基于真空負壓的粗粒土強度和變形特性測定裝置制造方法及圖紙

本發明專利技術涉及一種基于真空負壓的粗粒土強度和變形特性測定裝置。本發明專利技術的目的是提供一種結構簡單、操作便捷、成本較低、實用性強的基于真空負壓的粗粒土強度和變形特性測定裝置。本發明專利技術的技術方案是：一種基于真空負壓的粗粒土強度和變形特性測定裝置，其特征在于：包括控制器、支架、豎向位移加載機構、試樣密封裝載機構、負壓真空裝置、軸力計、孔隙壓力傳感器和位移傳感器，試樣密封裝載機構具有用于裝載試樣且可根據內外壓差變化膨脹收縮的密封腔室。本發明專利技術適用于巖土工程相關領域，尤其適用于室內試驗中用于工程力學特性測定的技術領域。

Device for measuring strength and deformation of coarse-grained soil based on vacuum negative pressure

The invention relates to a device for measuring the strength and deformation characteristics of coarse-grained soil based on vacuum negative pressure. The invention aims to provide a device for measuring the strength and deformation characteristics of coarse-grained soil based on vacuum negative pressure with simple structure, convenient operation, low cost and strong practicability. The technical proposal of the invention is a device for measuring the vacuum of the coarse grained soil strength and deformation characteristics based on which comprises a controller, bracket, vertical displacement loading mechanism, sample loading mechanism, vacuum sealing device, axial force meter, pore pressure and displacement sensors, sample loading mechanism for loading with seal according to the sample and the pressure difference inside and outside expansion and contraction of the sealing chamber. The invention is suitable for the geotechnical engineering related fields, and is especially suitable for the technical field for measuring the mechanical properties of the engineering in laboratory tests.

【技術實現步驟摘要】
基于真空負壓的粗粒土強度和變形特性測定裝置
本專利技術涉及一種基于真空負壓的粗粒土強度和變形特性測定裝置。適用于巖土工程相關領域，尤其適用于室內試驗中用于工程力學特性測定的

技術介紹
我國目前正處于基礎設施的大面積建設階段，城市住宅，交通，城際交通工程大量興建。而無論是普通住宅還是交通設施，土木工程建設中，構筑物最終都是坐落于地基之上。上部結構物受到的荷載作用，最終都會通過基礎傳遞到地基。因此，工程設計中首先要評估地基是否具有足夠的承載力用于抵抗上部構筑物的自重以及其他荷載。此外，由于外部荷載的作用往往表現為長期的和往復的特性，而地基土在這種往復荷載作用下會發生變形累積。對于一般建筑，地基變形會造成房屋建筑出現裂縫，影響正常使用；對于高鐵等交通工程，路基的沉降將會影響高鐵的正常運營，并造成安全隱患。因此，除了地基的承載力，土體在往復作用下的變形是工程設計中需要考慮的另一個因素。對于粗粒土的強度和變形特性，一個最重要的影響因素就是土體受到的應力水平。只有掌握了粗粒土在不同的應力水平下的強度和變形特性，才能夠計算地基承載力，并評估其長期變形響應。因此，開發一套能夠迅速，便捷地測定粗粒土在不同應力水平下的強度和變形特性的試驗裝置具有重要的工程實際意義。
技術實現思路
本專利技術要解決的技術問題是：提供一種結構簡單、操作便捷、成本較低、實用性強的基于真空負壓的粗粒土強度和變形特性測定裝置。本專利技術所采用的技術方案是：一種基于真空負壓的粗粒土強度和變形特性測定裝置，其特征在于：包括控制器、支架、豎向位移加載機構、試樣密封裝載機構、負壓真空裝置、軸力計、孔隙壓力傳感器和位移傳感器，試樣密封裝載機構具有用于裝載試樣且可根據內外壓差變化膨脹收縮的密封腔室；其中支架具有反力基座、反力支桿和橫梁，橫梁位于反力基座上方，橫梁通過反力支桿固定于反力基座上；所述反力基座上由下而上依次接有豎向位移加載機構、底座和試樣密封裝載機構，試樣密封裝載機構上方設有軸力計，軸力計通過壓力桿和螺栓固定于上方的橫梁上；所述負壓真空裝置經乳膠管連通所述試樣密封裝載機構的密封腔室；所述孔隙壓力傳感器通過乳膠管聯通至所述試樣密封裝載機構的密封腔室；所述位移傳感器設置于反力基座和底座之間；所述控制器與豎向位移加載機構和負壓真空裝置電路連接，控制豎向位移加載機構和負壓真空裝置動作；所述控制器與軸力計、孔隙壓力傳感器和位移傳感器電路連接，獲取軸力計、孔隙壓力傳感器和位移傳感器測得的數據。所述試樣密封裝載機構具有筒狀的乳膠膜，乳膠膜下端依次套在下部水晶頭和試樣基座上，并經O型密封圈密封，乳膠膜上端套在上部水晶頭上并經O型密封圈密封，乳膠膜與上、下部水晶頭圍成所述密封腔室。所述控制器包括計算機和數據采集控制器，計算機經數據采集控制器與所述豎向位移加載機構、負壓真空裝置、軸力計、孔隙壓力傳感器和位移傳感器電路連接。所述豎向位移加載機構具有與所述控制器電路連接的伺服電機。所述負壓真空裝置包括負壓真空箱和負壓控制器，負壓真空箱通過乳膠管連通所述密封腔室，負壓真空箱經負壓控制器與所述控制器電路連接。所述上部水晶頭水平布置，其頂部對應所述軸力計設有凹槽。本專利技術的有益效果是：本專利技術結構簡單、制作方便、成本較低，通過真空負壓方法配合筒狀的乳膠膜模擬土體所處的不同應力水平，操作便捷，具有較高的實用性。附圖說明圖1為實施例的結構示意圖。圖2為實施例中試樣受力圖。圖3為實施例模擬的土體應力路徑圖。圖4為實施例模擬的土體應力-應變響應圖。具體實施方式如圖1所示，本實施例為一種基于真空負壓的粗粒土強度和變形特性測定裝置，包括計算機17、數據采集控制器16、支架、豎向位移加載機構、試樣密封裝載機構、負壓真空箱14、負壓控制器15、軸力計5、孔隙壓力傳感器13和位移傳感器11。支架具有反力基座3、反力支桿2和橫梁1，橫梁1位于反力基座3上方，橫梁1通過反力支桿2固定于反力基座3上。本例中在反力基座3上設有豎向位移加載機構，豎向位移加載機構上端接有底座10，底座10上設置試樣密封裝載機構。本例中試樣密封裝載機構包括筒狀的乳膠膜7、上部水晶頭61、下部水晶頭62和試樣基座9，乳膠膜7下端依次套在下部水晶頭62和試樣基座9上，并經O型密封圈8密封，粗土粒試樣撒入乳膠膜7內，粗土粒試樣上表面水平放置上部水晶頭61，該上部水晶頭與乳膠膜7經O型密封圈8密封，本例中上部水晶頭61頂面設有凹槽。本實施例在上部水晶頭61的上方置有軸力計5，軸力計5通過壓力桿4和螺栓固定于上方的橫梁1上，通過旋轉螺栓可以實現壓力桿4和軸力計5的上下移動，便于試樣的安裝就位。本例中調整軸力計5位置使其頂部剛剛頂在上部水晶頭61表面凹槽上，保證兩者之間實現點-點接觸，避免因施力不均導致的試樣受力不均勻，加載過程中軸力計5可以實時反饋施加在試樣頂部的荷載。本實施例中豎向位移加載機構具有伺服電機12，伺服電機12控制其上方的底座10上下移動的。本例在底座10和反向基座3之間設有位移傳感器11，通過位移傳感器11可以測定底座10相對反向基座3的豎向位移，從而測定加載過程中試樣的軸向應變。本例中負壓真空箱14與負壓控制器15電路連接，負壓真空箱14通過乳膠管穿過試樣密封裝載機構的下部水晶頭62聯通至試樣下部。通過負壓真空箱14和負壓控制器15可以實現試樣內部不同量級的負壓荷載，從而模擬實際中粗粒土試樣所處的不同的應力水平。本實施例中孔隙壓力傳感器13通過乳膠管穿過試樣密封裝載機構的上部水晶頭61聯通至試樣上部，實時采用試樣內部的真空負壓力大小。計算機17通過數據采集控制器16與伺服電機12、位移傳感器11、負壓控制器15、孔隙壓力傳感器13和軸力計5電路連接，計算機17通過控制伺服電機12可以對試樣進行應力控制和應變控制的加載，加載形式既可以是靜力加載，也可以是動力加載；計算機17通過控制負壓控制器15控制負壓真空箱14，從而實現試樣內部不同量級的負壓荷載；計算機17通過軸力計5、負壓控制器15、孔隙壓力傳感器13獲取相應的試驗數據，并將試驗數據顯示和進行保存。本實施例的加載原理如下：首先，對試樣施加真空負壓σ0，即等向加載，根據力的平衡條件：土體試樣在三個方向的應力大小為：σ1＝σ2＝σ3＝σ0；這里σ2、σ3分別代表水平方向(徑向)的應力，σ1代表豎直方向(軸向)的應力。之后控制伺服電機12，移動加載基座10對試樣施加軸向荷載σload：土體試樣的應力狀態如圖2為：σ2＝σ3＝σ0；σ1＝σload+σ0；如圖3所示為巖土工程中常用的p-q(p代表平均應力，q代表偏應力，具體計算公式見圖3)坐標系中試驗試樣的應力路徑，通過控制負壓可以實現不同應力水平的靜力和循環加載。如圖4為試樣在不同形式荷載作用下的典型響應曲線，通過本裝置，可以得到試樣在不同應力水平和循環荷載下的強度、剛度和累積變形響應。本實施例的加載過程包括以下步驟：將乳膠膜套在下部水晶頭62和試樣基座上，并使用O型密封圈8密封；將試驗粗粒土撒入乳膠膜7中，安裝上部水晶頭61并同樣使用O型密封圈8密封，保證試樣氣密性，并通過乳膠管將孔隙壓力計連接至上部水晶頭61；固定橫梁1、反力支桿2以及反力基座3形成反力系統；固定壓力桿4和軸力計5，并使軸力計5頂在上部水晶頭6本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于真空負壓的粗粒土強度和變形特性測定裝置，其特征在于：包括控制器、支架、豎向位移加載機構、試樣密封裝載機構、負壓真空裝置、軸力計(5)、孔隙壓力傳感器(13)和位移傳感器(11)，試樣密封裝載機構具有用于裝載試樣且可根據內外壓差變化膨脹收縮的密封腔室；其中支架具有反力基座(3)、反力支桿(2)和橫梁(1)，橫梁(1)位于反力基座(3)上方，橫梁(1)通過反力支桿(2)固定于反力基座(3)上；所述反力基座(3)上由下而上依次接有豎向位移加載機構、底座(10)和試樣密封裝載機構，試樣密封裝載機構上方設有軸力計(5)，軸力計(5)通過壓力桿(4)和螺栓固定于上方的橫梁(1)上；所述負壓真空裝置經乳膠管連通所述試樣密封裝載機構的密封腔室；所述孔隙壓力傳感器(13)通過乳膠管聯通至所述試樣密封裝載機構的密封腔室；所述位移傳感器(11)設置于反力基座(3)和底座(10)之間；所述控制器與豎向位移加載機構和負壓真空裝置電路連接，控制豎向位移加載機構和負壓真空裝置動作；所述控制器與軸力計(5)、孔隙壓力傳感器(13)和位移傳感器(11)電路連接，獲取軸力計(5)、孔隙壓力傳感器(13)和位移傳感器(11)測得的數據。...

【技術特征摘要】
1.一種基于真空負壓的粗粒土強度和變形特性測定裝置，其特征在于：包括控制器、支架、豎向位移加載機構、試樣密封裝載機構、負壓真空裝置、軸力計(5)、孔隙壓力傳感器(13)和位移傳感器(11)，試樣密封裝載機構具有用于裝載試樣且可根據內外壓差變化膨脹收縮的密封腔室；其中支架具有反力基座(3)、反力支桿(2)和橫梁(1)，橫梁(1)位于反力基座(3)上方，橫梁(1)通過反力支桿(2)固定于反力基座(3)上；所述反力基座(3)上由下而上依次接有豎向位移加載機構、底座(10)和試樣密封裝載機構，試樣密封裝載機構上方設有軸力計(5)，軸力計(5)通過壓力桿(4)和螺栓固定于上方的橫梁(1)上；所述負壓真空裝置經乳膠管連通所述試樣密封裝載機構的密封腔室；所述孔隙壓力傳感器(13)通過乳膠管聯通至所述試樣密封裝載機構的密封腔室；所述位移傳感器(11)設置于反力基座(3)和底座(10)之間；所述控制器與豎向位移加載機構和負壓真空裝置電路連接，控制豎向位移加載機構和負壓真空裝置動作；所述控制器與軸力計(5)、孔隙壓力傳感器(13)和位移傳感器(11)電路連接，獲取軸力計(5)、孔隙壓力傳感器(13)和位移傳感器(11)測得的數據。2.根據權利要求1所述的基于真空負壓的粗粒土強度和變形特性測定裝置...

【專利技術屬性】
技術研發人員：何奔，羅金平，姜貞強，潘祖興，
申請(專利權)人：中國電建集團華東勘測設計研究院有限公司，
類型：發明
國別省市：浙江,33