[發明專利]一種土層沉降測試儀及其試驗方法

有效

• 申請號: 201310593848.5
• 申請日: 2013-11-22
• 公開（公告）號: CN103675231A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發明（設計）人: 付宏淵;曾鈴;史振寧;邱祥
• 申請（專利權）人: 長沙理工大學
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所 43114
• 代理人: 鄧建輝

技術領域

本發明涉及一種可以測量土層在地下水周期循環作用下的沉降以及回彈的土層沉降測試儀，特別是涉及一種用于公路、鐵路和建筑領域進行地表沉降分析的土層沉降測試儀。本發明還涉及該土層沉降測試儀的試驗方法。

背景技術

地下水周期性循環作用下的土層沉降是指土層在外加荷載、地下水周期性循環和其他各種外力作用下產生固結的一種現象。

目前，地表沉降已經成為公路、鐵路和房建等領域不可忽視的問題，由地表不均勻沉降引起的各種事故時有發生。尤其是在地下水活躍并呈周期性變化的區域，地表沉降更是與其地下水的周期性變化密切相關。土層在浸水、排水、再浸水、再排水的過程中土層的物理性質以及微觀結構等會發生一定變化，從而導致其體積以及承載能力發生一定的變化。所以本實驗裝置以及試驗方法對今后的地下水周期性循環對土層沉降的影響方面的研究具有重大意義。

現有的傳統的對土層進行壓縮性試驗的試驗方法主要是單向固結試驗以及三軸試驗。單向固結試驗即是將土體裝入實驗儀器采用有側限的方式進行排水固結，三軸試驗即是允許在三向壓力作用下對土體進行壓縮。

現有實驗的缺點是，首先，以上兩種方式均只能在上方與下方進行排水，而無法在土體的側向進行水的浸入與排出，所以無法很好地模擬地下水作用的實際過程。其次，這兩種試驗方式無法保證土體在水循環的作用下所表現出的一些特性。因此，設計一種允許水在土體側向浸入與排出，并可以進行水循環模擬的新型實驗裝置來替代傳統的實驗是十分必要的。

發明內容

本發明所要解決的第一個技術問題是設計一種能夠真實地模擬地下水周期性循環和土層上方自重應力的，并且便于使用、便于觀察的土層沉降測試儀。

本發明所要解決的第二個技術問題是提供使用該土層沉降測試儀進行土層沉降分析的試驗方法。

為了解決上述第一個技術問題，本發明提供的土層沉降測試儀，在底座上設有外筒，所述的外筒的上方設有進水管，在所述的外筒的下方設有出水管，在所述的外筒內套裝有側壁打孔透明內筒，在所述的側壁打孔透明內筒內設有在所述的側壁打孔透明內筒內填有土層后放置在土層上方的頂板，所述的底座放置在反力架的底板上，在所述的反力架的頂部設有千斤頂，所述的千斤頂的工作端對正作用于所述的頂板；在所述的反力架上設有千分表支架，所述的千分表支架設有千分表，所述的千分表的自由端端部與所述的頂板接觸。

所述的千斤頂為能控制、調節壓力的千斤頂。

所述的側壁打孔透明內筒與所述的外筒同高。

所述的側壁打孔透明內筒的尺寸為內半徑0.15m，筒壁厚0.01m，筒高為0.6m，所述的外筒的內半徑為0.26m，筒壁厚0.01m，筒高為0.6m，所述的底座的半徑為0.39m，厚度為0.01米，所述的頂板的半徑為0.15m，厚度為0.3m。

所述的千分表的測量精度為0.001mm。

采用上述技術方案的土層沉降測試儀，首先將土層按照一定方案進行填筑，然后將頂板放置于土層上方，用千斤頂對頂板進行加壓，并傳導至土層，從而達到模擬土體自重應力的效果。將千分表與頂板接觸后調零，然后通過進水口與出水口來控制外筒與打孔透明內筒之間的水位，外筒與打孔透明內筒之間的水可以通過內筒側壁上的小孔浸入打孔透明內筒中的土層，從而達到模擬地下水浸入與排出以及地下水周期性循環的效果。該裝置結構設計合理，容易安裝，使用簡便，可以較為真實地模擬在地下水周期性循環和土層上方自重應力作用下的土層沉降變形。

為了解決上述第二個技術問題，本發明提供的土層沉降測試儀的試驗方法，實驗步驟如下：

步驟一、檢查實驗裝置是否完整可用，排除外筒中的積水，并準備測試用土；

步驟二、將測試用土按照一定方案進行填筑在側壁打孔透明內筒內；

步驟三、打開進水管，將外筒填滿，并使土體達到飽和；

步驟四、將頂板置于土層上方，頂板四周用凡士林涂抹以保持其密封性和潤滑性；

步驟五、將千分表固定在反力架的剛性桿上，自由端向下接觸至頂板，然后將千分表調零；

步驟六、千斤頂在頂板上施加壓力，將壓力通過頂板傳導至土體并使土體固結；待千分表度數變化較小后，讀取千分表上的讀數；

步驟七、打開出水管，并按照方案排水；排水結束后，待千分表讀數變化較小后，土體再次固結，再度取千分表上的讀數；

步驟八、再次打開進水管加水，待土體膨脹完全后讀取千分表讀數；

步驟九、按照方案，重復步驟七和步驟八。