本發(fā)明涉及土工測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種土壓力測(cè)試裝置。

背景技術(shù)：

土壓力盒適用于測(cè)量邊坡、基坑、路基、堤壩、隧道等結(jié)構(gòu)物的內(nèi)部土壓力，是土工測(cè)試中一種常用的重要元器件。將土壓力盒測(cè)試線引出到指定的位置后，可以通過(guò)綜合測(cè)試儀對(duì)土壓力數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取，進(jìn)而對(duì)土壓力的變化進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)。

但值得注意的是，土壓力盒的埋設(shè)方法對(duì)土壓力盒測(cè)量值有較大影響，土壓力盒測(cè)量的有效數(shù)據(jù)是垂直于土壓力盒表面的均布?jí)毫?，而不均勻力和?cè)向力均會(huì)對(duì)土壓力盒的測(cè)量數(shù)據(jù)造成影響，使其測(cè)量結(jié)果存在較大偏差。如圖6所示，傳統(tǒng)振弦式土壓力盒主要包括承載板a、圓筒壁b、立柱c、鋼弦d、線圈e等。如圖7所示，壓力盒的承載板a，即受力彈性膜，在受到均布?jí)毫后產(chǎn)生向下凹陷的變形，立柱c隨著承載板a的變形發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，緊繃在立柱c上的鋼弦d由此發(fā)生張力變形。施加電壓信號(hào)的線圈e產(chǎn)生的磁場(chǎng)發(fā)生改變，使得鋼弦d產(chǎn)生正弦自振，線圈e感應(yīng)出的磁阻抗也會(huì)按照正弦頻率發(fā)生變化，該正弦頻率為鋼弦d的自振頻率，而鋼弦d受到的張力大小與鋼弦d的自振頻率直接相關(guān)，由此得出土壓力數(shù)據(jù)。如圖8所示，當(dāng)振弦式土壓力盒受到橫向力n作用時(shí)，承載板a向上隆起，此時(shí)立柱c發(fā)生反方向轉(zhuǎn)動(dòng)，由此得出的鋼弦d的自振頻率反應(yīng)出的土壓力數(shù)據(jù)為負(fù)值。所以，土壓力盒在受到橫向力時(shí)，會(huì)對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)造成極大的影響。

為了減小或消除橫向力對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，常規(guī)做法是在埋設(shè)土壓力盒前，先在土壓力盒的周邊包裹一層厚度為1cm～2cm的橡膠圈。在隧道工程領(lǐng)域，土壓力盒通常埋設(shè)在圍巖與初期支護(hù)之間，但圍巖斷面通常不是光滑的弧線輪廓，即使開(kāi)挖凹槽進(jìn)行埋設(shè)，土壓力盒仍會(huì)受到橫向力的作用，而隧道初期支護(hù)具有較大的軸力，對(duì)土壓力盒的測(cè)試影響巨大。橡膠圈無(wú)法消除隧道支護(hù)軸力的影響，使得土壓力盒測(cè)出的土壓力數(shù)據(jù)受到影響甚至出現(xiàn)負(fù)值，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性較低。另外，土壓力盒埋設(shè)時(shí)要求在盒底鋪一層經(jīng)過(guò)篩選后顆粒均勻的細(xì)砂或砂漿來(lái)輔助，厚度為10cm～15cm，夯實(shí)鋪平，但隧道工程中往往遇到富水地層，水流量較大時(shí)，無(wú)法利用細(xì)砂或砂漿進(jìn)行輔助埋設(shè)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于制作、成本低、使用方便和測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確土壓力測(cè)試裝置。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種土壓力測(cè)試裝置，包括土壓力盒和與土壓力盒連接的測(cè)試線，還包括用于保護(hù)土壓力盒不受橫向力作用的隔離件，所述土壓力盒容設(shè)于所述隔離件中，所述測(cè)試線穿過(guò)隔離件與外界連通。

上述的土壓力測(cè)試裝置，優(yōu)選的，所述隔離件包括空心管、柔性填充物和兩層隔離層，所述柔性填充物和兩層隔離層套設(shè)于空心管內(nèi)，所述兩層隔離層緊貼于土壓力盒上、下兩端，所述柔性填充物設(shè)于兩層隔離層之間，且填充于土壓力盒與空心管之間，所述空心管設(shè)有供測(cè)試線穿過(guò)的缺口。

上述的土壓力測(cè)試裝置，優(yōu)選的，所述隔離層包括細(xì)砂墊層、水泥砂漿層和墊片，所述墊片緊貼于所述土壓力盒端面，所述細(xì)砂墊層壓緊于所述水泥砂漿層和墊片之間。

上述的土壓力測(cè)試裝置，優(yōu)選的，所述水泥砂漿層的高度是細(xì)砂墊層的高度的2倍～8倍。

上述的土壓力測(cè)試裝置，優(yōu)選的，所述空心管內(nèi)壁涂覆有潤(rùn)滑劑層。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：本發(fā)明的土壓力測(cè)試裝置中土壓力盒將測(cè)得的鋼弦的自振頻率通過(guò)測(cè)試線傳送到綜合測(cè)試儀，讀取綜合測(cè)試儀上數(shù)值即可測(cè)得不受橫向力作用的土壓力數(shù)據(jù)。土壓力盒容設(shè)于隔離件中，在測(cè)試時(shí)，隔離件可以保護(hù)土壓力盒不受橫向力的作用，進(jìn)而消除了橫向力對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，提高了測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。該土壓力測(cè)試裝置還可在埋設(shè)前進(jìn)行抗橫向力的測(cè)試，保證了測(cè)量結(jié)果的精準(zhǔn)，并且有效避免了埋設(shè)之后發(fā)現(xiàn)元器件數(shù)據(jù)異常的情況。該土壓力測(cè)試裝置具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于制作、成本低、使用方便和測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明土壓力測(cè)試裝置的立體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明土壓力測(cè)試裝置的主視結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為圖2中a-a剖視示意圖。

圖4為本發(fā)明土壓力測(cè)試裝置用于云南成貴鐵路某隧道的隧道土壓力測(cè)試位置示意圖。

圖5為圖4中測(cè)得的隧道圍巖接觸壓力數(shù)據(jù)示意圖。

圖6為傳統(tǒng)振弦式土壓力盒結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7為傳統(tǒng)振弦式土壓力盒受正向力p時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖8為傳統(tǒng)振弦式土壓力盒受橫向力n時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖例說(shuō)明：

1、土壓力盒；2、測(cè)試線；3、隔離件；31、空心管；311、缺口；32、柔性填充物；33、隔離層；331、細(xì)砂墊層；332、水泥砂漿層；333、墊片；4、防漏墊層；a、承載板；b、圓筒壁；c、立柱；d、鋼弦；e、線圈；h、進(jìn)口；i、出口；j、初支；k、二襯。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。

如圖1至圖3所示，本實(shí)施例的土壓力測(cè)試裝置，包括土壓力盒1、測(cè)試線2和隔離件3，測(cè)試線2與土壓力盒1連接，隔離件3用于保護(hù)土壓力盒1不受橫向力作用，土壓力盒1容設(shè)于隔離件3中，測(cè)試線2穿過(guò)隔離件3與外界連通。該土壓力測(cè)試裝置中土壓力盒1將測(cè)得的鋼弦的自振頻率通過(guò)測(cè)試線2傳送到綜合測(cè)試儀，讀取綜合測(cè)試儀上數(shù)值即可得出測(cè)得的土壓力數(shù)據(jù)。土壓力盒1容設(shè)于隔離件3中，在測(cè)試時(shí)，隔離件3可以保護(hù)土壓力盒1不受橫向力的作用，進(jìn)而消除了橫向力對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，提高了測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。該土壓力測(cè)試裝置還可在埋設(shè)前進(jìn)行抗橫向力的測(cè)試，保證了測(cè)量結(jié)果的精準(zhǔn)，并且有效避免了埋設(shè)之后發(fā)現(xiàn)元器件數(shù)據(jù)異常的情況。該土壓力測(cè)試裝置具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于制作、成本低、使用方便和測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)。

本實(shí)施例中，隔離件3包括空心管31、柔性填充物32和兩層隔離層33，柔性填充物32和兩層隔離層33套設(shè)于空心管31內(nèi)，兩層隔離層33緊貼于土壓力盒1上、下兩端，柔性填充物32設(shè)于兩層隔離層33之間，且填充于土壓力盒1與空心管31之間，空心管31管壁上開(kāi)有深為5cm～8cm、寬為1cm～2cm的缺口311，測(cè)試線2穿過(guò)缺口311后可將缺口311封堵。本實(shí)施例的土壓力盒1被空心管31、柔性填充物32和兩層隔離層33完全包圍起來(lái)，使其不受外界橫向力的作用，且兩層隔離層33可輔助土壓力盒1埋設(shè)。柔性填充物32的高度與土壓力盒1的高度一致，既利于土壓力盒1外圓周面不受橫向力作用，起到了保護(hù)作用，又避免了土壓力盒1在土壓力測(cè)試裝置制作過(guò)程中的偏移、扭轉(zhuǎn)，對(duì)土壓力盒1起到定位作用。

本實(shí)施例中，隔離層33包括細(xì)砂墊層331、水泥砂漿層332和墊片333，墊片333緊貼于土壓力盒1端面，細(xì)砂墊層331壓緊于水泥砂漿層332和墊片333之間。本實(shí)施例的土壓力盒1位于空心管31內(nèi)的中間位置，在土壓力盒1的兩端面均鋪設(shè)有一層顆粒均勻的細(xì)砂形成細(xì)砂墊層331，在各細(xì)砂墊層331外再鋪設(shè)一層水泥砂漿形成水泥砂漿層332，即通過(guò)水泥砂漿層332將細(xì)砂墊層331固定在土壓力盒1的端面上。細(xì)砂墊層331和土壓力盒1端面之間具有墊片333，以阻止細(xì)砂填塞進(jìn)入柔性填充物，防止細(xì)砂墊層出現(xiàn)空洞或不密實(shí)的情況。水泥砂漿層332的外端面與對(duì)應(yīng)的空心管31端面平齊，位于空心管31下端的水泥砂漿層332在鋪設(shè)時(shí)，可在地面平鋪一層防漏墊層4以防漏漿。本實(shí)施例的細(xì)砂墊層331采用細(xì)度模數(shù)為1.6～2.2、平均粒徑為0.25mm～0.35mm的細(xì)砂，水泥砂漿層332中的水泥、砂、水的配合比為1：3：0.6，墊片333和防漏墊層4均采用現(xiàn)有技術(shù)中的普通a4打印紙，普通a4打印紙的重量為70g/m²，厚度大于或等于0.088mm，也可采用硬紙板、pvc塑料片和鋼片等。該土壓力測(cè)試裝置利用隔離層33來(lái)輔助土壓力盒1埋設(shè)，可適用于水流量較大的富水地層，且其布置工藝簡(jiǎn)單，避免了在埋設(shè)現(xiàn)場(chǎng)使用細(xì)砂、砂漿來(lái)輔助土壓力盒1埋設(shè)，具有方便埋設(shè)和適用范圍廣的優(yōu)點(diǎn)。

本實(shí)施例的水泥砂漿層332的高度是細(xì)砂墊層331的高度的2倍～8倍，細(xì)砂墊層331的高度為1cm～2cm，水泥砂漿層332的高度為4cm～8cm。

本實(shí)施例的空心管31內(nèi)壁涂覆有潤(rùn)滑劑層，該土壓力測(cè)試裝置工作時(shí)，由于潤(rùn)滑劑層的作用有效消除空心管31與隔離層33、柔性填充物32的粘結(jié)力，防止粘結(jié)力對(duì)測(cè)試結(jié)果產(chǎn)生不良影響。

本實(shí)施例的空心管31為現(xiàn)有技術(shù)中的硬pvc管，硬pvc管的內(nèi)徑為15cm～25cm、長(zhǎng)為10cm～20cm。硬pvc管能達(dá)到排水管的標(biāo)準(zhǔn)要求，拉伸屈服強(qiáng)度大于40mpa，落錘沖擊試驗(yàn)小于10%。本實(shí)施例的柔性填充物32為現(xiàn)有技術(shù)中的聚苯乙烯泡沫塑料板。硬pvc管和聚苯乙烯泡沫塑料板均具有易于取材、成本低廉的優(yōu)點(diǎn)。

本實(shí)施例的土壓力測(cè)試裝置的制作步驟如下：

步驟一：取一段內(nèi)徑為20cm、長(zhǎng)為15cm的硬pvc管，硬pvc管的內(nèi)徑稍大于土壓力盒1的外徑，在管壁上切割一個(gè)深為7cm、寬為1cm的缺口311。在硬pvc管下端鋪普通a4打印紙防止漏漿，在硬pvc管內(nèi)壁涂滿潤(rùn)滑劑；

步驟二：在硬pvc管內(nèi)下端填入5cm厚水泥砂漿，在水泥砂漿上方均勻平鋪細(xì)度模數(shù)為1.9、平均粒徑為0.3mm的細(xì)砂，并在細(xì)砂上方平鋪裁剪后與硬pvc管內(nèi)輪廓大小相同的普通a4打印紙；

步驟三：在步驟二的普通a4打印紙上平放土壓力盒1，測(cè)試線2穿過(guò)缺口311引出，在土壓力盒1周邊與硬pvc管內(nèi)壁的空隙中填滿聚苯乙烯泡沫塑料板，其高度與土壓力盒1高度相等，并用聚苯乙烯泡沫塑料塊封堵缺口311；

步驟四：土壓力盒1上方平鋪裁剪后與硬pvc管內(nèi)輪廓大小相同的普通a4打印紙，在普通a4打印紙上方均勻平鋪細(xì)度模數(shù)為1.9、平均粒徑為0.3mm的細(xì)砂，并在細(xì)砂上方填入水泥砂漿，使之與硬pvc管頂部齊平；

步驟五：養(yǎng)護(hù)24小時(shí)，測(cè)出初值，進(jìn)行抗橫向力測(cè)試與垂直壓力測(cè)試，測(cè)試數(shù)據(jù)正常，土壓力測(cè)試裝置制作完畢，將其放入隧道中或富水地層中進(jìn)行固定埋設(shè)。

如圖4所示，將本實(shí)施例的土壓力測(cè)試裝置用于云南成貴鐵路某隧道，其中，隧道長(zhǎng)度從進(jìn)口h延伸至出口i，而隧道包括最外部的初支j和內(nèi)部的二襯k，隧道土壓力測(cè)試位置分別是d、e、f，經(jīng)過(guò)近一個(gè)月的測(cè)試，測(cè)得的隧道圍巖接觸壓力數(shù)據(jù)如圖5所示，數(shù)據(jù)良好。

本實(shí)施例的土壓力測(cè)試裝置適用于各類地層的土壓力測(cè)試，尤其適用于富水地層或隧道內(nèi)圍巖接觸壓力的測(cè)量。土壓力測(cè)試裝置克服了以往常規(guī)埋設(shè)方法的缺陷，且在隧道工程實(shí)際使用中極為便利、簡(jiǎn)單和高效，極大減少了因土壓力盒1埋設(shè)問(wèn)題導(dǎo)致的數(shù)據(jù)異常，具有非?？捎^的科研意義與顯著的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，對(duì)土工測(cè)試技術(shù)的提高與改進(jìn)具有重要意義。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不僅局限于上述實(shí)施例。對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明技術(shù)構(gòu)思前提下所得到的改進(jìn)和變換也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。