[发明专利]一种可模拟真实土体等刚度边界条件的CPT试验装置及测试方法

说明书

本发明公开了一种可模拟真实土体等刚度边界条件的CPT试验装置及测试方法，本发明的试验装置主要包括：外箱、土样盒、加压盖板等。其中内箱由多个等刚度侧壁单元组成；本发明通过弹簧模拟远场等刚度土体，解决了室内试验中无法精确模拟土体边界条件的问题，操作简单，试验结果准确，优势突出。通过本发明的实验装置可在室内开展复杂土体的CPT静力触探研究，为真实情况下复杂地层的解译提供研究基础。

技术领域

本发明属于土木工程技术领域，涉及一种可模拟真实土体等刚度边界条件的CPT(cone penetration test)试验装置及测试方法。

背景技术

在岩土工程勘察中，CPT静力触探是获取地层参数的重要测试方法。近年来，随着土木工程建设向着地质条件更加复杂的区域(含气地层、泥沙混合地层等)延伸，通过CPT测试数据的解译来反映真实地层条件变得更加困难。因此，在实验室中开展复杂土体的CPT静力触探试验研究十分必要，为复杂地层的解译提供研究基础。但是，真实的土体边界条件为等刚度边界，即CPT插入土体过程中会引起CPT探杆侧壁与土体界面的剪切作用，这将导致界面附近土体产生剪胀、剪缩现象，等刚度边界条件下界面土体的剪胀、剪缩将引起探杆侧壁受到的土体法向力发生变化，从而使得CPT探杆测得的侧壁摩擦力的改变。为了消除室内CPT静力触探试验中土体边界条件不准确的问题，通常采用的做法是增加土体的范围，一般来讲，CPT探杆中心点到土体边界的距离应该大于100D(D为CPT探杆直径)，这就导致了CPT静力触探试验需要大量的实验土体，使得实验过程费时费力。目前来看，现在的实验内CPT静力触探模拟试验基本上只是常应力边界条件，即土对探杆侧壁的法向力保持不变，这与真实土体边界条件不符，因此实验室试验结果难以准确反映实际情况。

发明内容

本发明针对实验室CPT静力触探试验过程中土体边界条件无法反映真实土体边界的问题，提出了一种可模拟真实土体等刚度边界条件的CPT试验装置及测试方法。本发明通过不同刚度的弹簧模拟远场土体等效刚度，通过上部加压盖板中的加压气囊施加竖向应力来模拟不同深度处的土体；并通过CPT探杆测量贯入过程中的锥尖和侧壁阻力，用获得的阻力数据反演获得土体的力学性质。具有土体边界刚度可调节、加载方便、边界条件更为贴合实际情况等诸多优点，解决了实验室内CPT静力触探试验中边界条件与实际不相符的问题，能够保证室内试验与现场实际测试具有一致性。

本发明采取以下技术方案：

一种可模拟真实土体等刚度边界条件的CPT试验装置，包括外箱、土样盒、加压盖板和CPC探杆，

所述的土样盒设于外箱内，所述的外箱和土样盒之间设有限位板，所述的加压盖板设于外箱顶部；所述的限位板上开有限位孔；

所述的土样盒为正方体结构，其侧面由若干个等刚度侧壁单元组成；所述的土样盒内部铺有土工织物；所述的等刚度侧壁单元内侧为一块平整钢板，位于同一侧的等刚度侧壁单元的内侧面在同一平面内；所述的等刚度侧壁单元外侧设有弹簧和若干限位柱，所述的弹簧可更换，限位柱用于限制弹簧只发生轴向位移；限位柱的另一端插入限位孔中，可限制等刚度侧壁单元只发生轴向位移；相邻的等刚度侧壁单元之间由橡胶条连接；

所述的加压盖板下方设有加压气囊，加压盖板上开有气孔，通过气孔向加压气囊内注入压缩空气从而向土样施加竖向压力；加压盖板上还设有气压计，用于监测加压气囊内的压力；加压盖板中心处还设有静力触探孔，供所述的CPC探杆穿过。

上述技术方案中，优选的，所述的外箱上方连接有反力架，反力架上设有步进电机，步进电机与CPT探杆上端连接。

优选的，所述的外箱下部设有排水孔，用于土样的排水固结以及控制试验过程中的排水条件。

优选的，所述的加压盖板与外箱采用螺栓连接。

优选的，所述的土样盒用于盛放土样，土样内设置有孔压计和土压力计，用于测量土样内孔压和土压力响应。