真空預壓作用下土體固結變形的測量裝置及測量方法與流程

本發明涉及土工室內試驗技術領域，尤其是涉及一種真空預壓作用下土體固結變形的測量裝置及測量方法。

背景技術：

真空預壓是通過覆蓋于土體的密封膜下抽真空，使膜內外形成氣壓差，使土體產生固結壓力，即在總應力不變的情況下，通過減小孔隙水壓力來增加有效應力。固結變形是土體壓縮特性及排水特性研究的重要內容，真空預壓作用可加速排水，提高排水量，增加土體的強度，開展其作用下土體固結變形研究對土體工程特性研究具有重要的意義。

真空預壓作用下土體固結變形測量裝置是一種用于測試真空預壓條件下土體固結變形的儀器，對土體固結特性及強度特性研究具有一定的意義，目前的固結測試裝置及方法不能實現一定真空預壓排水條件下土體固結變形的精準測量。

技術實現要素：

針對現有技術中存在的不足之處，本發明的目的是提供一種真空預壓作用下土體固結變形的測量裝置及測量方法，可以用來測量真空預壓排水條件下土體固結變形量，從而提高了科研水平。

本發明所采用的技術方案如下：

本發明的目的通過下述技術方案實現：

一種真空預壓作用下土體固結變形的測量裝置，包括抽氣機、土樣室、儲水室、砝碼、豎桿和百分表，所述土樣室具有上端開口的土樣腔，所述土樣室的上端開口通過頂板活動封閉，所述頂板可在土樣腔上下升降運動，所述抽氣機通過導管與土樣室的土樣腔密閉連通，所述土樣室的土樣腔中設有若干個排水管，所述排水管左右兩側分布設有若干個與土樣室的土樣腔相連通的排水孔，所述土樣室底部設有儲水室，所有排水管底部出水管口貫穿土樣室底部并置于儲水室內部；所述土樣室頂部設有可在土樣腔上下升降運動的承重臺，所述承重臺的頂部放置有砝碼；所述豎桿通過高度調節旋鈕連接設有支架，所述支架可借助高度調節旋鈕相對于豎桿上下升降運動，所述支架上設有朝向砝碼的百分表，所述百分表的測量觸頭配合指向砝碼。

為了更好地實現本發明，本測量裝置還包括底板，所述豎桿下端端部固定連接于底板上表面，所述支架右端端部通過高度調節旋鈕活動連接于豎桿上，所述百分表設置于支架左端端部。

進一步的技術方案是：所述底板頂部設有底座，所述儲水室放置于底座上方。

本發明提供一種優選的承重臺結構技術方案是：所述承重臺包括上平板，所述砝碼放置于上平板上方，所述上平板底部固定連接有三個與頂板相配合的支柱；所述土樣室的頂板上開有與所述排水管頂部管口一一對應的通孔；所述上平板為直徑17.3cm的圓形板，所述支柱的高度為9.9cm。

作為優選，所述導管的一端管口與土樣室的土樣腔密閉連通，導管的另一端管口與抽氣機底部抽氣口密閉連通；所述導管上設有閥門。

作為優選，所述高度調節旋鈕為螺紋旋鈕。

作為優選，所述排水管數量為兩個，所述排水管頂端貫穿超出頂板上表面的高度為2.4cm，排水管底端貫穿超出土樣室底部的高度為1.5cm。

作為優選，每個所述排水管的直徑均為0.7cm；每個所述排水管上開有六個排水孔。

作為優選，所述土樣室的直徑為20cm，土樣室的高度為10cm；所述儲水室的直徑為33.6cm，儲水室的高度為4.2cm。

一種真空預壓作用下土體固結變形的測量方法，其方法步驟如下：

A、試驗前，在土樣室的土樣腔中填充土料，并對土料進行壓實，形成一定干密度的圓柱形土體，然后向土樣室的上端開口蓋上頂板并通過頂板封閉土樣室的上端開口，在頂板上方放置承重臺，接著在承重臺上方放置所需重量的砝碼；通過高度調節旋鈕使得支架相對于豎桿下降運動，讓支架上百分表的測量觸頭與砝碼頂面相接觸，并且調零百分表的指針讀數；

B、試驗開始時，打開導管上的閥門，啟動抽氣機對土樣室內圓柱形土體中的空氣進行抽氣，直至圓柱形土體處于真空環境；在抽氣機抽氣工作的同時，圓柱形土體中的水經過排水孔排放到各個排水管中，各個排水管將水排放到儲水室中；頂板在所有砝碼的壓力作用下水平向下運動，頂板水平向下壓縮圓柱形土體，圓柱形土體高度下降并固結排水；待圓柱形土體固結排水一定時間t后，關閉抽氣機及閥門；在每個時間間隔T處讀取百分表的讀數并記錄，即可完成真空預壓作用下土體固結變形的測量；

C、試驗完成后，通過高度調節旋鈕使得支架相對于豎桿上升運動，并讓支架上百分表的測量觸頭與砝碼頂面相脫離，取掉砝碼、承重臺、頂板，記錄并統計所得到的各個數據，并清除掉試驗中土樣室中的余土，以備進行下次試驗。

本發明較現有技術相比，具有以下優點及有益效果：

(1)本發明通過抽氣機可以實現對土樣室進行抽真空操作，可以實現真空預壓作用下土體的固結變形測量；圓柱形土體排水的固結試驗模擬壓力可以通過砝碼所提供的重力施加，砝碼的重力通過承重臺傳輸給頂板，通過頂板壓縮圓柱形土體，實現在真空預壓作用下土體固結變形操作，通過添加砝碼的重力大小、作用時間、百分表讀數就可以反映出圓柱形土體的固結變形情況。

(2)本發明通過在土樣室不同位置設置排水管，并在排水管表面布設排水孔，有利于圓柱形土樣室中的壓實土體固結排水，并通過抽氣機的設置，可實現不同密度土體的真空預壓及非真空預壓兩種工況下固結變形的相關試驗，對不同密度土體固結變形特性研究具有一定的理論意義和工程意義。

(3)本發明通過排水管及排水孔的設計，可實現土體的快速固結排水。本發明通過儲水室可以稱出圓柱形土體排出水的質量，方便計算固結系數。

(4)本發明裝置結構簡單，操作方便，加工工藝流程簡單，加工成本低廉，易于在生產和教學中推廣應用。

附圖說明

圖1為本發明的結構示意圖。

其中，附圖中的附圖標記所對應的名稱為：

1－抽氣機，2－閥門，3－導管，4－排水孔，5－土樣室，6－儲水室，7－底座，8－底板，9－圓柱形土體，10－排水管，11－頂板，12－承重臺，13－砝碼，14－百分表，15－支架，16－高度調節旋鈕，17－豎桿。

具體實施方式

下面結合實施例對本發明作進一步地詳細說明：

實施例

如圖1所示，一種真空預壓作用下土體固結變形的測量裝置，包括抽氣機1、土樣室5、儲水室6、砝碼13、豎桿17和百分表14，土樣室5具有上端開口的土樣腔，土樣室5的土樣腔用于放置土樣并制備出圓柱形土體9，土樣室5的上端開口通過頂板11活動封閉，頂板11可在土樣腔上下升降運動，頂板11的直徑與土樣室5的內徑及圓柱形土體9頂面圓的直徑相同，頂板11的強度較大，頂板11能夠承受一定的荷載，頂板11用于承接承重臺12及砝碼13的重量，頂板11在承重臺12及砝碼13重力作用下擠壓土樣室5中圓柱形土體9，加速圓柱形土體9中水從排水管10中排出。抽氣機1通過導管3與土樣室5的土樣腔密閉連通，土樣室5的土樣腔中設有若干個排水管10，排水管10左右兩側分布設有若干個與土樣室5的土樣腔相連通的排水孔4，土樣室5底部設有儲水室6，所有排水管10底部出水管口貫穿土樣室5底部并置于儲水室6內部。排水管10將土樣室5的土樣腔中圓柱形土體9的水排出到儲水室6中。土樣室5頂部設有可在土樣腔上下升降運動的承重臺12，承重臺12的頂部放置有砝碼13，承重臺12用于支撐起砝碼13，并將砝碼13的重力傳輸給土樣室5中的圓柱形土體9。豎桿17通過高度調節旋鈕16連接設有支架15，支架15可借助高度調節旋鈕16相對于豎桿17上下升降運動，支架15上設有朝向砝碼13的百分表14，百分表14的測量觸頭配合指向砝碼13。

本測量裝置還包括底板8，豎桿17下端端部固定連接于底板8上表面，支架15右端端部通過高度調節旋鈕16活動連接于豎桿17上，本實施例的高度調節旋鈕16優選為螺紋旋鈕；百分表14設置于支架15左端端部。

如圖1所示，底板8頂部設有底座7，儲水室6放置于底座7上方，底座7用于支撐起儲水室6。

如圖1所示，承重臺12包括上平板，砝碼13放置于上平板上方，上平板底部固定連接有三個與頂板11相配合的支柱，三個支柱的強度均較高。土樣室5的頂板11上開有與排水管10頂部管口一一對應的通孔。上平板為直徑17.3cm的圓形板，支柱的高度為9.9cm。

本實施例優選導管3的一端管口與土樣室5的土樣腔密閉連通，導管3的另一端管口與抽氣機1底部抽氣口密閉連通。導管3上設有閥門2。本實施例的抽氣機1型號為XD-40，抽氣機1用于抽氣，進而使得圓柱形土體9處于真空環境。

本實施例優選的排水管10數量為兩個，排水管10頂端貫穿超出頂板11上表面的高度為2.4cm，排水管10底端貫穿超出土樣室5底部的高度為1.5cm。

根據本發明的一個實施例，每個排水管10的直徑均為0.7cm；每個排水管10上開有六個排水孔4。

根據本發明的一個實施例，土樣室5的直徑為20cm，土樣室5的高度為10cm；土樣室5用于固定圓柱形土體9。儲水室6的直徑為33.6cm，儲水室6的高度為4.2cm，儲水室6用于存放圓柱形土體9固結過程中所排出的水。

一種真空預壓作用下土體固結變形的測量方法，其方法步驟如下：

A、試驗前，在土樣室5的土樣腔中填充土料，并對土料進行壓實，形成一定干密度的圓柱形土體9，然后向土樣室5的上端開口蓋上頂板11并通過頂板11封閉土樣室5的上端開口，在頂板11上方放置承重臺12，接著在承重臺12上方放置所需重量的砝碼13；通過高度調節旋鈕16使得支架15相對于豎桿17下降運動，讓支架15上百分表14的測量觸頭與砝碼13頂面相接觸，并且調零百分表14的指針讀數。

B、試驗開始時，打開導管3上的閥門2，啟動抽氣機1對土樣室內圓柱形土體9中的空氣進行抽氣，直至圓柱形土體9處于真空環境；在抽氣機1抽氣工作的同時，圓柱形土體9中的水經過排水孔4排放到各個排水管10中，各個排水管10將水排放到儲水室6中；頂板11在所有砝碼13的壓力作用下水平向下運動，頂板11水平向下壓縮圓柱形土體9，圓柱形土體9高度下降并固結排水；頂板11下降時，所有排水管10頂部管口一一對應穿過頂板11的各個通孔，然后所有排水管10頂部管口置于承重臺12內部空腔中，這樣排水管10頂部管口就不會被頂板11阻礙，圓柱形土體9固結排水后，圓柱形土體9的高度就會下降，頂板11也就隨著下降并繼續壓縮圓柱形土體9。待圓柱形土體9固結排水一定時間t后，關閉抽氣機1及閥門2；在每個時間間隔T處讀取百分表14的讀數并記錄，即可完成真空預壓作用下土體固結變形的測量。

C、試驗完成后，通過高度調節旋鈕16使得支架15相對于豎桿17上升運動，并讓支架15上百分表14的測量觸頭與砝碼13頂面相脫離，取掉砝碼13、承重臺12、頂板11，記錄并統計所得到的各個數據，并清除掉試驗中土樣室中的余土，以備進行下次試驗。

上述實施方式只是本發明的一個優選實施例，并不是用來限制本發明的實施與權利范圍的，凡依據本發明申請專利保護范圍所述的內容做出的等效變化和近似替換，均應落在本發明的保護范圍內。