CN104181042A - 土层降压渗流分层固结变形的三轴模型试验仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种土层降压渗流分层固结变形的三轴模型试验仪，它包括：其底座上布置有试样的三轴仪围压室；对所述三轴仪围压室中的试样进行加压处理的围压控制装置；采集所述三轴仪围压室中的试样的变形数据的数据采集装置；以及对所述三轴仪围压室中的试样作排水降压处理的渗流控制装置。本发明这种试验仪能够让人们能够更方便地研究土体在抽水条件下分层变形情况。

Description

土层降压渗流分层固结变形的三轴模型试验仪

技术领域

本发明涉及一种实验设备，具体涉及一种土层降压渗流分层固结变形的三轴模型试验仪。

背景技术

目前随着高层和超高层建筑的涌现，基坑工程也正往深，大方面发展。为了保证基坑的稳定，降水是最基本也是最主要的工作内容，特别是在地下水埋置较浅的时候，基坑降水更是必须进行的。然而抽水后孔隙水压力降低，导致土体所承担的应力，既土的有效应力增加，土中的孔隙比减小，使得土体固结压密，引起不同土层变形，最终导致地面的沉降或水平移动。每年就中国而言因地面沉降造成的直接经济损失为亿元以上，因此研究抽水条件下土层的变形是很有必要的。

目前在解决该方面问题的方法上主要有模型法、监测法和室内试验法。地面沉降的数学模型通常包括描述水流的渗流场模型，描述土体的应力场模型和两者耦合三方面内容，但是如果想要更真实地模拟现场情况，建立真正三维完全耦合模型是非常必要的，但是此模型参数多，需要非常大的工作量，而且需要室内试验对其进行必要的验证才能得以使用。监测法则是利用仪器或者建立统一的GPS监测网对地面沉降进行监测，这种方法缺点在于需要花费大量人力和成本。室内试验是比较能准确又直观地反映在抽水条件下土层变形情况的一种方法。但是目前存在的室内试验方法无法测得在某一可控制的应力水平下，抽水时土体的分层变形情况。

对现有技术文献检索，尚未发现研究土体在抽水条件下分层变形情况的试验仪器设备。

发明内容

本发明目的是：针对上述问题，提出一种土层降压渗流分层固结变形的三轴模型试验仪，以让人们能够更方便地研究土体在抽水条件下分层变形情况。

本发明的技术方案是：所述的土层降压渗流分层固结变形的三轴模型试验仪，包括：

其底座上布置有试样的三轴仪围压室；

对所述三轴仪围压室中的试样进行加压处理的围压控制装置；

采集所述三轴仪围压室中的试样的变形数据的数据采集装置；

以及对所述三轴仪围压室中的试样作排水降压处理的渗流控制装置。

本发明在上述技术方案的基础上，进一步包括以下优选技术方案：

所述试样由自下而上依次布置的第一透水石层、土样层、第二透水石层和上排水盖，以及包覆在所述第一透水石层、土样层、第二透水石层和上排水盖外的乳胶膜构成。

所述三轴仪围压室上设置有进气孔、上排水孔和下排水孔，其中上排水孔与上排水盖相连，下排水孔位于第一透水石层下方的三轴仪围压室底座上。

所述围压控制装置由空气压缩机、精密调压阀、三通管和精密压力表构成，所述空气压缩机通过气管与所述精密调压阀的一端相连，精密调压阀的另一端与三通管的一个管头相连，三通管的另外两个管头分别与所述精密压力表和三轴仪围压室上的进气孔相连。

所述渗流控制装置通过导管与所述三轴仪围压室上的上、下排水孔相连，通过设置上、下排水孔的水压力控制试样内渗流情况。渗流控制装置。

所述数据采集装置包括位移传感器、无线发射盒、无线接收器和计算机，所述位移传感器的探测端***试样中随试样同步变形移动，所述无线发射盒布置于所述三轴仪围压室内以接受位移传感器探测的试样变形信息，所述无线接收器通过无线传输的方式接收无线发射盒内的试样变形信息，并将其接收到的信息传输给计算机，通过计算机上的采集软件将该信息显示出来。

所述三轴仪围压室的底部固定有位于试样旁边的传感器固定架，所述位移传感器安装在该传感器固定架上。

所述无线发射盒和无线接收器之间的不大于10m。

本发明的优点是：本发明这种试验仪是在普通三轴仪基础上改进而成，原理简单，操作方便，并且不仅能控制土体周围的应力水平情况，还能直观的反应土体在抽水条件下的分层变形情况，能对各实际项目工程提出可靠依据。本发明在普通三轴仪器运行原理的基础上，可了解在抽水条件下土层分层变形情况。基于三轴仪的原理，改进普通的三轴实验仪。试验方法思路清晰，试验仪器操作方便，数据精确。通过三轴仪围压控制装置能控制应力水平，得知土层在某应力状态下由于抽水所引起的变化。通过多个传感器的安置，能够观测到土体在抽水条件下每一层的变形。

附图说明

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步介绍：

图1为本发明实施例的结构简图；

具体实施方式

图1示出了本发明这种土层降压渗流分层固结变形的三轴模型试验仪的一个具体实施例，该试验仪包括：

其底座上布置有试样的三轴仪围压室1；

对所述三轴仪围压室1中的试样进行加压处理的围压控制装置3；

采集所述三轴仪围压室1中的试样的变形数据的数据采集装置2；

以及对所述三轴仪围压室1中的试样作排水降压处理的渗流控制装置4。

本例中，所述试样的具体结构如下：它由自下而上依次布置的第一透水石层6a、土样层7、第二透水石层6b和上排水盖8，以及包覆在所述第一透水石层、土样层、第二透水石层和上排水盖外的乳胶膜构成。而且为了防止该试样向外漏水漏气，还采用橡皮筋将乳胶膜密封扎紧。

所述三轴仪围压室1上设置有进气孔、上排水孔和下排水孔，其中上排水孔通过排水管与上排水盖8相连，该排水管与上排水盖8连接时需穿破乳胶膜，为了防止漏气和漏水，在排水管与乳胶膜连接的地方，需要对被穿破的乳胶膜进行密封处理，本实施例中采用的是深胶带加拧螺帽的方法。下排水孔位于第一透水石层6a下方的底座上。所述围压控制装置3由空气压缩机、精密调压阀10、三通管12和精密压力表11构成，其中：空气压缩机通过气管与精密调压阀10的一端相连，精密调压阀10的另一端与三通管12的一个管头相连，三通管12的另外两个管头分别与精密压力表11和三轴仪围压室1上的进气孔相连。

本例中，所述空气压缩机的气压采用0.6Mpa，可以根据需要调大气压最大值。精密压力表11的测量范围为0～1Mpa，测量精度为0.005Mpa，使用前需要调零。

所述渗流控制装置4通过导管与三轴仪围压室1上的上、下排水孔相连，其可以通过设置上、下排水孔的水压力来控制试样内渗流情况。

所述数据采集装置2的具体结构如下：它包括位移传感器9、无线发射盒、无线接收器和计算机。其中：位移传感器9的探测端***试样中随试样同步变形移动，从而可以探测试样的变形情况，位移传感器9在***试样的时候需穿破乳胶膜，因此为了防止漏气漏水，需要在穿洞的地方进行密封处理。无线发射盒布置于三轴仪围压室1内，以负责接受位移传感器9探测的试样变形信息。无线接收器通过无线传输的方式接收无线发射盒内的试样变形信息，并将其接收到的信息通过USB数据线传输给计算机，通过计算机上的采集软件将该信息显示出来，以供读数。

所述无线发射盒与无线接收器间的距离太远，最好在10m以内。对应的采集软件可以设定自动采集数据的时间间隔，最后以数据表格的形式导出，也可以直接成像。同时采集软件还能显示发射盒的电量情况，以保证能记录的准确性。本领域普通技术人员完全有能力设计出具有这种功能的采集软件。

三轴仪围压室1的底部固定有位于试样旁边的传感器固定架5，所述的位移传感器9是安装在该传感器固定架5上的。

再结合图1所示，现将利用本实施例这种三轴模型试验仪来分析土层降压渗流分层固结变形的方法简单介绍如下，主要包括以下七个步骤：

(1)制作试样，在对开圆磨内按照由下至上依次为第一透水石层6a、土样层7、第二透水石层6b和上排水盖8的顺序制作出初始试样，并在初始试样外部用乳胶膜包紧，上下口用橡皮筋扎紧，而得到试样成品。上排水盖8上的排水口与排水管一端相连，在连接的地方，对被穿破的乳胶膜进行密封处理。

(2)将试样置于三轴仪围压室1的底座上，并进行对中。将排水管另一端与三轴仪围压室1上的排水孔相连。同时将三轴仪围压室1上的排水孔通过导管与渗流控制装置相连。对位移传感器9进行标定，完成后将其安装在传感器固定架5上，并将位移传感器9的探测端***试样中，在穿破乳胶膜的地方进行密封处理。在三轴仪围压室1内放入无线发射盒。

(3)用气管将空气压缩机与精密调压阀10的一端相连，精密调压阀10另一端与三通管件12的一个管头连接，三通管件12另外两个管头分别连精密压力表11和三轴仪围压室1的进气孔。

(4)对精密压力表11进行调零，完毕后打开气压阀，通过精密调压阀10调节到设定的压力值。

(5)打开计算机上的采集软件，进行初始数据的采集以及对仪器进行调试。

(6)通过渗流控制装置对试样进行排水，可通过对设备的操作实现排水速率的控制。

(7)采集在一定围压下，排水时土体每层的变形数据，绘制成图。

为了让研究者能够观测到土体在抽水条件下每一层的变形，我们可以设置多个位移传感器9。

当然，上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让人们能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明主要技术方案的精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种土层降压渗流分层固结变形的三轴模型试验仪，其特征在于该试验仪包括：

其底座上布置有试样的三轴仪围压室(1)；

对所述三轴仪围压室(1)中的试样进行加压处理的围压控制装置(3)；

采集所述三轴仪围压室(1)中的试样的变形数据的数据采集装置(2)；

以及对所述三轴仪围压室(1)中的试样作排水降压处理的渗流控制装置(4)。

2.根据权利要求1所述的土层降压渗流分层固结变形的三轴模型试验仪，其特征在于：所述试样由自下而上依次布置的第一透水石层(6a)、土样层(7)、第二透水石层(6b)和上排水盖(8)，以及包覆在所述第一透水石层、土样层、第二透水石层和上排水盖外的乳胶膜构成。

3.根据权利要求2所述的土层降压渗流分层固结变形的三轴模型试验仪，其特征在于：所述三轴仪围压室(1)上设置有进气孔、上排水孔和下排水孔，其中上排水孔与上排水盖(8)相连，下排水孔位于第一透水石层(6a)下方的三轴仪围压室底座上。

4.根据权利要求3所述的土层降压渗流分层固结变形的三轴模型试验仪，其特征在于：所述围压控制装置(3)由空气压缩机、精密调压阀(10)、三通管(12)和精密压力表(11)构成，所述空气压缩机通过气管与所述精密调压阀(10)的一端相连，精密调压阀(10)的另一端与三通管(12)的一个管头相连，三通管(12)的另外两个管头分别与所述精密压力表(11)和三轴仪围压室(1)上的进气孔相连。

5.根据权利要求3所述的土层降压渗流分层固结变形的三轴模型试验仪，其特征在于：所述渗流控制装置(4)通过导管与所述三轴仪围压室(1)上的上下排水孔相连，通过设置上下排水孔的水压力控制试样内渗流情况。

6.根据权利要求1所述的土层降压渗流分层固结变形的三轴模型试验仪，其特征在于：所述数据采集装置(2)包括位移传感器(9)、无线发射盒、无线接收器和计算机，所述位移传感器(9)的探测端***试样中随试样同步变形移动，所述无线发射盒布置于所述三轴仪围压室(1)内以接受位移传感器(9)探测的试样变形信息，所述无线接收器通过无线传输的方式接收无线发射盒内的试样变形信息，并将其接收到的信息传输给计算机，通过计算机上的采集软件将该信息显示出来。

7.根据权利要求4所述的土层降压渗流分层固结变形的三轴模型试验仪，其特征在于：所述三轴仪围压室(1)的底部固定有位于试样旁边的传感器固定架(5)，所述位移传感器(9)安装在该传感器固定架(5)上。

8.根据权利要求4所述的土层降压渗流分层固结变形的三轴模型试验仪，其特征在于：所述无线发射盒和无线接收器之间的不大于10m。