一種土層沉降測試儀及其試驗(yàn)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種土層沉降測試儀及其試驗(yàn)方法。測試儀共分為三部分，第一部分為實(shí)驗(yàn)裝置，在底座上設(shè)置有透明內(nèi)筒、外筒，在外筒上方設(shè)置有入水口，在外筒下方設(shè)有出水口，內(nèi)筒筒壁上設(shè)有透水孔，內(nèi)筒上部設(shè)有頂板；第二部分為壓力加載裝置，在反力架的上部設(shè)置千斤頂；第三部分為測量裝置，在千分表支架端部安裝有千分表。以上三個(gè)部分結(jié)合緊密、共同工作。本發(fā)明是一種用于測量在地下水周期變化影響下的土層沉降的裝置及其試驗(yàn)方法，通過控制土層上的外加荷載來模擬土層上的自重應(yīng)力，通過控制內(nèi)、外桶之間的水位變化來模擬地下水位的周期性變化，從而得到在地下水位周期變化影響下的土層沉降規(guī)律。
【專利說明】一種土層沉降測試儀及其試驗(yàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種可以測量土層在地下水周期循環(huán)作用下的沉降以及回彈的土層沉降測試儀，特別是涉及一種用于公路、鐵路和建筑領(lǐng)域進(jìn)行地表沉降分析的土層沉降測試儀。本發(fā)明還涉及該土層沉降測試儀的試驗(yàn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]地下水周期性循環(huán)作用下的土層沉降是指土層在外加荷載、地下水周期性循環(huán)和其他各種外力作用下產(chǎn)生固結(jié)的一種現(xiàn)象。
[0003]目前，地表沉降已經(jīng)成為公路、鐵路和房建等領(lǐng)域不可忽視的問題，由地表不均勻沉降引起的各種事故時(shí)有發(fā)生。尤其是在地下水活躍并呈周期性變化的區(qū)域，地表沉降更是與其地下水的周期性變化密切相關(guān)。土層在浸水、排水、再浸水、再排水的過程中土層的物理性質(zhì)以及微觀結(jié)構(gòu)等會(huì)發(fā)生一定變化，從而導(dǎo)致其體積以及承載能力發(fā)生一定的變化。所以本實(shí)驗(yàn)裝置以及試驗(yàn)方法對(duì)今后的地下水周期性循環(huán)對(duì)土層沉降的影響方面的研究具有重大意義。
[0004]現(xiàn)有的傳統(tǒng)的對(duì)土層進(jìn)行壓縮性試驗(yàn)的試驗(yàn)方法主要是單向固結(jié)試驗(yàn)以及三軸試驗(yàn)。單向固結(jié)試驗(yàn)即是將土體裝入實(shí)驗(yàn)儀器采用有側(cè)限的方式進(jìn)行排水固結(jié)，三軸試驗(yàn)即是允許在三向壓力作用下對(duì)土體進(jìn)行壓縮。
[0005]現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)的缺點(diǎn)是，首先，以上兩種方式均只能在上方與下方進(jìn)行排水，而無法在土體的側(cè)向進(jìn)行水的浸入與排出，所以無法很好地模擬地下水作用的實(shí)際過程。其次，這兩種試驗(yàn)方式無法保證土體在水循環(huán)的作用下所表現(xiàn)出的一些特性。因此，設(shè)計(jì)一種允許水在土體側(cè)向浸入與排出，并可以進(jìn)行水循環(huán)模擬的新型實(shí)驗(yàn)裝置來替代傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)是十分必要的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的第一個(gè)技術(shù)問題是設(shè)計(jì)一種能夠真實(shí)地模擬地下水周期性循環(huán)和土層上方自重應(yīng)力的，并且便于使用、便于觀察的土層沉降測試儀。
[0007]本發(fā)明所要解決的第二個(gè)技術(shù)問題是提供使用該土層沉降測試儀進(jìn)行土層沉降分析的試驗(yàn)方法。
[0008]為了解決上述第一個(gè)技術(shù)問題，本發(fā)明提供的土層沉降測試儀，在底座上設(shè)有外筒，所述的外筒的上方設(shè)有進(jìn)水管，在所述的外筒的下方設(shè)有出水管，在所述的外筒內(nèi)套裝有側(cè)壁打孔透明內(nèi)筒，在所述的側(cè)壁打孔透明內(nèi)筒內(nèi)設(shè)有在所述的側(cè)壁打孔透明內(nèi)筒內(nèi)填有土層后放置在土層上方的頂板，所述的底座放置在反力架的底板上，在所述的反力架的頂部設(shè)有千斤頂，所述的千斤頂?shù)墓ぷ鞫藢?duì)正作用于所述的頂板；在所述的反力架上設(shè)有千分表支架，所述的千分表支架設(shè)有千分表，所述的千分表的自由端端部與所述的頂板接觸。
[0009]所述的千斤頂為能控制、調(diào)節(jié)壓力的千斤頂。[0010]所述的側(cè)壁打孔透明內(nèi)筒與所述的外筒同高。
[0011]所述的側(cè)壁打孔透明內(nèi)筒的尺寸為內(nèi)半徑0.15m，筒壁厚0.01m，筒高為0.6m，所述的外筒的內(nèi)半徑為0.26m,筒壁厚0.0lm,筒高為0.6m,所述的底座的半徑為0.39m,厚度為0.01米,所述的頂板的半徑為0.15m,厚度為0.3m。
[0012]所述的千分表的測量精度為0.001mm。
[0013]采用上述技術(shù)方案的土層沉降測試儀，首先將土層按照一定方案進(jìn)行填筑，然后將頂板放置于土層上方，用千斤頂對(duì)頂板進(jìn)行加壓，并傳導(dǎo)至土層，從而達(dá)到模擬土體自重應(yīng)力的效果。將千分表與頂板接觸后調(diào)零，然后通過進(jìn)水口與出水口來控制外筒與打孔透明內(nèi)筒之間的水位，外筒與打孔透明內(nèi)筒之間的水可以通過內(nèi)筒側(cè)壁上的小孔浸入打孔透明內(nèi)筒中的土層，從而達(dá)到模擬地下水浸入與排出以及地下水周期性循環(huán)的效果。該裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，容易安裝，使用簡便，可以較為真實(shí)地模擬在地下水周期性循環(huán)和土層上方自重應(yīng)力作用下的土層沉降變形。
[0014]為了解決上述第二個(gè)技術(shù)問題，本發(fā)明提供的土層沉降測試儀的試驗(yàn)方法，實(shí)驗(yàn)步驟如下:
[0015]步驟一、檢查實(shí)驗(yàn)裝置是否完整可用，排除外筒中的積水，并準(zhǔn)備測試用土 ；
[0016]步驟二、將測試用土按照一定方案進(jìn)行填筑在側(cè)壁打孔透明內(nèi)筒內(nèi)；
[0017]步驟三、打開進(jìn)水管，將外筒填滿，并使土體達(dá)到飽和；
[0018]步驟四、將頂板置于土層上方，頂板四周用凡士林涂抹以保持其密封性和潤滑性；
[0019]步驟五、將千分表固定在反力架的剛性桿上，自由端向下接觸至頂板，然后將千分
表調(diào)零；
[0020]步驟六、千斤頂在頂板上施加壓力，將壓力通過頂板傳導(dǎo)至土體并使土體固結(jié)；待千分表度數(shù)變化較小后，讀取千分表上的讀數(shù)；
[0021]步驟七、打開出水管，并按照方案排水；排水結(jié)束后，待千分表讀數(shù)變化較小后，土體再次固結(jié)，再度取千分表上的讀數(shù)；
[0022]步驟八、再次打開進(jìn)水管加水，待土體膨脹完全后讀取千分表讀數(shù)；
[0023]步驟九、按照方案，重復(fù)步驟七和步驟八。
[0024]上述步驟六、步驟七和步驟八均采用安裝兩枚千分表共同測量，然后取平均值的方法，以提聞精度。
[0025]采用上述技術(shù)方案的土層沉降測試儀及試驗(yàn)方法，本發(fā)明的創(chuàng)新之處在于:土層沉降測試儀在透明內(nèi)筒上面進(jìn)行打孔設(shè)計(jì)，這樣可以讓水從側(cè)面滲入土體，更真實(shí)地模擬了地下水的浸入與排出過程，同時(shí)可以通過進(jìn)水口與出水口來調(diào)節(jié)水位，可以進(jìn)行地下水周期性循環(huán)的模擬。
[0026]本發(fā)明可以測量土層在地下水周期循環(huán)作用下的沉降以及回彈的土層沉降測試儀，特別是用于公路、鐵路和建筑領(lǐng)域進(jìn)行地表沉降分析的土層沉降測試儀。尤其是針對(duì)在存在地下水周期性循環(huán)情況下的土層沉降試驗(yàn)與分析，本實(shí)驗(yàn)裝置可以較為真實(shí)的模擬土層在自重應(yīng)力下以及地下水周期循環(huán)作用下的形變狀況，為后續(xù)的地層沉降研究與分析提供依據(jù)。本發(fā)明是一種用于測量在地下水周期變化影響下的土層沉降的裝置及其試驗(yàn)方法，通過控制土層上的外加荷載來模擬土層上的自重應(yīng)力，通過控制內(nèi)、外桶之間的水位變化來模擬地下水位的周期性變化，從而得到在地下水位周期變化影響下的土層沉降規(guī)律。
[0027]綜上所述，本發(fā)明是一種能較為真實(shí)地模擬在地下水周期性循環(huán)和土層上方自重應(yīng)力作用下的土層沉降變形的土層沉降測試儀及其試驗(yàn)方法。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]圖1是本發(fā)明內(nèi)筒的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029]圖2是本發(fā)明外筒與進(jìn)水口、入水口示意圖。
[0030]圖3是本發(fā)明反力架與千斤頂示意圖。
[0031]圖4是本發(fā)明千分表支架與千分表不意圖。
[0032]圖5是本發(fā)明縱斷面結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0033]下面結(jié)合附圖，詳細(xì)說明一種模擬地下水周期循環(huán)狀態(tài)下的土層沉降測試儀的【具體實(shí)施方式】。
[0034]如圖1、圖2、圖3、圖4和圖5所示，在底座3上設(shè)有外筒2，外筒2的上方設(shè)有進(jìn)水管5，在外筒2的下方設(shè)有出水管6，在外筒2內(nèi)套裝有側(cè)壁打孔透明內(nèi)筒1，側(cè)壁打孔透明內(nèi)筒I與外筒2同高，在側(cè)壁打孔透明內(nèi)筒I內(nèi)設(shè)有在側(cè)壁打孔透明內(nèi)筒I內(nèi)填有土層后放置在土層上方的頂板4，底座3放置在反力架7的底板上，在反力架7的頂部設(shè)有能控制、調(diào)節(jié)壓力的千斤頂8，千斤頂8的工作端對(duì)正作用于頂板4 ;在反力架7上設(shè)有千分表支架9，可用螺栓調(diào)節(jié)位置，千分表支架9設(shè)有千分表10，千分表10的自由端端部與頂板4接觸，千分表10的測量精度為0.001mm。
[0035]具體的，側(cè)壁打孔透明內(nèi)筒I的尺寸為內(nèi)半徑0.15m，筒壁厚0.01m，筒高為0.6m，外筒2的內(nèi)半徑為0.26m,筒壁厚0.0lm,筒高為0.6m,底座3的半徑為0.39m,厚度為0.01米，頂板4的半徑為0.15m,厚度為0.3m。
[0036]如圖5所示，土層沉降測試儀的試驗(yàn)方法，實(shí)驗(yàn)步驟如下:
[0037]步驟一、檢查實(shí)驗(yàn)裝置是否完整可用，排除外筒2中的積水，并準(zhǔn)備測試用土 ；
[0038]步驟二、將測試用土按照一定方案進(jìn)行填筑在側(cè)壁打孔透明內(nèi)筒I內(nèi)；
[0039]步驟三、打開進(jìn)水管5，將外筒2填滿，并使土體達(dá)到飽和；
[0040]步驟四、將頂板4置于土層上方，頂板4四周用凡士林涂抹以保持其密封性和潤滑性；
[0041]步驟五、將千分表10固定在反力架7的剛性桿上，自由端向下接觸至頂板4，然后將千分表10調(diào)零；
[0042]步驟六、千斤頂8在頂板4上施加壓力，將壓力通過頂板4傳導(dǎo)至土體并使土體固結(jié)；待千分表10度數(shù)變化較小后，讀取千分表10上的讀數(shù)；
[0043]步驟七、打開出水管6，并按照方案排水；排水結(jié)束后，待千分表10讀數(shù)變化較小后，土體再次固結(jié)，再度取千分表10上的讀數(shù)；
[0044]步驟八、再次打開進(jìn)水管5加水，待土體膨脹完全后讀取千分表10讀數(shù)；
[0045]步驟九、按照方案,重復(fù)步驟七和步驟八。
[0046]上述步驟六、步驟七和步驟八均采用安裝兩枚千分表共同測量，然后取平均值的方法， 以提1?精度。
【權(quán)利要求】
1.一種土層沉降測試儀，其特征是:在底座(3)上設(shè)有外筒(2)，所述的外筒(2)的上方設(shè)有進(jìn)水管(5)，在所述的外筒(2)的下方設(shè)有出水管(6)，在所述的外筒(2)內(nèi)套裝有側(cè)壁打孔透明內(nèi)筒(1)，在所述的側(cè)壁打孔透明內(nèi)筒(I)內(nèi)設(shè)有在所述的側(cè)壁打孔透明內(nèi)筒(I)內(nèi)填有土層后放置在土層上方的頂板(4)，所述的底座(3)放置在反力架(7)的底板上，在所述的反力架(7)的頂部設(shè)有千斤頂(8)，所述的千斤頂(8)的工作端對(duì)正作用于所述的頂板(4);在所述的反力架(7)上設(shè)有千分表支架(9)，所述的千分表支架(9)設(shè)有千分表(10)，所述的千分表(10)的自由端端部與所述的頂板(4)接觸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的土層沉降測試儀，其特征是:所述的千斤頂(8)為能控制、調(diào)節(jié)壓力的千斤頂(8)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的土層沉降測試儀，其特征是:所述的側(cè)壁打孔透明內(nèi)筒(I)與所述的外筒(2)同高。
4.根據(jù)權(quán)利I或2所述的土層沉降測試儀，其特征是:所述的側(cè)壁打孔透明內(nèi)筒(I)的尺寸為內(nèi)半徑0.15m,筒壁厚0.0lm,筒高為0.6m,所述的外筒(2)的內(nèi)半徑為0.26m,筒壁厚0.01m，筒高為0.6m，所述的底座(3)的半徑為0.39m，厚度為0.01米，所述的頂板(4)的半徑為0.15m,厚度為0.3mo
5.根據(jù)權(quán)利I或2所述的土層沉降測試儀，其特征是:所述的千分表(10)的測量精度為 0.001mm。
6.使用權(quán)利要求1所述的土層沉降測試儀的試驗(yàn)方法，其特征在于:試驗(yàn)步驟如下: 步驟一、檢查實(shí)驗(yàn)裝置是否完整可用，排除外筒(2)中的積水，并準(zhǔn)備測試用土 ； 步驟二、將測試用土按照一定方案進(jìn)行填筑在側(cè)壁打孔透明內(nèi)筒(I)內(nèi)； 步驟三、打開進(jìn)水管(5)，將外筒(2)填滿，并使土體達(dá)到飽和； 步驟四、將頂板(4)置于土層上方，頂板(4)四周用凡士林涂抹以保持其密封性和潤滑性； 步驟五、將千分表(10)固定在反力架(7)的剛性桿上，自由端向下接觸至頂板(4)，然后將千分表(10)調(diào)零； 步驟六、千斤頂(8)在頂板(4)上施加壓力，將壓力通過頂板(4)傳導(dǎo)至土體并使土體固結(jié)；待千分表(10)度數(shù)變化較小后，讀取千分表(10)上的讀數(shù)； 步驟七、打開出水管(6)，并按照方案排水；排水結(jié)束后，待千分表(10)讀數(shù)變化較小后，土體再次固結(jié)，再度取千分表(10 )上的讀數(shù)； 步驟八、再次打開進(jìn)水管(5)加水，待土體膨脹完全后讀取千分表(10)讀數(shù)； 步驟九、按照方案，重復(fù)步驟七和步驟八。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的使用土層沉降測試儀的試驗(yàn)方法，其特征在于:上述步驟六、步驟七和步驟八均采用安裝兩枚千分表(10)共同測量，然后取平均值的方法，以提高精度。
【文檔編號(hào)】G01N33/24GK103675231SQ201310593848
【公開日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2013年11月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月22日
【發(fā)明者】付宏淵, 曾鈴, 史振寧, 邱祥 申請(qǐng)人:長沙理工大學(xué)