一种可测孔隙水压力的k0固结仪的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种可测孔隙水压力的K0固结仪，属于岩土工程测量仪器领域。其包括机体和数据采集仪，机体包括压力室，压力室内侧壁依次套有第一橡皮膜和第二橡皮膜，压力室上下两端分别与固定顶板和固定底板连接，压力室的上下两头的内部分别与顶帽和承压底座连接，固定顶板的侧边与顶帽的侧边接触，承压底座上设置有第一进水管路，第一进水管路上的第一进水三通阀门的一端与孔隙水压力传感器连接，顶帽上设置有出水管路，压力室侧壁下部设置有第二进水管路，第二进水管路上的第二进水三通阀门的一端与侧压力传感器连接，压力室侧壁上部设置有排气管路。本实用新型的一种可测孔隙水压力的K0固结仪，可实现K0固结中孔隙水压力实时监测，可以防止橡皮膜在测试中被磨破，提高测试精度。
【专利说明】
一种可测孔隙水压力的KO固结仪
技术领域
[0001]本实用新型涉及一种可测孔隙水压力的KO固结仪，属于岩土工程测量仪器领域。
【背景技术】
[0002]现有规范中(SL237-1999)对于土体静止侧压力系数的定义为:天然土或者人工填土中，任何一点的水平有效应力与垂直有效应力之比称为该土的侧压力系数。确定土体静止侧压力系数的方法有原位测试和室内试验两种方法。原位测试主要通过侧膨试验和旁载试验等方法在现场直接测定土体静止侧压力系数;室内试验主要通过三轴试验和KO固结试验确定土体静止侧压力系数。
[0003]KO固结仪是测定土体静止侧压力系数的一种常用土工仪器，其基本原理是在一个密封的压力腔内通过竖向加荷土体产生侧向鼓胀变形时，利用传感器监测侧向压力，利用侧向压力与竖向压力的比值(或者侧向压力变化值与竖向压力变化值的比值)确定土体的静止侧压力系数。
[0004]KO固结试验中的关键技术是确保橡皮膜密封完好不漏水，为水平向压力准确测试奠定良好的基础。
[0005]目前常规的KO固结仪由底座、中环以及上环和百分表等组成，中环中为密闭的橡皮膜，试验过程中，密闭橡皮膜内充满了无气蒸馏水，垂向加载之后，侧向压力通过橡皮膜内的水传递至传感器后进行测量。由于该KO固结仪未安装孔隙水压力传感器，对于饱和试样内部的孔隙水压力无法进行直接监测，仅在试验中通过打开排水阀门待孔隙水压力消散后获得有效应力值。试验中排水阀门一直保持开的状态，随着垂向荷载的增大，试样变形增加过程中会导致土体结构破坏，导致测试的水平向压力不准确，进而影响土体静止侧压力系数的测试值。此外，试样过大变形后，顶部和底部的透水石会被压入包有橡皮膜的压力腔，此时会导致橡皮膜被透水石磨破，漏水后直接导致试验失败。
[0006]所以现有的KO固结仪存在不能够测试KO固结中试样内部的孔隙水压力，且KO固结仪上部和底部的透水石直接与密闭橡皮膜接触，无任何缓冲措施，垂向荷载过大时容易引起橡皮膜被透水石磨破。
【实用新型内容】
[0007]有鉴于此，本实用新型提供了一种可测孔隙水压力的KO固结仪，可实现KO固结中孔隙水压力实时监测，且可以防止橡皮膜在测试中被磨破，提高测试精度。
[0008]本实用新型通过以下技术手段解决上述技术问题:
[0009]本实用新型的一种可测孔隙水压力的KO固结仪，其包括机体和数据采集仪，所述机体包括压力室，所述压力室为圆筒状结构，压力室内侧壁依次套有第一橡皮膜和第二橡皮膜，所述第一橡皮膜翻出压力室外侧壁，所述压力室上下两端分别与固定顶板和固定底板连接，压力室的上下两头的内部分别与顶帽和承压底座连接，固定顶板的侧边与顶帽的侧边接触，所述承压底座卡在固定底板上的承压底座凹槽内，所述顶帽上设置有荷载传压板，所述荷载传压板上设置有百分表，所述承压底座上设置有第一进水管路，所述第一进水管路上设置有第一进水三通阀门，第一进水三通阀门一端与孔隙水压力传感器连接，所述顶帽上设置有出水管路，压力室侧壁下部设置有第二进水管路，所述第二进水管路上设置有第二进水三通阀门，第二进水三通阀门一端与侧压力传感器连接，压力室侧壁上部设置有排气管路，所述固定顶板和固定底板之间通过螺栓固定连接。
[0010]所述固定顶板和固定底板上设置有密封圈，所述第二橡皮膜通过O型圈与顶帽和承压底座密封连接。
[0011]所述第一橡皮膜通过密封圈与固定顶板和固定底板相连接。
[0012]所述顶帽和承压底座的结构均为透水石镶嵌在有机玻璃内。
[0013]所述百分表、孔隙水压力传感器和侧压力传感器均与数据采集仪连接。
[0014]所述第二进水管路和排气管路均与第一橡皮膜与压力室之间的腔体连通。
[0015]本实用新型的有益效果:
[0016]1、通过密闭整个测试系统及试样系统，结合孔隙水压力传感器可以实现KO固结过程中孔隙水压力的实时监测；
[0017]2、通过由透水石镶嵌在有机玻璃内的顶帽结构设计，防止橡皮膜与透水石直接接触，可以保证橡皮膜在测试中不被透水石磨破，避免影响测试精度。
[0018]3、百分表、孔隙水压力传感器和侧压力传感器均与数据采集仪连接，使得测试数据汇集到数据采集仪上，通过数据采集仪可直观的读取出水平向侧压力和试样内部孔隙水压力的实时数据。
【附图说明】
[0019]下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步描述。
[0020]图1为本实用新型的结构不意图，
[0021]图2为本实用新型的固定底板俯视图。
[0022]其中:1、机体，2、数据采集仪，3、压力室，4、第一橡皮膜，5、第二橡皮膜，6、固定顶板，7、固定底板，8、顶帽，9、承压底座，10、承压底座凹槽，11、荷载传压板，12、百分表，13、第一进水管路，14、第一进水三通阀门，15、孔隙水压力传感器，16、排水管路，17、第二进水管路，18、第二进水三通阀门，19、侧压力传感器，20、排气管路，21、螺栓，22、密封圈，23、透水石，24、有机玻璃，25、0型圈。
【具体实施方式】
[0023]以下将结合附图对本实用新型进行详细说明，本实施例的一种可测孔隙水压力的KO固结仪，其包括机体I和数据采集仪2，所述机体I包括压力室3，所述压力室3为圆筒状结构，压力室3内侧壁依次套有第一橡皮膜4和第二橡皮膜5，所述第一橡皮膜4翻出压力室3外侧壁，所述压力室3上下两端分别与固定顶板6和固定底板7连接，压力室3的上下两头的内部分别与顶帽8和承压底座9连接，固定顶板6的侧边与顶帽8的侧边接触，所述承压底座9卡在固定底板7上的承压底座凹槽10内，所述顶帽8上设置有荷载传压板11，所述荷载传压板11上设置有百分表12，所述承压底座9上设置有第一进水管路13，所述第一进水管路13上设置有第一进水三通阀门14，第一进水三通阀门14 一端与孔隙水压力传感器15连接，所述顶帽8上设置有出水管路16，压力室3侧壁下部设置有第二进水管路17，所述第二进水管路17上设置有第二进水三通阀门18，第二进水三通阀门18—端与侧压力传感器19连接，压力室3侧壁上部设置有排气管路20，所述固定顶板6和固定底板7之间通过螺栓21固定连接。
[0024]所述固定顶板6和固定底板7上设置有密封圈22，所述第二橡皮膜5通过O型圈25与顶帽8和承压底座9密封连接。
[0025]所述第一橡皮膜4通过密封圈22与固定顶板6和固定底板7相连接。
[0026]所述顶帽8和承压底座9的结构均为透水石23镶嵌在有机玻璃24内。
[0027]所述百分表12、孔隙水压力传感器15和侧压力传感器19均与数据采集仪2连接。
[0028]所述第二进水管路17和排气管路20均与第一橡皮膜4与压力室3之间的腔体连通。
[0029]如图1和图2所示，在使用时，首先需要用无气蒸馏水饱和透水石23，同时用无气蒸馏水排除进水管路13、排水管路16，并通过无气蒸馏水通过进水管路17和排气管路20排出第一橡皮膜与压力室腔体中的空气，保证腔体内部充满无气蒸馏水，然后开始试验。打开KO固结仪螺栓21，将第一橡皮膜4套入压力室，务必注意不能让第一橡皮膜4和第二橡皮膜5在试验中产生过大的张力而形成预应力;将第一橡皮膜4翻出压力室3外侧时，可在外侧壁和第一橡皮膜4接触位置用橡皮筋扎紧，防止橡皮膜产生移动。将试样装入用承膜筒支撑开的第二层橡皮膜5内，放样过程中预先放好承压底座9，将试样轻轻放至承压底座9上，将第二橡皮膜5的一头通过O型圈25固定在承压底座9上，保证底部第二橡皮膜5与试样密闭，试样与承压底座9接触位置需放置滤纸;承压底座9中的透水石23已经被无气水饱和。
[0030]将装入第二橡皮膜5中的试样以及承压底座9一起放入压力室3中，此时需要用吸耳球反吸压力室3与第一橡皮膜4之间的空气，确保装有试样的第二橡皮膜5和承压底座9可以顺利放入压力室3，同时需要注意承压底座9处的第一进水管路13位置与固定底板9上预留的承压底座凹槽10位置相一致;将承压底座9伸入压力室3中至5mm即可。此种装样顺序可以更好的保护试样，使试样在安装过程中不被破坏，传统KO固结仪压力室体积有限，如果压力室与橡皮膜之间充水后安装试样，则试样很难推进去，强行推样会导致试样破坏和橡皮膜拉破;如果压力室与橡皮膜之间充水之前装样，则饱和试样又容易掉入压力室，对试样产生扰动而影响测试结果。
[0031]撑开第二层橡皮膜5，利用O型圈25将第二层橡皮膜5与顶帽8固定，注意顶帽8上的排水管路16位置与固定顶板6上预留的凹槽位置相一致，顶帽8与试样接触位置需放置滤纸;将顶帽5伸入压力室3中至5mm左右。然后加盖固定顶板6，利用螺栓21将固定顶板6和固定底板7固定，固定前需要注意第一橡皮膜4与压力室3的位置是否发生过移动现象，如有需要调整，若无则直接固定;此时的第一橡皮膜4仍然紧贴压力室3内壁。
[0032]取下吸耳球，向第一橡皮膜4和压力室3的空隙内注入无气水，注水速度应严格控制，不宜过快，确保将空气彻底排出去，通过第二进水管路17反复充水实现;此时需要对KO固结仪稍作倾斜，保证排气管路20上部第一橡皮膜4和压力室3的空隙中也充满无气水。
[0033]加盖荷载传压板11，并确定荷载杆的位置以及测量垂向位移的百分表12的准确高度。打开连接侧压力传感器19的阀门，测记压力室3中水压力为零时的侧压力传感器读数，按照此法同时确定孔隙水压力传感器15的读数;传感器稳定后可准备开始试验。开始试验，逐级施加轴向荷载，按照预定时间间隔读数，直到每级压力稳定后施加下一级压力。
[0034]本专利中，所有传感器均汇集到数据采集仪上，通过数据采集仪实现水平向侧压力和试样内部孔隙水压力的实时监测。每一级压力下，稳定的标准为每小时变形量不大于
0.01mm。对于一些结构性较差的土体，可以在KO固结仪上直接实施饱和，基于水头饱和原理利用调节第一进水三通阀门14和排水管路16实现试样饱和，直至试样中的进水量和出水量非常接近时即认为试样已经饱和。此外，试验开始之前，孔隙水压力传感器以及侧压力传感器的标定对于试验结果也是非常重要的。试验结束后，务必对KO固结仪进行全面的清洗，防止金属部件产生锈蚀现象。
[0035]最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
【主权项】
1.一种可测孔隙水压力的K0固结仪，其特征在于:包括机体(1)和数据采集仪(2)，所述 机体(1)包括压力室(3)，所述压力室(3)为圆筒状结构，压力室(3)内侧壁依次套有第一橡 皮膜(4)和第二橡皮膜(5)，所述第一橡皮膜(4)翻出压力室(3)外侧壁，所述压力室(3)上下 两端分别与固定顶板(6)和固定底板(7)连接，压力室(3)的上下两头的内部分别与顶帽(8) 和承压底座(9)连接，固定顶板(6)的侧边与顶帽(8)的侧边接触，所述承压底座(9)卡在固 定底板(7)上的承压底座凹槽(10)内，所述顶帽(8)上设置有荷载传压板(11)，所述荷载传 压板(11)上设置有百分表(12)，所述承压底座(9)上设置有第一进水管路(13)，所述第一进 水管路(13)上设置有第一进水三通阀门(14)，第一进水三通阀门(14)一端与孔隙水压力传 感器(15)连接，所述顶帽(8)上设置有出水管路(16)，压力室(3)侧壁下部设置有第二进水 管路(17)，所述第二进水管路(17)上设置有第二进水三通阀门(18)，第二进水三通阀门 (18)—端与侧压力传感器(19)连接，压力室(3)侧壁上部设置有排气管路(20)，所述固定顶 板(6)和固定底板(7)之间通过螺栓(21)固定连接。2.根据权利要求1所述的一种可测孔隙水压力的K0固结仪，其特征在于:所述固定顶板 (6)和固定底板(7)上设置有密封圈(22)，所述第二橡皮膜(5)通过0型圈(25)与顶帽(8)和 承压底座(9)密封连接。3.根据权利要求1所述的一种可测孔隙水压力的K0固结仪，其特征在于:所述第一橡皮 膜(4)通过密封圈(22)与固定顶板(6)和固定底板(7)相连接。4.根据权利要求1所述的一种可测孔隙水压力的K0固结仪，其特征在于:所述顶帽(8) 和承压底座(9)的结构均为透水石(23)镶嵌在有机玻璃(24)内。5.根据权利要求1所述的一种可测孔隙水压力的K0固结仪，其特征在于:所述百分表 (12)、孔隙水压力传感器(15)和侧压力传感器(19)均与数据采集仪(2)连接。6.根据权利要求1所述的一种可测孔隙水压力的K0固结仪，其特征在于:所述第二进水 管路(17)和排气管路(20)均与第一橡皮膜(4)与压力室(3)之间的腔体连通。
【文档编号】G01N33/24GK205594003SQ201620021579
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年1月11日
【发明人】谌文武, 刘伟, 孙冠平, 伏祥龙, 吴玮江
【申请人】兰州大学