一种使用砝码和气压联合加载的土固结检测仪和检测方法技术

本发明专利技术提供一种使用砝码和气压联合加载的土固结检测仪和检测方法，适用于土的性质检测技术领域，特别适用于重塑土固结过程测试和含水量较大的天然土的固结过程测试。包括反力架、砝码加载装置、砝码和气压加载转换装置、传感测量装置、固结容器和气源压力控制器，在砝码加载并形成一定的沉降量后，通过调节螺母和转换附件形成上部反力，启动气压加载装置推动固结容器上行逐步替换砝码荷载，然后采用气压施加到预定固结压力，并通过传感测量装置的上两组传感器自动切换观测砝码和气压加载过程土样的变形量、记录和控制土固结的质量。其精度较高，操作方便，可以在高荷载条件下固结出性质均匀、强度大的不同固结程度土。

Soil consolidation tester using weight and air pressure combined load and detecting method

The present invention provides a kind of soil consolidation using weights and pressure loaded with detection instrument and method, field properties detection technology is applied to the soil test, the consolidation process is especially suitable for the process of consolidation test and remolded soil with higher water content of natural soil. Including the counter force frame, weight loading device, weight and load pressure conversion device, sensing device, container consolidation and air pressure controller, and formed in a certain amount of settlement after weight loading, through the adjusting nut and conversion attachment form the upper part of the reaction, starting pressure loading device to promote the consolidation of container upward gradually replace the weight load, then the the pressure applied to a predetermined consolidation pressure, quality and deformation through two sensors, sensing and measuring device of the automatic switching observation weights and pressure loading process of soil and soil consolidation record control. It has high precision and easy operation, and can be consolidated with different consolidation soil with uniform properties and high strength under high load condition.

【技术实现步骤摘要】
一种使用砝码和气压联合加载的土固结检测仪和检测方法
本专利技术涉及一种使用砝码和气压联合加载的土固结检测仪和检测方法，尤其适用于土的性质检测
，特别适用于由泥浆固结重塑土的超固结过程控制和含水量较大天然土的排水、压实程度的检测。
技术介绍
借助相同颗粒级配和相同固结程度的重塑土测试分析原状土性质的方法是土性质测试分析的途径之一。关于重塑土的固结途径有有击实法、泥浆固结法等。击实法是土工实验室最常见的重塑土样制备方法，通过击实仪可以快速完成制样，但是存在固结压力较小、加载不均匀的缺点，其检测规律往往较为离散。现有采用泥浆固结法制备重塑土样的方法是：先利用静载加压排除泥浆中的部分水分，再利用固结仪或三轴仪加载对土进行充分固结得到饱和试样，这种方法模拟了土的天然固结过程，在一定程度上弥补了压实法存在的缺点和不足。但是直到目前为止，对于含水量较大的土由于固结排水量大、时间长，固结过程的测试一直比较困难，土的固结加载控制和检测方法尚未形成统一的标准，深入细致的研究成果极少见。因此，开发并形成高荷载条件下由泥浆制备重塑土的固结检测仪和检测方法，是今后开展深层重塑土性质研究亟需解决的问题，也是含水量较大天然土固结过程检测的迫切需求。
技术实现思路
技术问题：本专利技术是针对现有技术的不足之处，提供一种精度较高，操作方便，使用砝码和气压联合加载可以实现高荷载条件下制备性质均匀、固结程度高、强度大的重塑土的固结检测仪和检测方法。技术方案：为了实现上述目的，本专利技术的使用砝码和气压联合加载的土固结检测仪，包括反力架和计算机，反力架上设有横梁，反力架中轴线由下到上顺序设有气压加载装置、固结容器、加载转换装置和砝码加载装置，气压加载装置设在反力架下方，加载转换装置设在反力架上方与横梁配合，固结容器设置在气压加载装置和加载转换装置之间，加载转换装置上设有砝码加载装置，其中加载转换装置和砝码加载装置通过传力杆分别设置在传力杆的下方和上方，传力杆侧面上设有螺纹，传力杆通过砝码线性轴承设置在反力架的横梁中，反力架上还设有传感测量装置，传感测量装置与计算机相连接；所述砝码加载装置包括砝码沉降表盘、调节螺丝和支撑杆，砝码沉降表盘设置在传力杆顶部，砝码沉降表盘上设有可调节的砝码，砝码沉降表盘上设有用以支撑和固定砝码的支撑杆，砝码沉降表盘与砝码线性轴承之间的传力杆上设有调节螺丝；所述加载转换装置包括设置在横梁上的砝码线性轴承，砝码线性轴承内设有控制约束方式和测试基点转换的传力杆，加载转换装置相对横梁分为上下两部分，上部分由调节螺丝与传力杆外螺纹互相锁固构成，下部分由调节螺母、转换附件和传力杆形成的锁固机构构成，其中传力杆底部连接有压力帽，压力帽下方设有上透水石，压力帽与砝码线性轴承之间的传力杆由下到上顺序设有调节螺母和转换附件，调节螺母通过内螺纹与传力杆外螺纹相互锁固，其中转换附件为三瓣结构、高度可变换；所述固结容器装置包括压力帽、上透水石、试样筒、固定杆、集水仓、O型密封圈、下透水石、基底、排气孔和压盖，所述压力帽上设有排水用小孔，上透水石设置在压力帽下方，试样筒设置在基底与压盖之间，试样筒为内外双层结构，内外双层之间的连通容腔为集水仓，集水仓底部密闭，集水仓内设有两端分别连接基底和压盖的多根固定杆，压盖中间开有与压力帽相匹配的开口，基底上设有下透水石，基底上开有排气孔，O型密封圈设置在下透水石上方，下透水石与基底上的排气孔相连，排气孔通过快捷接头和软管连接三通阀、孔隙水压力传感器和排水软管；所述气压加载装置包括基座、气压线性轴承、滚动隔膜、进气口、底座、活塞和活塞杆，所述底座设在反力架底部，底座内部为气压缸，由气源压力控制系统提供稳定固结压力,高压气压经进气口控制活塞的垂向固结荷载，活塞设置在底座的气压缸内，活塞与底座气压缸侧壁间隙通过滚动隔膜密封并减小滑动阻力，活塞中部向上的传力机构为活塞杆，通过线性轴承进行导向，基座设置在活塞杆上端，基座上设有气压沉降表盘；所述传感测量装置包括设置在反力架上的砝码沉降量传感器、气压沉降量传感器和设置在气源压力控制系统中的压力传感器，所述砝码沉降量传感器和气压沉降量传感器均为一种百分表式自复位线性位移计,所述砝码沉降量传感器通过砝码沉降表杆和固定螺母设置在砝码加载装置一侧，砝码沉降量传感器与砝码沉降表盘相匹配，气压沉降量传感器设置在反力架立柱的拉杆上，并与气压加载装置中基座上的气压沉降表盘相匹配，固结压力传感器与进气口相连，基底上开有排气孔上通过三通阀设有试样孔隙水压力传感器，所有传感器直接连通数据采集器和计算机，监测试样变形和输入的气压。砝码沉降量传感器以砝码沉降表杆为基准点，观测与砝码沉降表盘相连的压力帽的沉降变形量，气压沉降量传感器以拉杆为基准点观测与气压沉降表盘相连的固结容器上升的变形量，其共同的观测基准为横梁，合计观测行程100mm。所述试样筒内净高度为180mm，试样筒的外层为有机玻璃构成，内层由不锈钢构成，固结过程中由试样筒上口排水可收集、可视。所述固结容器装置的排气孔通过连接三通阀可控制单面和双面固结排水条件，单面固结排水时连接孔隙水压力传感器可观测固结孔隙水压，双面排水时将排出的水通过排水软管引入集水仓。所述转换附件为一个套在传力杆外部的环形三瓣组合刚性柱状体，高度可以变换，用于固定调节螺母和横梁的相对位置并将横梁提供的反力传递给压力帽。所述气源压力控制系统包括空气压缩机，压力蓄能器,气压增压器，手动压力调节阀,过滤器，压力传感器，其中空气压缩机通过管路顺序与压力蓄能器,气压增压器连接，过滤器设置在空气压缩机出口，手动压力调节阀设置在气压增压器上，气压增压器输出压力经管路传递到进气口，压力传感器与气压增压器和进气口间的压力管路连接；空压机给压力蓄能器提供气体压力为0.7MPa，气压增压器增压后最大垂直荷载15MPa，手动压力调节阀可调节输出压力0-15MPa无级变化，控制达到预定的固结荷载并将固结压力值传递给采集器或计算机，压力蓄能器保持系统压力24小时稳定,减少空气压缩机频繁启动次数和延缓断电失压。一种使用砝码和气压联合加载的固结过程和检测方法，其步骤如下：a.将被测土样制备成含水量接近液限的稀泥浆并养护48小时以上；选择并确定固结的排水方式为单面排水固结或双面排水；在试样筒的内壁均匀涂抹一层凡士林，依次将下透水石、洁净而湿润的滤纸装在固结容器的基底上，再将试样筒和固定杆安装在基底上，用快速管接头将固结容器底部的排气孔和三通阀相连接，对下透水石进行饱和，最后将混合均匀的泥浆缓慢倒入试样筒内，轻轻振捣、搅拌排出气泡,在试样筒上安装压盖并固定，通过压盖上的开口在试样上部覆盖湿润的滤纸，对正放好上透水石，完成试样安装；b.在完成试样安装后，提起传力杆并调节螺丝控制加压帽高度超过固结容器的最大高度，在加压帽外壁均匀涂抹一层凡士林；将固结容器放到基座上并对中；调节固定传力杆的调节螺丝，使传力杆在重力作用下缓缓降落，在加压帽刚好接触到试样筒内的土样时停止调节螺丝旋转，调整砝码沉降表盘和气压沉降表盘，分别与砝码沉降量传感器和气压沉降量传感器接触、对正，调整砝码沉降量传感器的位置，使测量杆顶在砝码沉降表盘上并缩回到读数70mm后固定砝码沉降量传感器，气压沉降量传感器预压1-2mm，如选择单面本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种使用砝码和气压联合加载的土固结检测仪，包括反力架和计算机，反力架上设有横梁(19)，其特征在于：反力架中轴线由下到上顺序设有气压加载装置、固结容器、加载转换装置和砝码加载装置，气压加载装置设在反力架下方，加载转换装置设在反力架上方与横梁(19)配合，固结容器设置在气压加载装置和加载转换装置之间，加载转换装置上设有砝码加载装置，其中加载转换装置和砝码加载装置通过传力杆(21)分别设置在传力杆(21)的下方和上方，传力杆(21)侧面上设有螺纹，传力杆(21)通过砝码线性轴承(4)设置在反力架的横梁(19)中，反力架上还设有传感测量装置，传感测量装置与计算机相连接；所述砝码加载装置包括砝码沉降表盘(2)、调节螺丝(20)和支撑杆(23)，砝码沉降表盘(2)设置在传力杆(21)顶部，砝码沉降表盘(2)上设有可调节的砝码(22)，砝码沉降表盘(2)上设有用以支撑和固定砝码(22)的支撑杆(23)，砝码沉降表盘(2)与砝码线性轴承(4)之间的传力杆(21)上设有调节螺丝(20)；所述加载转换装置包括设置在横梁(19)上的砝码线性轴承(4)，砝码线性轴承(4)内设有控制约束方式和测试基点转换的传力杆(21)，加载转换装置相对横梁(19)分为上下两部分，上部分由调节螺丝(20)与传力杆(21)外螺纹互相锁固构成，下部分由调节螺母(17)、转换附件(18)和传力杆(21)形成的锁固机构构成，其中传力杆(21)底部连接有压力帽(16)，压力帽(16)下方设有上透水石(24)，压力帽(16)与砝码线性轴承(4)之间的传力杆(21)由下到上顺序设有调节螺母(17)和转换附件(18)，调节螺母(17)通过内螺纹与传力杆(21)外螺纹相互锁固，其中转换附件(18)为三瓣结构、高度可变换；所述固结容器装置包括压力帽(16)、上透水石(24)、试样筒(25)、固定杆(26)、集水仓(27)、O型密封圈(28)、下透水石(29)、基底(30)、排气孔(31)和压盖(32)，所述压力帽(16)上设有排水用小孔，上透水石(24)设置在压力帽(16)下方，试样筒(25)设置在基底(30)与压盖(32)之间，试样筒(25)为内外双层结构，内外双层之间的连通容腔为集水仓(27)，集水仓(27)底部密闭，集水仓(27)内设有两端分别连接基底(30)和压盖(32)的多根固定杆(26)，压盖(32)中间开有与压力帽(16)相匹配的开口，基底(30)上设有下透水石(29)，基底(30)上开有排气孔(31)，O型密封圈(28)设置在下透水石(29)上方，下透水石(29)与基底(30)上的排气孔(31)相连，排气孔(31)通过快捷接头和软管连接三通阀(39)、孔隙水压力传感器(40)和排水软管(41)；所述气压加载装置包括基座(7)、气压线性轴承(8)、滚动隔膜(9)、进气口(10)、底座(11)、活塞(12)和活塞杆(13)，所述底座(12)设在反力架底部，底座(12)内部为气压缸，由气源压力控制系统提供稳定固结压力,高压气压经进气口(10)控制活塞(12)的垂向固结荷载，活塞(12)设置在底座(11)的气压缸内，活塞(12)与底座(11)气压缸侧壁间隙通过滚动隔膜(9)密封并减小滑动阻力，活塞(12)中部向上的传力机构为活塞杆(13)，通过线性轴承(8)进行导向，基座(7)设置在活塞杆(13)上端，基座(7)上设有气压沉降表盘(14)；所述传感测量装置包括设置在反力架上的砝码沉降量传感器(1)、气压沉降量传感器(15)和设置在气源压力控制系统中的压力传感器(38)，所述砝码沉降量传感器(1)和气压沉降量传感器(15)均为一种百分表式自复位线性位移计,所述砝码沉降量传感器(1)通过砝码沉降表杆(3)和固定螺母(5)设置在砝码加载装置一侧，砝码沉降量传感器(1)与砝码沉降表盘(2)相匹配，气压沉降量传感器(15)设置在反力架立柱的拉杆(6)上，并与气压加载装置中基座(7)上的气压沉降表盘(14)相匹配，固结压力传感器(38)与进气口(10)相连，基底(30)上开有排气孔(31)上通过三通阀(39)设有试样孔隙水压力传感器(40)，所有传感器直接连通数据采集器和计算机，监测试样变形和输入的气压。...

【技术特征摘要】
1.一种使用砝码和气压联合加载的土固结检测仪，包括反力架和计算机，反力架上设有横梁(19)，其特征在于：反力架中轴线由下到上顺序设有气压加载装置、固结容器、加载转换装置和砝码加载装置，气压加载装置设在反力架下方，加载转换装置设在反力架上方与横梁(19)配合，固结容器设置在气压加载装置和加载转换装置之间，加载转换装置上设有砝码加载装置，其中加载转换装置和砝码加载装置通过传力杆(21)分别设置在传力杆(21)的下方和上方，传力杆(21)侧面上设有螺纹，传力杆(21)通过砝码线性轴承(4)设置在反力架的横梁(19)中，反力架上还设有传感测量装置，传感测量装置与计算机相连接；所述砝码加载装置包括砝码沉降表盘(2)、调节螺丝(20)和支撑杆(23)，砝码沉降表盘(2)设置在传力杆(21)顶部，砝码沉降表盘(2)上设有可调节的砝码(22)，砝码沉降表盘(2)上设有用以支撑和固定砝码(22)的支撑杆(23)，砝码沉降表盘(2)与砝码线性轴承(4)之间的传力杆(21)上设有调节螺丝(20)；所述加载转换装置包括设置在横梁(19)上的砝码线性轴承(4)，砝码线性轴承(4)内设有控制约束方式和测试基点转换的传力杆(21)，加载转换装置相对横梁(19)分为上下两部分，上部分由调节螺丝(20)与传力杆(21)外螺纹互相锁固构成，下部分由调节螺母(17)、转换附件(18)和传力杆(21)形成的锁固机构构成，其中传力杆(21)底部连接有压力帽(16)，压力帽(16)下方设有上透水石(24)，压力帽(16)与砝码线性轴承(4)之间的传力杆(21)由下到上顺序设有调节螺母(17)和转换附件(18)，调节螺母(17)通过内螺纹与传力杆(21)外螺纹相互锁固，其中转换附件(18)为三瓣结构、高度可变换；所述固结容器装置包括压力帽(16)、上透水石(24)、试样筒(25)、固定杆(26)、集水仓(27)、O型密封圈(28)、下透水石(29)、基底(30)、排气孔(31)和压盖(32)，所述压力帽(16)上设有排水用小孔，上透水石(24)设置在压力帽(16)下方，试样筒(25)设置在基底(30)与压盖(32)之间，试样筒(25)为内外双层结构，内外双层之间的连通容腔为集水仓(27)，集水仓(27)底部密闭，集水仓(27)内设有两端分别连接基底(30)和压盖(32)的多根固定杆(26)，压盖(32)中间开有与压力帽(16)相匹配的开口，基底(30)上设有下透水石(29)，基底(30)上开有排气孔(31)，O型密封圈(28)设置在下透水石(29)上方，下透水石(29)与基底(30)上的排气孔(31)相连，排气孔(31)通过快捷接头和软管连接三通阀(39)、孔隙水压力传感器(40)和排水软管(41)；所述气压加载装置包括基座(7)、气压线性轴承(8)、滚动隔膜(9)、进气口(10)、底座(11)、活塞(12)和活塞杆(13)，所述底座(12)设在反力架底部，底座(12)内部为气压缸，由气源压力控制系统提供稳定固结压力,高压气压经进气口(10)控制活塞(12)的垂向固结荷载，活塞(12)设置在底座(11)的气压缸内，活塞(12)与底座(11)气压缸侧壁间隙通过滚动隔膜(9)密封并减小滑动阻力，活塞(12)中部向上的传力机构为活塞杆(13)，通过线性轴承(8)进行导向，基座(7)设置在活塞杆(13)上端，基座(7)上设有气压沉降表盘(14)；所述传感测量装置包括设置在反力架上的砝码沉降量传感器(1)、气压沉降量传感器(15)和设置在气源压力控制系统中的压力传感器(38)，所述砝码沉降量传感器(1)和气压沉降量传感器(15)均为一种百分表式自复位线性位移计,所述砝码沉降量传感器(1)通过砝码沉降表杆(3)和固定螺母(5)设置在砝码加载装置一侧，砝码沉降量传感器(1)与砝码沉降表盘(2)相匹配，气压沉降量传感器(15)设置在反力架立柱的拉杆(6)上，并与气压加载装置中基座(7)上的气压沉降表盘(14)相匹配，固结压力传感器(38)与进气口(10)相连，基底(30)上开有排气孔(31)上通过三通阀(39)设有试样孔隙水压力传感器(40)，所有传感器直接连通数据采集器和计算机，监测试样变形和输入的气压。2.根据权利要求1所述的使用砝码和气压联合加载的土固结检测仪，其特征在于：砝码沉降量传感器(1)以砝码沉降表杆(3)为基准点，观测与砝码沉降表盘(2)相连的压力帽(16)的沉降变形量，气压沉降量传感器(15)以拉杆(6)为基准点观测与气压沉降表盘(14)相连的固结容器上升的变形量，其共同的观测基准为横梁(19)，合计观测行程100mm。3.根据权利要求1所述的使用砝码和气压联合加载的土固结检测仪，其特征在于：所述试样筒(25)内净高度为180mm，试样筒(25)的外层为有机玻璃构成，内层由不锈钢构成，固结过程中由试样筒(25)上口排水可收集、可视。4.根据权利要求1所述的使用砝码和气压联合加载的土固结检测仪，其特征在于：所述固结容器装置的排气孔(31)通过连接三通阀(39)可控制单面和双面固结排水条件，单面固结排水时连接孔隙水压力传感器(40)可观测固结孔隙水压，双面排水时将排出的水通过排水软管(41)引入集水仓(27)。5.根据权利要求1所述的使用砝码和气压联合加载的土固结检测仪，其特征在于：所述转换附件(18)为一个套在传力杆(21)外部的环形三瓣组合刚性柱状体，高度可以变换，用于固定调节螺母(17)和横梁(19)的相对位置并将横梁(19)提供的反力传递给压力帽(16)。6.根据权利要求1所述的使用砝码和气压联合加载的土固结检测仪，其特征在于：所述气源压力控制系统包括空气压缩机(33)，压力蓄能器(34),气压增压器(35)，手动压力调节阀(36),过滤器(37)，压力传感器(38)，其中空气压缩机(33)通过管路顺序与压力蓄能器(34),气压增压器(35)连接，过滤器(37)设置在空气压缩机(33)出口，手动压力调节阀(36)设置在气压增压器(35)上，气压增压器(35)输出压力经管路传递到进气口(10)，压力传感器(38)与气压增压器(35)和进气口(10)间的压力管路连接；空压机(33)给压力蓄能器(34)提供气体压力为0.7MPa，气压增压器(35)增压后最大垂直荷载15MPa，手动压力调节阀(36)可调节输出压力0-15MPa无级变化，控制达到预定的固结荷载并将固结压力值传递给采集器或计算机，压力蓄能器(34)保持系统压力24小时稳定,减少空气压缩机(33)频繁启动次数和延缓断电失压。7.一种使用砝码和气压联合加载的土固结...

【专利技术属性】
技术研发人员：董青红，焦培培，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32