真空预压作用下土体固结变形的测量装置及测量方法与流程

本发明涉及土工室内试验技术领域，尤其是涉及一种真空预压作用下土体固结变形的测量装置及测量方法。

背景技术：

真空预压是通过覆盖于土体的密封膜下抽真空，使膜内外形成气压差，使土体产生固结压力，即在总应力不变的情况下，通过减小孔隙水压力来增加有效应力。固结变形是土体压缩特性及排水特性研究的重要内容，真空预压作用可加速排水，提高排水量，增加土体的强度，开展其作用下土体固结变形研究对土体工程特性研究具有重要的意义。

真空预压作用下土体固结变形测量装置是一种用于测试真空预压条件下土体固结变形的仪器，对土体固结特性及强度特性研究具有一定的意义，目前的固结测试装置及方法不能实现一定真空预压排水条件下土体固结变形的精准测量。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的不足之处，本发明的目的是提供一种真空预压作用下土体固结变形的测量装置及测量方法，可以用来测量真空预压排水条件下土体固结变形量，从而提高了科研水平。

本发明所采用的技术方案如下：

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种真空预压作用下土体固结变形的测量装置，包括抽气机、土样室、储水室、砝码、竖杆和百分表，所述土样室具有上端开口的土样腔，所述土样室的上端开口通过顶板活动封闭，所述顶板可在土样腔上下升降运动，所述抽气机通过导管与土样室的土样腔密闭连通，所述土样室的土样腔中设有若干个排水管，所述排水管左右两侧分布设有若干个与土样室的土样腔相连通的排水孔，所述土样室底部设有储水室，所有排水管底部出水管口贯穿土样室底部并置于储水室内部；所述土样室顶部设有可在土样腔上下升降运动的承重台，所述承重台的顶部放置有砝码；所述竖杆通过高度调节旋钮连接设有支架，所述支架可借助高度调节旋钮相对于竖杆上下升降运动，所述支架上设有朝向砝码的百分表，所述百分表的测量触头配合指向砝码。

为了更好地实现本发明，本测量装置还包括底板，所述竖杆下端端部固定连接于底板上表面，所述支架右端端部通过高度调节旋钮活动连接于竖杆上，所述百分表设置于支架左端端部。

进一步的技术方案是：所述底板顶部设有底座，所述储水室放置于底座上方。

本发明提供一种优选的承重台结构技术方案是：所述承重台包括上平板，所述砝码放置于上平板上方，所述上平板底部固定连接有三个与顶板相配合的支柱；所述土样室的顶板上开有与所述排水管顶部管口一一对应的通孔；所述上平板为直径17.3cm的圆形板，所述支柱的高度为9.9cm。

作为优选，所述导管的一端管口与土样室的土样腔密闭连通，导管的另一端管口与抽气机底部抽气口密闭连通；所述导管上设有阀门。

作为优选，所述高度调节旋钮为螺纹旋钮。

作为优选，所述排水管数量为两个，所述排水管顶端贯穿超出顶板上表面的高度为2.4cm，排水管底端贯穿超出土样室底部的高度为1.5cm。

作为优选，每个所述排水管的直径均为0.7cm；每个所述排水管上开有六个排水孔。

作为优选，所述土样室的直径为20cm，土样室的高度为10cm；所述储水室的直径为33.6cm，储水室的高度为4.2cm。

一种真空预压作用下土体固结变形的测量方法，其方法步骤如下：

A、试验前，在土样室的土样腔中填充土料，并对土料进行压实，形成一定干密度的圆柱形土体，然后向土样室的上端开口盖上顶板并通过顶板封闭土样室的上端开口，在顶板上方放置承重台，接着在承重台上方放置所需重量的砝码；通过高度调节旋钮使得支架相对于竖杆下降运动，让支架上百分表的测量触头与砝码顶面相接触，并且调零百分表的指针读数；

B、试验开始时，打开导管上的阀门，启动抽气机对土样室内圆柱形土体中的空气进行抽气，直至圆柱形土体处于真空环境；在抽气机抽气工作的同时，圆柱形土体中的水经过排水孔排放到各个排水管中，各个排水管将水排放到储水室中；顶板在所有砝码的压力作用下水平向下运动，顶板水平向下压缩圆柱形土体，圆柱形土体高度下降并固结排水；待圆柱形土体固结排水一定时间t后，关闭抽气机及阀门；在每个时间间隔T处读取百分表的读数并记录，即可完成真空预压作用下土体固结变形的测量；

C、试验完成后，通过高度调节旋钮使得支架相对于竖杆上升运动，并让支架上百分表的测量触头与砝码顶面相脱离，取掉砝码、承重台、顶板，记录并统计所得到的各个数据，并清除掉试验中土样室中的余土，以备进行下次试验。

本发明较现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

(1)本发明通过抽气机可以实现对土样室进行抽真空操作，可以实现真空预压作用下土体的固结变形测量；圆柱形土体排水的固结试验模拟压力可以通过砝码所提供的重力施加，砝码的重力通过承重台传输给顶板，通过顶板压缩圆柱形土体，实现在真空预压作用下土体固结变形操作，通过添加砝码的重力大小、作用时间、百分表读数就可以反映出圆柱形土体的固结变形情况。

(2)本发明通过在土样室不同位置设置排水管，并在排水管表面布设排水孔，有利于圆柱形土样室中的压实土体固结排水，并通过抽气机的设置，可实现不同密度土体的真空预压及非真空预压两种工况下固结变形的相关试验，对不同密度土体固结变形特性研究具有一定的理论意义和工程意义。

(3)本发明通过排水管及排水孔的设计，可实现土体的快速固结排水。本发明通过储水室可以称出圆柱形土体排出水的质量，方便计算固结系数。

(4)本发明装置结构简单，操作方便，加工工艺流程简单，加工成本低廉，易于在生产和教学中推广应用。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

其中，附图中的附图标记所对应的名称为：

1－抽气机，2－阀门，3－导管，4－排水孔，5－土样室，6－储水室，7－底座，8－底板，9－圆柱形土体，10－排水管，11－顶板，12－承重台，13－砝码，14－百分表，15－支架，16－高度调节旋钮，17－竖杆。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明：

实施例

如图1所示，一种真空预压作用下土体固结变形的测量装置，包括抽气机1、土样室5、储水室6、砝码13、竖杆17和百分表14，土样室5具有上端开口的土样腔，土样室5的土样腔用于放置土样并制备出圆柱形土体9，土样室5的上端开口通过顶板11活动封闭，顶板11可在土样腔上下升降运动，顶板11的直径与土样室5的内径及圆柱形土体9顶面圆的直径相同，顶板11的强度较大，顶板11能够承受一定的荷载，顶板11用于承接承重台12及砝码13的重量，顶板11在承重台12及砝码13重力作用下挤压土样室5中圆柱形土体9，加速圆柱形土体9中水从排水管10中排出。抽气机1通过导管3与土样室5的土样腔密闭连通，土样室5的土样腔中设有若干个排水管10，排水管10左右两侧分布设有若干个与土样室5的土样腔相连通的排水孔4，土样室5底部设有储水室6，所有排水管10底部出水管口贯穿土样室5底部并置于储水室6内部。排水管10将土样室5的土样腔中圆柱形土体9的水排出到储水室6中。土样室5顶部设有可在土样腔上下升降运动的承重台12，承重台12的顶部放置有砝码13，承重台12用于支撑起砝码13，并将砝码13的重力传输给土样室5中的圆柱形土体9。竖杆17通过高度调节旋钮16连接设有支架15，支架15可借助高度调节旋钮16相对于竖杆17上下升降运动，支架15上设有朝向砝码13的百分表14，百分表14的测量触头配合指向砝码13。

本测量装置还包括底板8，竖杆17下端端部固定连接于底板8上表面，支架15右端端部通过高度调节旋钮16活动连接于竖杆17上，本实施例的高度调节旋钮16优选为螺纹旋钮；百分表14设置于支架15左端端部。

如图1所示，底板8顶部设有底座7，储水室6放置于底座7上方，底座7用于支撑起储水室6。

如图1所示，承重台12包括上平板，砝码13放置于上平板上方，上平板底部固定连接有三个与顶板11相配合的支柱，三个支柱的强度均较高。土样室5的顶板11上开有与排水管10顶部管口一一对应的通孔。上平板为直径17.3cm的圆形板，支柱的高度为9.9cm。

本实施例优选导管3的一端管口与土样室5的土样腔密闭连通，导管3的另一端管口与抽气机1底部抽气口密闭连通。导管3上设有阀门2。本实施例的抽气机1型号为XD-40，抽气机1用于抽气，进而使得圆柱形土体9处于真空环境。

本实施例优选的排水管10数量为两个，排水管10顶端贯穿超出顶板11上表面的高度为2.4cm，排水管10底端贯穿超出土样室5底部的高度为1.5cm。

根据本发明的一个实施例，每个排水管10的直径均为0.7cm；每个排水管10上开有六个排水孔4。

根据本发明的一个实施例，土样室5的直径为20cm，土样室5的高度为10cm；土样室5用于固定圆柱形土体9。储水室6的直径为33.6cm，储水室6的高度为4.2cm，储水室6用于存放圆柱形土体9固结过程中所排出的水。

一种真空预压作用下土体固结变形的测量方法，其方法步骤如下：

A、试验前，在土样室5的土样腔中填充土料，并对土料进行压实，形成一定干密度的圆柱形土体9，然后向土样室5的上端开口盖上顶板11并通过顶板11封闭土样室5的上端开口，在顶板11上方放置承重台12，接着在承重台12上方放置所需重量的砝码13；通过高度调节旋钮16使得支架15相对于竖杆17下降运动，让支架15上百分表14的测量触头与砝码13顶面相接触，并且调零百分表14的指针读数。

B、试验开始时，打开导管3上的阀门2，启动抽气机1对土样室内圆柱形土体9中的空气进行抽气，直至圆柱形土体9处于真空环境；在抽气机1抽气工作的同时，圆柱形土体9中的水经过排水孔4排放到各个排水管10中，各个排水管10将水排放到储水室6中；顶板11在所有砝码13的压力作用下水平向下运动，顶板11水平向下压缩圆柱形土体9，圆柱形土体9高度下降并固结排水；顶板11下降时，所有排水管10顶部管口一一对应穿过顶板11的各个通孔，然后所有排水管10顶部管口置于承重台12内部空腔中，这样排水管10顶部管口就不会被顶板11阻碍，圆柱形土体9固结排水后，圆柱形土体9的高度就会下降，顶板11也就随着下降并继续压缩圆柱形土体9。待圆柱形土体9固结排水一定时间t后，关闭抽气机1及阀门2；在每个时间间隔T处读取百分表14的读数并记录，即可完成真空预压作用下土体固结变形的测量。

C、试验完成后，通过高度调节旋钮16使得支架15相对于竖杆17上升运动，并让支架15上百分表14的测量触头与砝码13顶面相脱离，取掉砝码13、承重台12、顶板11，记录并统计所得到的各个数据，并清除掉试验中土样室中的余土，以备进行下次试验。

上述实施方式只是本发明的一个优选实施例，并不是用来限制本发明的实施与权利范围的，凡依据本发明申请专利保护范围所述的内容做出的等效变化和近似替换，均应落在本发明的保护范围内。