一种应力应变式的有效静止侧压力系数的测试装置的制作方法

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。

技术实现要素：

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。

本发明的有益效果是：

1.考虑到实际工程中土体受到孔隙水压力的影响，通过在仪器底部设置孔隙水压力传感器，对试验过程中的孔隙水压力进行检测并计算，使得试验结果更接进实际。

2.区别于气压加压的不稳定，引进蜗轮蜗杆的加压方式增加压力的稳定性，进而实现应力应变控制，全自动的加压控制还可减轻人的体力劳动强度。

3.为了提高生产效率，对试验过程中退土及仪器拆装等环节操作不便的地方进行改造。

4.为了降低容器的磨损，设计下透水板嵌入卡盘的突出部分内。本发明在满足常规的静止侧压力系数试验基础上，既操作方便、减轻人力劳动，又可满足更高条件的检测有效应力的试验要求。

由于上述的静止侧压力系数测试装置的设计，在试验过程中可将孔隙水压力消散对静止侧压力系数的影响因素考虑在内，使得试验结果更贴近实际，应变式的试验模式可满足不同设计所需要的试验要求，底盘和下透水板的设计则使得实际操作中更加方便，提高生产效率，降低人力劳动。

本发明可与现有试验软件连接，实现全自动操作及数据采集处理等功能。

附图说明

下面结合附图对本发明的应用例作说明。

图1为本发明的立体示意图。

图2为本发明中底盘的位置示意图。

图3为本发明的卡盘的剖面图。

具体实施方式

如图1所示，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2的底座1，容器3位于所述底座1的上方，轴向测力装置4固定在反力装置2上，并悬挂在容器3中心的上部，底座1的上设有加压装置5，加压装置5能抬升容器3至轴向测力装置4；加压装置5为纵向设置蜗轮蜗杆6和电机控制装置8，蜗轮蜗杆6的顶部固定一个底盘7，底盘7的位置示意可参见图2；蜗轮蜗杆6与电机控制装置8连接；卡盘9放置在底盘7的上部，容器3卡入卡盘9内。

如图3所示：卡盘表面的中间设有突出部分11，旋转卡盘使突出部分11与容器3紧密接触，即容器3从上往下卡入突部分11，并且容器与突出部分11紧密接触部分设有密封圈密封；突出部分11内设有凹槽12，在凹槽12内部设置排水孔13，在卡盘9内设置排水管10，排水管10的一端与排水孔13连接，另一端穿出卡盘，并与孔隙水压力传感器14连接。可在突出部分11内的底部设下透水板15。图中卡盘的形状、排水管的排水路径等仅为一种示意。

由于图1的表示限制，图2是对图1的补充，显示了底盘7的位置。同时，如图2所示，可在底座的外面制作底座盒16，把涡轮蜗杆、电机控制装置和底座包起来，涡轮蜗杆的顶部穿过底座盒16，涡轮蜗杆的上端设置底盘7。可在底座盒16上设置显示窗或控制按钮等，显示窗及控制按钮与电机控制装置的数据连接属于现有技术，可利用任意现有成熟技术完成，不在本发明的保护范围内。

以上对本发明实施方案的详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制，凡依本发明设计思想所做的任何改变都在本发明的保护范围之内。