[发明专利]一种应力应变式的有效静止侧压力系数的测试装置

说明书

技术领域

本发明属于岩土工程土工试验领域，尤其涉及一种地下工程的测试设备。

背景技术

在工程勘察设计中，土体静止侧压力系数K0值是地下岩土工程设计的一个基本且非常重要的参数，确定水平场地中的应力状态、计算静止侧压力和泊松比、桩侧向摩擦力、地下洞室边墙、隧道衬砌和土中填埋管道等地下结构物设计都需要准确的静止侧压力系数。

在土工室试验方法中，静止侧压力系数静止侧压力系数试验主要有固结仪法、三轴仪法及静止侧压力仪法3种方法。而由于固结仪法试验误差较大，三轴仪法操作步骤繁琐，故生产中应用较少。采用最多的是静止侧压力系数固结仪，目前已有将气压与静止侧压力仪结合的尝试，但还未在实际中应用。该技术方案能够解决自动加荷等问题，但由于是气压加压装置，会出现气压不稳的情况，使得数据在采集过程中波动较大；现有的K0固结仪为应力式，试验过程中一般选取四个点绘制趋势线，精度偏低；现有的K0固结仪都忽略了孔隙水压力消散对K0系数的影响，致使测得的K0系数较实际有偏差。现有的K0固结仪拆装极为不便，容器中乳胶膜较厚，影响试验精度。

与本发明最接近的现有技术中，固结仪一般主要包含带有反力装置的底座，容器位于底座的上方或者直接安装在底座上，轴向测力装置固定在反力装置上，并悬挂在容器中心的上部，侧向测力装置固定在容器侧壁上，底座的下部或内部设有加压装置，加压装置能抬升所述容器。具体操作为土样放入容器内，加压装置加压抬升容器至轴向测力装置，在反力装置的反作用力下对土样进行压缩，分别通过轴向测力装置和侧向测力装置对轴向应力和侧向应力进行检测，计算得出静止侧压力系数K0。缺点是只能进行应力或应变检测，无法同时获得应力和应变的数据。没有考虑到土样内的孔隙水压力消散对检测结果的影响，从而无法得到符合实际的静止侧压力系数K0。

发明内容

本发明提供了一种应力应变式的有效静止侧压力系数的测试装置，其采用自动的机械式加荷，一方面解决气压加压不稳定问题，另一方面可实现应变式静止侧压力系数试验；仪器中加装孔隙水压力传感器，以测得试验过程中的孔隙水压力；底座和容器之间采用卡盘式的连接，将下透水板设计嵌入至卡盘突出部分中，可降低反复装卸对容器的磨损。

基本技术方案为：一种应力应变式的有效静止侧压力系数的测试装置，主要包含带有反力装置的底座，容器位于底座的上方，轴向测力装置固定在反力装置上，并悬挂在容器中心的上部，底座上设有加压装置，加压装置能抬升容器至轴向测力装置；加压装置为纵向设置蜗轮蜗杆和电机控制装置，蜗轮蜗杆的顶部固定一个底盘；蜗轮蜗杆与电机控制装置连接；卡盘放置在底盘的上部，在卡盘表面的中间设有突出部分，突出部分内设有凹槽，容器卡入卡盘内，旋转卡盘，使突出部分与容器紧密接触，容器与突出部分紧密接触部分设有密封圈密封，在凹槽内部设置排水孔，在卡盘内设置排水管，排水管的一端与排水孔连接，另一端穿出卡盘，并与孔隙水压力传感器连接。

基于上述技术特征，做为一种优化，下透水板嵌入并覆盖突出部分的底部，可降低反复装卸对容器的磨损。

本发明的测试装置可自由选择应变式或者应力式进行全自动静止侧压力系数试验，并且可根据实际情况选择测静止侧压力系数或者测有效静止侧压力系数。

本申请与现有的静止侧压力系数固结仪相比，主要区别在于：

1.现有的静止侧压力系数固结仪大多为应力式，并且加荷多为人工加荷，极少数为气压加压，本技术中，采用蜗轮蜗杆传动装置实现全自动加压，即大大减轻了体力劳动，而且避免了气压装置中压力不稳及气管老化引起漏气的情况，采用该加压方式，不仅可以做常规的应力式静止侧压力系数试验，还可根据实际工程需要，通过对蜗轮蜗杆传动装置的控制，实现应变式的静止侧压力系数试验，试验结果更为精确。

2.现有的静止侧压力系数固结仪均不能对试样底部孔隙水压力进行检测。本技术中，将底座与容器连接处进行密闭处理，将试样底部排出的水全部引入底座排水孔中，在与排水孔连接的排水管端安装孔隙水压力传感器，以测得静止侧压力系数试验过程中试样底部的孔隙水压力，从而计算试样的有效静止侧压力系数。

3.现有的静止侧压力系数固结仪底座与容器通常为用螺丝固定在一起，退土时通常为用刀将试样从容器中挖出，操作极为不便，且下透水板直接接触容器侧壁，为防止容器的损坏，通常容器中会设置较厚的乳胶膜，影响试验精度。本申请技术中，底座和容器之间采用卡盘式的连接，转动卡盘，即可将容器从底座上取下，方便退土；将下透水板设计嵌入卡盘的突出部分，可降低试验过程中透水板的移动对容器的损坏，减少试验误差。