一種封閉水壓式土壓力盒標定裝置及標定方法與流程
2023-11-30 12:11:36
本發明涉及巖土工程領域，特別是一種封閉水壓式土壓力盒標定裝置及標定方法。
背景技術：
在巖土工程領域，尤其是涉及到邊坡、基坑、護岸等圍護結構的相關研究時，常常會展開室內模型試驗進行研究。其中土壓力就是試驗的一個重要數據，土壓力盒是測量土壓力的裝置，而為了獲得準確的土壓力值，土壓力盒埋設前必須要進行標定，所以土壓力值的準確性很大程度上取決於標定的裝置和方法。
而目前室內模型試驗中，土壓力盒的標定極不規範，方法多種多樣，其中較多使用的方法是採用砂土作為傳力介質的方法，即在土壓力盒上覆蓋一層具有一定厚度的砂土，然後在其上方進行加壓，這種標定方法很不規範，土壓力盒也常常會遇到受力不均的問題，這樣都會導致最終標定的結果誤差較大。
基於以上，本申請提供一種封閉水壓式土壓力盒標定裝置及其方法，其主要特徵是利用封閉水壓來標定土壓力盒，這樣完全可以解決土壓力盒受力不均的問題，使標定結果更加準確，為試驗提供更真實的結果。
技術實現要素：
本發明要解決的技術問題是針對上述現有技術的不足，而提供一種封閉水壓式土壓力盒標定裝置，該封閉水壓式土壓力盒標定裝置能解決土壓力盒受力不均的問題，使標定結果更加準確，該裝置的推廣更能使室內試驗土壓力盒的標定更規範化。
為解決上述技術問題，本發明採用的技術方案是：
一種封閉水壓式土壓力盒標定裝置，包括柔性反向加壓組件、施壓組件和測壓計。
柔性反向加壓組件包括從上至下依次同軸設置的軸向受力架、傳力板和螺紋橡膠袋；其中軸向受力架位置固定，軸向受力架底部與傳力板固定連接。
螺紋橡膠袋的頂部固定設置有頂盤，該頂盤與傳力板底部固定連接。
螺紋橡膠袋內設置有若干根定形環，每根定形環均設置在螺紋橡膠袋的螺紋處。
螺紋橡膠袋底部開口設置，底部開口處固定設置有底環。
底環底部固定連接有上連接環；螺紋橡膠袋上部或頂部還設置有進水孔。
施壓組件包括底座、升降杆、升降板和升降驅動裝置。
升降杆的底端伸入底座內，並與設置在底座上的升降驅動裝置相連接；升降杆的頂端固定設置所述升降板；升降杆和升降板能在升降驅動裝置的作用下進行升降。
升降板頂部設置有與上連接環密封可拆卸連接的下連接環；升降板的側壁上設置有出線孔一、出水孔和出線孔二，出水孔內設置有密封塞。
下連接環內設置有土壓力盒槽和測壓孔；土壓力盒放置於土壓力盒槽內，土壓力盒線從出線孔一中密封穿出。
測壓計包括測壓探頭和與測壓探頭相連接的壓力表，測壓探頭放置在測壓孔內，測壓探頭接線從出線孔二內密封穿出並與壓力表相連接。
放置在測壓孔內的測壓探頭與放置在土壓力盒槽內的土壓力盒位於同一高度。
所述軸向受力架的高度能夠升降並固定。
所述軸向受力架套裝在若干根絲杆上，軸向受力架能沿絲杆上下滑移並鎖定；每根絲杆的另一端均固定在底座上。
所述出線孔一和出線孔二內均設置有收縮螺杆，收縮螺杆為中空結構，收縮螺杆的自由端由至少兩片圓弧瓣片圍合形成；土壓力盒線和測壓探頭線均能中收縮螺杆的中空腔中穿出，收縮螺杆自由端的外周套裝有螺帽。
位於收縮螺杆中空腔內的土壓力盒線和測壓探頭線外周均纏繞有防水膠帶。
螺紋橡膠袋的外周設置有護板。
護板有兩塊，每塊護板均為圓弧形。
本發明還提供一種封閉水壓式土壓力盒的標定方法，該封閉水壓式土壓力盒的標定方法能解決土壓力盒受力不均的問題，使標定結果更加準確，該裝置的推廣更能使室內試驗土壓力盒的標定更規範化。
一種封閉水壓式土壓力盒的標定方法，包括如下步驟。
步驟1：施壓組件組裝與滲水檢測：操作升降驅動裝置，使升降板升降至設定位置；接著將需要標定的土壓力盒放進土壓力盒槽中，且使受力面朝上；同時將土壓力盒線從出線孔一內收縮螺杆的中空腔中穿出，且使位於收縮螺杆中空腔內的土壓力盒線外周包裹防水膠帶；接著將測壓探頭放置在測壓孔中，且測壓探頭與土壓力盒位於同一高度；同時將測壓探頭接線從出線孔二內收縮螺杆的中空腔中穿出，且使位於收縮螺杆中空腔內的測壓探頭接線外周包裹防水膠帶；然後用螺帽將兩根收縮螺杆擰緊，並向升降板內注水，進行施壓組件的滲水檢測。
步驟2，施壓組件與柔性反向加壓組件組裝及壓力表校零：將螺紋橡膠袋下端的上連接環與位於升降板頂部的下連接環密封連接；然後將壓力表校零，並對土壓力盒讀取初始讀數。
步驟3，打開進水孔，向螺紋橡膠袋中注水，直至水滿，然後將進水孔封閉，此時，再對土壓力盒和壓力表進行讀數並比對。
步驟4，加壓標定：先根據土壓力盒的實際量程，設置若干個壓力標定點；然後通過驅動升降驅動裝置，使升降板高度上升，升降板上升會使螺紋橡膠袋體積壓縮，螺紋橡膠袋內部的水壓則會相應的升高，螺紋橡膠袋壓縮越大，螺紋橡膠袋內的水壓將越高；當螺紋橡膠袋內的水壓每升高到一個壓力標定點時，升降板將停止上升，對土壓力盒和壓力表進行一次讀數並比對；直至所有壓力標定點均進行度數並比對完成；最後根據各個壓力標定點的比對結果，作出綜合標定結果判定。
所述步驟2中，螺紋橡膠袋下端的上連接環與位於升降板頂部的下連接環通過螺紋連接，並在連接處設置密封橡膠圈。
所述步驟4中，升降驅動裝置為與升降杆相連接的手輪。
本發明採用上述結構與方法後，通過螺紋橡膠袋與升降板螺紋封閉連接，在螺紋橡膠袋內構成封閉空間，再通過螺紋橡膠袋頂盤的進水孔向袋內注水，注滿為止，再封閉進水孔；通過升降板的上升來改變槽內土壓力盒所受的壓力，壓力表測量與土壓力盒相對應位置的壓力值，以此來完成土壓力盒的標定。
由於傳統的標定裝置及標定方法採用了砂土介質進行傳壓，在傳壓過程中會出現應力擴散的現象，導致加壓和土壓力盒實際所受壓力不等，此外砂土介質面的平整性對傳力是否均勻有很大影響。相比傳統的砂土介質傳壓方法，本發明的裝置及其方法採用水壓傳力，水壓在相同水平面的相鄰區域其壓力是相等的，這就保證了土壓力盒受力的均勻性和測壓計讀數的可靠性，
總之，本發明的裝置及其方法不僅完全解決土壓力盒受力不均的問題，還能使標定結果更加準確，為試驗提供更真實的結果，同時使室內試驗中的土壓力盒標定更加規範化。
附圖說明
圖1顯示了本發明一種封閉水壓式土壓力盒標定裝置的結構示意圖。
圖2顯示了封閉水壓式土壓力盒標定裝置的俯視圖。
圖3顯示了升降板的俯視圖。
圖4顯示了土壓力盒的示意圖。
圖5顯示了收縮螺杆及螺帽的機構示意圖。
圖6顯示了封閉水壓式土壓力盒標定裝置的標定過程示意圖。
其中有：1—軸向受力架；2—絲杆；3—底座；4—手輪；5—升降杆；6—升降板；7—出線孔一；7-1—收縮螺杆；7-2—螺帽；8—出水孔；9—壓力表；10—上連接環；11—螺紋橡膠袋；12—定形環；13—底環；14—護板；15—頂盤；16—進水孔；17—傳力板；18—測壓孔；19—土壓力盒槽；20—土壓力盒；21—土壓力盒線；22—防水膠帶；23—下連接環。
具體實施方式
下面結合附圖和具體較佳實施方式對本發明作進一步詳細的說明。
如圖1至圖5所示，一種封閉水壓式土壓力盒標定裝置，包括柔性反向加壓組件、施壓組件和測壓計。
柔性反向加壓組件包括從上至下依次同軸設置的軸向受力架1、傳力板17和螺紋橡膠袋11。
上述軸向受力架位置固定，但軸向受力架的高度是可以固定不變，也可以進行變化。本發明中軸向受力架的高度優選能夠升降並固定。
進一步，軸向受力架的高度具體升降方式為：軸向受力架套裝在若干根絲杆2上，軸向受力架能沿絲杆上下滑移並鎖定；每根絲杆的另一端均固定在以下所述的底座3上。
軸向受力架底部與傳力板17固定連接。
螺紋橡膠袋的頂部固定設置有頂盤15，該頂盤與傳力板底部固定連接。優選，頂盤的面積大於傳力板的面積，在頂板上設置有伸入螺紋橡膠袋內部的進水孔16。作為替換，進水孔16也可以設置在螺紋橡膠袋的側壁上。
螺紋橡膠袋內設置有若干根定形環12，每根定形環均設置在螺紋橡膠袋的螺紋處。優選，在螺紋橡膠袋的每個螺紋處均設置一根定形環。
螺紋橡膠袋的外周優選設置有護板。護板優選有兩塊，每塊護板均為優選圓弧形。兩塊圓弧形的護板圍合在螺紋橡膠袋的外周，兩塊護板的圍合處具有縫隙，該縫隙的寬度優選大於軸向受力架的寬度。
螺紋橡膠袋底部開口設置，底部開口處固定設置有底環13。
底環底部固定連接有上連接環10。上連接環10的內壁面或外壁面優選設置有螺紋。
施壓組件包括底座3、升降杆5、升降板6和升降驅動裝置。
升降杆的底端伸入底座內，並與設置在底座上的升降驅動裝置相連接。升降驅動裝置優選為與升降杆相連接的手輪4。作為替換，升降驅動裝置也可以電機或氣缸等其他驅動裝置，均在本發明的保護範圍之內。
升降杆的頂端固定設置所述升降板；升降杆和升降板能在升降驅動裝置的作用下進行升降。
升降板頂部設置有與上連接環密封可拆卸連接的下連接環23；下連接環的內壁面或外壁面也優選設置螺紋，上連接環與下連接環優選通過螺紋連接，並在連接處設置密封橡膠圈。
升降板的側壁上設置有出線孔一7、出水孔8和出線孔二，出水孔內設置有密封塞，出水孔是在標定完後進行排水使用的。
下連接環內設置有土壓力盒槽19和測壓孔18。
土壓力盒20的結構如圖4所示，將土壓力盒放置於土壓力盒槽內，土壓力盒線21從出線孔一中密封穿出。
測壓計包括測壓探頭和與測壓探頭相連接的壓力表9，測壓探頭放置在測壓孔內，測壓探頭接線從出線孔二內密封穿出並與壓力表相連接。壓力表用來測量與土壓力盒相應位置處的壓力值。
放置在測壓孔內的測壓探頭與放置在土壓力盒槽內的土壓力盒位於同一高度。
上述出線孔一和出線孔二內均優選設置有收縮螺杆7-1，收縮螺杆為中空結構，收縮螺杆的自由端由至少兩片圓弧瓣片圍合形成；土壓力盒線和測壓探頭線均能中收縮螺杆的中空腔中穿出，收縮螺杆自由端的外周套裝有螺帽7-2。
用螺帽擰緊收縮螺杆，收縮螺杆的兩瓣就會合緊，以達到封閉對應出線孔的目的
位於收縮螺杆中空腔內的土壓力盒線和測壓探頭線外周均纏繞有防水膠帶22。
一種封閉水壓式土壓力盒的標定方法，包括如下步驟。
步驟1：施壓組件組裝與滲水檢測：操作升降驅動裝置，使升降板升降至設定位置；接著將需要標定的土壓力盒放進土壓力盒槽中，且使受力面朝上；同時將土壓力盒線從出線孔一內收縮螺杆的中空腔中穿出，且使位於收縮螺杆中空腔內的土壓力盒線外周包裹防水膠帶；接著將測壓探頭放置在測壓孔中，且測壓探頭與土壓力盒位於同一高度；同時將測壓探頭接線從出線孔二內收縮螺杆的中空腔中穿出，且使位於收縮螺杆中空腔內的測壓探頭接線外周包裹防水膠帶；然後用螺帽將兩根收縮螺杆擰緊，並向升降板內注水，進行施壓組件的滲水檢測。
步驟2，施壓組件與柔性反向加壓組件組裝及壓力表校零：將螺紋橡膠袋下端的上連接環與位於升降板頂部的下連接環密封連接，如圖6中的6-1所示。然後將壓力表校零，並對土壓力盒讀取初始讀數。
步驟3，打開進水孔，向螺紋橡膠袋中注水，直至水滿，然後將進水孔封閉，此時，再對土壓力盒和壓力表進行讀數並比對。
步驟4，加壓標定：先根據土壓力盒的實際量程，設置若干個壓力標定點；然後通過驅動升降驅動裝置，使升降板高度上升，上升過程如圖6中的6-2所示。升降板上升會使螺紋橡膠袋體積壓縮，螺紋橡膠袋內部的水壓則會相應的升高，螺紋橡膠袋壓縮越大，螺紋橡膠袋內的水壓將越高；當螺紋橡膠袋內的水壓每升高到一個壓力標定點時，升降板將停止上升，對土壓力盒和壓力表進行一次讀數並比對；直至所有壓力標定點均進行度數並比對完成；最後根據各個壓力標定點的比對結果，作出綜合標定結果判定。
以上詳細描述了本發明的優選實施方式，但是，本發明並不限於上述實施方式中的具體細節，在本發明的技術構思範圍內，可以對本發明的技術方案進行多種等同變換，這些等同變換均屬於本發明的保護範圍。