一种具有同步测试孔隙水压力功能的扁铲侧胀仪的制作方法

本发明涉及一种扁铲侧胀仪，属于扁铲侧胀仪技术领域，具体涉及为一种具有同步测试孔隙水压力功能的扁铲侧胀仪。

背景技术：

在软土地区的高速铁路与轨道交通勘察中，获取土体的固结特性与渗透特性参数是关键。目前扁铲侧胀试验在高速铁路与轨道交通工程地质勘察中应用广泛，但利用扁铲侧胀试验测定土体的固结特性参数与渗透特性参数不是直接通过测试孔隙水压力的消散获得，而是间接通过测试扁铲膜片受到的水土总应力的消散获得，因此对其试验理论与解译方法需要进一步测试膜片受到的孔隙水水压力，以验证扁铲侧胀消散过程及结果的合理性。

目前工程实践中普遍使用的扁铲侧胀仪都没有测试土体孔隙水压力的功能。如在中国实用新型专利说明书cn203320506u中公开了一种“孔压位移扁铲探头”专利，其是在扁铲圆形膜片同一侧的右上方位置安装孔压传感器测试孔隙水压力，但是扁铲在贯入过程中，其表面不同位置受到的应力是不均匀分布的，而且差异大，受边界效应的影响，孔压传感器测得的孔隙水压力与扁铲侧胀仪膜片受到的孔隙水水压力不一致，二者无法进行对比统一分析，对目前扁铲侧胀仪实用功能特别是消散试验的理论解译具有不确定性。

技术实现要素：

针对目前扁铲侧胀仪不具备同步测试能代表膜片中心处孔隙水压力的问题，本发明提供一种具有同步测试孔隙水压力功能的扁铲侧胀仪，其在不改变仪器的原有结构与功能的前提下，在实现扁铲侧胀试验同时能够直接测试得到代表膜片中心处孔隙水压力。

为解决上述技术问题，本发明采用了这样一种具有同步测试孔隙水压力功能的扁铲侧胀仪，其包括扁铲探头，所述扁铲探头的正面设置有扁铲膜片，所述扁铲探头内部设置有微型孔隙水压力传感器，所述扁铲探头的背面设置有一敞口压力腔；所述敞口压力腔的中心轴线与所述扁铲膜片中心轴线共线；所述敞口压力腔的敞口端设置有与其同轴布置的滤水器；所述微型孔隙水压力传感器与所述敞口压力腔连通；所述敞口压力腔内填充有传力介质。

在本发明的一种优选实施方案中，所述滤水器为圆形单孔滤水器，所述滤水器的渗透系数为(1～5)×10^-3cm/s。

在本发明的一种优选实施方案中，所述滤水器的过滤孔径为0.1～0.5μm；所述滤水器的孔隙为50～80目。

在本发明的一种优选实施方案中，所述滤水器通过法兰压盖固接于所述敞口压力腔的敞口端。

在本发明的一种优选实施方案中，所述敞口压力腔为设置于所述扁铲探头背面内部的圆环形敞口空腔。

在本发明的一种优选实施方案中，所述敞口压力腔包括同轴布置的介质填充槽和滤水器限位凸台；所述滤水器限位凸台的高度小于所述介质填充槽的深度。

在本发明的一种优选实施方案中，所述传力介质为脱气硅油。

在本发明的一种优选实施方案中，所述微型孔隙水压力传感器通过压力传递通道与所述敞口压力腔连通；所述压力传递通道内填充有传力介质。

在本发明的一种优选实施方案中，所述滤水器为阶梯轴状或圆柱状；所述滤水器外表面与扁铲探头的背面表面平齐。

本发明的有益效果是：本发明结构简单、使用方便、通用性强，由于对称结构的扁铲侧胀仪在土层测试过程中正面与背面受到的孔隙水压力一致，本发明通过在扁铲探头的背面设置与扁铲膜片同轴布置的滤水器并通过敞口压力腔实现了对扁铲侧胀仪膜片受到的孔隙水水压力的精确测试，从而有效消除了扁铲侧胀仪消散试验的不确定性；同时本发明通过对滤水器的渗透系数、过滤孔径、过滤孔密度的设计，有效地提高了同步测试过程中渗透系数过小导致的测量精度差、测量滞后等不利影响以及渗透系数过高导致的传力介质外溢、土体中杂质渗入敞口压力腔的情况；本发明通过将敞口压力腔设计成介质填充槽和滤水器限位凸台的结构方便了滤水器的安装和更换；本发明通过将滤水器为阶梯轴状或圆柱状有效提高了测试时滤水器表面的应力分布，从而提高了孔隙水水压力的测试精度。

附图说明

图1是本发明实施例一种具有同步测试孔隙水压力功能的扁铲侧胀仪结构主视图；

图2是本发明实施例一种具有同步测试孔隙水压力功能的扁铲侧胀仪结构侧视图；

图3是本发明实施例一种具有同步测试孔隙水压力功能的扁铲侧胀仪结构剖视图；

图4是本发明实施例一种具有同步测试孔隙水压力功能的扁铲侧胀仪结构孔隙水压力测试模块示意图；

图5是本发明实施例一种具有同步测试孔隙水压力功能的扁铲侧胀仪结构孔隙水压力测试模块示意图；

图中：1-滤水器，2-法兰压盖，3-敞口压力腔，4-微型孔隙水压力传感器，5-电缆线，6-扁铲探头，7-扁铲膜片，8-压力传递通道，3a-滤水器限位凸台，3b-介质填充槽。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本专利公开了一种具有同步测试孔隙水压力功能的扁铲侧胀仪，其包括扁铲探头6，扁铲探头6的正面设置有扁铲膜片7，扁铲探头6内部设置有微型孔隙水压力传感器4，扁铲探头6的背面设置有一敞口压力腔3；敞口压力腔3的中心轴线与扁铲膜片7中心轴线共线；敞口压力腔3的敞口端设置有与其同轴布置且固接在扁铲探头6背面的滤水器1，滤水器1外表面与扁铲探头6的背面表面平齐；微型孔隙水压力传感器4与敞口压力腔3连接；敞口压力腔3内填充有传力介质，本发明通过滤水器1与扁铲膜片7的同轴布置，从而实现了扁铲侧胀试验时直接测试代表扁铲膜片中心处的孔隙水压力，从而可直接计算出土体的水平固结系数与渗透系数，便于理论分析和测试数据的整理及计算，扩展了仪器的性能与应用范围，提高了测试成果的准确性及可靠性，节约了试验时间和成本，具有较强的实用性；

本发明的滤水器1为圆形单孔滤水器，滤水器1的渗透系数为(1～5)×10^-3cm/s，滤水器1的过滤孔径为0.1～0.5μm；滤水器1的孔隙为50～80目；圆形单孔滤水器安装在扁铲探头6背面，其几何中心必须与扁铲膜片7几何中心一致，滤水器1表面与扁铲外表面齐平；通过对圆形单孔滤水器的渗透系数以及过滤孔径的合理设计，不仅消除了当渗透系数过低时造成的测量精度不高、测量滞后等缺陷，而且还避免了渗透系数太高所带来的敞口压力腔内介质外溢以及土体杂质渗入敞口压力腔的情况。

为了方便本发明滤水器的安装，设置于扁铲探头6背面的敞口压力腔3为圆环形敞口空腔，敞口压力腔3包括同轴布置的介质填充槽3b和滤水器限位凸台3a；滤水器限位凸台3a的高度小于介质填充槽3b的深度，滤水器1为阶梯轴状，滤水器1通过法兰压盖2安装于敞口压力腔3的敞口端；法兰压盖材料选用与扁铲板头同材质的不锈钢材，法兰压盖采用4个螺丝安装固定；需要指出，敞口压力腔3只要能够均匀传递滤水器1内端面的水压力即可，所以并不局限于本实施例中所给出的圆环形敞口空腔结构，其他的方形、圆柱形空腔均可。

本发明中的微型孔隙水压力传感器4通过压力传递通道8与敞口压力腔3连通；压力传递通道8内填充有传力介质，传力介质为脱气硅油。微型孔隙水压力传感器4采用商业化定型产品，其技术指标为：感器量程0～2mpa，非线性误差0.5％fs，重复性误差0.5％fs，稳定性误差0.5％fs。微型孔隙水压力传感器将孔隙水压力转换成直流电压信号，其信号输出灵敏度为10mv/v，通过电缆线传给接收仪表。

应当理解的是，以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。