现场测定土的冻结力装置的制作方法

本实用新型属于工程地质试验技术领域，具体涉及土工试验，更为具体地，涉及现场测定土的冻结力装置。

背景技术：

为了解岩土体的物理力学特性和建筑荷载引起的力学效应，对岩土物理性质、水理性质、力学性质、变形特性等进行的试验工作。在工程地质勘察中，通过工程地质试验可对岩土体进行分类，探讨岩土体在外部荷载与内部应力重分布条件下的变形过程和破坏机制，论证地基、边坡和地下工程围岩等的稳定性，并为设计提供计算参数。这些成果既影响工程布置、工程安全和工程量，又关系到建设造价、工期和最优方案的选择。鉴于岩土体具有各向异性的特点，工程地质试验通常采用室内试验与现场试验、原体测试与模型试验、静力法与动力法等相互验证，还必须与现场地质研究相结合，力求真实反映岩土体的工程地质特性。70年代以来，在地质调查的基础上，按不同的地质单元进行岩土工程地质试验，将数值测试成果与地质特征、岩土体破坏机制更好结合起来进行分析研究，促使工程地质试验的项目和内容日益发展。

土工试验是岩、土的物理、力学、化学性质和矿物测试的总称，土工试验目前普遍采用室内试验。室内试验是根据不同的试验目的，按一定尺寸现场采集具有代表性的样品，在试验室进行的试验。室内试验适用于测定岩土体的物质成分、物理性质以及各向同性的岩土力学性质。

冻土与基础表面通过冰晶胶结在一起，这种胶结力成为基础与冻土间的冻结强度，简称冻结力。室内试验测定冻结力，是将试桩对正容器底孔放置，预先按所需含水量配置的扰动土，按要求的容重沿试桩周围分层回填夯实。将安放好试桩的容器放在垫板上，移入负温环境下使土样与试桩一起冻结。在万能材料试验机上作推桩试验，并根据实验结果计算冻结力。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是提供一种现场测定土的冻结力装置, 在建筑物地基范围内，保持土体天然状态下进行试验，以了解冻结强度。

为了解决上述技术问题，本实用新型的技术方案为：

一种现场测定土的冻结力装置,包括埋入现场冻层内的预制混凝土桩以及将预制混凝土桩拔出的拔桩机构，预制混凝土桩的顶端固定连接有法兰，拔桩机构包括分别位于预制混凝土桩两侧的左立柱和右立柱，左立柱和右立柱均具有外螺纹，左立柱上套有与左立柱形成螺纹传动的左螺母，右立柱上套有与右立柱形成螺纹传动的右螺母，升降平台上开设有用于和左螺母的外圆面形成转动副的左通孔以及用于和右螺母的外圆面形成转动副的右通孔，左立柱下端坐落在左测力装置上，左测力装置坐落在放置于地面上的左底盘上，右立柱下端坐落在右测力装置上，右测力装置坐落在放置于地面上的右底盘上，升降平台上开设有与法兰上的螺栓孔对应的螺栓孔，升降平台与法兰通过螺栓连接，左螺母和右螺母连接有驱动左螺母和右螺母旋转的驱动机构。

上述现场测定土的冻结力装置,驱动机构为左手轮和右手轮，左手轮与左螺母固定连接，右手轮与右螺母固定连接。

上述现场测定土的冻结力装置,驱动机构为链传动结构，链传动机构包括左链轮、右链轮、安装在电机输出轴上的主动链轮、安装在升降平台上的电机以及链条，左链轮套在左螺母上且与左螺母固定连接，右链轮套在右螺母上且与右螺母固定连接，链条套在左链轮、右链轮和主动链轮上以带动左链轮和右链轮同时旋转。

上述现场测定土的冻结力装置,驱动机构为同步带传动结构，同步带传动机构包括左同步带轮、右同步带轮、安装在电机输出轴上的主同步带轮、安装在升降平台上的电机以及同步带，左同步带轮套在左螺母上且与左螺母固定连接，右同步带轮套在右螺母上且与右螺母固定连接，同步带套在左同步带轮、右同步带轮和主动同步带轮上以带动左同步带轮和右同步带轮同时旋转。

上述现场测定土的冻结力装置,左测力装置为立式布置的左液压缸，左液压缸的活塞杆与左立柱下端固定连接，左液压缸的缸体的下端坐落在左底盘上，左液压缸的无杆腔中盛容有液压油，左液压缸的无杆腔通过高压油管与左压力表连接；右测力装置为立式布置的右液压缸，右液压缸的活塞杆与右立柱下端固定连接，右液压缸的缸体的下端坐落在右底盘上，右液压缸的无杆腔中盛容有液压油，右液压缸的无杆腔通过高压油管与右压力表连接。

上述现场测定土的冻结力装置,左测力装置为左力传感器，左力传感器设置于左立柱下端和左底盘之间；右测力装置为右力传感器，右力传感器设置于右立柱下端和右底盘之间。

上述现场测定土的冻结力装置,预制混凝土桩中具有沿预制混凝土桩轴线方向布置的多根钢筋，每根钢筋的顶端均与法兰焊接固定。

上述现场测定土的冻结力装置,埋深30-35cm处的预制混凝土桩的外表面开槽，槽中容纳用于测量温度的温度传感器，预制混凝土桩的中心开设有沿预制混凝土桩轴线方向延伸的穿线孔，穿线孔开口于法兰中心，对应地，升降平台上开设透孔，穿线孔的孔底通过径向孔与槽连通，温度传感器的连接线顺次经由径向孔、穿线孔和透孔后与安装在升降平台上的用于显示所测温度的温度显示屏连接。

在小试件室内试验不能反映岩土体各向异性的情况下或大型水利工程初步设计阶段，需要在建筑物地基范围内，保持岩土体天然状态下进行试验，以了解其自然特性或模拟岩土体可能承受的荷载和渗流作用，研究岩土体工程地质特性的变化。通过驱动左螺母和右螺母旋转，实现升降平台的升降，将预制混凝土桩从冻层内拔出，通过测力装置测量拔桩作用力，根据所测的拔桩作用力计算冻结力。本实用新型在建筑物地基范围内，保持土体天然状态下进行试验，以了解冻结强度。

附图说明

下面结合附图对本实用新型进一步详细的说明：

图1为本实用新型第一种实施方式的结构示意图。

图2为图1的局部示意图。

图3为本实用新型第二种实施方式的结构示意图。

图中：1左立柱,2左同步带轮,3升降平台,4右螺母,5预制混凝土桩,6冻层,7左底盘,8左液压缸,9左压力表,10左力传感器,12钢筋,13法兰。

具体实施方式

如图1至图3所示， 一种现场测定土的冻结力装置,包括埋入现场冻层6内的预制混凝土桩5以及将预制混凝土桩拔出的拔桩机构。预制混凝土桩呈圆柱形，预制混凝土桩的顶端固定连接有法兰13，以方便与升降平台连接。拔桩机构包括分别位于预制混凝土桩两侧的左立柱1和右立柱，左立柱和右立柱均具有外螺纹，左立柱上套有与左立柱形成螺纹传动的左螺母，右立柱上套有与右立柱形成螺纹传动的右螺母4，也就是说，螺母与螺纹形成螺纹传动。升降平台3上开设有用于和左螺母的外圆面形成转动副的左通孔以及用于和右螺母的外圆面形成转动副的右通孔，左螺母位于左通孔内，左螺母的外圆面与左通孔孔壁形成转动副，左螺母轴向限位与升降平台中，左螺母能够相对升降平台周向转动，右螺母也是一样的。

左立柱下端坐落在左测力装置上，左测力装置坐落在放置于地面上的左底盘7上，右立柱下端坐落在右测力装置上，右测力装置坐落在放置于地面上的右底盘上，底盘是为了扩展与地面的接触面积，放置下陷。测力装置用于测量拔桩时作用力。

升降平台上开设有与法兰上的螺栓孔对应的螺栓孔，升降平台与法兰通过螺栓连接，例如法兰具有均匀分布的四个螺栓孔，升降平台上与法兰四个螺栓孔正对的位置也开设有螺栓孔，以穿设螺栓，实现法兰与升降平台的连接。

左螺母和右螺母连接有驱动左螺母和右螺母旋转的驱动机构，左螺母和右螺母旋转，实现升降平台的升降，实现升降平台与预制混凝土桩的连接和拔桩。在小试件室内试验不能反映岩土体各向异性的情况下或大型水利工程初步设计阶段，需要在建筑物地基范围内，保持岩土体天然状态下进行试验，以了解其自然特性或模拟岩土体可能承受的荷载和渗流作用，研究岩土体工程地质特性的变化。通过驱动左螺母和右螺母旋转，实现升降平台的升降，将预制混凝土桩从冻层内拔出，通过测力装置测量拔桩作用力，根据所测的拔桩作用力计算冻结力。在融化季节里埋入季节冻层内，待冻结后，在恢复一定土温条件下将桩拔起，根据拨桩作用力的数值计算冻结力。

驱动机构可以分为多种，下面介绍三种：

第一种：驱动机构为左手轮和右手轮，左手轮与左螺母固定连接，右手轮与右螺母固定连接，两个人分别操纵手轮旋转，实现螺母的旋转。

第二种：驱动机构为链传动结构，链传动机构包括左链轮、右链轮、安装在电机输出轴上的主动链轮、安装在升降平台上的电机以及链条，左链轮套在左螺母上且与左螺母固定连接，右链轮套在右螺母上且与右螺母固定连接，链条套在左链轮、右链轮和主动链轮上以带动左链轮和右链轮同时旋转。左链轮、右链轮和主动链轮呈三角形布置，分别位于三角形的三个角上。

优选地，为了保证包角，可以在相邻两链轮之间的链条中段设置张紧轮。

第三种：驱动机构为同步带传动结构，同步带传动机构包括左同步带轮2、右同步带轮、安装在电机输出轴上的主同步带轮、安装在升降平台上的电机以及同步带，左同步带轮套在左螺母上且与左螺母固定连接，右同步带轮套在右螺母上且与右螺母固定连接，同步带套在左同步带轮、右同步带轮和主动同步带轮上以带动左同步带轮和右同步带轮同时旋转。左同步带轮、右同步带轮和主动同步带轮呈三角形布置，分别位于三角形的三个角上。

优选地，为了保证包角，可以在相邻两同步带轮之间的链条中段设置张紧轮。

如图1所示，左测力装置为立式布置的左液压缸8，左液压缸的活塞杆上伸，左液压缸的活塞杆与左立柱下端固定连接，左液压缸的缸体的下端坐落在左底盘上，左液压缸的无杆腔中盛容有液压油，左液压缸的无杆腔位于有杆腔下方，左液压缸的无杆腔通过高压油管与左压力表9连接。

右测力装置为立式布置的右液压缸，右液压缸的活塞杆上伸，右液压缸的活塞杆与右立柱下端固定连接，右液压缸的缸体的下端坐落在右底盘上，右液压缸的无杆腔中盛容有液压油，右液压缸的无杆腔位于有杆腔下方，右液压缸的无杆腔通过高压油管与右压力表连接。

拔桩时通过测量液压缸中液压油的压力，反应拔桩作用力。

如图3所示，左测力装置为左力传感器10，左力传感器设置于左立柱下端和左底盘之间；右测力装置为右力传感器，右力传感器设置于右立柱下端和右底盘之间。拔桩时力传感器的数据反应拔桩作用力。

预制混凝土桩中具有沿预制混凝土桩轴线方向布置的多根钢筋12，每根钢筋的顶端均与法兰焊接固定，实现预制混凝土桩与法兰的连接牢靠。

埋深30-35cm处的预制混凝土桩的外表面开槽，槽中容纳用于测量温度的温度传感器，预制混凝土桩的中心开设有沿预制混凝土桩轴线方向延伸的穿线孔，穿线孔开口于法兰中心，对应地，升降平台上开设透孔，穿线孔的孔底通过径向孔与槽连通，温度传感器的连接线顺次经由径向孔、穿线孔和透孔后与安装在升降平台上的用于显示所测温度的温度显示屏连接。温度测量测量装置能够帮助现场试验人员掌握冻层的温度。