一种土压力盒试验系统的制作方法

本实用新型属于土压力盒应用领域，更具体地说，涉及一种土压力盒试验系统。

背景技术：

土压力盒适用于路基、挡土墙、坝体及隧道等岩土工程动、静态的测试，尤其是微型土压力盒具有较灵敏度高、结构简单、体积小等优点，更适合于室内模型试验或较小比例的模型试验。

现有技术中，厂家采用油压标定的方法对土压力盒进行标定，由于土压力盒受力面和液压油接触与实测介质有一定的差异，因此使用前需要对厂家给定的标定系数进行修正，否则会对测量结果的准确性产生较大影响，针对于冻土工程，土压力盒在负温环境中工作，尤其是电阻应变式土压力盒，其内置应变片元件的电阻值与温度有很大的相关性，因此更需要对土压力盒进行修正，以提高其测试精度。

经检索，中国专利公开号：cn101463598b；公开日：2009年06月24日；公开了一种土压力盒原位标定装置及其方法，其结构包括：在圆形标定坑中，从下到上依次设置和连接有钢筋混凝土底板、套上了橡胶袋的土压力盒、中粗砂、原状土、橡胶垫、加载钢板、千斤顶和反力架；反力架和埋入圆形标定坑锚固孔中的地锚互相垂直，通过栓销连接。该申请案的装置对土压力盒进行了标定，相比于原厂产出的土压力盒，其精度有了很大提升，但是对于冻土工程等负温环境下土压力盒产生的测量误差仍无法有效修正。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题至少之一，根据本实用新型的一方面，提供了一种土压力盒试验系统，包括：

承压筒，其为两端开口的中空筒体；

顶板，其可拆卸连接于承压筒顶部；

底板，其可拆卸连接于承压筒底部；

砂层，其填充形成于承压筒中空空间中；

土压力盒，其置于砂层内；

压力控制单元，其设于顶板处，向砂层提供压力；

温度控制单元，其设于承压筒旁侧，控制承压筒内的温度；

数据采集单元，其设于承压筒旁侧，并与土压力盒信号连接，采集土压力盒产生的数据。

根据本实用新型实施例的土压力盒试验系统，可选地，所述土压力盒设有若干个，布置于砂层中；

所述承压筒侧壁开设有侧孔，土压力盒通过导线与数据采集单元连接，导线从侧孔伸出承压筒外。

根据本实用新型实施例的土压力盒试验系统，可选地，所述压力控制单元为液压单元，穿过顶板向承压筒内的砂层施压；

还包括垫板，其设于承压筒上端部中，隔绝砂层，顶板与垫板间形成加压腔体。

根据本实用新型实施例的土压力盒试验系统，可选地，所述温度控制单元包括冷却管路一，其缠绕于承压筒外侧壁，冷却管路一中通入冷却液。

根据本实用新型实施例的土压力盒试验系统，可选地，还包括附板，其设于承压筒下端部中，并与底板可拆卸连接，所述附板靠近底板的端面凹陷形成有管路安装槽；

所述温度控制单元还包括冷却管路二，其穿过底板并置于管路安装槽中，冷却管路二中通入冷却液。

根据本实用新型实施例的土压力盒试验系统，可选地，所述管路安装槽呈螺旋状形成于附板端面。

根据本实用新型实施例的土压力盒试验系统，可选地，每个土压力盒旁均设有温度传感器，其与数据采集单元信号连接；

还包括液压表，其置于顶板处，测量压力控制单元施加的液压，所述液压表与数据采集单元信号连接。

根据本实用新型的另一方面，提供了一种土压力盒试验系统的使用方法，步骤如下：

一、装配及检验：将承压筒、顶板、底板、压力控制单元、温度控制单元、数据采集单元和附板装配，并将压力控制单元、温度控制单元和数据采集单元进行配置，对压力控制单元及温度控制单元进行打压检漏；

二、土压力盒布置：拆下顶板及压力控制单元，向承压筒内填充砂层，同时置入连接有温度传感器的土压力盒，连接土压力盒的导线从侧孔中伸出并接入数据采集单元；

三、试采集：装配顶板及压力控制单元，对冷却管路一、冷却管路二、承压筒、顶板及底板做好保温，数据采集单元进行试采集；

四、环境模拟：打开温度控制单元，使冷却管路一和冷却管路二中循环通入冷却液，对砂层进行降温，降温一段时间后，打开压力控制单元，对砂层分级加压；

五、数据采集：设定好数据采集单元，进行数据自动采集，待标定完成后，先卸除压力控制单元的压力，再停止温度控制单元的冷冻液循环，最后停止数据采集，对数据采集单元采集的数据进行处理分析，得出标定系数与标定曲线。

根据本实用新型实施例的土压力盒试验系统的使用方法，可选地，砂层中布置若干层土压力盒，每层沿承压筒直径方向布置若干个土压力盒。

根据本实用新型实施例的土压力盒试验系统的使用方法，可选地，土压力盒上方与下方的砂层厚度均大于一倍的土压力盒厚度；土压力盒侧方的砂层厚度均大于一倍的土压力盒直径。

有益效果

相比于现有技术，本实用新型具有如下有益效果：

（1）本实用新型的土压力盒试验系统，能为土压力盒模拟出更接近实际使用环境、冻土工程温度的标定环境，从而获得更接近实际工程的标定系数，提高测试精确度；

（2）本实用新型的土压力盒试验系统，可以同时对多个土压力盒进行标定，大大提高试验效率；

（3）本实用新型的土压力盒试验系统，通过压力控制单元可以均匀稳定的对砂层加压，模拟出接近实际的土压力盒使用压力环境；

（4）本实用新型的土压力盒试验系统，环绕缠绕于承压筒外侧壁上的冷却管路一，在温度控制单元启动时可以均匀的从侧壁对承压筒内的砂层进行降温，使得砂层内各处土压力盒处温度趋于均匀稳定，进一步确保测试精确性；

（5）本实用新型的土压力盒试验系统，设置附板结构，配合安装有冷却管路二，能与冷却管路一一起使砂层处的温度被快速均匀的控制在设定范围中；

（6）本实用新型的土压力盒试验系统，螺旋状设置的安装槽，配合冷却管路二螺旋状安置于附板上，在模拟负温度时，配合环绕缠绕于承压筒侧壁的冷却管路一，能确保砂层内各个土压力盒处的温度环境均匀一致，对多个土压力盒同时进行标定时能保证精确度；

（7）本实用新型的土压力盒试验系统，数据采集单元除了能采集土压力盒传递的数据外，还能采集每个土压力盒处的温度数据，以及压力控制单元的压力数据，最终对这些数据进行处理分析，得出标定系数与标定曲线，测试结果精确度高。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本实用新型的一些实施例，而非对本实用新型的限制。

图1示出了本实用新型的土压力盒试验系统结构示意图；

图2示出了本实用新型的承压筒剖视图；

图3示出了本实用新型的顶板俯视图；

图4为图3中a-a向剖视图；

图5示出了本实用新型的底板俯视图；

图6为图5中b-b向剖视图；

图7示出了本实用新型附板的俯视图；

图8为图7中c-c向剖视图；

附图标记：

1、承压筒；10、侧孔；11、密封堵头；

2、顶板；20、安装孔；

3、底板；30、管道口一；31、管道口二；

4、砂层；

5、土压力盒；50、温度传感器；

6、压力控制单元；60、阀门；61、垫板；

7、温度控制单元；70、冷却管路一；71、冷却管路二；

8、数据采集单元；80、液压表；

9、附板；90、管路安装槽。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例的附图，对本实用新型实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本实用新型所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。

实施例1

本实施例的土压力盒试验系统，包括：

承压筒1，其为两端开口的中空筒体；

顶板2，其可拆卸连接于承压筒1顶部；

底板3，其可拆卸连接于承压筒1底部；

砂层4，其填充形成于承压筒1中空空间中；

土压力盒5，其置于砂层4内；

压力控制单元6，其设于顶板2处，向砂层4提供压力；

温度控制单元7，其设于承压筒1旁侧，控制承压筒1内的温度；

数据采集单元8，其设于承压筒1旁侧，并与土压力盒5信号连接，采集土压力盒5产生的数据。

本实施例的土压力盒试验系统结构如图1所示，承压筒1、顶板2及底板3均为钢结构，顶板2与承压筒1、底板3与承压筒1均通过高强度螺栓可拆卸连接，本实施例中的高强度螺栓强度为8.8级以上，连接后的承压筒1、顶板2及底板3结构能承受10mpa以上的压力。

本实施例的砂层4为干砂构成，土压力盒5包裹于干砂中与其实际的使用环境更接近，有助于更精确的标定土压力盒5，本实施例通过压力控制单元6对砂层4施压进行标定，通过温度控制单元7控制承压筒1处的温度，进而可以模拟出冻土工程中土压力盒5所处的工作环境温度，通过数据采集单元8可以收集土压力盒5的数据，以获得更接近工程实际的标定系数，从而对厂家提供的标定曲线进行修正，提高测试精确度。

实施例2

本实施例的土压力盒试验系统，在实施例1的基础上做进一步改进，所述土压力盒5设有若干个，布置于砂层4中；

所述承压筒1侧壁开设有侧孔10，土压力盒5通过导线与数据采集单元8连接，导线从侧孔10伸出承压筒1外。

如图1所示，本实施例的土压力盒试验系统，可以同时对多个土压力盒5进行标定，大大提高试验效率；通过侧孔10，方便土压力盒5与数据采集单元8间的信号连接。

本实用新型的侧孔10，设有若干个，如图2所示，对称式开设在承压筒1两侧，连接土压力盒5的导线就近从侧孔10中伸出，对于不使用的侧孔10，通过密封堵头11封堵，通过侧孔10，还可方便向承压筒1中注液等操作，以便于模拟多种环境条件，提高本实施例系统的适用范围。

实施例3

本实施例的土压力盒试验系统，在实施例2的基础上做进一步改进，所述压力控制单元6为液压单元，穿过顶板2向承压筒1内的砂层4施压；

还包括垫板61，其设于承压筒1上端部中，隔绝砂层4，顶板2与垫板61间形成加压腔体。

本实施例的压力控制单元6为液压单元，在顶板2上开设若干安装孔20，如图3和图4所示，压力控制单元6的一路加压管路穿过安装孔20，一路回油管路穿过另一安装孔20，并在顶板2下方的承压筒1上端部内设置垫板61，垫板61水平设置且形状与承压筒1内壁横截面形状相匹配，在顶板2与垫板61之间形成隔绝砂层4的加压腔体，通过压力控制单元6向此加压腔体中注油，从而对砂层4均匀加压，模拟出接近实际的土压力盒5使用压力环境，进一步提高测试准确性。

实施例4

本实施例的土压力盒试验系统，在实施例3的基础上做进一步改进，所述温度控制单元7包括冷却管路一70，其缠绕于承压筒1外侧壁，冷却管路一70中通入冷却液。

如图1所示，环绕缠绕于承压筒1外侧壁上的冷却管路一70，在温度控制单元7启动时可以均匀的从侧壁对承压筒1内的砂层4进行降温，使得砂层4内各处土压力盒5处温度趋于均匀稳定，进一步确保测试精确性。

实施例5

本实施例的土压力盒试验系统，在实施例4的基础上做进一步改进，还包括附板9，其设于承压筒1下端部中，并与底板3可拆卸连接，所述附板9靠近底板3的端面凹陷形成有管路安装槽90；

所述温度控制单元7还包括冷却管路二71，其穿过底板3并置于管路安装槽90中，冷却管路二71中通入冷却液。

附板9结构如图7和图8所示，附板9通过高强度螺栓与底板3可拆卸连接，连接后的附板9装配后位于砂层4底部，在附板9内安装有冷却管路二71，温度控制单元7启动后，冷却管路二71配合冷却管路一70能更加快速均匀的将砂层4处的温度控制在设定范围中。

进一步地，底板3的结构如图5和图6所示，在底板3上贯穿开设管道口一30和管道口二31，方便冷却管路二71的伸入与伸出。

实施例6

本实施例的土压力盒试验系统，在实施例5的基础上做进一步改进，所述管路安装槽90呈螺旋状形成于附板9端面。

如图7所示，螺旋状设置的安装槽90，配合冷却管路二71螺旋状安置于附板9上，在模拟负温度时，配合环绕缠绕于承压筒1侧壁的冷却管路一70，能确保砂层4内各个土压力盒5处的温度环境均匀一致，对多个土压力盒5同时进行标定时能保证精确度。

实施例7

本实施例的土压力盒试验系统，在实施例6的基础上做进一步改进，每个土压力盒5旁均设有温度传感器50，其与数据采集单元8信号连接；

还包括液压表80，其置于顶板2处，测量压力控制单元6施加的液压，所述液压表80与数据采集单元8信号连接。

本实施例的数据采集单元8除了能采集土压力盒5传递的数据外，还能采集每个土压力盒5处的温度数据，以及压力控制单元6的压力数据，最终对这些数据进行处理分析，得出标定系数与标定曲线，测试结果精确度高。

实施例8

本实施例的土压力盒试验系统的使用方法，步骤如下：

一、装配及检验：将承压筒1、顶板2、底板3、压力控制单元6、温度控制单元7、数据采集单元8和附板9装配，并将压力控制单元6、温度控制单元7和数据采集单元8进行配置，对压力控制单元6及温度控制单元7进行打压检漏；

二、土压力盒布置：拆下顶板2及压力控制单元6，向承压筒1内填充砂层4，同时置入连接有温度传感器50的土压力盒5，连接土压力盒5的导线从侧孔10中伸出并接入数据采集单元8；

三、试采集：装配顶板2及压力控制单元6，对冷却管路一70、冷却管路二71、承压筒1、顶板2及底板3做好保温，数据采集单元8进行试采集；

四、环境模拟：打开温度控制单元7，使冷却管路一70和冷却管路二71中循环通入冷却液，对砂层4进行降温，降温一段时间后，打开压力控制单元6，对砂层4分级加压；

五、数据采集：设定好数据采集单元8，进行数据自动采集，待标定完成后，先卸除压力控制单元6的压力，再停止温度控制单元7的冷冻液循环，最后停止数据采集，对数据采集单元8采集的数据进行处理分析，得出标定系数与标定曲线。

将土压力盒试验系统中除了砂层4和土压力盒5外的其他构件装配后，配置合适的温度控制单元7、压力控制单元6以及数据采集单元8，然后对冷却管路一70和冷却管路二71进行打压检漏，对顶板2与垫板61间的加压腔体进行打压检漏，打压检漏无误后即可进行土压力盒5及砂层4的装配。

进一步地，本实施例中土压力盒5的量程介于5~15mpa之间，步骤三中试采集的时间在采集数据基本不变后停止，进入步骤四，步骤四中降温的持续时间为承压筒1内温度基本维持不变的时间，在步骤五中，可以对压力控制系单元6和数据采集单元8进行程序设定，以实现自动加压与数据的自动采集，在进行数据处理时，土压力盒5的受力要加上砂层4及垫板61的重量。

实施例9

本实施例的土压力盒试验系统的使用方法，在实施例8的基础上做进一步改进，砂层4中布置若干层土压力盒5，每层沿承压筒1直径方向布置若干个土压力盒5。

本实施例的方法中布置多层多个土压力盒5，可在一次试验中同时对多个土压力盒5进行标定，提高试验效率。

实施例10

本实施例的土压力盒试验系统的使用方法，在实施例9的基础上做进一步改进，土压力盒5上方与下方的砂层4厚度均大于一倍的土压力盒5厚度；土压力盒5侧方的砂层4厚度均大于一倍的土压力盒5直径。

通过本实施例的布置方式，可以避免筒壁、顶板2、附板9等结构对模拟压力、介质环境的影响，确保在进行多个土压力盒5同时标定时的准确性。

本实用新型所述实例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型构思和范围进行限定，在不脱离本实用新型设计思想的前提下，本领域工程技术人员对本实用新型的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本实用新型的保护范围。