一种室内土体负压固结装置

1.本发明涉及一种室内土体负压固结装置，属于土样测量分析技术领域。


背景技术：

2.土体固结仪是用于测定不同试验条件下（如抽真空、施加压力等）土样压缩性能的检测仪器。
3.参照图8，现有的一种土体固结仪包括底座101，底座101上安装有上端开口的筒体2，筒体2内从下到上依次安装有下透水石3、上透水石4、抽气罩5，抽气罩5的中部连接有竖向设置的追踪杆6，追踪杆6的上端伸出筒体2之外，抽气罩5的下侧设有集气腔37，追踪杆6为中空结构，追踪杆6的内腔与抽气罩5的集气腔37连通，追踪杆6的上端部连接有与其内腔连通的抽气管52，抽气管52上安装有真空压力表53、气压调节阀54，底座101上安装有支架，支架上安装有百分表，百分表位于追踪杆6的上方，百分表的测量杆43伸向下方并且与追踪杆6的上端面相接触。
4.上述土体固结仪的使用方式如下：圆柱状的土样放置在筒体2内位于下透水石3、上透水石4之间的空间内，抽气管52连接真空泵，开启真空泵，根据真空压力表53显示的数值调节气压调节阀54，直至真空压力表53显示设定的真空度，记录土样的初始高度，记录不同时间百分表的数值变化，由此测定土样随时间的沉降变化。
5.现有固结仪的缺点在于：土样在抽真空固结过程中，由于土样中水分的汽化，导致土样的上部很快失水变干，变成非饱和状态，如此则会影响到土样的沉降变化，测量误差较大。


技术实现要素：

6.本发明的目的是针对以上问题提供一种真空固结过程中能够防止土样上部失水变干的、使测量结果更加准确的室内土体负压固结装置。
7.为达到上述目的，本发明公开了一种室内土体负压固结装置，包括机架，其结构特点是：所述机架上安装有上端开口的筒体，筒体的内腔中从下到上依次安装有下透水石、上透水石、抽气罩，下透水石与上透水石之间设有土样放置空间，抽气罩的顶部连接有竖向设置的追踪杆，追踪杆内设有与抽气罩底面连通的抽气通道，机架上安装有用于测量追踪杆竖向位移的测量装置，筒体的开口处安装有可拆卸的密封盖，密封盖上设有贯通孔，追踪杆穿过贯通孔向上伸出，追踪杆与贯通孔为动密封配合，筒体的筒壁为三层结构且三层之间形成内环腔、外环腔，筒体的内壁上设有第一通孔，内环腔与外环腔之间的间隔层上设有第二通孔，追踪杆上位于密封盖下方的部位设有第三通孔，第一通孔、第二通孔、第三通孔依次升高且高于抽气罩，抽气通道与外环腔之间设有连通管，筒体的外壁上设有用于连接抽真空装置的抽气口。环环相套的筒体内腔、内环腔、外环腔分别具有放置土样、储存水、用作饱和缸等不同作用，结构上较为紧凑，功能上相互配合；第一通孔将内环腔与筒体内腔连通后形成虹吸效应，第二通孔与第三通孔用于保持内环腔与筒体内腔压力相等，使两者水位
一致，如此可确保土样上方始终有水且不断有水渗入土样，使得土样在真空负压固结测试过程中始终保持饱和状态，测量结果更为准确。
8.所述筒体的底部连接有底壳，底壳的上表面向下凹陷，底壳与筒体的底壁之间形成储水腔，筒体的底壁上设有若干连通储水腔与筒体内腔的透水孔，机架的外侧安装有竖向设置的量筒，量筒的底部与底壳之间设有通水管，通水管将量筒的内腔与储水腔连通，通水管上安装有第一阀门。开启第一阀门后，量筒内的水可以经过通水管、储水腔、下透水石、土样、上透水石被不断抽出，用于测试土样的渗透性能。
9.所述筒体的内壁包括依次连接的内壁上段、内壁中段、内壁下段，内壁中段位于下透水石与上透水石之间，内壁上段与内壁下段之间连接有弹性内筒，弹性内筒位于内壁中段的内侧，内壁中段开设通孔并连接有进水管，进水管穿过筒体的底部与通水管相连通，进水管上安装有第二阀门。真空负压固结测试中，随着抽真空的不断进行，土样会发生侧向变形，此时弹性内筒会贴合在土样上，随后弹性内筒与内壁中段之间会出现空隙，打开第二阀门，量筒内的水就会补充到所出现的空隙中，通过观察量筒的水位变化可以测量出土样的侧向变形量，结合土样的沉降变化，可以测定土样的整体变形量。
10.所述追踪杆上设有第三通孔的部位套装有可上下滑动并且能够转动的封堵套筒，追踪杆上位于封堵套筒上方的部位均匀环布有四个限位块，封堵套筒的顶面对应限位块设有四个限位槽，追踪杆上位于封堵套筒下方的部位设有限位环，追踪杆上位于封堵套筒与限位环之间的部位套装有复位弹簧，复位弹簧的上下两端分别与封堵套筒的下端面、限位环接触，封堵套筒上设有当封堵套筒位于上止点并且转动到设定角度时能够与第三通孔对齐的第四通孔。采用上述结构后，封堵套筒的转动角度可调，当封堵套筒转动到其中一设定角度后可使第四通孔与第三通孔对齐，追踪杆上的第三通孔处于开启状态，用于做真空负压固结测试；当封堵套筒转动到另一设定角度后可使第四通孔远离第三通孔，追踪杆上的第三通孔处于关闭状态，用于做渗透试验。
11.所述抽气罩的周边环布有多处过水槽，抽气罩的底面上设有内凹的集气腔。通过在抽气罩的周边设置过水槽，抽气罩上方的水更加容易进入上透水石，从而使土样处于饱和状态。
12.所述追踪杆包括管体和安装在管体上端的堵头，管体的内腔形成所述抽气通道，堵头的下端面上设有盲孔，管体的上端部伸入到盲孔内并通过螺纹连接在一起，堵头的侧部设有用于跟连通管相接的通气口。堵头既用于封堵管体，又用于跟连通管连接，堵头可以从管体上拆卸下来，方便密封盖的安装。
13.所述堵头的上端面设有球形凹窝，所述测量装置为百分表，百分表的测量杆伸向球形凹窝内。球形凹窝与百分表的测量杆相结合，百分表测量更加准确。
14.所述外环腔的底壁上连接有排水管，排水管上安装有第三阀门。开启第三阀门后可以将外环腔内的水向外排出，避免外环腔内存水过多。
15.所述筒体的外壁上设有观察窗口，观察窗口处安装有由透明材料制成的观察板。通过透明的观察板可以实时观察外环腔内的水量，避免外环腔内存水过多。
16.所述机架包括底座和连接在底座上的左右两立柱，两立柱的内侧设有托架，所述筒体安装在托架上方并且位于两立柱之间的空间内，两立柱之间连接有横梁，横梁位于筒体的上方，所述测量装置安装在横梁上。机架用于固定筒体和测量装置，使装置工作稳定。
17.综上所述，本发明的有益效果在于：本发明既能够用于做真空负压固结测试，又能够用于做渗透试验，实现一机两用；真空负压固结测试时能够使土样始终保持饱和状态，使测量结果更加准确；真空负压固结测试时不仅能够测量土样的沉降变化，还能够测量土样的侧向变形，能够更加准确的测出土样的整体变形量。
附图说明
18.图1是本发明的一种实施例的结构示意图；图2是图1所示实施例的剖视图；图3是图2中沿a-a线剖切后的结构示意图；图4是图2中所示抽气罩的仰视图；图5是本发明中追踪杆、封堵套筒及其安装结构的示意图；图6是图5中沿b-b线的剖视图；图7是图5中沿c-c线的剖视图；图8是现有固结仪的结构示意图；图中：1、机架，101、底座，102、立柱，103、托架，2、筒体，3、下透水石，4、上透水石，5、抽气罩，6、追踪杆，601、管体，602、堵头，7、抽气通道，8、测量装置，9、密封盖，10、贯通孔，11、内环腔，12、外环腔，13、第一通孔，14、第二通孔，15、第三通孔，16、连通管，17、抽气口，18、底壳，19、储水腔，20、透水孔，21、通水管，22、第一阀门，23、封堵套筒，24、限位块，25、限位槽，26、限位环，27、复位弹簧，28、第四通孔，29、缺口，30、螺柱，31、蝶形螺母，32、密封垫片，33、延长套筒，34、环槽，35、密封环，36、过水槽，37、集气腔，40、盲孔，41、通气口，42、球形凹窝，43、测量杆，44、排水管，45、第三阀门，46、观察窗口，47、观察板，51、横梁，52、抽气管，53、真空压力表，54、气压调节阀，56、量筒，57、内壁上段，58、内壁中段，59、内壁下段，60、弹性内筒，61、进水管，62、第二阀门。
具体实施方式
19.下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
20.参照图1、图2、图3，在本发明的一种实施例中，室内土体负压固结装置包括机架1，机架1上安装有上端开口的筒体2。机架1包括底座101和连接在底座101上的左右两立柱102，两立柱102的内侧设有托架103，筒体2安装在托架103上方并且位于两立柱102之间的空间内。筒体2的内腔中从下到上依次安装有下透水石3、上透水石4、抽气罩5，下透水石3与上透水石4之间设有土样放置空间。抽气罩5的顶部连接有竖向设置的追踪杆6，追踪杆6内设有与抽气罩5底面连通的抽气通道7。机架1上安装有用于测量追踪杆6竖向位移的测量装置8。筒体2的开口处安装有可拆卸的密封盖9，密封盖9上设有贯通孔10，追踪杆6穿过贯通孔10向上伸出，追踪杆6与贯通孔10为动密封配合。筒体2的筒壁为三层结构且三层之间形成内环腔11、外环腔12。筒体2的内壁上设有第一通孔13，第一通孔13连通内环腔11和筒体2的内腔。内环腔11与外环腔12之间的间隔层上设有第二通孔14，第二通孔14用于连通内环腔11和外环腔12。追踪杆6上位于密封盖9下方的部位设有第三通孔15，第三通孔15用于连通抽气通道7和筒体2的内腔。第一通孔13、第二通孔14、第三通孔15依次升高且高于抽气罩
5。抽气通道7与外环腔12之间设有连通管16，连通管16的一端连接在追踪杆6位于密封盖9上方的部位，另一端连接筒体2。筒体2的上沿处安装有与外环腔12接通的真空压力表53。筒体2的外壁上设有抽气口17，抽气口17处连接有抽气管52，抽气管52上安装有气压调节阀54，使用时抽气管52连接真空泵，启动真空泵能够对外环腔12抽真空，气压调节阀54用于调节抽真空度。当然抽真空装置也可以直接连接抽气口17，实现抽真空。
21.参照图2、图3，为了方便密封盖9的拆装，密封盖9的边缘处环布有多处缺口29，筒体2的上沿处对应缺口29环布有多个螺柱30，螺柱30穿过对应的缺口29向上伸出，螺柱30的伸出端螺装有蝶形螺母31。为了确保筒体2与密封盖9之间的密封，筒体2的上沿与密封盖9之间设有密封垫片32。为了确保贯通孔10与追踪杆6之间的密封，密封盖9上设有贯通孔10的部位连接有向上延伸的延长套筒33，延长套筒33的内壁上设有两处环槽34，环槽34内安装有密封环35。
22.参照图2、图3，在本发明的进一步改进中，筒体2的底部连接有底壳18，底壳18的上表面向下凹陷，底壳18与筒体2的底壁之间形成储水腔19，筒体2的底壁上设有若干连通储水腔19与筒体2内腔的透水孔20。机架1的外侧安装有竖向设置的量筒56，量筒56的底部与底壳18之间设有通水管21，通水管21将量筒56的内腔与储水腔19连通，通水管21上安装有第一阀门22。
23.参照图2、图3，在本发明的进一步改进中，筒体2的内壁包括依次连接的内壁上段57、内壁中段58、内壁下段59，内壁中段58位于下透水石3与上透水石4之间，内壁上段57与内壁下段59之间连接有弹性内筒60，弹性内筒60位于内壁中段58的内侧。内壁中段58开设通孔并连接有进水管61，进水管61穿过筒体2的底部与通水管21相连通，进水管61上安装有第二阀门62。
24.参照图2、图3，为了控制第三通孔15的启闭，追踪杆6上设有第三通孔15的部位套装封堵套筒23。参照图5、图6、图7，为了实现第三通孔15封堵状态的自由切换，封堵套筒23可上下滑动的套装在追踪杆6上，追踪杆6上位于封堵套筒23上方的部位均匀环布有四个限位块24，封堵套筒23的顶面对应限位块24设有四个限位槽25，追踪杆6上位于封堵套筒23下方的部位设有限位环26，追踪杆6上位于封堵套筒23与限位环26之间的部位套装有复位弹簧27，复位弹簧27的上下两端分别与封堵套筒23的下端面、限位环26接触，封堵套筒23上设有当封堵套筒23位于上止点并且转动到设定角度时能够与第三通孔15对齐的第四通孔28。向下拉动封堵套筒23可使限位块24与限位槽25脱离，由此可转动封堵套筒23使第四通孔28转到另一侧，然后松开封堵套筒23，复位弹簧27将封堵套筒23向上顶起，限位块24与限位槽25结合，此时第三通孔15与第四通孔28不再对齐，封堵套筒23将第三通孔15封堵起来。
25.参照图2、图3，本发明在使用时，下透水石3与上透水石4之间放置土样，筒体2内加水，抽真空时抽气罩5上方的水可以透过抽气罩5与筒体2内壁之间的缝隙进入上透水石4，使土样处于饱和状态。参照图4，为了使水更加容易进入上透水石4，抽气罩5的周边环布有多处过水槽36，抽气罩5的底面上设有内凹的集气腔37。
26.参照图1、图2、图3，作为优选的实施例，追踪杆6包括管体601和安装在管体601上端的堵头602，管体601的内腔形成所述抽气通道7，堵头602的下端面上设有盲孔40，管体601的上端部伸入到盲孔40内并通过螺纹连接在一起，堵头602的侧部设有用于跟连通管16相接的通气口41。堵头602的上端面设有球形凹窝42，本实施例中的测量装置为百分表，百
分表的测量杆43伸向球形凹窝42内。为了安装百分表，两立柱102之间连接有横梁51，横梁51位于筒体2的上方，百分表安装在横梁51上。
27.参照图3，为了方便外环腔12的排水，外环腔12的底壁上连接有排水管44，排水管44上安装有第三阀门45。
28.参照图1、图3，为了方便观察外环腔12内的水量，筒体2的外壁上设有观察窗口46，观察窗口46处安装有由透明材料制成的观察板47。
29.该室内土体负压固结装置的使用方式如下：1）真空负压固结测试：装土样前先测试土样初始含水率及密度，将下透水石3、上透水石4浸饱和，筒体2内装入下透水石3、土样、上透水石4、抽气罩5，筒体2内加水，使筒体2内腔中的水位高于第一通孔13，当水位超过第一通孔13则进入内环腔11，当水位到达第二通孔14就会溢流到外环腔12，水位不再升高，停止加水，安装好密封盖9，接好连通管16，抽气管52连接真空泵，开启真空泵，根据真空压力表53显示的数值调节气压调节阀54，直至真空压力表53显示设定的真空度，记录土样的初始高度，记录不同时间百分表的数值变化，由此测定土样随时间的沉降变化。由于追踪杆6上设有第三通孔15，可以抽取筒体2内的空气形成真空负压，形成内外压力差，追踪杆6在外界大气压的作用下，迫使抽气罩5向下移动，形成负压固结。内环腔11起到控制水位的作用，在整个试验过程中，第二通孔14、第三通孔15使筒体2的内腔、内环腔11的气压始终保持一致，第一通孔13位于水位以下，水可以通过第一通孔13在筒体2内腔和内环腔11中维持动态平衡，筒体2内腔中的水位始终处于抽气罩5以上，从而使土样始终处于饱和状态，外环腔12具有饱和缸的作用，可防止水进入真空泵。
30.真空负压固结测试中，随着抽真空的不断进行，土样会发生侧向变形，此时弹性内筒60会贴合在土样上，随后弹性内筒60与内壁中段58之间会出现空隙，打开第二阀门62，量筒56内的水就会补充到所出现的空隙中，通过观察量筒56的水位变化可以测量出土样的侧向变形量，结合土样的沉降变化，可以测定土样的整体变形量。
31.2）渗透试验：转动封堵套筒23使第三通孔15关闭，量筒56内装水，打开第一阀门22，在真空作用下，量筒56内的水会沿着通水管21进入储水腔19，再通过下透水石3、土样、上透水石4、抽气通道7流动排出，根据单位时间内量筒56中的水位变化可准确计算渗透系数。
32.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。