[發明專利]一種測量任意破碎情況下鈣質砂土臨界摩擦角和靜止土壓力系數的裝置

在審

• 申請號: 201710953521.2
• 申請日: 2017-10-13
• 公開（公告）號: CN107703280A
• 公開（公告）日: 2018-02-16
• 發明（設計）人: 洪義;王歡;王立忠;國振
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24;G01D21/02
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司33200
• 代理人: 黃歡娣,邱啟旺

技術領域

本發明屬于與海洋工程相關的，用于工程力學特性測定的技術領域，涉及一種用于測定鈣質砂土在任意破碎程度下的臨界摩擦角和靜止土壓力系數K0的試驗裝置。

背景技術

21世紀是屬于海洋的時代，全球70％以上的油氣資源蘊藏在海底。在這樣的背景下，我國也在大力進行著南海油氣資源的開發和島礁建設，因此大量的尤其勘探和開采平臺、人工島、大型浮式平臺需要建設。而由于海上工作環境惡劣，結構物承受著來自臺風、海流、波浪等荷載的作用，這些荷載最終將傳遞到海床。由于我國南海海床以鈣質砂土為主，在荷載作用下鈣質砂土會發生顆粒破碎，從而改變砂土的力學特性如臨界摩擦角和靜止土壓力系數，使得基礎設計偏于不安全。

在海上結構物的基礎設計中，鈣質砂土的臨界摩擦角和靜止土壓力系數是兩個重要參數。正確的評估鈣質砂土顆粒破碎后的臨界摩擦角和土壓力系數，有助于精確的計算基礎與海床之間的摩擦特性，從而指導基礎設計。目前主要用于鈣質砂土力學特性研究的試驗裝置(三軸加載試驗裝置)主要存在以下三個問題：

1.無法用于直接測量靜止土壓力系數；

2.只能得到完全破碎情況下的臨界摩擦角，但無法得到任意破碎情況下的臨界摩擦角；

3.儀器精密，操作復雜，不適合在南海現場進行快速測試。

因此，開發一套可以同時快速測定鈣質砂土在任意顆粒破碎程度下的臨界摩擦角和靜止土壓力系數的試驗裝置具有重要的工程意義。

發明內容

本發明首旨在提供一種用于快速測定鈣質砂土在任意破碎程度下的臨界摩擦角和靜止土壓力系數K0的試驗裝置，其操作簡單，實用性較強，且成本較低，能夠滿足工程設計的需要。

本發明是這樣實現的：一種鈣質砂土臨界摩擦角和靜止土壓力系數的試驗裝置，包括反力架、油壓千斤頂、軸力計、壓力板、剛性試驗盒、位移傳感器、傾角儀、微型土壓力計、底板、支桿、伸縮桿和基座；所述支桿和伸縮桿安裝在基座上，所述底板一端與支桿鉸接，另一端通過伸縮桿支撐；剛性試驗盒和傾角儀固定在底板上；

所述反力架固定于地面，油壓千斤頂頂端通過螺栓與反力架相連，油壓千斤頂的加載桿與壓力板通過軸力計進行連接，壓力板頂在裝于剛性試驗盒中的鈣質砂土表面，位移傳感器安裝在壓力板上，兩個微型土壓力計嵌入式對稱安裝于剛性試驗盒內側壁。

本發明的有益效果在于：1.首次實現了對鈣質砂土任意破碎情況下臨界摩擦角和靜土壓力系數的測定；2技術簡單，容易實現；3.測定參數工程意義土體，具有較高的實用性。

附圖說明

圖1為本發明專利的結構示意圖；

圖2為測定初始臨界摩擦角時的整體主視圖；

圖3為加載后顆粒破碎下整體主視圖；

圖4為測定顆粒破碎下臨界摩擦角時的整體主視圖；

圖5為測定土體摩擦角原理示意圖；

圖中，反力架1、油壓千斤頂2、軸力計3、加載桿4、壓力板5、剛性試驗盒6、位移傳感器7、傾角儀8、微型土壓力計9、第一L形角鋼101、第二L形角鋼102、底板11、支桿12、伸縮桿13、基座14。

具體實施方式：

如圖1所示，一種鈣質砂土臨界摩擦角和靜止土壓力系數的試驗裝置，包括反力架1，油壓千斤頂2，軸力計3，壓力板5，剛性試驗盒6，位移傳感器7，傾角儀8、微型土壓力計9、底板11，支桿12，伸縮桿13和基座14；

所述反力架1固定于地面，用于提供系統所需的反力，油壓千斤頂2頂端通過螺栓與反力架1相連，通過控制油壓千斤頂2的進油和出油平衡，可以實現不同大小的荷載量級的加載，油壓千斤頂2的加載桿4與壓力板5通過軸力計3進行連接，壓力板5頂在裝于剛性試驗盒7中的鈣質砂土表面，將千斤頂的荷載均勻地傳遞到試驗鈣質砂土表面，并通過軸力計3測定施加的荷載大小。位移傳感器7安裝在壓力板5上，從而實現試驗土體收縮變形量的測定，用于評估顆粒破碎的程度，兩個微型土壓力計9通過在剛性試驗盒6內壁開槽嵌入其內壁，即嵌入式對稱安裝于剛性試驗盒6內側壁，保證了微型土壓力計表面與剛性試驗盒內壁完全貼合，在不擾動土體的條件下，實時測定任意破碎程度下鈣質砂土對剛性盒側壁的土壓力，從而計算其靜止土壓力系數。