[发明专利]一种变速率孔压静力触探测试装置

说明书

 

技术领域

本发明属于土木工程领域，涉及一种变速率孔压静力触探测试装置。

 

背景技术

孔压静力触探测试技术是指利用压力装置将带有触探头的触探杆压入试验土层，通过量测系统测试土的锥尖阻力、侧壁摩阻力和孔隙水压力等，可确定土的某些基本物理力学特性，如土的变形模量、土的容许承载力等。国际上孔压静力触探技术至今已有30多年的历史。国际上广泛应用孔压静力触探测试技术，部分或全部代替了工程勘察中的钻探和取样。我国目前广泛应用的是电测式静力触探，服务于工程勘察，然而并不测量贯入过程中孔隙水压力，与国际广泛采用的孔压静力触探测试技术相比存在很大的差距。尽管如此，国内许多研究机构对该测试技术进行了不断的引入和改造。孔压静力触探测试技术在我国经历了长期的研制之后，目前正处于推广和普及阶段。然而，在工程实践中，孔压静力触探测试技术的应用仍然存在一系列的难题，主要包括贯入机理与排水条件分析等。

为了研究孔压静力触探的贯入机理，国内外的学者和研究机构进行了一系列的试验研究工作，首当其冲的便是进行标定槽试验。为了模拟土的原位测试，国外研究机构进行了大型的标定槽试验，以控制测试中的排水条件和应力条件，得出测试成果和边界条件的相关关系。国外的模型试验起步较早，开展较多，自动化程度也较高，对标定槽的边界条件、尺寸效应等问题已有较为深入的研究。但所用的标定槽大多较小，直径、高度一般都不超过2 m，多采用微型探头。同时所有的标定槽试验中均不能实现对孔压静力触探贯入过程中排水条件的控制。研究表明，孔压静力触探探头在贯入过程中，从排水变换至不排水条件时，所测得的关键指标锥尖阻力变化幅度可达±30%，说明对贯入过程中排水条件的正确理解是保证测试结果精确可靠的重要前提。尤其是对粉土而言，排水条件复杂多变，更需要可靠的分析。

孔压静力触探探头贯入过程的排水条件与探头的贯入速率密切相关，通常认为在标准速率200mm/s的条件下，对砂土为完全排水，对粘土为不排水，对粉土则排水条件不明，应当介于上述两者之间；贯入速率越低，则约趋于完全排水。因此，为实现粘土中的排水测试，需要降低孔压静力触探探头的贯入速率。利用这一原理，结合常规标定槽，本发明提出了一种利用变速率与变探头尺寸测试来分析孔压静力触探测试贯入机理与排水条件的柔性壁标定槽。

 

发明内容

技术问题：本发明针对国内外现有孔压静力触探标定槽存在的缺陷，提出一种方便、快捷、精确的评价孔压静力触探贯入过程中排水条件的改变以及其对测试结果影响的变速率孔压静力触探测试装置。

技术方案：本发明的一种变速率孔压静力触探测试装置，包括从上至下依次连接设置的孔压静力触探测试系统、柔性壁标定槽和孔压记录仪，孔压静力触探测试系统包括用于采集测试数据和控制探头贯入速率的数据采集与控制系统、提供贯入反力的反压架和通过卡瓦固定在反压架上的孔压静力触探探头，孔压静力触探探头通过数据传输线与数据采集与控制系统连接，孔压静力触探探头包括从上至下依次连接的探杆、侧壁摩擦筒、孔压过滤环和圆锥头；柔性壁标定槽包括顶板、底部固定环、设置在底部固定环内侧的底板、与底板下侧固定连接的活塞、连接顶板和底部固定环的环形的外壁、连接顶板和底板的环形的薄膜、内壁，薄膜、内壁和外壁从内至外依次设置，外壁由多个不锈钢环从下至上依次叠加而成，环形密封圈设置在顶板与薄膜的接缝处，外壁外侧设置有周向对称排列的多根螺杆，将顶板和底部固定环固定拉紧；顶板上设置有用于穿过孔压静力触探探头的测试孔，底板上设置有排水孔和多根竖向孔压管，排水孔的底部开口与排水管连接，竖向孔压管的底部开口设置有孔压传感器电路元件；在活塞底部设有活塞导承，孔压传感器电路元件通过数据传输线穿过活塞与活塞导承中的小孔与孔压记录仪连接。

本发明中，数据采集与控制系统可控制孔压静力触探探头的贯入速率变化范围为0.01mm/s至200mm/s，可根据测试需求具体选择。

本发明中，孔压静力触探探头的侧壁摩擦筒外径变化范围为1.13cm至3.57cm，表面积变化范围为15cm²至150cm²。

本发明中，孔压静力触探探头的孔压过滤环外径与圆锥头锥底外径相同，为1.13cm至3.57cm。

本发明中，孔压静力触探探头的圆锥头顶角为60°，探头外径为1.13cm至3.57cm。

本发明中，柔性壁标定槽外壁中单个不锈钢环的高度为0.4m至0.6m，外径为1.0m至1.8m，内径为0.9m至1.7m。