一種可評價砂土液化潛勢的孔壓十字板裝置的製作方法
2023-10-04 13:59:39 2
專利名稱：一種可評價砂土液化潛勢的孔壓十字板裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種孔壓十字板裝置，屬於土木工程領域中一種能夠準確、定量地評價飽和砂土液化潛勢的測試裝置。
背景技術：
自1976年Casagrande提出需要發展原位測試砂土液化潛勢技術以來，已有許多測試技術應用於這一方面，其中最為常見的有標準貫入試驗(SPT)和孔壓靜力觸探試驗(CPT)。這兩種試驗主要根據經驗評價砂土液化潛勢，使得測試技術存在較大局限性。目前獲得有關砂土剪脹/剪縮趨勢和穩定狀態剪切強度主要通過室內試驗以及相關的現場試 驗指標。土層原位孔隙水壓力的測量有助於評價砂土液化潛勢，因為孔隙水壓力變化是砂土液化的基礎。許多學者試圖採用孔壓靜力觸探技術來測量探頭貫入時引起的孔隙水壓力變化，進而評價砂土液化潛勢，但是由於砂土破壞模型的複雜性、孔穴擴張引起的體積應變以及孔隙水壓力測量位置的不確定性等因素，使得理論上闡述砂土液化潛勢變得較為複雜。十字板剪切試驗(VST)適用於原位測定飽和土體的不排水抗剪強度，其所測的抗剪強度值相當於試驗深度處天然土層在原位壓力下固結的不排水抗剪強度。VST不需要採集土樣，避免了土樣擾動、天然應力狀態改變和繁瑣的室內試驗，是一種有效的原位測試方法。本發明基於常規的十字板剪切儀，提出了一種可以準確、定量、快捷的原位測試裝置，為砂土地震液化評價和巖土工程地基處理等提供準確有效的定量評價工具。
發明內容
技術問題本發明要解決的技術問題是針對目前國內無法進行飽和砂土液化潛勢的原位定量評價，提出一種可用於巖土工程領域的可原位定量評價飽和砂土液化潛勢的孔壓十字板裝置。技術方案本發明的可評價砂土液化潛勢的孔壓十字板裝置的上部是上螺紋圓管，下部是下螺紋圓管，上螺紋圓管的下部與下螺紋圓管連接，在上螺紋圓管和軸杆中設有孔隙水壓力傳感器，孔隙水壓力傳感器的上部連接電源電纜；在下螺紋圓管的下部連接軸杆，在軸杆外部設有由無孔板頭和有孔板頭相互垂直設置的十字板頭，在有孔板頭的中部沿下螺紋圓管的徑向設有透水孔，在軸杆的最底端為不透水塞。每一個有孔板頭中部都2個透水孔，孔徑為I. 5mm,間距為20mm。十字板頭的高度為100mm,直徑為50mm,厚度為3mm。軸杆的直徑為20mm。上螺紋圓管的直徑為20mm，下螺紋圓管的直徑為25mm。本發明的可評價飽和砂土液化潛勢的孔壓十字板裝置，孔隙水壓力量測主要由孔隙水壓力傳感器、透水孔及軸杆等量測系統完成，其穩定狀態土體抗剪強度量測主要由常規十字板部分完成。通過施加外部扭矩,轉動十字板,剪切土體，同時記錄土體剪切過程中扭矩、孔隙水壓力及轉動角速度，根據相關理論即可計算土體穩定狀態抗剪強度和評價液化潛勢。大量的理論研究和實測數據表明，飽和砂土剪切時，孔隙水壓力上升/下降與液化潛勢密切相關。當剪切時孔隙水壓力增加，表現為液化潛勢砂土 ；當剪切時孔隙水壓力減少，表現為非液化潛勢砂土。有益效果巖土工程實踐中，砂土液化潛勢的評價至關重要。目前常用的原位評價技術主要有標準貫入試驗(SPT)和孔壓靜力觸探試驗(CPT)等，然而這些原位評價技術主要根據經驗來評價砂土液化潛勢，存在較大的局限性。通過室內試驗及相關原位測試參數可獲得砂土液化趨勢及穩定狀態剪切強度，但受取樣擾動、試驗方法等因素影響，其過程費時、費力，試驗結果可靠度較低。本發明解決了國內現有原位測試技術不能較好、準確、定量的評價飽和砂土液化潛勢的缺陷，使得十字板剪切測試技術能更全面地服務於巖土工程領域。
圖I是本發明的元件裝置圖；
其中有電源電纜1，孔隙水壓力傳感器2，下螺紋圓管31，上螺紋圓管32，軸杆4，有孔板頭51，無孔板頭52，透水孔6，不透水塞7。圖2是本發明圖I中A-A剖視圖。
具體實施例方式本發明的可評價飽和砂土液化潛勢的孔壓十字板裝置包括電源電纜1，孔隙水壓力傳感器2，下螺紋圓管31，上螺紋圓管32，軸杆4，有孔板頭51，無孔板頭52，透水孔6，不透水塞7 ;該裝置的上部是上螺紋圓管32，下部是下螺紋圓管31，上螺紋圓管32的下部與下螺紋圓管31連接，在上螺紋圓管32和軸杆4中設有孔隙水壓力傳感器2，孔隙水壓力傳感器2的上部連接電源電纜I ;在下螺紋圓管31的下部連接軸杆4，在軸杆4外部設有由無孔板頭52和有孔板頭51相互垂直設置的十字板頭，在有孔板頭51的中部沿下螺紋圓管31的徑向設有透水孔6，在軸杆4的最底端為不透水塞7。透水孔6數量為4個,孔徑為I. 5mm,間距為20mm。十字板頭高度為100mm,直徑為50mm,厚度為3mm。軸杆4直徑為20mm。兩螺紋圓管直徑分別為20mm、25mm。大量的理論研究和實測數據表明，飽和砂土剪切時，孔隙水壓力上升/下降與液化潛勢密切相關，當剪切時孔隙水壓力增加，表現為液化潛勢砂土 ；當剪切時孔隙水壓力減少，表現為非液化潛勢砂土。同時十字板剪切儀是測試土體不排水剪切強度較為有效的原位測試儀器，根據Cadling和Odenstad(1950)提出的抗剪強度計算方法,得到Sh = Sv/KS — M /[ttZ)3 (--1--)]
"2D 6K式中，Sh為水平向剪切強度，Sv為豎直向剪切強度，K為水平土壓力係數，M為施加扭矩，H為十字板頭高度，D為十字板頭直徑。
根據常規十字板剪切試驗要求，將孔壓十字板裝置插入至指定試驗位置，停留2 3min，待貫入引起的孔隙水壓力基本消散完全後開始剪切試驗，剪切角速度大致以90° /s進行，每16ms同時記錄下扭矩、孔隙水壓力及角速度。結合Castro和P0ul0S(1977)提出的有關液化理論以及上述抗剪強度計算方法，即可確定飽和砂土液化潛勢及穩定狀態抗剪強度，即剪切過程中孔隙水增加，則確定為潛在可液化土；孔隙水壓力減少，則確定為潛在非液化土。·
權利要求
1.一種可評價砂土液化潛勢的孔壓十字板裝置，其特徵在於該裝置的上部是上螺紋圓管(32)，下部是下螺紋圓管(31)，上螺紋圓管(32)的下部與下螺紋圓管(31)連接，在上螺紋圓管(32)和軸杆(4)中設有孔隙水壓力傳感器(2)，孔隙水壓力傳感器(2)的上部連接電源電纜(I);在下螺紋圓管(31)的下部連接軸杆(4)，在軸杆(4)外部設有由無孔板頭(52)和有孔板頭(51)相互垂直設置的十字板頭，在有孔板頭(51)的中部沿下螺紋圓管(31)的徑向設有透水孔(6)，在軸杆(4)的最底端為不透水塞(7)。
2.根據權利要求I所述的可評價飽和砂土液化潛勢的孔壓十字板裝置，其特徵在於每一個有孔板頭(51)中部都2個透水孔(6)，孔徑為I. 5mm,間距為20mm。
3.根據權利要求I所述的可評價飽和砂土液化潛勢的孔壓十字板裝置，其特徵在於十字板頭的高度為100mm,直徑為50mm,厚度為3mm。
4.根據權利要求I所述的可評價飽和砂土液化潛勢的孔壓十字板裝置，其特徵在於軸杆(4)的直徑為20mm。
5.根據權利要求I所述的可評價飽和砂土液化潛勢的孔壓十字板裝置，其特徵在於上螺紋圓管(32)的直徑為20mm，下螺紋圓管(31)的直徑為25mm。
全文摘要
本發明公布了一種可連續、定性評價飽和砂土液化潛勢的孔壓十字板裝置，該裝置的上部是上螺紋圓管(32)，下部是下螺紋圓管(31)，上螺紋圓管(32)的下部與下螺紋圓管(31)連接，在上螺紋圓管(32)和軸杆(4)中設有孔隙水壓力傳感器(2)，孔隙水壓力傳感器(2)的上部連接電源電纜(1)；在下螺紋圓管(31)的下部連接軸杆(4)，在軸杆(4)外部設有由無孔板頭(52)和有孔板頭(51)相互垂直設置的十字板頭，在有孔板頭(51)的中部沿下螺紋圓管(31)的徑向設有透水孔(6)，在軸杆(4)的最底端為不透水塞(7)。該裝置具有原位、快速、準確、方便等特點，為尾礦壩評估、砂土地震液化評價和巖土工程地基處理實踐提供強有力的檢測工具。
文檔編號E02D1/00GK102943460SQ20121053162
公開日2013年2月27日 申請日期2012年12月11日 優先權日2012年12月11日
發明者蔡國軍, 張濤, 劉松玉, 杜廣印 申請人:東南大學