本發(fā)明涉及一種滲透氣壓固結(jié)儀。

背景技術(shù)：

在城市化進(jìn)程加快的背景下，我國沿海城市地區(qū)各類大型基礎(chǔ)設(shè)施的陸續(xù)在軟黏土地基中進(jìn)行工程建設(shè)，隨著時間的推移，經(jīng)常出現(xiàn)各種各樣的工程問題，甚至導(dǎo)致建(構(gòu))筑物出現(xiàn)不同程度的破壞。沉降是巖土工程地質(zhì)災(zāi)害和工程事故發(fā)生的直接原因，在工程實踐中探究地基沉降變形規(guī)律常常借助于室內(nèi)固結(jié)試驗，固結(jié)儀是巖土工程勘察土工試驗重要的試驗儀器。

固結(jié)儀可以用來進(jìn)行土工壓縮試驗，評價土體的固結(jié)和蠕變變形特性?？梢酝ㄟ^壓縮曲線，計算土體的壓縮指數(shù)、回彈模量、固結(jié)系數(shù)等。目前采用的固結(jié)儀主要有兩種：單杠桿固結(jié)儀和全自動氣壓固結(jié)儀。單杠桿固結(jié)儀是上世紀(jì)70年代發(fā)明創(chuàng)造的，利用杠桿原理，通過砝碼人工加荷；全自動氣壓固結(jié)儀是本世紀(jì)初期發(fā)明創(chuàng)造的，根據(jù)氣壓傳動的原理加荷，具有方便快捷等優(yōu)點。

也有部分專家學(xué)者對滲流固結(jié)儀進(jìn)行了發(fā)明和設(shè)計，例如周愛紅等(2015)對滲流固結(jié)儀進(jìn)行改造能夠同時測定對應(yīng)孔隙比下的滲透系數(shù)和壓縮系數(shù)；許婷婷(2014)、鐘倩倩(2011)聶良佐(2010)對滲流固結(jié)儀進(jìn)行了外觀設(shè)計；李子安(2009)對結(jié)合高滲透壓特性研發(fā)了高壓滲透固結(jié)儀。

但在工程實踐中，潮間帶(灘涂地區(qū))路基工程，港口碼頭工程，高土石壩工程以及航道工程的土體都存在高滲透壓，并且在研究一定范圍內(nèi)土體側(cè)向約束并非剛性約束，是有一定彈性的，傳統(tǒng)的滲透固結(jié)儀在某種程度上無法真實反映土的滲流場-應(yīng)力場耦合作用下土體的固結(jié)特性，存在以下兩個方面的局限性：

(1)儀器笨重，占地面積較大；

(2)由于環(huán)刀的剛性約束作用，無法真實表達(dá)土體側(cè)向變形特性。

基于上述情況，很有必要研發(fā)一種在柔性約束條件下和高滲透壓作用下，土體固結(jié)試驗裝置。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對上述問題，本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，結(jié)合土體承受高滲透壓和允許側(cè)向變形的特點，提供一種試驗操作簡單，具有考慮因素更全面、可控性強(qiáng)的優(yōu)點的滲透氣壓固結(jié)儀，本發(fā)明的滲透氣壓固結(jié)儀可以模擬土體滲透場－應(yīng)力場耦合作用下固結(jié)變形特性以及側(cè)向變形規(guī)律。本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種滲透氣壓固結(jié)儀，包括底座5，通過支撐件支撐在底座5上的蓋板15，刻度儲水箱7、量筒23、施壓裝置和計算機(jī)6，其特征在于：

底座5內(nèi)部設(shè)置有空腔，空腔5通過進(jìn)水管4連通到刻度儲水箱7，并與底座排氣閥3相通，在底座5的上部開設(shè)有與空腔相連的通孔，下透水石9置于底座5上面，在上透水石8和下透水石9之間放置土樣，土樣被置于上下開口的軟套內(nèi)，上透水石8置于土樣上方，稱上透水石8、下透水石9和軟套之間的空間為土樣壓力室12；

所述的施壓裝置包括施壓軸18，在蓋板15上開設(shè)有用于穿過施壓軸18的通孔，蓋板15與施壓軸18之間密封連接，施壓軸18置于蓋板15上，在蓋板15上設(shè)置有連接到量筒23的出水口22；

在軟套的外周固定有用于放置氣囊11的氣囊腔10，在氣囊11上開設(shè)有進(jìn)氣閥1和吸氣閥2；

在蓋板上設(shè)置有位移計14，在氣囊11上設(shè)置有氣壓表13，在軟套21上設(shè)置有壓力傳感器20；氣壓表13、位移計14和壓力傳感器20采集的數(shù)據(jù)被送入計算機(jī)6。

本發(fā)明提供的滲透氣壓固結(jié)儀針對土體滲透固結(jié)變形特性以及土體側(cè)向變形等特點而設(shè)計，與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點：

(1)試驗儀器輕小，占地面積少，加載方便可靠；

(2)可以模擬高滲透壓條件下土體的固結(jié)特性的影響，可以綜合考滲流場-應(yīng)力場耦合作用下，軟土孔壓、孔隙比以及變形機(jī)理等；

(3)側(cè)向約束為氣囊，供柔性約束，可以模擬三軸試驗，實現(xiàn)K₀固結(jié)和等向固結(jié)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的滲透氣壓固結(jié)儀構(gòu)造原理圖。

圖2是本發(fā)明的滲透氣壓固結(jié)儀三維示意圖。

圖3是本發(fā)明的滲透氣壓固結(jié)儀應(yīng)變片或壓力傳感器粘貼處局部構(gòu)造示意圖。

圖中標(biāo)號說明：1進(jìn)氣閥；2吸氣閥；3底座排氣閥；4進(jìn)水管；5底座；6計算機(jī)；7刻度儲水箱；8上透水石；9下透水石；10氣囊腔；11氣囊；12土樣壓力室；13氣壓表；14位移計；15蓋板；16頂托；17砝碼；18施壓軸；19應(yīng)變片或者壓力傳感器粘貼處；20應(yīng)變片/壓力傳感器；21橡皮套；22出水口；23量筒。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進(jìn)行說明。

參見圖1和圖2，本發(fā)明提供的滲透氣壓固結(jié)儀，具體包括進(jìn)氣閥1、吸氣閥2、底座排氣閥3、進(jìn)水管4、底座5、計算機(jī)6、刻度儲水箱7、上透水石8、下透水石9、氣囊腔10、氣囊11、土樣壓力室12、氣壓表13、位移計14、蓋板15、頂托16、砝碼17、施壓軸18、出水口22、量筒23。

滲透氣壓固結(jié)儀底座5與充滿水的刻度儲水箱7相連的進(jìn)水管4和底座排氣閥3相通；土樣壓力室12中從下部到上部依次放入下透水石、土樣和上透水石；在蓋板15上開設(shè)有用于穿過施壓軸18的通孔，蓋板15與施壓軸18之間密封連接，上透水石與可以自由移動的施壓軸18相連，在蓋板15上開設(shè)有出水口22，出水口22與量筒23相連；施壓軸的上部與放有砝碼17的頂托16和位移計14相連；氣壓表13、位移計14和應(yīng)變片/壓力傳感器20通過數(shù)據(jù)采集器與計算機(jī)6相連。

氣囊對土樣壓力室12施加圍壓，主要通過進(jìn)氣口1連接氣囊11，與氣囊11相連壓力表13進(jìn)行控制。吸氣閥2可以使得氣囊11與土樣壓力室12的土樣充分接觸。

參見圖3，本發(fā)明的滲透氣壓固結(jié)儀的應(yīng)變片或者壓力傳感器粘貼處，具體包括應(yīng)變片/壓力傳感器20、橡皮套21、計算機(jī)6。在放入土樣壓力室12之前，需要用橡皮套21包裹土樣，并在其上粘貼應(yīng)變片/壓力傳感器20，并通過數(shù)據(jù)采集器與計算機(jī)6相連。

試驗步驟

(1)試驗開始前，打開計算機(jī)6，并在刻度儲水箱7注滿水，并記錄刻度讀數(shù)，并將土樣用橡皮套21套住，并在其放置上透水石8和下透水石9。

(2)需要通過進(jìn)水管中水將底座5空腔的空氣排凈，直到底座排氣閥3出現(xiàn)水為止；

(3)關(guān)閉底座排氣閥3，打開進(jìn)氣閥1和吸氣閥2，使得氣囊腔10中的氣囊11與腔壁接觸，壓力表13顯示施加的圍壓值，可以根據(jù)試驗方案具體確定；

(4)使施壓軸18底部與上透水石8充分接觸，并在頂托16上施加砝碼17，可以根據(jù)試驗方案具體確定；

(5)根據(jù)土工試驗規(guī)程(SL237-1999)確定固結(jié)時間；

(6)試驗結(jié)束，應(yīng)記錄在單位時間的出水量，根據(jù)達(dá)西定律計算滲透系數(shù)。

(7)試驗結(jié)束后，應(yīng)先將進(jìn)氣閥1打開，然后將砝碼17、施壓軸18、上透水石8、土樣依次卸下。