一种在室内还原土体现场状态的静力触探测试系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种在室内还原土体现场状态的静力触探测试系统及方法，其中室内静力触探测试系统包括状态还原子系统及安装于状态还原子系统上方的静力触探子系统，其中，状态还原子系统通过三组压力体积控制机从多方向给土体试样施加力，对试样土体进行饱和、排水、固结，实现土体试样自动还原，静力触探子系统用于进行静力触探试验，即可在室内还原土体的现场状态并进行静力触探试验。该室内静力触探测试系统能够在室内还原土体试样的现场情况，静力触探试验结果与现场试验结果吻合度极高，试验结果可靠性强，能够大大降低研究人员的工作强度和风险系数的同时有效降低研究成本。作强度和风险系数的同时有效降低研究成本。作强度和风险系数的同时有效降低研究成本。

【技术实现步骤摘要】
一种在室内还原土体现场状态的静力触探测试系统及方法


[0001]本专利技术涉及静力触探
，尤其是一种在室内还原土体现场状态的静力触探测试系统及方法。

技术介绍

[0002]原位测试技术对土体扰动较少，高精度现场原位测试能够有效获得土体参数。孔压静力触探试验(CPTU)作为近些年传入中国的原位测试技术，在岩土工程勘察中得到了广泛应用。静力触探试验是通过采用准静力以恒定贯入速率将圆锥探头压入土中，同时测量并记录贯入过程中的探头阻力、侧摩阻力和孔隙水压力来反算土体参数的一种原位测试方法。静力触探试验具有测量速度快、数据连续、再现性较好、操作省时具有经济性等特点。可对土层的端阻力和侧阻力特征值进行估算，为桩基础设计提供基本参数。
[0003]随着静力触探的重要性越来越突出，对静力触探的实验研究也相应越来越重要，由于静力触探的特点，在实验研究的时候需要保持土的原始受力状态进行测试，因此需要研究人员到现场进行研究测试，然而现场往往不具备完善的实验条件，而且长期在现场研究测试成本高和周期长，因此很多研究人员将待测土体转到实验室进行研究，然而土体离开原来位置后受力状态会发生变化，往往造成研究出来的结果与实际情况有差别。

技术实现思路

[0004]针对上述技术问题，本专利技术提出了一种在室内还原土体现场状态的静力触探测试系统及方法，能够在室内还原土体试样的现场情况，静力触探试验结果与现场试验结果吻合度极高，试验结果可靠性强，能够大大降低研究人员的工作强度和风险系数的同时有效降低研究成本。
[0005]一种在室内还原土体现场状态的静力触探测试系统及方法，包括状态还原子系统及安装于状态还原子系统上方的静力触探子系统；
[0006]所述状态还原子系统包括上定位板、定位帽、上压头、拉杆、围压罐、弹性膜、底板、平衡锤、平衡锤缸体、液压缸、压力体积控制器及提升组件，所述围压罐同轴固定于上定位板和底板之间，所述定位帽同轴固定于上定位板上且从上往下穿过上定位板，所述上压头通过拉杆同轴固定于围压罐内部，所述定位帽与上压头固定连接且同轴设有贯入孔，所述平衡锤通过平衡锤缸体滑动安装于底板下方，所述液压缸安装于平衡锤下方，用于驱动平衡锤，所述弹性膜呈圆柱形，弹性膜的上下两端分别安装在上压头和底板上，所述平衡锤穿过底板伸入弹性膜内，与弹性膜间隙配合，所述上压头、弹性膜及平衡锤围合成土体试样腔室，所述弹性膜、围压罐、上定位板及底板之间围合成调压腔室，所述压力体积控制器设有三组，分别用于调节土体试样腔室、调压腔室及液压缸的压力，所述平衡锤上安装有位移传感器，平衡锤与液压缸的输出轴之间安装有轴压传感器，所述提升组件用于辅助拆除土体试样；
[0007]所述静力触探子系统包括伺服电机、探杆、探头、滚珠丝杆及反力支架，所述伺服
电机固定于反力支架顶部，驱动滚珠丝杆转动，所述探杆平行于滚珠丝杆固定在反力支架的滑动板底部，所述探头安装于探杆端部且正对于贯入孔设置。
[0008]作为上述技术方案的优选，所述平衡锤上设有过水孔，所述过水孔连通土体试样腔室和平衡锤缸体，所述过水孔压力通过孔压传感器进行测试。
[0009]作为上述技术方案的优选，所述压力体积控制器包括步进电机、齿轮箱、螺杆、螺母、压力缸、活塞、压力传感器，所述齿轮箱滑动安装于线性导轨上，所述步进电机与齿轮箱固定连接且与齿轮箱同步滑动，步进电机通过齿轮箱驱动螺杆转动，所述螺杆的一端伸入压力缸内部，与压力缸内部的活塞固定连接，所述螺母设于压力缸端部且与螺杆螺纹连接，所述压力传感器用于测试压力缸内部压力，每组压力体积控制器的压力缸的压力出口分别通过一组管路与土体试样腔室、调压腔室及液压缸连通。
[0010]作为上述技术方案的优选，所述提升组件采用提升油缸，所述底板安装于支撑框架上，所述提升油缸对称设于围压罐的两侧，提升油缸的缸筒与支撑框架固定连接，提升油缸的活塞与上定位板固定连接。
[0011]作为上述技术方案的优选，所述液压缸通过连接架安装于支撑框架上，所述连接架包括上定位环、连接杆及下定位环，所述上定位环和下定位环分别与支撑框架的顶板和液压缸固定连接，所述连接杆的两端分别与上定位环和下定位环固定连接且沿平衡锤的圆周均匀分布。
[0012]一种采用上述任意一项室内静力触探测试系统的测试方法，具体测试步骤如下：
[0013]步骤一，饱和探头并制作试样，将土体试样填充至土体试样腔室内；
[0014]步骤二，插入探头，将探头从贯入孔插入至土体试样腔室内，调整探头位置至设定高度；
[0015]步骤三，还原土体试样原始状态，通过调节三组压力体积控制器，对土体试样进行饱和、排水、固结，将土体试样还原至原始状态；
[0016]步骤四，静力触探试验，控制伺服电机进行静力触探作业，获取并记录试验数据；
[0017]步骤五，试验完成后，卸掉围压、轴压，起拔探头到初始贯入位置；
[0018]步骤六，由提升装置提起静力触探子系统以及围压罐，拆卸土体试样。
[0019]步骤七，整理、分析试验数据并进行设备保养。
[0020]本专利技术的有益效果在于：
[0021]1、能够在室内还原各种状态下土体的原始状态，还原过程数据实现实时采集反馈和自动控制，效率高，还原之后的试样土体的静力触探试验结果与现场试验结果吻合度极高，试验结果可靠性强。
[0022]2、大大的降低了研究人员的工作强度和风险系数，尤其是对于深海底部的原位测试研究，优点更加明显，可以在实验室模拟出海底土体试样的受力状态进行研究，避免了深入海底高投入、长周期、高风险的现场研究，有效的节省了研究成本。
[0023]3、能够模拟不同深度的土层，能按照不同条件完成固结排水等土的不同受力状态模拟，将土试样还原到原位受力状态后可进行静力触探试验，获取试样的锥尖阻力、侧壁摩擦力、孔隙水压力等数据。
[0024]4、数据采集控制系统可以同步采集数据并将各测量通道的数据进行数/模转换，同时记录试验结果，最后，通过接口将数据传输到计算机上的数据采集软件中直接显示。
附图说明
[0025]图1为测试系统的剖视图。
[0026]图2为压力体积控制器的原理图。
[0027]图3为连接架的结构示意图。
[0028]图4为本测试系统的原理图。
[0029]附图标记如下：1
‑
上定位板、2
‑
定位帽、3
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上压头、4
‑
拉杆、5
‑
围压罐、6
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弹性膜、7
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底板、8
‑
平衡锤、9
‑
平衡锤缸体、10
‑
液压缸、11
‑
提升组件、12
‑
贯入孔、13
‑
土体试样腔室、14
‑
调压腔室、15
‑
位移传感器、16
‑
轴压传感器、17
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种在室内还原土体现场状态的静力触探测试系统及方法，其特征在于：包括状态还原子系统及安装于状态还原子系统上方的静力触探子系统；所述状态还原子系统包括上定位板、定位帽、上压头、拉杆、围压罐、弹性膜、底板、平衡锤、平衡锤缸体、液压缸、压力体积控制器及提升组件，所述围压罐同轴固定于上定位板和底板之间，所述定位帽同轴固定于上定位板上且从上往下穿过上定位板，所述上压头通过拉杆同轴固定于围压罐内部，所述定位帽与上压头固定连接且同轴设有贯入孔，所述平衡锤通过平衡锤缸体滑动安装于底板下方，所述液压缸安装于平衡锤下方，用于驱动平衡锤，所述弹性膜呈圆柱形，弹性膜的上下两端分别安装在上压头和底板上，所述平衡锤穿过底板伸入弹性膜内，与弹性膜间隙配合，所述上压头、弹性膜及平衡锤围合成土体试样腔室，所述弹性膜、围压罐、上定位板及底板之间围合成调压腔室，所述压力体积控制器设有三组，分别用于调节土体试样腔室、调压腔室及液压缸的压力，所述平衡锤上安装有位移传感器，平衡锤与液压缸的输出轴之间安装有轴压传感器，所述提升组件用于辅助拆除土体试样；所述静力触探子系统包括伺服电机、探杆、探头、滚珠丝杆及反力支架，所述伺服电机固定于反力支架顶部，驱动滚珠丝杆转动，所述探杆平行于滚珠丝杆固定在反力支架的滑动板底部，所述探头安装于探杆端部且正对于贯入孔设置。2.根据权利要求1所述的室内静力触探测试系统，其特征在于：所述平衡锤上设有过水孔，所述过水孔连通土体试样腔室和平衡锤缸体，所述过水孔压力通过孔压传感器进行测试。3.根据权利要求1所述的室内静力触探测试系统，其特征在于：所述压力体积控制器包括步进电机、齿轮箱、螺杆、螺母、压力缸、活塞、压力传感器，所述齿轮箱滑动安装...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪帅，徐凡，杨倩，
申请(专利权)人：湖北顶华工程勘察设计有限公司，
类型：发明
国别省市：