专利名称：真空堆载联合预压实验装置的制作方法
真空堆载联合预压实验装置技术领域
本发明属于实验装置领域，特别涉及一种真空堆载联合预压实验装置。
背景技术：
我国沿海一带及部分内陆地区，软土分布较广，随着经济的迅猛发展，大量的建筑 物或构筑物建造在软土地基上，而软土地基承载力较弱，往往需要进行地基加固后，方能满 足工程建设需要。目前真空-堆载联合预压法是加固软土地基的一种主要方法，真空-堆 载联合预压法处理地基，首先在原地基表面铺垫一定厚度(通常为40 50cm)的砂垫层， 再在土体中打入袋装砂井或塑料排水板作为竖直排水体。将不透气的薄膜铺设在需要加固 的软土地基表面的砂垫层上，薄膜四周埋入土中，借埋设于砂垫层中的管道，将薄膜下砂垫 层中的空气抽出，使其形成相对负压，产生真空荷载，密封膜以上为堆载。但这种新型工法 的理论研究远远落后于工程实践。由于理论研究缺乏，要解决工程实际应用问题就必须通 过室内实验研究，而目前在进行实验研究时，只能单独进行真空预压研究，或者单独进行堆 载预压研究，而不能实现在产生真空荷载的情况下叠加堆载，从而进行真空-堆载联合预 压实验。发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种真空堆载联合预压实验装置，可以在产生真 空荷载的基础上叠加堆载，从而实现真空-堆载联合预压的实验。
通过以下技术方案解决上述技术问题
本发明实施方式提供一种真空堆载联合预压实验装置，包括筒体、活塞、密封部 件和量压管；其中，
所述筒体的顶盖设有与筒体内连通的导向开口 ；
所述活塞由活塞头和真空加压仓构成，所述真空加压仓设有连接外部抽真空设备 的外部接口和惯穿活塞头与所述筒体内连通的开口；
所述活塞活动设置在所述筒体中，活塞的活塞头置于所述筒体内，真空加压仓从 所述筒体的顶盖的导向开口伸出筒体外，活塞能在所述筒体内下压或上升；
所述真空加压仓与所述筒体的顶盖的导向开口接触处设置所述密封部件；
所述活塞头、所述筒体的内壁、顶盖以及所述真空加压仓的外壁之间形成密闭的 堆载加压仓，所述堆载加压仓对应的所述筒体顶盖上设有连接外部气动设备的气动接头；
所述量压管与所述活塞的活塞头下方的筒体内连通。
上述装置中，筒体由中筒、底座、顶盖和拉杆组成；其中，
中筒为两端开口的筒形结构，底座罩设于中筒的下端开口，顶盖罩设于中筒的上 端开口 ；
所述底座与顶盖之间通过所述拉杆连接，所述拉杆置于所述中筒之外。
上述装置中，拉杆为多个，均匀分布连接在所述底座与顶盖之间。
上述装置中，筒体为圆形。
上述装置中，在所述堆载加压仓的内壁上设有密封膜，所述密封膜覆盖在构成所 述堆载加压仓的各部分的相互接触处。
上述装置中，所述堆载加压仓为立体环形结构。
上述装置中，所述密封膜的形状与所述堆载加压仓的内壁形状相匹配。
上述装置中，所述密封部件采用橡胶密封圈。
上述装置中，还包括应变仪和感应元件，所述感应元件设置在所述筒体内，所述 应变仪设置在所述筒体外，所述筒体上设有密封式通道，所述感应元件的信号输出线通过 所述密封式通道与所述应变仪连接。
上述装置还包括抽真空设备，与所述外部接口连接；气动设备，与所述气动接口 连接。
本发明实施方式的真空堆载联合预压实验装置，通过具有真空加压仓的活塞与形 成的密闭堆载加压仓配合，可以实现在产生真空荷载的情况下，叠加堆载，从而实现以室内 进行真空-堆载联合预压实验的方式，解决实际工程问题。该真空堆载联合预压实验装置 结构简单，使用方便，很好的解决了目前没有装置可同时实现真空-堆载联合预压实验的 问题。
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用 的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本 领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
图1为本发明实施例提供的真空堆载联合预压实验装置示意图2为本发明实施例提供的底座示意图3为本发明实施例提供的活塞示意图4为本发明实施例提供的顶盖示意图5为本发明实施例提供的堆载加压仓内密封膜的整体示意图。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术 人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
本发明实施例提供一种真空堆载联合预压实验装置，如图1所示，该装置包括筒 体1、活塞2、密封部件3和量压管4 ；
其中，筒体I的顶盖12设有与筒体I内连通的导向开口 121 ；
活塞2由活塞头21和真空加压仓22构成，真空加压仓22设有连接外部抽真空设 备的外部接口 23和惯穿活塞头与筒体内连通的开口 24 ；
活塞2活动设置在筒体I中，活塞2的活塞头21置于筒体I内，活塞头21的形状 与筒体I内形状相匹配，活塞头21的外沿与筒体I内壁通过设置的密封部件3 (可采用密封橡胶圈)，两者紧密配合，真空加压仓22从筒体I的顶盖12的导向开口 121伸出筒体I 外，活塞2能在筒体I内下压或上升；
真空加压仓22与筒体I的顶盖12的导向开口 121接触处设置密封部件3，密封部 件可采用密封橡胶圈；
活塞头21、筒体I的内壁、顶盖121以及真空加压仓22的外壁之间形成密闭的堆 载加压仓5，堆载加压仓5对应的筒体I顶盖12上设有连接外部气动设备的气动接头51 ；
量压管4与活塞2的活塞头21下方的筒体I内连通。
上述装置中，筒体I由中筒10、底座11、顶盖12和拉杆13 (可采用钢拉杆)组成；
其中，中筒10为两端开口的筒形结构，底座11罩设于中筒10的下端开口，顶盖12 罩设于中筒10的上端开口 ；底座11与顶盖12之间通过拉杆13连接，拉杆13置于中筒之 外。拉杆13可为多个，均匀分布连接在底座11与顶盖12之间，可在底座11与顶盖12上 设置对应的穿设拉杆13的通孔，拉杆13两端通过螺栓固定，拉紧底座11与顶盖12，将两者 压设在中筒10上，这种结构的筒体I便于安装与拆卸。
进一步的，可在底座11和顶盖12对应于中筒10的面上设有与中筒10开口边沿 对应的凹槽，便于中筒的两端开口嵌入到凹槽内，便于底座11、顶盖12与中筒之间实现安 装时，良好定位以及密封。
上述装置中，筒体I可为圆形，即中筒10为圆形，底座11与顶盖12的形状可与中 筒10形状相匹配，中筒10也可采用其它形状，如方形、椭圆形、多连形等，只要便于活塞2 便于在中筒10内上升或下压即可。
进一步的，上述装置中在堆载加压仓的内壁上设有密封膜6，密封膜6贴紧覆盖在 构成堆载加压仓5的各部分的相互接触处，且密封膜6与活塞加压舱22外壁面接触处可用 喉箍箍紧，从而保证堆载加压仓5的密闭性。堆载加压仓5可为立体环形结构，密封膜6的 形状与堆载加压仓5的内壁形状相匹配，图5示意了密封膜6的主要形状，但未示意出密封 膜6的外壁上端外翻边沿。
进一步的，上述装置还包括应变仪和感应元件(图中未示出)，感应元件设置在 筒体内，应变仪设置在筒体外，筒体上设有密封式通道，密封式通道可设置在筒体的中上部 (即筒体的中筒的中上部)，感应元件的信号输出线通过密封式通道与应变仪连接，这种密 封式通道既能使中筒内感应元件的信号输出线连接至中筒外的应变仪，又能使筒体内保持 密闭状态。密封式通道可通过在筒体上设置一个或多个空心镀锌螺纹管，在空心镀锌螺纹 管穿出信号输出线后，其两端开口通过密封部件密封后形成密封式通道。通过设置的感应 元件和应变仪配合，可以方便对筒体内的实验数据的采集，如孔隙水压力、土压力等，便于 记录实验中所需的数据。
进一步的，上述装置还可以包括抽真空设备，与外部接口 23连接；以及气动设 备，与气动接口 51连接。其中，抽真空设备可采用带有调节阀的真空泵或者射流器；气动设 备可采用带有调节阀的空气压缩机。
本发明实施例提供的实验装置能提供真空-堆载联合预压下的荷载环境，从而为 室内实验中的软土提供真空-堆载联合作用下的荷载环境，为实验土体提供不同的真空荷 载和上部堆载满足实验测试的需要。
下面对本发明实施例作进一步地详细描述。
如图1 5所示，本发明实施例提供的实验装置主要由几下几部分组成筒体、活 塞、密封部件和量压管。
其中，如图1所示，筒体I由底座11、中筒12、顶盖13和拉杆14构成，其中，
(I)底座
如图2所示，底座11可作为整个实验装置的受力部件，可采用直径700_圆形结 构，底座上开有8个直径为20mm的孔位，钢拉杆从该孔位传出与顶盖通过螺丝连接，使底座11、顶盖12和中筒10连接为成为整体的筒体。
(2)中筒
中筒10可采用直径为500mm的两端开口的圆筒，筒体10与底座连接成为一体 后构成整个实验装置的内部容积(空间)，存放实验所用的软土体，中筒10底部开有直径为 20mm的孔位，与量压管4相连。
(3)顶盖
如图3所示，顶盖12可采用直径700mm圆形法兰结构，开有8个直径为20mm的孔 位，通过钢拉杆与底座以及中筒连接为整体，顶盖12中间开有圆形孔洞作为竖向的导向开 口 121，活塞2可在该竖向导向开口 121内上下垂直活动，导向开口 121主要起固定活塞垂 直运动的作用。该圆形孔洞周围设有2道O形密封圈(即密封部件)。顶盖上还设有对应于 堆载加压仓的气动接口 51，通过该气动接口 51可与孔压机相连，向堆载加压仓内冲入空气 推动活塞向下运动产生。
(4)活塞
如图4所示，活塞为主要加压构件，由活塞头和真空加压仓构成，真空加压仓外的 活塞头上方是堆载加压仓，上部堆载主要通过向堆载加压仓冲入空气向活塞下压力，从而 施加到活塞下方筒体10内的土体上，活塞前部的活塞头上设有2道O形密封圈，部分隔离 筒体内部与外部空气联系。活塞后的真空加压仓上设有外部接口 23，通过该外部接口 23与 真空泵或者射流器相连，抽走实验装置中的空气，产生真空压力。
(4)密封部件
包括密封橡胶圈，保持活塞与筒体接触处的密封；
另外，堆载加压舱内设有密封膜由天然橡胶制作而成，呈圆筒状，外径为440mm，是 实验装置的密封构件，密封膜放置在加压活塞上，且密封膜与活塞加压舱外壁面接触处用 喉箍箍紧，与筒体接触处上部边缘外翻，当顶盖与筒体接触压实后，隔绝堆载加压舱和内 部、外部空间的空气，使堆载加压舱形成嵴闭的状态，实现在密封状态下进行堆载加压。
本发明实施例的实验装置的工作过程是在活塞下方的筒体内设置实验软土，通 过活塞上部的外部接口，可以使用真空泵或者射流器将腔体内部的空气抽走，从而使活塞 下方筒体内产生真空环境，对于实验软土而言相当于真空荷载，即真空度。通过顶盖上的对 应于堆载加压仓的气动接口连接空气压缩机，使用空气压缩机向堆载加压仓内输送压缩空 气，气压推动活塞挤压筒体内的实验软土，此荷载相当于是堆载；可以通过调压阀，控制输 送空气压缩机输出的压缩空气的大小来得到需要的堆载值，同理也可以通过调压阀调节真 空泵或者射流器得到需要的真空度。由于活塞上设有O形密封圈作为密封部件，且活塞和 堆载加压仓之间有天然橡胶材质的密封膜隔离，故可以很好的维持筒体内的真空度，不会 漏气或者进气。导向开口 121处通过设置2道O形密封圈作为密封部件，保证堆载加压仓不会漏气，使其形成一个密闭空间，从而能很好的维持一个固定的堆载值。通过该装置可以 对筒体内的实验软土施加真空加压的前提下，同时叠加堆载。
通过本发明的实验装置，可为实验研究真空-堆载联合预压加固软土地基提供荷 载环境，为实验室对真空-堆载联合作用下加固软土地基的理论研究提供了实验仪器。可 以在真空-堆载加固软基的方法研究新型的加固软基的方法，如可以模拟在土体内打设各 种不同竖向排水通道下，土体的固结和变形过程。为施工提供理论指导和改良依据。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式
，但本发明的保护范围并不局限于此， 任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，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。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范 围为准。
权利要求
1.一种真空堆载联合预压实验装置，其特征在于，包括筒体、活塞、密封部件和量压管;其中，所述筒体的顶盖设有与筒体内连通的导向开口 ；所述活塞由活塞头和真空加压仓构成，所述真空加压仓设有连接外部抽真空设备的外部接口和惯穿活塞头与所述筒体内连通的开口；所述活塞活动设置在所述筒体中，活塞的活塞头置于所述筒体内，真空加压仓从所述筒体的顶盖的导向开口伸出筒体外，活塞能在所述筒体内下压或上升；所述真空加压仓与所述筒体的顶盖的导向开口接触处设置所述密封部件；所述活塞头、所述筒体的内壁、顶盖以及所述真空加压仓的外壁之间形成密闭的堆载加压仓，所述堆载加压仓对应的所述筒体顶盖上设有连接外部气动设备的气动接头；所述量压管与所述活塞的活塞头下方的筒体内连通。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述筒体由中筒、底座、顶盖和拉杆组成； 其中，中筒为两端开口的筒形结构，底座罩设于中筒的下端开口，顶盖罩设于中筒的上端开Π ；所述底座与顶盖之间通过所述拉杆连接，所述拉杆置于所述中筒之外。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述拉杆为多个，均匀分布连接在所述底座与顶盖之间。
4.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述筒体为圆形。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，在所述堆载加压仓的内壁上设有密封膜， 所述密封膜覆盖在构成所述堆载加压仓的各部分的相互接触处。
6.根据权利要求1或5所述的装置，其特征在于，所述堆载加压仓为立体环形结构。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述密封膜的形状与所述堆载加压仓的内壁形状相匹配。
8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述密封部件采用橡胶密封圈。
9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括应变仪和感应元件，所述感应元件设置在所述筒体内，所述应变仪设置在所述筒体外，所述筒体上设有密封式通道，所述感应元件的信号输出线通过所述密封式通道与所述应变仪连接。
10.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括抽真空设备，与所述外部接口连接;气动设备，与所述气动接口连接。
全文摘要
本发明公开了一种真空堆载联合预压实验装置，包括筒体、活塞、密封部件和量压管；其中，筒体的顶盖设有与筒体内连通的导向开口；活塞由活塞头和真空加压仓构成，真空加压仓设有连接外部抽真空设备的外部接口和惯穿活塞头与所述筒体内连通的开口；活塞活动设置在所述筒体中，活塞的活塞头置于所述筒体内，真空加压仓从筒体的顶盖的导向开口伸出筒体外，活塞能在筒体内下压或上升；真空加压仓与筒体的顶盖的导向开口接触处设置密封部件；活塞头、筒体的内壁、顶盖以及真空加压仓的外壁之间形成密闭的堆载加压仓，堆载加压仓对应的筒体顶盖上设有连接外部气动设备的气动接头；量压管与活塞的活塞头下方的筒体内连通。可实现真空荷载下叠加堆载。
文档编号G01N33/24GK102998430SQ201210517728
公开日2013年3月27日 申请日期2012年12月5日 优先权日2012年12月5日
发明者杨宇友, 柴锦春, 张鹏, 王贵和, 李宏安, 苏艺 申请人:中国地质大学(北京)