孔压静力触探标定罐系统技术方案

本发明专利技术公布了一种用于孔压静力触探测试的标定罐系统，其特征在于：该标定罐系统的最外围是一个轴向加载框架(11)、该框架内设有外部压力计(1)、与外部压力计(1)下方相连的外部探杆(2)和与外部探杆(2)相连的直线轴承(3)轴向加载框架(11)经外部压力计(1)、外部探杆(2)和直线轴承(3)与标定罐罐体相连；本发明专利技术的孔压标定罐系统，充分考虑到中低密度砂土对土体液化和应变软化的影响，以精密的仪器设备和细致化的试验操作对中低密度砂土的土性做出更为真实可靠的预测，为现场孔压静力触探试验提供补充依据。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种能够用于孔压静力触探测试的标定罐系统，应用于岩土工程领域，能够在一定条件下实现对现场孔压静力触探测试的室内模拟，进而对相关经验公式的建立和参数分析提供补充依据。
技术介绍
由于岩土工程参数与复杂多变的自然条件密切联系，确定岩土工程参数与合理设计成为工程建设的难点，亦是保证工程质量、缩短工程周期、降低工程造价、提高工程经济效益和社会效益的关键技术之一。钻孔取样、室内试验会造成土样扰动，试验结果难以反映出地基岩土的真实状况，原位测试技术是在天然位置对岩土工程性能进行测试的一种技术，勿需取样，简便快捷，是准确获得土性参数的有效方法。因此，研究基于高精度现场原位测试理论与技术，建立基于原位测试的土木工程设计计算理论，是当前我国工程领域迫切需要解决的重要课题。这些参数必须积累到大量的数据，并通过相应的理论推导和反算公式以求得最后的土壤参数，相关的现场原位试验相对于室内试验周期较长，并不能确定单一土壤参数的变化。为了解决这些相关的问题使用标定罐试验以来积累相关的数据，并可以控制相应的条件，推导出具体的经验公式，是最直接有效简单的方式。工程地质的分析和设计要求对土层性质进行精确的判断，也包含对土体内任何一点处土壤地层学的评价。为实现这一目标，需要对饱和的中低密度无粘性土体的性质做出足够精确的判断。这是一种对土性影响至关重要的土体，因其对静态或循环液化的高敏感性并且极有可能诱发土体的流动液化破坏。基于此，对能够造成土体破坏的地下土体性质的判断才显得十分重要，必须在土性的基础上展开砂土液化的参数确定从而成功对液化进行预测。获取无粘性土体的未扰动样本>
十分困难，尤其是当此类土位于地下水位以下时，这使得工程勘察大多依赖于标准贯入试验(SPT)和孔压静力触探(CPTU)试验。二者以孔压静力触探更加方便和可靠，基于其试验数据获取的连续性和精确性，孔压静力触探已然成为应用最广的原位测试手段之一。探头规格应为锥角60°，锥底直径35.7mm，锥底横截面积10cm2，侧壁摩擦筒表面积150cm2。孔压过滤环必须安装在圆锥头肩部(u2)位置。由于现场试验不能够完全对土体性质进行直接的测量和评估，需要在大量实验数据的基础上建立相应的经验公式总结。这其中便涉及到室内的标定罐试验和现场测试的数据对比，亦或是展开例如孔穴扩张、有限元、离散元素分析。标定罐试验最初的建立是确定圆锥静力触探的相应地质参数，而经过多年的发展现如今已延伸到其他的原位试验方法中，如旁压仪、膨胀仪、大型压密仪。标定罐试验是条件许可下在室内进行的现场原位的模拟，由于受到土样大小和应力状态的限制，无法达到完全的现场状态，数据与原位试验有一定的区别。研究表明，影响室内标定罐试验的因素有很多，其主要的影响因素有边界条件、尺寸效应、土样性质。室内的孔压静力触探标定罐系统能够最为真实有效的对现场CPTU试验进行模拟，得到最接近真实值的经验关系式。
技术实现思路
技术问题：本专利技术要解决的技术问题是基于现有的孔压静力触探测试技术，设计并建立与之对应的室内标定罐试验系统，以此来丰富孔压静力触探技术的数据可靠性并增强其工程实践性。目前，孔压静力触探试验以其获取数据的连续性和精确性，正逐步发展成为确定岩土工程参数最常用的原位测试手段之一。但现场试验时间周期较长，且不能确定单一土体参数的变化，需要大量的数据来进行相应理论推导和经验总结。本专利技术的标定罐系统能够较好的解决上述问题，进而对孔压静力触探技术相关经验公式的建立和参数分析提供补充依据。
技术实现思路
：为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种用于孔压静力触探测试的标定罐系统，该标定罐系统的最外围是一个轴向加载框架、该框架内设有外部压力计、与外部压力计下方相连的外部探杆与外部探杆相连的直线轴承轴向
加载框架经外部压力计、外部探杆和直线轴承与标定罐罐体相连；标定罐罐体为密封式的侧向受限容器，其内包含有顶板、与顶板相连且设置在顶板下表面的内部压力计、与内部压力计相连且设置在内部压力计下方的微型孔压静力触探探头、微型孔压静力触探探头下方是土体样本、和设于标定罐罐体底部的底座；该系统还设置有进排水管、第一机电压力泵和第二机电压力泵；第一机电压力泵和第二机电压力泵通过进排水管分别控制土体样本和罐体内硅油的液压；该系统内还包含有设置在圆锥头和孔压过滤环之间的O型防尘圈和唇口密封件。优选的，微型孔压静力触探探头采用圆锥头形式，锥底直径为6mm，锥底横截面积28.3mm2，探头锥角为60°，探头有效面积比为0.75。优选的，外部压力计与外部探杆相连，外部探杆穿过顶板，并在二者上部相接处安装直线轴承，在保证外部探杆做精确直线运动的同时减小摩擦力；微型孔压探头和外部探杆之间设有内部压力计，内部压力计被置于一个封闭空间内，避免与罐体内硅油接触。优选的，标定罐罐体是一个直径为300mm，高450mm的密封式圆柱型KO容器；试验要求采用直径为150mm，高195mm的柱形土体样本。优选的，轴向加载框架用于提供最大10kN的推进力，框架所能承受的最大变形速率为0.423mm/s，探头的贯入速率低于此值。优选的，顶板孔洞内沿着外部探杆环向安置有唇口密封圈，避免探杆与顶板直接接触，维持罐内硅油压力和土样孔隙水压的差异性；同样的也在微型孔压探头处安置相应大小的唇口密封圈。优选的，两个容积分别为75毫升和170毫升的第一机电压力泵和第二机电压力泵分别用来监控土样和罐体内硅油的体积变化。优选的，本标定罐系统试验对象为中低密实度的砂土，采用分层欠压法制样，要求土样的相对密实度在45％以内。优选的，微型孔压探头探杆部分由空心钢轴和内杆构成，在锥肩位置设置孔压过滤环，并在过滤环与圆锥头之间加设O型防尘圈，防止土体颗粒在锥尖和孔压过滤环之间形成阻塞。优选的，土样装罐完成后，用硅油充填满罐体。有益效果：本专利技术中的一种用于孔压静力触探测试的标定罐系统，在特制微型孔压静力触探探头的基础上，与前人的标定罐系统相比具有以下优点：(1)能够同步测量锥尖阻力、侧壁摩阻力和锥肩位置的孔隙水压力的值；(2)有效减小所需土体样本的体积，并且严格控制土样的边界效应，采用较高的土样直径Dc与探头直径dc比值，即Dc/dc＝25来控制土样的边界，将实验范围扩大到中等密实砂土至松散砂土之间土体皆可；(3)采用更加精确的土样击实方法，提高测试土样的均一性和可重复性，并对其初始密度和孔隙率加强控制；(4)精确测量实验过程中土样的体积变化，尤其是固结完成后和探头贯入过程中基于孔隙率变化而导致的土样体积变化。值得注意的是，虽然本专利技术中的微型CPTU探头不能够直接运用于工程实践中，但其不仅更加完善一些基于CPTU的跟土体变异性有关的经验关系式，还能有助于其他相关标定罐实验的有效、快速进行。附图说明图1是本专利技术标定罐系统的主要框架结构图；图2是微型孔压探头的结构图；图3是标定罐罐体的细节图。其中有：外部压力计1，外部探杆2，直线轴承3，内部压力计4，硅油5，土体样本6，罐体底座7，罐体顶板8，微型孔压静力触探探头9，进排水管10，轴向加载框架11，唇口密封圈12，孔隙水压传感器13；微型孔压静力触探探头9包括：O型防尘圈91，内杆92，空心钢轴93，孔压过滤环94，微型圆锥头95。具体实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于孔压静力触探测试的标定罐系统，其特征在于：该标定罐系统的最外围是一个轴向加载框架(11)、该框架内设有外部压力计(1)、与外部压力计(1)下方相连的外部探杆(2)和与外部探杆(2)相连的直线轴承(3)轴向加载框架(11)经外部压力计(1)、外部探杆(2)和直线轴承(3)与标定罐罐体相连；标定罐罐体为密封式的侧向受限容器，其内包含有顶板(8)、与顶板(8)相连且设置在顶板(8)下表面的内部压力计(4)、与内部压力计(4)相连且设置在内部压力计(4)下方的微型孔压静力触探探头(9)、微型孔压静力触探探头(9)下方是土体样本(6)、和设于标定罐罐体底部的底座(7)；该系统还设置有进排水管(10)、第一机电压力泵(a)和第二机电压力泵(b)；第一机电压力泵(a)和第二机电压力泵(b)通过进排水管(10)分别控制土体样本(6)和罐体内硅油(5)的液压；该系统内还包含有设置在圆锥头(95)和孔压过滤环(94)之间的O型防尘圈(91)和唇口密封件(12)。

【技术特征摘要】
1.一种用于孔压静力触探测试的标定罐系统，其特征在于：该标定罐系统的最外围是一个轴向加载框架(11)、该框架内设有外部压力计(1)、与外部压力计(1)下方相连的外部探杆(2)和与外部探杆(2)相连的直线轴承(3)轴向加载框架(11)经外部压力计(1)、外部探杆(2)和直线轴承(3)与标定罐罐体相连；标定罐罐体为密封式的侧向受限容器，其内包含有顶板(8)、与顶板(8)相连且设置在顶板(8)下表面的内部压力计(4)、与内部压力计(4)相连且设置在内部压力计(4)下方的微型孔压静力触探探头(9)、微型孔压静力触探探头(9)下方是土体样本(6)、和设于标定罐罐体底部的底座(7)；该系统还设置有进排水管(10)、第一机电压力泵(a)和第二机电压力泵(b)；第一机电压力泵(a)和第二机电压力泵(b)通过进排水管(10)分别控制土体样本(6)和罐体内硅油(5)的液压；该系统内还包含有设置在圆锥头(95)和孔压过滤环(94)之间的O型防尘圈(91)和唇口密封件(12)。2.根据权利要求1所述的用于孔压静力触探测试的标定罐系统，其特征在于：微型孔压静力触探探头(9)采用圆锥头(95)形式，锥底直径为6mm，锥底横截面积28.3mm2，探头锥角为60°，探头有效面积比为0.75。3.根据权利要求1所述的用于孔压静力触探测试的标定罐系统，其特征在于：外部压力计(1)与外部探杆(2)相连，外部探杆(2)穿过顶板(8)，并在二者上部相接处安装直线轴承(3)，在保证外部探杆(2)做精确直线运动的同时减小摩擦力；微型孔压探头(9)和外部探杆(2)之间设有内部压力计(4)，内部压力计(4)被置于一个封闭空间内，避免与罐体内硅油接触。4.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘松玉，杨岩，蔡国军，李俊才，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32