一种用于测定软土压缩特性的柔性侧限固结装置的制作方法

本实用新型属于岩土工程技术领域，涉及一种岩土工程试验技术，具体涉及一种用于测定软土压缩特性的等K柔性侧限固结装置。

背景技术：

常规的软土固结试验是基于刚性侧限的K₀固结状态，试验目的是测定土样在侧限与轴向排水条件下的压缩曲线及压缩性指标，以便计算土层的沉降。

对于深厚吹填软土层来说，土体在竖向固结过程中不可避免的会产生一定的侧向变形，上述常规试验方法的刚性侧限条件不能准确获得土体的实际变形特征，试验所获得的压缩性指标不能合理的预测实际土层的压缩变形。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种能适当考虑土体侧向变形影响、且操作简单的柔性侧限固结装置，通过该柔性侧限固结装置能够测定土样在轴向排水和产生少量侧向变形技术中存在的上述问题。

本实用新型所采用的技术方案是，一种用于测定软土压缩特性的柔性侧限固结装置，包括由上盒、刚性护环、下盒、橡皮膜共同构成的固结容器和固结容器上安装的竖向加压装置、与输水管路连通的围压加压装置、注水装置，以及与各孔压传感器、竖向位移测量装置连接的数据采集系统，所述刚性护环与橡皮膜形成固结容器内腔的柔性侧限压力室，并与上盒、下盒通过多个高强度螺栓紧固形成一体；橡皮膜外翻嵌于刚性护环的凹槽内，并与刚性护环内壁之间留有缝隙，形成柔性侧限固结装置的封闭腔体；所述柔性侧限压力室中土样上下面由透水石封闭，透水石与土样接触面之间用滤纸隔开，由下盒下方的排水管道与孔压传感器连通，量测变形全过程中孔隙水压力的发展情况。

本实用新型所述的用于测定软土压缩特性的柔性侧限固结装置，其特征还在于，

所述刚性护环外壁两侧对称接有三通阀，其中一侧三通阀，将输水管路与围压加压装置、注水装置连接；另一侧接有的三通阀，将输水管路与围压加压装置和孔压传感器连接，通过与输水管路连通的注水装置向橡皮膜与刚性护环内壁之间的封闭腔体注入脱气水，通过两个与输水管路连通的围压加压装置向脱气水加压，通过脱气水直接向柔性侧限压力室中土样施加试验所需的侧向压力；围压加压装置的连接对称设置，使脱气水起到均匀向封闭腔体内土样施压的作用；所述下盒底部的排水管道连接一孔压传感器，用以量测固结过程中土样的孔隙水压力消散过程。

所述橡皮膜厚度约为3毫米，两端成型有“Γ”形翻边，橡皮膜的“Γ”形翻边内侧高度与刚性护环等高，橡皮膜内横截面直径与土样横截面直径相同。

所述竖向加压装置经加压框架安装于固结容器上方，经加压上盖向土样施加均匀竖向压力，所述加压框架上设有竖向位移测量装置。

所述数据采集系统与刚性护环上和输水管路相连通的孔压传感器相连接，用以监测土样变形过程中侧向压力的稳定；所述数据采集系统与下盒底部与排水管道相连通的孔压传感器连接，用以量测固结过程中土样内孔隙水压力的消散；所述数据采集系统与加压框架上方竖向加压装置的竖向位移测量装置连接，用以量测固结过程中土样的总变形量。

两个所述围压加压装置通过三通阀对称连通于柔性侧限压力室，利用围压加压装置对封闭腔体体内的脱气水均匀加压并保持与竖向压力的比值不变，用以形成柔性侧限条件下的等K应力压缩条件。

本实用新型用于测定软土压缩特性的柔性侧限固结装置，相对于现有技术，具有如下优点及效果：

1、本实用新型采用了柔性侧限技术，可以容许土样在固结过程中适当产生侧向变形，由此测得土体的压缩特性更接近实际吹填土层的竖向固结状态。

2、本实用新型采用了体积压缩条件下的等K应力控制技术，可测得土样变形全过程中的力学特性及孔隙水压力消散过程，可建立基于变形全过程的沉降计算模型。

3、本实用新型设计简单，在常规K₀固结仪上进行量测系统和控制系统的简单改装便能构成本实用新型，可达到良好的控制效果，并取得准确地量测数据。

附图说明

图1、图2是本实用新型用于测定软土压缩特性的柔性侧限固结装置结构示意图；

图3是本实用新型固结容器结构示意图；

图4是本实用新型柔性侧限固结压力室结构剖视图；

图5a、图5b是本实用新型柔性侧限压力室构件结构示意图.

图中，1.上盒，2.刚性护环，2’凹槽，3.下盒，4.橡皮膜，4’.“Γ”形翻边，5.固结容器，6.竖向加压装置，7.输水管路，8.围压加压装置， 9.注水装置，10.数据采集系统，11.柔性侧限压力室，12.高强度螺栓， 13.封闭腔体，14.土样，15.透水石，16.滤纸，17.排水管道，18.三通阀，19.加压上盖，20.孔压传感器，21.加压框架，22.竖向位移测量装置。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。

一种用于测定软土压缩特性的柔性侧限固结装置，如图1～图4 所示，包括由上盒1、刚性护环2、下盒3、橡皮膜4共同构成的固结容器5和固结容器5上安装的竖向加压装置6、与输水管路7连接的围压加压装置8、注水装置9、孔压传感器20，以及与孔压传感器20、竖向位移测量装置22连接的数据采集系统10；刚性护环2与橡皮膜4 形成固结容器5内腔的柔性侧限压力室11，并与上盒1、下盒3通过多个高强度螺栓12紧固形成一体；橡皮膜4外翻嵌于刚性护环2的凹槽2’内，并与刚性护环内壁之间留有缝隙，形成柔性侧限固结装置的封闭腔体13；柔性侧限压力室11中土样14上下面由透水石15封闭，透水石15与土样14接触面之间用滤纸16隔开，由下盒3底部的排水管道17连通孔压传感器20，测量变形全过程中土样14内孔隙水压力的发展情况。

本实用新型的刚性护环2外壁两侧对称连接有三通阀18，如图3 所示，其中一侧三通阀18，将输水管路7与围压加压装置8、注水装置9连接；另一侧接有的三通阀18，将输水管路7与围压加压装置8 和孔压传感器20连接，通过与输水管路7连通的注水装置9向橡皮膜 4与刚性护环2内壁之间的封闭腔体13注入脱气水，通过两个与输水管路7连通的围压加压装置8向脱气水加压，直接向柔性侧限压力室 11内的土样14施加试验所需的侧向压力；本实用新型围压加压装置8 的连接对称设置，使脱气水起到均匀向封闭腔体13内土样14施压的作用；下盒3的底部排水管道17与一孔压传感器20连接，用以量测固结过程中土样14的孔隙水压力消散过程。

如图4、图5a、图5b所示，本实用新型橡皮膜4厚度约为3毫米，两端成型有“Γ”形翻边4’，橡皮膜4的“Γ”形翻边4’内侧高度与刚性护环2等高，橡皮膜4内横截面直径与土样14横截面直径相同；橡皮膜4外翻后，“Γ”形翻边4’嵌于刚性护环2的凹槽2’内，并与刚性护环2内壁之间留有缝隙，形成具有柔性侧限固结装置的封闭腔体13。

本实用新型竖向加压装置6经加压框架21安装于固结容器5上盒 1上方，经加压上盖19向土样14均匀施加竖向压力，加压框架21上设有竖向位移测量装置22；数据采集系统10与刚性护环2上和输水管路7相连通的孔压传感器20相连接，用以监测土样14变形过程中侧向压力的稳定；数据采集系统10与下盒3底部与排水管道17相连通的孔压传感器20连接，用以量测固结过程中土样14内孔隙水压力的消散；所述数据采集系统10与加压框架21上方竖向加压装置6的竖向位移测量装置22连接，用以量测固结过程中土样14的总变形量。

本实用新型围压加压装置8通过三通阀对称连通于柔性侧限压力室11，利用围压加压装置8对封闭腔体13体内的脱气水均匀加压并保持与竖向压力的比值不变，用以形成柔性侧限条件下的等K应力压缩条件。

另外，利用本实用新型还可以进行非等K应力条件的试验，即不保持脱气水的围压，容许土样在压缩过程中产生更自由的侧向变形，通过测得试验过程中围压与竖向压力比值的变化，分析土体压密过程中更复杂的受力变化。

实施例：

本实用新型用于测定软土压缩特性的柔性侧限固结装置使用时，在试验准备阶段，先将刚性护环2外壁一侧连接于三通阀18上的孔压传感器20卸下，仅连接围压加压装置8，并将固结容器5的封闭腔体13与外部连通，可自由排水；另一侧的三通阀18连接围压加压装置8 及注水装置9，并将注水装置9与固结容器5的封闭腔体13连通，把注水装置9中的脱气水注入封闭腔体13内；再将固结容器5的封闭腔体13与围压加压装置9连通，对封闭腔体13腔体内的脱气水加压并将含有气体的水由刚性护环2外壁另一侧输水管路7上三通阀门18连接外部的通道排出，如此反复，挤出封闭腔体13内的气泡，并保证固结容器5的封闭腔体13内完全注满脱气水，这时将刚性护环2外壁一侧连接于三通阀18上的孔压传感器20接上。

试验阶段，当固结容器5封闭腔体13内注满脱气水后，将刚性护环2外壁的两个三通阀18连通围压加压装置8和封闭腔体13，通过围压加压装置8对称地向封闭腔体13内的脱气水进行加压；待围压稳定后，将刚性护环2外壁一侧的三通阀18连通孔压传感器20与封闭腔体13，监控围压并保持侧向围压与竖向压力的比值不变。

按试验方案通过竖向加压框架21上的竖向加压装置6加压上盖19 逐级施加竖向荷载，通过下盒3底部排水管道17连接的孔压传感器20 测得土样14在固结过程中的孔隙水压力变化，通过加压框架21上竖向位移量测装置22测试土样14的总沉降量。

上述实施方式只是本实用新型的一个实例，不是用来限制实用新型的实施与权利范围，凡依据本实用新型申请专利保护范围所述的内容做出的等效变化和修饰，均应包括在本实用新型申请专利范围内。