[发明专利]土体基床系数的测量装置和测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及地质勘探领域，具体讲是一种土体基床系数的测量装置和测量方法。

背景技术

可持续发展是我国的基本国策，主要体现在节能、环保、低碳和创新等方面。对于城市建设来说，科学、合理、充分的开发利用地下空间是一个很重要的举措。要做到地下空间安全经济有效的开发利用，工程地质勘探提供准确的地质数据是十分关键的，其中地层的力学性能指标之一的基床系数是进行地下空间开发利用设计中一个十分重要的参数和依据。

所述的基床系数就是地基土受到应力与相应土体形变量之比，也称为土体的弹性抗力系数或地基反力系数，用公式表达为K＝P/⊿S。式中K为土层的基床系数(MPa/m)，P为作用在地基上的压强(MPa)，⊿S为相应地基的沉降量(m)。而当⊿S等于1.25mm时，对应的那个基床系数即K_1.25mm为标准基床系数，本申请中所有对基床系数的测量，实质上就是在测量这个标准基床系数。综上，基床系数是计算结构物(基础、衬砌、桩等)内力和形变的重要参数，这一参数与地基土的类别、土的状态、土的物理力学性质、基础形状及作用受力情况等因素相关。

现有技术通过土样的室内土工试验来测定基床系数的方法主要有三轴法和固结法。三轴法是利用三轴仪进行测量的方法，而三轴仪原本是用来进行三轴试验的。如图1所示，三轴仪的具体结构包括支架101，支架101上安装有升降杆102，升降杆102上固定一个底板103，底板103上安装有一个用于注水的筒套104，筒套104侧壁设有进水口105和排水口106，筒套104上开口设有密封盖107，密封盖107的中心孔密封套合有一根顶杆108，顶杆108下端固定有压板109，顶杆108上端与支架101固定且两者之间设有压力传感器110，而筒套104上设有位移传感器111。

三轴法的具体步骤为，打开筒套的密封盖，将瘦高型圆柱土样用一层防水塑料膜包裹后放入套筒，再安装好密封盖，然后驱动升降杆上升，带动底板将土样与压板抵紧，此时为坐标原点，压力传感器和位移传感器都为零，再对套筒内注水，使得液压对土样也形成侧压力，然后继续驱动升降杆上升，随着升降杆继续上升压缩土样，压力传感器和位移传感器都会显示读数，用计算机将两个传感器测得的值采集起来并拟合成压力和形变量的曲线，最后在曲线上找到⊿S为1.25mm的点作为标准采样点，并找到标准采样点对应的P值，两者相除获得该标准采样点的基床系数就是标准基床系数K_1.25mm。

而固结法则是利用固结仪进行测量的方法，而固结仪原本则是用来做固结试验的，该方法其实与三轴法大方向上相似，同样是在固结仪中增设了压力传感器和位移传感器，并采集两个传感器的值并拟合成压力和形变量的曲线，然后同样选取⊿S为1.25mm的点作为标准采样点，进而获得标准基床系数K_1.25mm。但固结法的区别主要在于固结仪是通过增加砝码从上往下逐级施加压力使得土样固结稳定后采样的。

上述现有技术的测量装置及测量方法存在以下弊端。首先看三轴法，由于三轴仪本身是进行静压三轴试验的，所以为符合试验需求，其容器和最后压缩的土样是瘦长型的，这样，同样受压条件下土体式样更容易被压缩变形，这就干扰了最后测验的基床系数的准确性；而且，在土样放入套筒前，需要先包裹防水塑料膜，在包膜过程中可能会对土样表层产生扰动，同样影响最后测量结果的精确性；如果为避免扰动干脆不包膜，又会使得土样与水混合，同样会对土体性能产生影响干扰最后测量结果的精确性。而固结法也存在类似的问题，固结仪本身是为了进行固结试验的，为满足试验需求，固结仪中装土样的容器及受压的土样是矮粗型的，同样受压条件下土体式样更难压缩，同样会干扰最后测量结果的准确性。

况且，无论是三轴法还是固结法都共同存在一个问题，即拟合曲线时，都是将土样抵紧作为坐标的原点。然而，土样从土层中取样以后，会出现压力释放和变形回弹现象，即都已经释放了这部分先期固结应力，而上述两种方法的坐标原点的确立及标准采样点的选取均未考虑到去弥补这个先期固结应力，所以最后采集到⊿S自然不准确，进而导致最后获得的标准基床系数K_1.25mm也不准确。

发明内容

本发明要解决的一个技术问题是，提供一种既能有效避免与水接触且不会对土样本身造成扰动、而且能有效排除先期固结应力的影响，确保测量结果精确的土体基床系数的测量装置。