[发明专利]一种具备振动排水测试功能的固结试验装置及方法

权利要求书

1.一种具备振动排水测试功能的固结试验装置，其特征在于：包括底座、支架、卷扬机、施力砝码、传力杆、储料筒及支座；所述底座固定在地面上，所述支架和卷扬机固定在底座上，在支架顶部固装有两个导向定滑轮，所述卷扬机的牵引钢丝绳绕过导向定滑轮与施力砝码相连，施力砝码通过牵引钢丝绳悬吊于支架顶部；所述储料筒通过支座固装在底座上，所述传力杆位于施力砝码与储料筒之间；在所述储料筒内部设置有振动排水机构，振动排水机构包括排水箱、第一排水管及振动加载箱，排水箱和振动加载箱的安装高度位于储料筒中部；在所述排水箱的顶部箱板和侧面箱板均加工有若干透水孔，在排水箱外表面加装有透水隔离层；所述第一排水管一端与排水箱内部相连通，第一排水管另一端穿过储料筒的底板且延伸至储料筒外部，在第一排水管的出水口下方放置有第一排水量测量容器；所述振动加载箱固连在排水箱上，在振动加载箱内安装有激振器；在所述储料筒底板上开设有底部排水孔，在储料筒的底部排水孔上连接有第二排水管，在第二排水管的出水口下方放置有第二排水量测量容器；当所述储料筒内填充有砂土试样后，在砂土试样与储料筒底板及传力杆杆体之间均加装有透水隔离垫片；所述传力杆杆体下端设有传力盘，传力盘的直径大于传力杆杆体的直径，且传力盘的直径等于储料筒的内径，传力盘与储料筒密封滑动配合；在所述传力盘的环形边沿上开设有若干透水孔，在传力杆杆体内部开设有引水孔道，在传力杆杆体下端面开设有若干条引水支道，且若干引水支道呈辐射状分布，全部引水支道均与引水孔道连通，传力盘与储料筒及传力杆杆体之间构成环向储水槽，所述引水孔道一端通过引水支道与环向储水槽相连通；在所述底座上安装有真空泵，真空泵的吸液口与引水孔道另一端通过第三排水管相连通，真空泵的排液口连接有第四排水管，在第四排水管的出水口下方放置有第三排水量测量容器。

2.根据权利要求1所述的一种具备振动排水测试功能的固结试验装置，其特征在于：在所述传力盘的下表面安装有压力传感器，通过压力传感器测量砂土试样承受的竖直压力；在所述传力杆杆体上安装有位移传感器，通过位移传感器测量砂土试样在竖直方向上的压缩变形量。

3.根据权利要求1所述的一种具备振动排水测试功能的固结试验装置，其特征在于：在所述支架上从上至下依次设置有砝码防护梁、传力杆防护梁和储料筒防护梁，且砝码防护梁、传力杆防护梁和储料筒防护梁结构相同，均由中心护套和四根支梁组成，且四根支梁与支架之间采用可拆卸式连接结构。

4.一种固结试验方法，采用了权利要求1所述的具备振动排水测试功能的固结试验装置，其特征在于包括如下步骤：

步骤一：制备饱和状态的砂土试样；

步骤二：将施力砝码悬吊挂装到支架顶部；

步骤三：将制备好的砂土试样装填到储料筒中；

步骤四：将传力杆竖直插入储料筒内，传力杆依次通过传力盘及透水隔离垫片压在砂土试样上表面；

步骤五：释放施力砝码，使施力砝码缓慢的落在传力杆上端，直到施力砝码的全部自重完全施加到传力杆上，此时砂土试样完成静载荷的加载；

步骤六：启动激振器，按照设定值输出激振频率和激振力，此时砂土试样在静载荷保持不变的前提下完成动载荷的加载；

步骤七：启动真空泵，在真空泵作用下，砂土试样顶部排水依次通过透水孔、环向储水槽、引水支道、引水孔道、第三排水管及第四排水管流入第三排水量测量容器内；同时，砂土试样中部排水依次通过排水箱及第一排水管流入第一排水量测量容器内，砂土试样底部排水通过第二排水管流入第二排水量测量容器内；

步骤八：在设定的时间间隔内，分别对排水量、静载压力及传力杆位移量进行测量和记录，直到试验结束；

步骤九：按照步骤一至步骤八进行下一次试验，并调整施力砝码的质量以及激振器的激振频率和激振力，完成后续对比试验。

5.根据权利要求4所述的一种固结试验方法，其特征在于：在砂土试样装填前，振动排水机构下部因无砂土试样而处于悬空状态，因此需要对振动排水机构进行临时辅助支撑，直到砂土试样的装填高度与振动排水机构的排水箱和振动加载箱平齐后，方可撤去振动排水机构的临时辅助支撑，继续砂土试样装填，直到达到设定高度。

6.根据权利要求4所述的一种固结试验方法，其特征在于：在施力砝码施加静载荷的过程中，牵引钢丝绳与施力砝码的挂钩不要脱开，以保证试验过程的安全性，同时实时观察牵引钢丝绳的松弛状态，随着施力砝码的缓慢下移，当牵引钢丝绳出现绷紧趋势时，需要立即调整牵引钢丝绳的释放量，始终保证牵引钢丝绳的松弛状态，防止牵引钢丝绳绷紧对静载荷产生加载误差。