一种封闭水压式土压力盒标定装置及标定方法与流程

本发明涉及岩土工程领域，特别是一种封闭水压式土压力盒标定装置及标定方法。

背景技术：

在岩土工程领域，尤其是涉及到边坡、基坑、护岸等围护结构的相关研究时，常常会展开室内模型试验进行研究。其中土压力就是试验的一个重要数据，土压力盒是测量土压力的装置，而为了获得准确的土压力值，土压力盒埋设前必须要进行标定，所以土压力值的准确性很大程度上取决于标定的装置和方法。

而目前室内模型试验中，土压力盒的标定极不规范，方法多种多样，其中较多使用的方法是采用砂土作为传力介质的方法，即在土压力盒上覆盖一层具有一定厚度的砂土，然后在其上方进行加压，这种标定方法很不规范，土压力盒也常常会遇到受力不均的问题，这样都会导致最终标定的结果误差较大。

基于以上，本申请提供一种封闭水压式土压力盒标定装置及其方法，其主要特征是利用封闭水压来标定土压力盒，这样完全可以解决土压力盒受力不均的问题，使标定结果更加准确，为试验提供更真实的结果。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种封闭水压式土压力盒标定装置，该封闭水压式土压力盒标定装置能解决土压力盒受力不均的问题，使标定结果更加准确，该装置的推广更能使室内试验土压力盒的标定更规范化。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种封闭水压式土压力盒标定装置，包括柔性反向加压组件、施压组件和测压计。

柔性反向加压组件包括从上至下依次同轴设置的轴向受力架、传力板和螺纹橡胶袋；其中轴向受力架位置固定，轴向受力架底部与传力板固定连接。

螺纹橡胶袋的顶部固定设置有顶盘，该顶盘与传力板底部固定连接。

螺纹橡胶袋内设置有若干根定形环，每根定形环均设置在螺纹橡胶袋的螺纹处。

螺纹橡胶袋底部开口设置，底部开口处固定设置有底环。

底环底部固定连接有上连接环；螺纹橡胶袋上部或顶部还设置有进水孔。

施压组件包括底座、升降杆、升降板和升降驱动装置。

升降杆的底端伸入底座内，并与设置在底座上的升降驱动装置相连接；升降杆的顶端固定设置所述升降板；升降杆和升降板能在升降驱动装置的作用下进行升降。

升降板顶部设置有与上连接环密封可拆卸连接的下连接环；升降板的侧壁上设置有出线孔一、出水孔和出线孔二，出水孔内设置有密封塞。

下连接环内设置有土压力盒槽和测压孔；土压力盒放置于土压力盒槽内，土压力盒线从出线孔一中密封穿出。

测压计包括测压探头和与测压探头相连接的压力表，测压探头放置在测压孔内，测压探头接线从出线孔二内密封穿出并与压力表相连接。

放置在测压孔内的测压探头与放置在土压力盒槽内的土压力盒位于同一高度。

所述轴向受力架的高度能够升降并固定。

所述轴向受力架套装在若干根丝杆上，轴向受力架能沿丝杆上下滑移并锁定；每根丝杆的另一端均固定在底座上。

所述出线孔一和出线孔二内均设置有收缩螺杆，收缩螺杆为中空结构，收缩螺杆的自由端由至少两片圆弧瓣片围合形成；土压力盒线和测压探头线均能中收缩螺杆的中空腔中穿出，收缩螺杆自由端的外周套装有螺帽。

位于收缩螺杆中空腔内的土压力盒线和测压探头线外周均缠绕有防水胶带。

螺纹橡胶袋的外周设置有护板。

护板有两块，每块护板均为圆弧形。

本发明还提供一种封闭水压式土压力盒的标定方法，该封闭水压式土压力盒的标定方法能解决土压力盒受力不均的问题，使标定结果更加准确，该装置的推广更能使室内试验土压力盒的标定更规范化。

一种封闭水压式土压力盒的标定方法，包括如下步骤。

步骤1：施压组件组装与渗水检测：操作升降驱动装置，使升降板升降至设定位置；接着将需要标定的土压力盒放进土压力盒槽中，且使受力面朝上；同时将土压力盒线从出线孔一内收缩螺杆的中空腔中穿出，且使位于收缩螺杆中空腔内的土压力盒线外周包裹防水胶带；接着将测压探头放置在测压孔中，且测压探头与土压力盒位于同一高度；同时将测压探头接线从出线孔二内收缩螺杆的中空腔中穿出，且使位于收缩螺杆中空腔内的测压探头接线外周包裹防水胶带；然后用螺帽将两根收缩螺杆拧紧，并向升降板内注水，进行施压组件的渗水检测。

步骤2，施压组件与柔性反向加压组件组装及压力表校零：将螺纹橡胶袋下端的上连接环与位于升降板顶部的下连接环密封连接；然后将压力表校零，并对土压力盒读取初始读数。

步骤3，打开进水孔，向螺纹橡胶袋中注水，直至水满，然后将进水孔封闭，此时，再对土压力盒和压力表进行读数并比对。

步骤4，加压标定：先根据土压力盒的实际量程，设置若干个压力标定点；然后通过驱动升降驱动装置，使升降板高度上升，升降板上升会使螺纹橡胶袋体积压缩，螺纹橡胶袋内部的水压则会相应的升高，螺纹橡胶袋压缩越大，螺纹橡胶袋内的水压将越高；当螺纹橡胶袋内的水压每升高到一个压力标定点时，升降板将停止上升，对土压力盒和压力表进行一次读数并比对；直至所有压力标定点均进行度数并比对完成；最后根据各个压力标定点的比对结果，作出综合标定结果判定。

所述步骤2中，螺纹橡胶袋下端的上连接环与位于升降板顶部的下连接环通过螺纹连接，并在连接处设置密封橡胶圈。

所述步骤4中，升降驱动装置为与升降杆相连接的手轮。

本发明采用上述结构与方法后，通过螺纹橡胶袋与升降板螺纹封闭连接，在螺纹橡胶袋内构成封闭空间，再通过螺纹橡胶袋顶盘的进水孔向袋内注水，注满为止，再封闭进水孔；通过升降板的上升来改变槽内土压力盒所受的压力，压力表测量与土压力盒相对应位置的压力值，以此来完成土压力盒的标定。

由于传统的标定装置及标定方法采用了砂土介质进行传压，在传压过程中会出现应力扩散的现象，导致加压和土压力盒实际所受压力不等，此外砂土介质面的平整性对传力是否均匀有很大影响。相比传统的砂土介质传压方法，本发明的装置及其方法采用水压传力，水压在相同水平面的相邻区域其压力是相等的，这就保证了土压力盒受力的均匀性和测压计读数的可靠性，

总之，本发明的装置及其方法不仅完全解决土压力盒受力不均的问题，还能使标定结果更加准确，为试验提供更真实的结果，同时使室内试验中的土压力盒标定更加规范化。

附图说明

图1显示了本发明一种封闭水压式土压力盒标定装置的结构示意图。

图2显示了封闭水压式土压力盒标定装置的俯视图。

图3显示了升降板的俯视图。

图4显示了土压力盒的示意图。

图5显示了收缩螺杆及螺帽的机构示意图。

图6显示了封闭水压式土压力盒标定装置的标定过程示意图。

其中有：1—轴向受力架；2—丝杆；3—底座；4—手轮；5—升降杆；6—升降板；7—出线孔一；7-1—收缩螺杆；7-2—螺帽；8—出水孔；9—压力表；10—上连接环；11—螺纹橡胶袋；12—定形环；13—底环；14—护板；15—顶盘；16—进水孔；17—传力板；18—测压孔；19—土压力盒槽；20—土压力盒；21—土压力盒线；22—防水胶带；23—下连接环。

具体实施方式

下面结合附图和具体较佳实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1至图5所示，一种封闭水压式土压力盒标定装置，包括柔性反向加压组件、施压组件和测压计。

柔性反向加压组件包括从上至下依次同轴设置的轴向受力架1、传力板17和螺纹橡胶袋11。

上述轴向受力架位置固定，但轴向受力架的高度是可以固定不变，也可以进行变化。本发明中轴向受力架的高度优选能够升降并固定。

进一步，轴向受力架的高度具体升降方式为：轴向受力架套装在若干根丝杆2上，轴向受力架能沿丝杆上下滑移并锁定；每根丝杆的另一端均固定在以下所述的底座3上。

轴向受力架底部与传力板17固定连接。

螺纹橡胶袋的顶部固定设置有顶盘15，该顶盘与传力板底部固定连接。优选，顶盘的面积大于传力板的面积，在顶板上设置有伸入螺纹橡胶袋内部的进水孔16。作为替换，进水孔16也可以设置在螺纹橡胶袋的侧壁上。

螺纹橡胶袋内设置有若干根定形环12，每根定形环均设置在螺纹橡胶袋的螺纹处。优选，在螺纹橡胶袋的每个螺纹处均设置一根定形环。

螺纹橡胶袋的外周优选设置有护板。护板优选有两块，每块护板均为优选圆弧形。两块圆弧形的护板围合在螺纹橡胶袋的外周，两块护板的围合处具有缝隙，该缝隙的宽度优选大于轴向受力架的宽度。

螺纹橡胶袋底部开口设置，底部开口处固定设置有底环13。

底环底部固定连接有上连接环10。上连接环10的内壁面或外壁面优选设置有螺纹。

施压组件包括底座3、升降杆5、升降板6和升降驱动装置。

升降杆的底端伸入底座内，并与设置在底座上的升降驱动装置相连接。升降驱动装置优选为与升降杆相连接的手轮4。作为替换，升降驱动装置也可以电机或气缸等其他驱动装置，均在本发明的保护范围之内。

升降杆的顶端固定设置所述升降板；升降杆和升降板能在升降驱动装置的作用下进行升降。

升降板顶部设置有与上连接环密封可拆卸连接的下连接环23；下连接环的内壁面或外壁面也优选设置螺纹，上连接环与下连接环优选通过螺纹连接，并在连接处设置密封橡胶圈。

升降板的侧壁上设置有出线孔一7、出水孔8和出线孔二，出水孔内设置有密封塞，出水孔是在标定完后进行排水使用的。

下连接环内设置有土压力盒槽19和测压孔18。

土压力盒20的结构如图4所示，将土压力盒放置于土压力盒槽内，土压力盒线21从出线孔一中密封穿出。

测压计包括测压探头和与测压探头相连接的压力表9，测压探头放置在测压孔内，测压探头接线从出线孔二内密封穿出并与压力表相连接。压力表用来测量与土压力盒相应位置处的压力值。

放置在测压孔内的测压探头与放置在土压力盒槽内的土压力盒位于同一高度。

上述出线孔一和出线孔二内均优选设置有收缩螺杆7-1，收缩螺杆为中空结构，收缩螺杆的自由端由至少两片圆弧瓣片围合形成；土压力盒线和测压探头线均能中收缩螺杆的中空腔中穿出，收缩螺杆自由端的外周套装有螺帽7-2。

用螺帽拧紧收缩螺杆，收缩螺杆的两瓣就会合紧，以达到封闭对应出线孔的目的

位于收缩螺杆中空腔内的土压力盒线和测压探头线外周均缠绕有防水胶带22。

一种封闭水压式土压力盒的标定方法，包括如下步骤。

步骤1：施压组件组装与渗水检测：操作升降驱动装置，使升降板升降至设定位置；接着将需要标定的土压力盒放进土压力盒槽中，且使受力面朝上；同时将土压力盒线从出线孔一内收缩螺杆的中空腔中穿出，且使位于收缩螺杆中空腔内的土压力盒线外周包裹防水胶带；接着将测压探头放置在测压孔中，且测压探头与土压力盒位于同一高度；同时将测压探头接线从出线孔二内收缩螺杆的中空腔中穿出，且使位于收缩螺杆中空腔内的测压探头接线外周包裹防水胶带；然后用螺帽将两根收缩螺杆拧紧，并向升降板内注水，进行施压组件的渗水检测。

步骤2，施压组件与柔性反向加压组件组装及压力表校零：将螺纹橡胶袋下端的上连接环与位于升降板顶部的下连接环密封连接，如图6中的6-1所示。然后将压力表校零，并对土压力盒读取初始读数。

步骤3，打开进水孔，向螺纹橡胶袋中注水，直至水满，然后将进水孔封闭，此时，再对土压力盒和压力表进行读数并比对。

步骤4，加压标定：先根据土压力盒的实际量程，设置若干个压力标定点；然后通过驱动升降驱动装置，使升降板高度上升，上升过程如图6中的6-2所示。升降板上升会使螺纹橡胶袋体积压缩，螺纹橡胶袋内部的水压则会相应的升高，螺纹橡胶袋压缩越大，螺纹橡胶袋内的水压将越高；当螺纹橡胶袋内的水压每升高到一个压力标定点时，升降板将停止上升，对土压力盒和压力表进行一次读数并比对；直至所有压力标定点均进行度数并比对完成；最后根据各个压力标定点的比对结果，作出综合标定结果判定。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。