力計(jì)，內(nèi)部壓力計(jì)被置于一個(gè)封閉空間內(nèi)，避免與罐體內(nèi)硅油接觸。 [00 12]優(yōu)選的，標(biāo)定罐罐體是一個(gè)直徑為300mm，高450mm的密封式圓柱型K0容器;試驗(yàn)要 求米用直徑為150mm，高195mm的柱形土體樣本。
[0013]優(yōu)選的，軸向加載框架用于提供最大10kN的推進(jìn)力，框架所能承受的最大變形速 率為0.423mm/s，探頭的貫入速率低于此值。
[0014] 優(yōu)選的，頂板孔洞內(nèi)沿著外部探桿環(huán)向安置有唇口密封圈，避免探桿與頂板直接 接觸，維持罐內(nèi)硅油壓力和土樣孔隙水壓的差異性；同樣的也在微型孔壓探頭處安置相應(yīng) 大小的唇口密封圈。
[0015] 優(yōu)選的，兩個(gè)容積分別為75毫升和170毫升的第一機(jī)電壓力栗和第二機(jī)電壓力栗 分別用來(lái)監(jiān)控土樣和罐體內(nèi)硅油的體積變化。
[0016] 優(yōu)選的，本標(biāo)定罐系統(tǒng)試驗(yàn)對(duì)象為中低密實(shí)度的砂土，采用分層欠壓法制樣，要求 土樣的相對(duì)密實(shí)度在45%以內(nèi)。
[0017] 優(yōu)選的，微型孔壓探頭探桿部分由空心鋼軸和內(nèi)桿構(gòu)成，在錐肩位置設(shè)置孔壓過(guò) 濾環(huán)，并在過(guò)濾環(huán)與圓錐頭之間加設(shè)0型防塵圈，防止土體顆粒在錐尖和孔壓過(guò)濾環(huán)之間形 成阻塞。
[0018] 優(yōu)選的，土樣裝罐完成后，用硅油充填滿罐體。
[0019] 有益效果:本發(fā)明中的一種用于孔壓靜力觸探測(cè)試的標(biāo)定罐系統(tǒng)，在特制微型孔 壓靜力觸探探頭的基礎(chǔ)上，與前人的標(biāo)定罐系統(tǒng)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1)能夠同步測(cè)量錐尖 阻力、側(cè)壁摩阻力和錐肩位置的孔隙水壓力的值；（2)有效減小所需土體樣本的體積，并且 嚴(yán)格控制土樣的邊界效應(yīng)，采用較高的土樣直徑D。與探頭直徑d。比值，即0。/(1。= 25來(lái)控制 土樣的邊界，將實(shí)驗(yàn)范圍擴(kuò)大到中等密實(shí)砂土至松散砂土之間土體皆可；（3)采用更加精確 的土樣擊實(shí)方法，提高測(cè)試土樣的均一性和可重復(fù)性，并對(duì)其初始密度和孔隙率加強(qiáng)控制； (4)精確測(cè)量實(shí)驗(yàn)過(guò)程中土樣的體積變化，尤其是固結(jié)完成后和探頭貫入過(guò)程中基于孔隙 率變化而導(dǎo)致的土樣體積變化。值得注意的是，雖然本發(fā)明中的微型CPTU探頭不能夠直接 運(yùn)用于工程實(shí)踐中，但其不僅更加完善一些基于CPTU的跟土體變異性有關(guān)的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式， 還能有助于其他相關(guān)標(biāo)定罐實(shí)驗(yàn)的有效、快速進(jìn)行。
【附圖說(shuō)明】
[0020] 圖1是本發(fā)明標(biāo)定罐系統(tǒng)的主要框架結(jié)構(gòu)圖；
[0021 ]圖2是微型孔壓探頭的結(jié)構(gòu)圖；
[0022]圖3是標(biāo)定罐罐體的細(xì)節(jié)圖。
[0023]其中有:外部壓力計(jì)1，外部探桿2，直線軸承3，內(nèi)部壓力計(jì)4，硅油5，土體樣本6，罐 體底座7,罐體頂板8,微型孔壓靜力觸探探頭9,進(jìn)排水管10,軸向加載框架11，唇口密封圈 12,孔隙水壓傳感器13;微型孔壓靜力觸探探頭9包括:0型防塵圈91，內(nèi)桿92,空心鋼軸93， 孔壓過(guò)濾環(huán)94，微型圓錐頭95。
【具體實(shí)施方式】
[0024] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。
[0025] 本發(fā)明提供的一種用于孔壓靜力觸探測(cè)試的標(biāo)定罐系統(tǒng)，該標(biāo)定罐系統(tǒng)的最外圍 是一個(gè)軸向加載框架11、該框架內(nèi)設(shè)有外部壓力計(jì)1、與外部壓力計(jì)1下方相連的外部探桿2 和與外部探桿2相連的直線軸承3軸向加載框架11經(jīng)外部壓力計(jì)1、外部探桿2和直線軸承3 與標(biāo)定罐罐體相連；
[0026] 標(biāo)定罐罐體為密封式的側(cè)向受限容器，其內(nèi)包含有頂板8、與頂板8相連且設(shè)置在 頂板8下表面的內(nèi)部壓力計(jì)4、與內(nèi)部壓力計(jì)4相連且設(shè)置在內(nèi)部壓力計(jì)4下方的微型孔壓靜 力觸探探頭9、微型孔壓靜力觸探探頭9下方是土體樣本6、和設(shè)于標(biāo)定罐罐體底部的底座7;
[0027] 該系統(tǒng)還設(shè)置有進(jìn)排水管10、第一機(jī)電壓力栗a和第二機(jī)電壓力栗b;第一機(jī)電壓 力栗a和第二機(jī)電壓力栗b通過(guò)進(jìn)排水管10分別控制土體樣本6和罐體內(nèi)硅油5的液壓； [0028] 該系統(tǒng)內(nèi)還包含有設(shè)置在圓錐頭95和孔壓過(guò)濾環(huán)94之間的0型防塵圈91和唇口密 封件12。
[0029] 微型孔壓靜力觸探探頭9采用圓錐頭95形式，錐底直徑為6mm，錐底橫截面積 28.3mm2，探頭錐角為60°，探頭有效面積比為0.75。
[0030] 外部壓力計(jì)1與外部探桿2相連，外部探桿2穿過(guò)頂板8,并在二者上部相接處安裝 直線軸承3,在保證外部探桿2做精確直線運(yùn)動(dòng)的同時(shí)減小摩擦力;微型孔壓探頭9和外部探 桿2之間設(shè)有內(nèi)部壓力計(jì)4，內(nèi)部壓力計(jì)4被置于一個(gè)封閉空間內(nèi)，避免與罐體內(nèi)硅油接觸。
[0031] 標(biāo)定罐罐體是一個(gè)直徑為300mm，高450mm的密封式圓柱型K0容器;試驗(yàn)要求采用 直徑為150mm，高195mm的柱形土體樣本6。
[0032]軸向加載框架11用于提供最大10kN的推進(jìn)力，框架11所能承受的最大變形速率為 0.423mm/s，探頭9的貫入速率低于此值。
[0033]頂板8孔洞內(nèi)沿著外部探桿2環(huán)向安置有唇口密封圈12，避免探桿2與頂板8直接接 觸，維持罐內(nèi)硅油5壓力和土樣6孔隙水壓的差異性；同樣的也在微型孔壓探頭9處安置相應(yīng) 大小的唇口密封圈。
[0034]兩個(gè)容積分別為75毫升和170毫升的第一機(jī)電壓力栗a和第二機(jī)電壓力栗b分別用 來(lái)監(jiān)控土樣6和罐體內(nèi)硅油5的體積變化。
[0035]本標(biāo)定罐系統(tǒng)試驗(yàn)對(duì)象為中低密實(shí)度的砂土，采用分層欠壓法制樣，要求土樣6的 相對(duì)密實(shí)度在45%以內(nèi)。
[0036] 微型孔壓探頭9探桿部分由空心鋼軸93和內(nèi)桿92構(gòu)成，在錐肩位置設(shè)置孔壓過(guò)濾 環(huán)94,并在過(guò)濾環(huán)94與圓錐頭95之間加設(shè)0型防塵圈91，防止土體顆粒在錐尖和孔壓過(guò)濾環(huán) 之間形成阻塞。
[0037] 土樣6裝罐完成后，用硅油5充填滿罐體。
[0038]微型孔壓靜力觸探探頭的基本結(jié)構(gòu):錐底直徑為6mm，探頭錐角為60°，探頭有效面 積比為0.75(等面積比為不受孔隙水壓影響的面積和探頭橫截面總面積比值）。錐尖阻力 (Q。)可直接由探頭內(nèi)部的測(cè)壓元件測(cè)得：
[0040] 其中fI=內(nèi)部測(cè)壓元件讀數(shù);1 =探頭橫截面積(直徑為6mm的微型探頭的橫截面 積是28.3mm2)。
[0041] 除了安置在探頭內(nèi)部的測(cè)壓元件以外，在探頭外部設(shè)置有一外部測(cè)壓元件，用于 測(cè)量考慮了測(cè)壁摩擦力和貫入阻力在內(nèi)的總貫入力值Qs大小，其中側(cè)壁摩擦力包括:探頭 側(cè)壁與土樣的摩阻力fs、探桿與罐頂板的摩擦力f vl，以及探桿與上部滾筒的摩擦力fv2。所以 側(cè)壁摩阻力值fs經(jīng)下式得到：
[0043] 其中As =探頭與土樣接觸的外壁表面積;fE是由外部測(cè)壓元件測(cè)得的壓力值。
[0044] 實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在貫入深度為2mm以內(nèi)時(shí)，fE_f I的值與fvl+fv2幾乎一致。探頭的自重在 實(shí)驗(yàn)開始前就已經(jīng)通過(guò)壓力計(jì)的調(diào)整歸零化了。內(nèi)部測(cè)壓元件和外部測(cè)壓元件的測(cè)量上限 值分別為8896N和889.6N。
[0045] 對(duì)于孔隙水壓采用探頭錐肩u2位置進(jìn)行測(cè)量，多孔孔壓過(guò)濾環(huán)能夠保持探頭內(nèi)部 及土樣的孔隙水壓的一致性，探頭內(nèi)孔壓通過(guò)空心探桿傳至孔壓傳感器?？讐哼^(guò)濾環(huán)的材 質(zhì)為異丁烯酸甲酯(PMMA)，其上附有能夠允許水通過(guò)，同時(shí)阻隔土顆粒的小孔。另外在孔壓 過(guò)濾環(huán)和探頭錐尖之間還有一個(gè)〇型密封圈，用以確保錐尖阻力能夠完整有效地被內(nèi)部測(cè) 壓元件測(cè)得，同時(shí)防止土體顆粒在錐尖和孔壓過(guò)濾環(huán)之間形成阻塞，影響實(shí)驗(yàn)精度。
[0046] 一、制備土樣
[0047] CPT標(biāo)定罐測(cè)試必須要保證實(shí)驗(yàn)土樣的應(yīng)力狀態(tài)和密度是已知的。所以，為了對(duì)土 樣的密度進(jìn)行精確控制，有必要保證土體擊實(shí)得更為均勻。在大型的標(biāo)定罐試驗(yàn)中，由于所 需的土樣量過(guò)于龐大，很難實(shí)現(xiàn)土樣均一性的嚴(yán)格控制。不僅如此，大型標(biāo)定罐中土樣的內(nèi) 外應(yīng)力狀態(tài)都有可能隨著深度的變化而發(fā)生改變。
[0048]為了盡可能的減小標(biāo)定罐的體積并降低邊界效應(yīng)的影響，要求砂土樣本的相對(duì)密 實(shí)度控制在43%以內(nèi)。同時(shí)，采用分層欠壓法制作土樣，一定程度上避免密度和孔隙比的不 均一性，即先將土樣自下而上分層進(jìn)行擊實(shí)，擊實(shí)程度需要精確控制，下層土體的擊實(shí)程度 較低，依次往上擊實(shí)程度逐級(jí)遞增，逐漸逼近要求的相對(duì)密實(shí)度，且土樣整體密度較為均 勻。整個(gè)擊實(shí)過(guò)程的關(guān)鍵在于嚴(yán)格控制土樣自下而上的相對(duì)孔隙率。
[0049]所有的土樣在準(zhǔn)備前的初始含水率為5%，這個(gè)含水率提供給土體顆粒間一定的 毛細(xì)水壓力，使得土樣在脫模時(shí)保持較為穩(wěn)定的形態(tài)。這一點(diǎn)在制好的土體樣本裝樣和施 加 10kPa圍壓前是十分必要的。土樣制好后需要精確測(cè)量其直徑和高度，保證樣本的初始相 對(duì)密實(shí)度處于嚴(yán)格控制之內(nèi)。然后，將微型探頭安裝在外部測(cè)壓元件上，并把土樣按要求規(guī) 整安置于標(biāo)定罐罐體中。最后用硅油充滿裝好樣的罐體中，此舉是為了在防止內(nèi)部測(cè)壓元 件發(fā)生短路的同時(shí)，確保土樣會(huì)因?yàn)槭艿礁飨蛲缘膰鷫憾罱K發(fā)生塑性破壞。
[0050] 二、土樣的飽和和固結(jié)
[0051] 盡管很多的研究表明，干砂和飽和砂土中貫入阻力的差別小到可以忽略不計(jì)，本 文為了消除潮濕砂土顆粒中的吸力對(duì)CPT測(cè)試結(jié)果的影響和精確測(cè)量固結(jié)排水對(duì)土樣體積 變化的影響，仍然對(duì)測(cè)試土樣事先進(jìn)行了預(yù)飽和處理。同樣的，需要對(duì)微型探頭、罐體的排 水管道和孔隙水壓力傳感器進(jìn)行預(yù)飽和以及排氣處理。罐體內(nèi)的液體體積在試驗(yàn)過(guò)程中要 時(shí)刻嚴(yán)密監(jiān)控，從而推斷土樣的體積變化，但是理論上這種體積的變化是可以忽略不計(jì)的。 飽和處理之后，土樣在各向同性的設(shè)定固結(jié)壓力下進(jìn)行固結(jié)，在固結(jié)過(guò)程中測(cè)量土樣中孔 隙體積的變化進(jìn)而能夠得出較為精確的固結(jié)后土樣孔隙率e。值。
[0052] 三、貫入過(guò)程
[0053]標(biāo)準(zhǔn)的孔壓靜力觸探貫入速率一般在20mm/s，然而無(wú)論是現(xiàn)場(chǎng)貫入還是室內(nèi)的小 規(guī)模試驗(yàn)，探頭的貫入速率都會(huì)受到最大變形速率的限制，在本發(fā)明的標(biāo)定罐系統(tǒng)中，承載 框架所能夠承受的最大變形速率為0.423mm/s，分別以0.423mm/s和0.085mm/s的兩組貫入 速率進(jìn)行試驗(yàn)，由此可以判斷出本發(fā)明的標(biāo)定罐系統(tǒng)不必要考慮貫入速率的影響。孔隙水 壓力和罐體所承受的壓力將分別受到壓力傳感器持續(xù)的監(jiān)測(cè)和記錄。土樣的體積在實(shí)驗(yàn)過(guò) 程同樣的受到監(jiān)測(cè)，當(dāng)探頭貫入至土樣60mm深處并結(jié)束貫入后，考慮到探頭自身的體積，土 樣總的孔隙率會(huì)減小約0.002。
[0054]與大型的標(biāo)定罐試驗(yàn)相比，本發(fā)明中的標(biāo)定罐試驗(yàn)從土樣的準(zhǔn)備到貫入結(jié)束，一 個(gè)專業(yè)人員在12個(gè)小時(shí)之內(nèi)可以完成，大型的標(biāo)定罐試驗(yàn)通常需要一組人員好幾天的時(shí)間 協(xié)作完成。
[0055]四、試驗(yàn)土樣的邊界效應(yīng)
[0050]在標(biāo)定罐中進(jìn)行CPT試驗(yàn)，得到的土樣的基本性質(zhì)受到標(biāo)定罐邊界的影響。而邊界 效應(yīng)也就成了標(biāo)定罐試驗(yàn)?zāi)軌蛘鎸?shí)反映現(xiàn)場(chǎng)情況的一個(gè)很重要的衡量指標(biāo)。但是，很多研 究表明在試驗(yàn)土樣為松散至中等密實(shí)砂土?xí)r，這種邊界效應(yīng)所能造成的影響微乎其微。 Parkin和Lunne在1982年通過(guò)采用不同直徑的探頭和標(biāo)定罐進(jìn)行試驗(yàn)得到在Dr彡40 %且Dc/ dc彡20的松散砂土中不需要考慮邊界效應(yīng)的影響，而在Dr~90%且Dc/d c = 25的密實(shí)砂土中 則必須要減小邊界效應(yīng)造成的試驗(yàn)干擾。同樣的，Jamiolkoski等認(rèn)為標(biāo)定罐的邊界效應(yīng)出 現(xiàn)在Dr<43%的砂土中，并隨著相對(duì)密實(shí)度Dr的增加而增加，需要對(duì)滿足上述條件的密實(shí)砂 土進(jìn)行邊界效應(yīng)修正。
[0057] 近年來(lái)，Butlanska等利用3D離散元數(shù)值分析技術(shù)，得到在Dr<45%的砂土中無(wú)需 將邊界效應(yīng)的影響納入考慮范圍?；谏鲜鲅芯繉?shí)驗(yàn)，本發(fā)明中的土樣以及微型探頭的直 徑比0。/(1。= 25，且測(cè)試土樣的01<43%，故可以不考慮土樣大小與邊界條件對(duì)貫入阻力的 影響。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于孔壓靜力觸探測(cè)試的標(biāo)定罐系統(tǒng)，其特征在于:該標(biāo)定罐系統(tǒng)的最外圍是 一個(gè)軸向加載框架（11)、該框架內(nèi)設(shè)有外部壓力計(jì)（1)、與外部壓力計(jì)（1)下方相連的外部 探桿(2)和與外部探桿(2)相連的直線軸承(3)軸向加載框架(11)經(jīng)外部壓力計(jì)（1)、外部探 桿(2)和直線軸承(3)與標(biāo)定罐罐體相連； 標(biāo)定罐罐體為密封式的側(cè)向受限容器，其內(nèi)包含有頂板(8)、與頂板(8)相連且設(shè)置在 頂板(8)下表面的內(nèi)部壓力計(jì)(4)、與內(nèi)部壓力計(jì)(4)相連且設(shè)置在內(nèi)部壓力計(jì)(4)下方的微 型孔壓靜力觸探探頭(9)、微型孔壓靜力觸探探頭(9)下方是土體樣本(6)、和設(shè)于標(biāo)定罐罐 體底部的底座(7); 該系統(tǒng)還設(shè)置有進(jìn)排水管（10)、第一機(jī)電壓力栗(a)和第二機(jī)電壓力栗(b);第一機(jī)電 壓力栗(a)和第二機(jī)電壓力栗(b)通過(guò)進(jìn)排水管（10)分別控制土體樣本(6)和罐體內(nèi)硅油 (5) 的液壓； 該系統(tǒng)內(nèi)還包含有設(shè)置在圓錐頭(95)和孔壓過(guò)濾環(huán)(94)之間的0型防塵圈（91)和唇口 密封件(12)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于孔壓靜力觸探測(cè)試的標(biāo)定罐系統(tǒng)，其特征在于:微型孔壓 靜力觸探探頭(9)采用圓錐頭(95)形式，錐底直徑為6mm，錐底橫截面積28.3mm 2,探頭錐角 為60°，探頭有效面積比為0.75。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于孔壓靜力觸探測(cè)試的標(biāo)定罐系統(tǒng)，其特征在于:外部壓力 計(jì)（1)與外部探桿(2)相連，外部探桿(2)穿過(guò)頂板(8)，并在二者上部相接處安裝直線軸承 (3)，在保證外部探桿(2)做精確直線運(yùn)動(dòng)的同時(shí)減小摩擦力;微型孔壓探頭(9)和外部探桿 (2)之間設(shè)有內(nèi)部壓力計(jì)(4)，內(nèi)部壓力計(jì)(4)被置于一個(gè)封閉空間內(nèi)，避免與罐體內(nèi)硅油接 觸。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于孔壓靜力觸探測(cè)試的標(biāo)定罐系統(tǒng)，其特征在于:標(biāo)定罐罐 體是一個(gè)直徑為300mm，高450mm的密封式圓柱型KO容器;試驗(yàn)要求采用直徑為150mm，高 195mm的柱形土體樣本(6)。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于孔壓靜力觸探測(cè)試的標(biāo)定罐系統(tǒng)，其特征在于:軸向加載 框架（11)用于提供最大10kN的推進(jìn)力，框架（11)所能承受的最大變形速率為0.423mm/s，探 頭(9)的貫入速率低于此值。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于孔壓靜力觸探測(cè)試的標(biāo)定罐系統(tǒng)，其特征在于:頂板(8) 孔洞內(nèi)沿著外部探桿(2)環(huán)向安置有唇口密封圈（12)，避免探桿(2)與頂板(8)直接接觸，維 持罐內(nèi)硅油（5)壓力和土樣(6)孔隙水壓的差異性；同樣的也在微型孔壓探頭(9)處安置相 應(yīng)大小的唇口密封圈。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于孔壓靜力觸探測(cè)試的標(biāo)定罐系統(tǒng)，其特征在于:兩個(gè)容積 分別為75毫升和170毫升的第一機(jī)電壓力栗(a)和第二機(jī)電壓力栗(b)分別用來(lái)監(jiān)控土樣 (6) 和罐體內(nèi)硅油(5)的體積變化。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于孔壓靜力觸探測(cè)試的標(biāo)定罐系統(tǒng)，其特征在于:本標(biāo)定罐 系統(tǒng)試驗(yàn)對(duì)象為中低密實(shí)度的砂土，采用分層欠壓法制樣，要求土樣(6)的相對(duì)密實(shí)度在 45%以內(nèi)。9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于孔壓靜力觸探測(cè)試的標(biāo)定罐系統(tǒng)，其特征在于:微型孔壓 探頭(9)探桿部分由空心鋼軸(93)和內(nèi)桿(92)構(gòu)成，在錐肩位置設(shè)置孔壓過(guò)濾環(huán)(94)，并在 過(guò)濾環(huán)(94)與圓錐頭(95)之間加設(shè)0型防塵圈（91)，防止土體顆粒在錐尖和孔壓過(guò)濾環(huán)之 間形成阻塞。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于孔壓靜力觸探測(cè)試的標(biāo)定罐系統(tǒng)，其特征在于:土樣(6) 裝罐完成后，用硅油(5)充填滿罐體。
【文檔編號(hào)】G01N33/24GK106018740SQ201610335012
【公開日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年5月19日
【發(fā)明人】劉松玉, 楊巖, 蔡國(guó)軍, 李俊才
【申請(qǐng)人】東南大學(xué)