專(zhuān)利名稱(chēng)：一種土體靜止側(cè)壓力系數(shù)測(cè)定儀的制作方法
一種土體靜止側(cè)壓力系數(shù)測(cè)定儀技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于土體參數(shù)測(cè)量設(shè)備領(lǐng)域，特別涉及一種土體靜止側(cè)壓力系數(shù)測(cè)定儀。
技術(shù)背景
靜止側(cè)壓力系數(shù)是指土體在無(wú)側(cè)向變形條件下壓縮后的水平向主應(yīng)力和豎向主應(yīng)力之比，即原始應(yīng)力狀態(tài)下的水平向主應(yīng)力和豎向主應(yīng)力之比，是巖土工程中一個(gè)非常重要的參數(shù)，實(shí)際應(yīng)用范圍愈來(lái)愈廣，如確定水平場(chǎng)地中的應(yīng)力狀態(tài)、計(jì)算靜止土壓力、土壩施工期的孔隙水壓力、樁側(cè)向摩擦力等需要準(zhǔn)確地測(cè)定靜止側(cè)壓力系數(shù)。
現(xiàn)有室內(nèi)測(cè)定土體靜止側(cè)壓力系數(shù)的方法大致有兩種，一種是側(cè)向變形指示器法，即利用三軸剪切儀在橡皮膜包裹的試樣側(cè)面安裝側(cè)向變形指示器，用來(lái)反映在施加軸向壓力時(shí)是否會(huì)發(fā)生側(cè)向變形，若有側(cè)向變形的趨勢(shì)，立即增大側(cè)向壓力或減小軸向壓力， 保持試樣在軸向加壓過(guò)程中不發(fā)生側(cè)向變形；另一種是側(cè)壓力儀法，這種方法是試樣在施加垂直壓力后不允許發(fā)生側(cè)向變形，即垂直向應(yīng)變和體積應(yīng)變相等，在此條件下試樣側(cè)面所承受的壓力與豎向應(yīng)力之比即靜止側(cè)壓力系數(shù)，此方法的側(cè)壁為橡皮膜水囊。上述兩種測(cè)定方法的側(cè)壁均為橡皮膜，對(duì)于飽和粘質(zhì)土和砂質(zhì)土靜止側(cè)壓力系數(shù)測(cè)定結(jié)果較準(zhǔn)確， 然而，對(duì)粗粒土，在靜止側(cè)壓力系數(shù)測(cè)定時(shí)，由于側(cè)壁橡皮膜為可變性的軟質(zhì)結(jié)構(gòu)，軸向受壓，粗粒土側(cè)面的孔隙被軟質(zhì)側(cè)壁橡皮膜嵌入，從而導(dǎo)致無(wú)法保證無(wú)側(cè)向變形的條件，因此，用于粗粒土靜止側(cè)壓力系數(shù)測(cè)定不可靠。粗粒土靜止側(cè)壓力系數(shù)至今沒(méi)有可靠的測(cè)定方法。發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的本發(fā)明的目的是提供一種使用方便、測(cè)定結(jié)果準(zhǔn)確的靜止側(cè)壓力系數(shù)測(cè)定儀。
技術(shù)方案本發(fā)明提供的一種土體靜止側(cè)壓力系數(shù)測(cè)定儀，包括壓力室、加載裝置、測(cè)量控制裝置；所述加載裝置與壓力室連接，可設(shè)于壓力室頂部或底部；所述壓力室包括底座、設(shè)于底座上的底板和支承墊、設(shè)于支承墊上的試樣筒、與試樣筒頂部開(kāi)口配合的上壓板、自下而上依次設(shè)于上壓板上的加壓蓋板和荷重傳感器；所述底板為兩片半徑相同的半圓形金屬板組成的圓形底板；所述底板底部設(shè)有第一滾珠腔組，所述第一滾珠腔組內(nèi)設(shè)有滾珠；所述支承墊頂部設(shè)有第二滾珠腔組，所述第二滾珠腔組內(nèi)設(shè)有滾珠；所述試樣筒為由兩個(gè)半徑相同的半圓筒組成并在外側(cè)壁上通過(guò)至少二對(duì)拉壓力傳感器連接的圓筒；所述上壓板為兩片半徑相同的半圓形金屬板組成的圓形上壓板；所述加壓蓋板下底面設(shè)有第三滾珠腔組，所述第三滾珠腔組內(nèi)設(shè)有滾珠；所述測(cè)量控制裝置的信號(hào)接口分別與加載裝置、荷重傳感器以及拉壓力傳感器連接，所述測(cè)量控制裝置輸出信號(hào)至加載裝置，所述荷重傳感器和拉壓力傳感器輸出信號(hào)至測(cè)量控制裝置。
該土體靜止側(cè)壓力系數(shù)測(cè)定儀包括由兩個(gè)半圓筒組成并由拉壓力傳感器連接的試樣筒，從而可以通過(guò)拉壓力傳感器直接測(cè)得側(cè)向膨脹力換算得試樣側(cè)向應(yīng)力；試樣筒底部底板及頂部的上壓板為傳力板，均分別包括兩個(gè)半圓板，底部半圓板與底座之間、頂部半圓板與加壓蓋板之間設(shè)置滾珠以減小摩擦力，從而使測(cè)定結(jié)果更準(zhǔn)確。
作為本發(fā)明一種土體靜止側(cè)壓力系數(shù)測(cè)定儀的一種改進(jìn)，所述由兩個(gè)半圓形金屬板組成的底板、由兩個(gè)半圓形金屬板組成的上壓板及由兩個(gè)半圓筒組成的試樣筒的直徑斷口位于同一平面內(nèi)；從而使受力后，底板、上壓板以及試樣筒運(yùn)動(dòng)方向一致，保證了測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確。
作為本發(fā)明一種土體靜止側(cè)壓力系數(shù)測(cè)定儀的另一種改進(jìn)，所述底座頂部中間設(shè)有凸起的定位銷(xiāo)，所述底板底部設(shè)有與底座頂部定位銷(xiāo)配合的凹槽；通過(guò)凸起定位銷(xiāo)和凹槽的互相配合，從而使底板定位并牢固的固定于底座上，避免底板未放置于中心導(dǎo)致壓力不均勻使設(shè)備產(chǎn)生位移，從而保證了測(cè)定結(jié)果的準(zhǔn)確。
作為本發(fā)明一種土體靜止側(cè)壓力系數(shù)測(cè)定儀的另一種改進(jìn)，所述支承墊為固定在底座邊緣頂部的相對(duì)設(shè)置的長(zhǎng)方體墊塊，數(shù)量為2至4對(duì)。
作為本發(fā)明一種土體靜止側(cè)壓力系數(shù)測(cè)定儀的另一種改進(jìn)，所述拉壓力傳感器的數(shù)量為2至4對(duì)，相對(duì)均勻設(shè)置于試樣筒外側(cè)壁上。
作為本發(fā)明一種土體靜止側(cè)壓力系數(shù)測(cè)定儀的另一種改進(jìn)，所述第一滾珠腔組均勻分布于底板底部，滾珠腔內(nèi)布置滾珠，滾珠可在底座頂面自由滾動(dòng)。
作為本發(fā)明一種土體靜止側(cè)壓力系數(shù)測(cè)定儀的另一種改進(jìn)，所述第二滾珠腔組均勻分布于支承墊頂部，滾珠腔內(nèi)布置滾珠。
作為本發(fā)明一種土體靜止側(cè)壓力系數(shù)測(cè)定儀的另一種改進(jìn)，所述第三滾珠腔組均勻分布于加壓蓋板底部，滾珠腔內(nèi)布置滾珠。
作為本發(fā)明一種土體靜止側(cè)壓力系數(shù)測(cè)定儀的另一種改進(jìn)，所述加載裝置包括加壓油缸和頂邊可活動(dòng)的加壓框 ，所述加壓油缸和壓力室自下而上依次設(shè)于加壓框內(nèi)；通過(guò)加壓油缸對(duì)壓力室底座施壓，由加壓框頂邊提供反力，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)壓力室中試樣的加壓。
測(cè)定方法如下將待測(cè)土體置于試樣筒內(nèi)，通過(guò)加壓油缸加壓，從而通過(guò)加壓框頂邊提供反力，并將力分別通過(guò)荷重傳感器、加壓蓋板、第三滾珠組及上壓板傳遞到試樣頂部，并通過(guò)荷重傳感器測(cè)定豎向荷載，通過(guò)拉壓力傳感器測(cè)定側(cè)向膨脹力；根據(jù)試樣面積計(jì)=N'算得試樣豎向應(yīng)力％ S (N1為豎向荷重傳感器測(cè)量值；d為試樣直徑)，根據(jù)試樣直徑AU處的截面面積計(jì)算得側(cè)向應(yīng)力σ, = Α(Ν3為4個(gè)拉壓力傳感器測(cè)量值之和；h為試樣高a ■ η度)，靜止側(cè)壓力系數(shù)由側(cè)向應(yīng)力與豎向應(yīng)力的比值確定。
有益效果本發(fā)明提供的土體靜止側(cè)壓力系數(shù)測(cè)定儀結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便，測(cè)定結(jié)果準(zhǔn)確，適用范圍廣，可用于測(cè)定包括粗粒土及一般粘土、砂土在內(nèi)的各種土體的靜止側(cè)壓力系數(shù)。


圖1為本發(fā)明土體靜止側(cè)壓力系數(shù)測(cè)定儀的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為試樣筒結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為加壓蓋板結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4為底座結(jié)構(gòu)不意圖。
圖5為砂土試樣的Ktl-O I關(guān)系圖。
圖6為碎石土試樣的Ktl- σ I關(guān)系圖。
其中，附圖標(biāo)記分別為1為壓力室，2為加載裝置，3為測(cè)量控制裝置；101為底座，102為底板，103為支承墊，104為試樣筒，105為上壓板，106為加壓蓋板，107為荷重傳感器，108為拉壓力傳感器，109為定位銷(xiāo)，110為凹槽；201為加壓油缸，202為加壓框。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的土體靜止側(cè)壓力系數(shù)測(cè)定儀做出進(jìn)一步說(shuō)明。
土體靜止側(cè)壓力系數(shù)測(cè)定儀，見(jiàn)圖1至4，包括壓力室I、加載裝置2、測(cè)量控制裝置3。
壓力室I包括底座101、設(shè) 于底座101上的底板102和支承墊103、設(shè)于支承墊103 上的試樣筒104、與試樣筒104頂部開(kāi)口配合的上壓板105、自下而上依次設(shè)于上壓板105 上的加壓蓋板106和荷重傳感器107。本發(fā)明中，底座101頂部中間還設(shè)有凸起的定位銷(xiāo) 109，底板102底部設(shè)有與底座101頂部定位銷(xiāo)109配合的凹槽110 ;底板102為兩片半徑相同的半圓形金屬板組成的圓形底板，其底部均勻設(shè)置有第一滾珠腔組，第一滾珠腔組內(nèi)設(shè)有滾珠。本發(fā)明中，支承墊103為固定在底座101邊緣頂部相對(duì)設(shè)置的墊塊，可選地，支承墊103為2至4對(duì)相對(duì)設(shè)置的長(zhǎng)方體墊塊；支承墊103頂部均勻設(shè)置有第二滾珠腔組，第二滾珠腔組內(nèi)設(shè)有滾珠。試樣筒104為由兩個(gè)半徑相同的半圓筒組成并在外側(cè)壁上通過(guò)2 對(duì)拉壓力傳感器108連接的圓筒，可選地，拉壓力傳感器108的數(shù)量也可以根據(jù)需要設(shè)置為二對(duì)以上任意合理的數(shù)量，相對(duì)均勻設(shè)置于試樣筒104外側(cè)壁上，優(yōu)選地為2至4對(duì)；上壓板105為兩片半徑相同的半圓形金屬板組成的圓形上壓板；加壓蓋板106下底面均勻設(shè)置有第三滾珠腔組，第三滾珠腔組內(nèi)設(shè)有滾珠。由兩個(gè)半圓形金屬板組成的底板102、由兩個(gè)半圓形金屬板組成的上壓板105及由兩個(gè)半圓筒組成的試樣筒104的直徑斷口位于同一平面內(nèi)。
加載裝置2包括加壓油缸201和頂邊可活動(dòng)的加壓框202，所述加壓油缸201和壓力室I自下而上依次設(shè)于加壓框202內(nèi)。
測(cè)量控制裝置3的信號(hào)接口分別與加載裝置2、荷重傳感器107以及拉壓力傳感器 108連接，測(cè)量控制裝置3輸出信號(hào)至加載裝置2，荷重傳感器107和拉壓力傳感器108輸出信號(hào)至測(cè)量控制裝置3。
下面利用上述土體靜止側(cè)壓力系數(shù)測(cè)定儀測(cè)定不同土體的靜止側(cè)壓力系數(shù)。
(I)測(cè)定砂土的靜止側(cè)壓力系數(shù)，試樣直徑為40cm，試樣高度為30cm。
測(cè)定方法、條件軸向加載裝置施加垂直荷載，荷載由荷重傳感器測(cè)量；垂直荷載施加后，試樣有側(cè)向變形趨勢(shì)，通過(guò)連接試樣筒的拉壓力傳感器限制試樣側(cè)向變形，測(cè)得此時(shí)的試樣側(cè)向膨脹力；側(cè)向力由2對(duì)拉壓力傳感器測(cè)量；豎向應(yīng)力和側(cè)向應(yīng)力根據(jù)測(cè)量的垂直荷載和側(cè)向力換算得出；靜止側(cè)壓力系數(shù)由側(cè)向應(yīng)力與豎向應(yīng)力之比求得。
測(cè)定結(jié)果試驗(yàn)豎向力、側(cè)向力I、側(cè)向力2、側(cè)向力3、側(cè)向力4的測(cè)量值示于表I。 從而，可計(jì)算得對(duì)應(yīng)豎向應(yīng)力和側(cè)向應(yīng)力時(shí)的靜止側(cè)壓力系數(shù)K。，并可繪出豎向應(yīng)力與靜止側(cè)壓力系數(shù)關(guān)系曲線，如圖5示。所測(cè)定的靜止側(cè)壓力系數(shù)符合一般認(rèn)識(shí)。
權(quán)利要求
1.一種土體靜止側(cè)壓力系數(shù)測(cè)定儀，其特征在于包括壓力室(I)、加載裝置(2)、測(cè)量控制裝置(3);所述加載裝置(2)與壓力室(I)連接；所述壓力室(I)包括底座(101)、設(shè)于底座(101)上的底板(102)和支承墊(103)、設(shè)于支承墊(103)上的試樣筒(104)、與試樣筒(104)頂部開(kāi)口配合的上壓板(105)、自下而上依次設(shè)于上壓板(105)上的加壓蓋板(106)和荷重傳感器(107);所述底板(102)為兩片半徑相同的半圓形金屬板組成的圓形底板；所述底板(102)底部設(shè)有第一滾珠腔組，所述第一滾珠腔組內(nèi)設(shè)有滾珠；所述支承墊(103)頂部設(shè)有第二滾珠腔組，所述第二滾珠腔組內(nèi)設(shè)有滾珠；所述試樣筒(104)為由兩個(gè)半徑相同的半圓筒組成并在外側(cè)壁上通過(guò)至少二對(duì)拉壓力傳感器(108)連接的圓筒；所述上壓板(105)為兩片半徑相同的半圓形金屬板組成的圓形上壓板；所述加壓蓋板(106)下底面設(shè)有第三滾珠腔組，所述第三滾珠腔組內(nèi)設(shè)有滾珠；所述測(cè)量控制裝置(3)的信號(hào)接口分別與加載裝置(2)、荷重傳感器(107)以及拉壓力傳感器(108)連接；所述測(cè)量控制裝置(3)輸出信號(hào)至加載裝置(2)，所述荷重傳感器(107)和拉壓力傳感器(108)輸出信號(hào)至測(cè)量控制裝置(3)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種土體靜止側(cè)壓力系數(shù)測(cè)定儀，其特征在于所述由兩個(gè)半圓形金屬板組成的底板(102)、由兩個(gè)半圓形金屬板組成的上壓板(105)及由兩個(gè)半圓筒組成的試樣筒(104)的直徑斷口位于同一平面內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種土體靜止側(cè)壓力系數(shù)測(cè)定儀，其特征在于所述底座(101)頂部中間設(shè)有定位銷(xiāo)(109)，所述底板(102)底部設(shè)有與底座(101)頂部定位銷(xiāo)(109)配合的凹槽(110)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種土體靜止側(cè)壓力系數(shù)測(cè)定儀，其特征在于所述支承墊(103)為固定在底座(101)邊緣頂部的相對(duì)設(shè)置的長(zhǎng)方體墊塊，數(shù)量為2至4對(duì)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種土體靜止側(cè)壓力系數(shù)測(cè)定儀，其特征在于所述拉壓力傳感器(108)的數(shù)量為2至4對(duì)，相對(duì)均勻設(shè)置于試樣筒(104)外側(cè)壁上。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種土體靜止側(cè)壓力系數(shù)測(cè)定儀，其特征在于所述第一滾珠腔組均勻分布于底板(102)底部。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種土體靜止側(cè)壓力系數(shù)測(cè)定儀，其特征在于所述第二滾珠腔組均勻分布于支承墊(103)頂部。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種土體靜止側(cè)壓力系數(shù)測(cè)定儀，其特征在于所述第三滾珠腔組均勻分布于加壓蓋板(106)底部。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種土體靜止側(cè)壓力系數(shù)測(cè)定儀，其特征在于所述加載裝置(2 )包括加壓油缸(201)和頂邊可活動(dòng)的加壓框(202 )，所述加壓油缸(201)和壓力室(I)自下而上依次設(shè)于加壓框(202)內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種土體靜止側(cè)壓力系數(shù)測(cè)定儀，包括壓力室、加載裝置、測(cè)量控制裝置；所述加載裝置設(shè)于壓力室頂部或底部；所述壓力室包括底座、設(shè)于底座上的底板和支承墊、設(shè)于支承墊上的試樣筒、與試樣筒頂部開(kāi)口配合的上壓板、自下而上依次設(shè)于上壓板上的加壓蓋板和荷重傳感器；所述底板為兩片半徑相同的半圓形金屬板組成的圓形底板；所述試樣筒由兩個(gè)半圓筒組成并在外側(cè)壁上通過(guò)至少二對(duì)拉壓力傳感器連接；所述上壓板由半圓形金屬板組成；所述測(cè)量控制裝置的信號(hào)接口分別與加載裝置、荷重傳感器以及拉壓力傳感器連接，所述測(cè)量控制裝置輸出信號(hào)至加載裝置，所述荷重傳感器和拉壓力傳感器輸出信號(hào)至測(cè)量控制裝置。該測(cè)定儀結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適用范圍廣。
文檔編號(hào)G01N3/12GK102980809SQ20121047396
公開(kāi)日2013年3月20日 申請(qǐng)日期2012年11月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月20日
發(fā)明者朱俊高, 安淑紅, 朱夢(mèng)媛 申請(qǐng)人:河海大學(xué)