[发明专利]室内快速加荷固结试验设备及其方法

说明书

                          技术领域

本发明涉及一种室内土工试验系统及方法，属于岩土工程勘察领域。主要用于各类建筑物、构筑物的地基变形特性指标的测试，尤其在现场不具备试验条件、工期紧张以及试验精度要求高等情况下利用本方法能够快速准确地测定建筑地基变形特性指标，通过所获得的地基变形特性指标进行建筑物的地基与基础设计。

                          背景技术

土工试验是为岩土工程设计与施工提供科学依据的必要的手段。固结试验是一种模拟地基土体受到附加应力后产生相应变形的室内缩尺模型试验。随着新的岩土工程勘察规范的颁布，设计部门对固结试验及其地基土的变形特性指标的选用要求越来越高。以往用压缩试验所得的压缩性指标近似代替固结特性指标进行建筑物地基基础设计的做法已被禁止，固结特性指标必须通过固结试验来确定。

但是长期以来，多数土工试验仍停留在通过人工测试采集数据的原始、繁琐的阶段。按照常规固结试验传统的逐级加载方式，对于粘性土试样施加的每级荷载需维持24小时，按照试验规程要求每个试样需加荷8～16级，则一个试验周期往往需要8～16天。如有特殊需要(对于高层建筑物地基)，则试验周期将超过20天。如此长的试验周期是业主和设计施工等部门所难以承受的，因此，改进固结试验设备及其方法是岩土工程勘察领域迫切的需求。

目前，国内外同行专家对连续加荷固结试验方法进行了一定的研究，但其成果并未得到推广普及应用。各勘察单位的实验室只能采用常规的方法进行固结试验，又因为常规固结试验具有试验历时长、试验手段陈旧、试验结果人为影响因素大等缺陷，致使相关单位对固结试验产生抵触情绪，从而以压缩试验结果代替固结试验结果，最终导致不能准确地提供科学可靠的地基变形特性指标。

中国专利CN1724993中公开了一种室内动力排水固结试验系统及其方法，它是将土样放置在一应变式三轴压力室内，然后通过人工施加一定的冲击载荷完成对土样的压缩，进行固结试验，这种实验方法具有快速的特点，但是由于冲击载荷与实际的工况的静负荷相差甚远，所获得的力学特性指标只反映土的动力特性参数，如果用冲击载荷而得到的试验结果来指导静载荷的工况条件下的应用，其准确性让人怀疑。并且使用CN1724993中公开的方法的设备中还需要有浮点工程动测仪等辅助设备，其位移传感器则是用两个百分表测量位移，其精度受到一定的限制，并且由于需要人工调整和读数，存在一定的人为误差，其试验方法和过程也就比较复杂而不准确。

                              发明内容

为了克服常规固结试验历时长、手段陈旧、试验精度低等缺点，本发明要解决的技术问题是提供一种能够快速、准确的获取地基变形特性指标的室内快速加荷固结试验设备及其方法。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

本发明所用的室内快速加荷固结试验设备包括竖向荷载施加装置、放置试验土样用的固结容器、设置在固结容器和竖向荷载施加装置的之间液体压力传感器和变形传感器、与液体压力传感器和变形传感器及应变仪连接的PC计算机；竖向荷载施加装置为连续施力的加压设备，固结容器设置在竖向荷载施加装置底部的加压活塞台板上；液体压力传感器和位移传感器和PC计算机之间还连接有静态电阻应变仪。

本发明设备的竖向荷载施加装置的具体结构为：自上到下依次设置有加压框架、固结容器、加压活塞台板和加压稳压系统，加压稳压系统与加压控制系统连接；加压框架中间设置有安装位移传感器的竖向圆孔，位移传感器与固结容器的传压承载板的上端连接，在固结容器的底座处安装液体压力传感器。竖向荷载施加装置可以充分利用现有常规固结试验仪的加压装置，如对于磅秤式固结仪，其竖向荷载施加装置为杠杆式，对于气压式固结仪，其竖向荷载施加装置为气缸式。

本发明设备的固结容器的具体结构为：固结容器的底座置于竖向荷载施加装置的加压活塞台板上，固结容器的底座的上部周边设置加压护环，加压护环和底座之间通过紧固螺栓固定连接，加压护环和底座之间设置有密封圈，密封圈和加压护环将试验土样的底部密封；使试验土样承受荷载时的双面排水变为单面排水。底座的中部设置有连接着液体压力传感器的下透水板；加压护环上设置有加压紧固螺栓，导向环设置在加压紧固螺栓上面；导向环内设置有盛放试验土样的环刀，试验土样上面设有上透水板，上透水板上面设置有传压承载板；在底座上设置有安装位移传感器的位移传感器支架。