一種土壓力測試裝置的製作方法

2023-04-30 14:13:39 3

本發明涉及土工測試技術領域，具體涉及一種土壓力測試裝置。

背景技術：

土壓力盒適用於測量邊坡、基坑、路基、堤壩、隧道等結構物的內部土壓力，是土工測試中一種常用的重要元器件。將土壓力盒測試線引出到指定的位置後，可以通過綜合測試儀對土壓力數據進行讀取，進而對土壓力的變化進行長期監測。

但值得注意的是，土壓力盒的埋設方法對土壓力盒測量值有較大影響，土壓力盒測量的有效數據是垂直於土壓力盒表面的均布壓力，而不均勻力和側向力均會對土壓力盒的測量數據造成影響，使其測量結果存在較大偏差。如圖6所示，傳統振弦式土壓力盒主要包括承載板a、圓筒壁b、立柱c、鋼弦d、線圈e等。如圖7所示，壓力盒的承載板a，即受力彈性膜，在受到均布壓力p後產生向下凹陷的變形，立柱c隨著承載板a的變形發生轉動，緊繃在立柱c上的鋼弦d由此發生張力變形。施加電壓信號的線圈e產生的磁場發生改變，使得鋼弦d產生正弦自振，線圈e感應出的磁阻抗也會按照正弦頻率發生變化，該正弦頻率為鋼弦d的自振頻率，而鋼弦d受到的張力大小與鋼弦d的自振頻率直接相關，由此得出土壓力數據。如圖8所示，當振弦式土壓力盒受到橫向力n作用時，承載板a向上隆起，此時立柱c發生反方向轉動，由此得出的鋼弦d的自振頻率反應出的土壓力數據為負值。所以，土壓力盒在受到橫向力時，會對測量數據造成極大的影響。

為了減小或消除橫向力對測量結果的影響，常規做法是在埋設土壓力盒前，先在土壓力盒的周邊包裹一層厚度為1cm～2cm的橡膠圈。在隧道工程領域，土壓力盒通常埋設在圍巖與初期支護之間，但圍巖斷面通常不是光滑的弧線輪廓，即使開挖凹槽進行埋設，土壓力盒仍會受到橫向力的作用，而隧道初期支護具有較大的軸力，對土壓力盒的測試影響巨大。橡膠圈無法消除隧道支護軸力的影響，使得土壓力盒測出的土壓力數據受到影響甚至出現負值，數據準確性較低。另外，土壓力盒埋設時要求在盒底鋪一層經過篩選後顆粒均勻的細砂或砂漿來輔助，厚度為10cm～15cm，夯實鋪平，但隧道工程中往往遇到富水地層，水流量較大時，無法利用細砂或砂漿進行輔助埋設。

技術實現要素：

本發明要解決的技術問題是克服現有技術存在的不足，提供一種結構簡單、易於製作、成本低、使用方便和測量結果準確土壓力測試裝置。

為解決上述技術問題，本發明採用以下技術方案：

一種土壓力測試裝置，包括土壓力盒和與土壓力盒連接的測試線，還包括用於保護土壓力盒不受橫向力作用的隔離件，所述土壓力盒容設於所述隔離件中，所述測試線穿過隔離件與外界連通。

上述的土壓力測試裝置，優選的，所述隔離件包括空心管、柔性填充物和兩層隔離層，所述柔性填充物和兩層隔離層套設於空心管內，所述兩層隔離層緊貼於土壓力盒上、下兩端，所述柔性填充物設於兩層隔離層之間，且填充於土壓力盒與空心管之間，所述空心管設有供測試線穿過的缺口。

上述的土壓力測試裝置，優選的，所述隔離層包括細砂墊層、水泥砂漿層和墊片，所述墊片緊貼於所述土壓力盒端面，所述細砂墊層壓緊於所述水泥砂漿層和墊片之間。

上述的土壓力測試裝置，優選的，所述水泥砂漿層的高度是細砂墊層的高度的2倍～8倍。

上述的土壓力測試裝置，優選的，所述空心管內壁塗覆有潤滑劑層。

與現有技術相比，本發明的優點在於：本發明的土壓力測試裝置中土壓力盒將測得的鋼弦的自振頻率通過測試線傳送到綜合測試儀，讀取綜合測試儀上數值即可測得不受橫向力作用的土壓力數據。土壓力盒容設於隔離件中，在測試時，隔離件可以保護土壓力盒不受橫向力的作用，進而消除了橫向力對測量結果的影響，提高了測量結果的準確性。該土壓力測試裝置還可在埋設前進行抗橫向力的測試，保證了測量結果的精準，並且有效避免了埋設之後發現元器件數據異常的情況。該土壓力測試裝置具有結構簡單、易於製作、成本低、使用方便和測量結果準確的優點。

附圖說明

圖1為本發明土壓力測試裝置的立體結構示意圖。

圖2為本發明土壓力測試裝置的主視結構示意圖。

圖3為圖2中a-a剖視示意圖。

圖4為本發明土壓力測試裝置用於雲南成貴鐵路某隧道的隧道土壓力測試位置示意圖。

圖5為圖4中測得的隧道圍巖接觸壓力數據示意圖。

圖6為傳統振弦式土壓力盒結構示意圖。

圖7為傳統振弦式土壓力盒受正向力p時的結構示意圖。

圖8為傳統振弦式土壓力盒受橫向力n時的結構示意圖。

圖例說明：

1、土壓力盒；2、測試線；3、隔離件；31、空心管；311、缺口；32、柔性填充物；33、隔離層；331、細砂墊層；332、水泥砂漿層；333、墊片；4、防漏墊層；a、承載板；b、圓筒壁；c、立柱；d、鋼弦；e、線圈；h、進口；i、出口；j、初支；k、二襯。

具體實施方式

以下結合附圖和具體實施例對本發明作進一步詳細說明。

如圖1至圖3所示，本實施例的土壓力測試裝置，包括土壓力盒1、測試線2和隔離件3，測試線2與土壓力盒1連接，隔離件3用於保護土壓力盒1不受橫向力作用，土壓力盒1容設於隔離件3中，測試線2穿過隔離件3與外界連通。該土壓力測試裝置中土壓力盒1將測得的鋼弦的自振頻率通過測試線2傳送到綜合測試儀，讀取綜合測試儀上數值即可得出測得的土壓力數據。土壓力盒1容設於隔離件3中，在測試時，隔離件3可以保護土壓力盒1不受橫向力的作用，進而消除了橫向力對測量結果的影響，提高了測量結果的準確性。該土壓力測試裝置還可在埋設前進行抗橫向力的測試，保證了測量結果的精準，並且有效避免了埋設之後發現元器件數據異常的情況。該土壓力測試裝置具有結構簡單、易於製作、成本低、使用方便和測量結果準確的優點。

本實施例中，隔離件3包括空心管31、柔性填充物32和兩層隔離層33，柔性填充物32和兩層隔離層33套設於空心管31內，兩層隔離層33緊貼於土壓力盒1上、下兩端，柔性填充物32設於兩層隔離層33之間，且填充於土壓力盒1與空心管31之間，空心管31管壁上開有深為5cm～8cm、寬為1cm～2cm的缺口311，測試線2穿過缺口311後可將缺口311封堵。本實施例的土壓力盒1被空心管31、柔性填充物32和兩層隔離層33完全包圍起來，使其不受外界橫向力的作用，且兩層隔離層33可輔助土壓力盒1埋設。柔性填充物32的高度與土壓力盒1的高度一致，既利於土壓力盒1外圓周面不受橫向力作用，起到了保護作用，又避免了土壓力盒1在土壓力測試裝置製作過程中的偏移、扭轉，對土壓力盒1起到定位作用。

本實施例中，隔離層33包括細砂墊層331、水泥砂漿層332和墊片333，墊片333緊貼於土壓力盒1端面，細砂墊層331壓緊於水泥砂漿層332和墊片333之間。本實施例的土壓力盒1位於空心管31內的中間位置，在土壓力盒1的兩端面均鋪設有一層顆粒均勻的細砂形成細砂墊層331，在各細砂墊層331外再鋪設一層水泥砂漿形成水泥砂漿層332，即通過水泥砂漿層332將細砂墊層331固定在土壓力盒1的端面上。細砂墊層331和土壓力盒1端面之間具有墊片333，以阻止細砂填塞進入柔性填充物，防止細砂墊層出現空洞或不密實的情況。水泥砂漿層332的外端面與對應的空心管31端面平齊，位於空心管31下端的水泥砂漿層332在鋪設時，可在地面平鋪一層防漏墊層4以防漏漿。本實施例的細砂墊層331採用細度模數為1.6～2.2、平均粒徑為0.25mm～0.35mm的細砂，水泥砂漿層332中的水泥、砂、水的配合比為1：3：0.6，墊片333和防漏墊層4均採用現有技術中的普通a4列印紙，普通a4列印紙的重量為70g/m2，厚度大於或等於0.088mm，也可採用硬紙板、pvc塑料片和鋼片等。該土壓力測試裝置利用隔離層33來輔助土壓力盒1埋設，可適用於水流量較大的富水地層，且其布置工藝簡單，避免了在埋設現場使用細砂、砂漿來輔助土壓力盒1埋設，具有方便埋設和適用範圍廣的優點。

本實施例的水泥砂漿層332的高度是細砂墊層331的高度的2倍～8倍，細砂墊層331的高度為1cm～2cm，水泥砂漿層332的高度為4cm～8cm。

本實施例的空心管31內壁塗覆有潤滑劑層，該土壓力測試裝置工作時，由於潤滑劑層的作用有效消除空心管31與隔離層33、柔性填充物32的粘結力，防止粘結力對測試結果產生不良影響。

本實施例的空心管31為現有技術中的硬pvc管，硬pvc管的內徑為15cm～25cm、長為10cm～20cm。硬pvc管能達到排水管的標準要求，拉伸屈服強度大於40mpa，落錘衝擊試驗小於10%。本實施例的柔性填充物32為現有技術中的聚苯乙烯泡沫塑料板。硬pvc管和聚苯乙烯泡沫塑料板均具有易於取材、成本低廉的優點。

本實施例的土壓力測試裝置的製作步驟如下：

步驟一：取一段內徑為20cm、長為15cm的硬pvc管，硬pvc管的內徑稍大於土壓力盒1的外徑，在管壁上切割一個深為7cm、寬為1cm的缺口311。在硬pvc管下端鋪普通a4列印紙防止漏漿，在硬pvc管內壁塗滿潤滑劑；

步驟二：在硬pvc管內下端填入5cm厚水泥砂漿，在水泥砂漿上方均勻平鋪細度模數為1.9、平均粒徑為0.3mm的細砂，並在細砂上方平鋪裁剪後與硬pvc管內輪廓大小相同的普通a4列印紙；

步驟三：在步驟二的普通a4列印紙上平放土壓力盒1，測試線2穿過缺口311引出，在土壓力盒1周邊與硬pvc管內壁的空隙中填滿聚苯乙烯泡沫塑料板，其高度與土壓力盒1高度相等，並用聚苯乙烯泡沫塑料塊封堵缺口311；

步驟四：土壓力盒1上方平鋪裁剪後與硬pvc管內輪廓大小相同的普通a4列印紙，在普通a4列印紙上方均勻平鋪細度模數為1.9、平均粒徑為0.3mm的細砂，並在細砂上方填入水泥砂漿，使之與硬pvc管頂部齊平；

步驟五：養護24小時，測出初值，進行抗橫向力測試與垂直壓力測試，測試數據正常，土壓力測試裝置製作完畢，將其放入隧道中或富水地層中進行固定埋設。

如圖4所示，將本實施例的土壓力測試裝置用於雲南成貴鐵路某隧道，其中，隧道長度從進口h延伸至出口i，而隧道包括最外部的初支j和內部的二襯k，隧道土壓力測試位置分別是d、e、f，經過近一個月的測試，測得的隧道圍巖接觸壓力數據如圖5所示，數據良好。

本實施例的土壓力測試裝置適用於各類地層的土壓力測試，尤其適用於富水地層或隧道內圍巖接觸壓力的測量。土壓力測試裝置克服了以往常規埋設方法的缺陷，且在隧道工程實際使用中極為便利、簡單和高效，極大減少了因土壓力盒1埋設問題導致的數據異常，具有非常可觀的科研意義與顯著的經濟優勢，對土工測試技術的提高與改進具有重要意義。

以上所述僅是本發明的優選實施方式，本發明的保護範圍並不僅局限於上述實施例。對於本技術領域的技術人員來說，在不脫離本發明技術構思前提下所得到的改進和變換也應視為本發明的保護範圍。