[实用新型]土工离心模型试验用液压固结装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于土工离心模型试验的辅助设备，具体涉及一种土工离心模型试验用液压固结装置。

背景技术

固结是指地基土体在荷载或其他因素作用下，土体孔隙中水分逐渐排出、体积压缩、密度增大，外界压力逐渐由土颗粒骨架承担，直至土体变形达到稳定的过程。常规的室内固结试验通常只能取小部分土体，模拟土体在附加应力作用下的固结。但是，使原型地基产生固结或压缩的应力除了附加应力之外还包括土体的自重应力，而室内试验忽略了土体的自重应力。因此，室内固结试验在地层固结模拟和地基固结参数获取的过程中存在局限性。

土工离心模型试验通过在模型上施加离心力，在不改变地基材料力学特性的前提下，使模型的应力和变形与原型相同，这样就可以用模型反映原型。离心模拟技术已涉及到岩土工程研究的众多领域，逐渐成为岩土工程研究中必不可少的研究手段。现有的离心模型固结试验设备大致分为三种：杠杆加压固结法、压重固结法和气压加载固结法。在以上三种常用的方法中，杠杆加压法存在占用场地大、不能在超重力场中使用和超软粘性土地基初期加载固结时容易产生偏压现象的不足，并且杠杆加压法需要人工搬运配重砝码提供固结压力，不适合大规模推广应用；采用铅砂等高重度材料配重固结的方法只能在离心机运转过程中对模型土体施加固结压力，在常规应力场条件下可对地基土体施加的固结压力范围有限；气压加载固结法实施过程中气体压力的稳定性是影响试验结果精确性的一个重要因素。同时，压重法和气压加载固结法没有力传递的导向装置，不能保证所施加的压力均匀并且竖直向下的传递给模型，存在加载过程中偏压进而导致土体不均匀固结的问题。

鉴于离心模型试验在岩土工程研究中的有效性和现有模拟土体加载固结设备中存在的问题，当前迫切需要一种既能在常规应力场下对模型土体进行加载固结也能在超重力场下对模型土体加载固结的自动化设备或者装置。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种既可以在常规应力场中也可以在超重力场中对模型土体进行加载固结的设备，该设备自动化程度高、试验过程中施加的上部压力方向能精确控制，并且荷载施加稳定。

为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

一种土工离心模型试验用液压固结仪，包括固结容器、反力框架、压力加载装置和测试装置；

所述固结容器为离心机模型箱；

所述压力加载装置包括加荷板、液压缸、进油管路和回油管路，进油管路上设置分流阀和稳压控制装置；所述测试装置包括压力传感器、孔压传感器、位移传感器和计算机；

所述反力框架固定设置于固结容器上部，由井字相交的锻件梁组成；反力框架通过高强螺栓安装在固结容器上部为液压缸提供反力；

所述锻件梁交汇处设置通孔，通孔内固定设置液压缸，液压源通过进油管路依次经稳压控制装置、分流阀向每个液压缸输入端输送液压流体，液压缸输出端连接回油管路通至液压源；

所述反力框架的下表面与加荷板接触，液压缸穿过通孔固定于加荷板上表面；

所述加荷板上表面与反力框架接触处设置凹槽，用于安装所述位移传感器；加荷板下表面与固结容器内模型土体接触处设置凹槽，用于安装所述压力传感器；所述孔压传感器埋设于模型土体中；

所述计算机采集传感器数据，用于数据分析。在一定厚度的上部加荷板上均匀布置四个液压活塞加载点，增加了加荷板的刚度，同时使上部荷载的施加更加稳定。

作为本发明的进一步改进，所述液压缸顶部还设有用于排气的排气阀；

优选的，所述进油管路上还设有稳压阀和单向阀，液压源通过进油管路依次经稳压控制装置、分流阀、单向阀、稳压阀向每个液压缸输入端输送液压流体。

优选的，所述回油管路上还设有安全阀，液压缸通过安全阀连接回油管路。

作为本发明的进一步改进，所述测试装置还包括控制器，压力传感器、孔压传感器和位移传感器通过控制器连接计算机和压力源。传感器通过控制器与计算机相连，不仅实时监测土体固结过程中的沉降变形和孔隙水压力等相关指标，而且控制器可以通过伺服系统对加荷板实时进行调整，以精确控制作用在地基土体上的上覆压力。

作为本发明的进一步改进，在稳压控制装置或单向阀与液压缸连接的输入管路上设置伺服阀，在液压缸内设置第二位移传感器，所述第二位移传感器连接伺服阀和控制器，实现位移加载控制。

作为本发明的进一步改进，所述稳压控制装置上设有数显压力表。设置数显压力表可实时显示监控当前液压数值。