[发明专利]一种用于室内土体空腔膨胀实验的装置

说明书

一种用于室内土体空腔膨胀实验的装置，包括：透明亚克力土箱、槽式木制底板、轴向均匀膨胀装置、空腔位移监测装置、透明可伸缩型亚克力孔和土体位移监测系统；所述空腔位移监测装置用于检测所述轴向均匀膨胀装置的直径变化；所述土体位移监测系统用于收集和分析土壤变化数据，得到内部土体位移的变化规律云图。本发明可以更好的满足土体位移监测精准度的需求，可适应各种监测内部土体位移的实验。

技术领域

本发明涉及非开挖室内实验设计领域，尤其涉及一种用于室内土体空腔膨胀实验的装置。

背景技术

非开挖技术广泛应用于市政工程(如桩基工程等)、地热开采、石油天然气工程等领域，研究孔内液体压力对周围岩土体扰动问题。土体或岩体圆柱孔扩张问题是岩土工程中较为常见的一类工程应用问题，研究对象通常是具有球形腔或者柱形腔的各向同性的岩土体，分析其在内压作用下的扩张过程。柱孔扩张的实验研究可以应用于以下方面：①土体塑性平衡区域状态的追踪：一旦边界条件得到满足，所有关于塑性区有关的量(应力、孔隙比、摩擦力、膨胀角)以及极限扩张压力和扩孔半径均可求得，即可实现对于土体状态的跟踪；②极限扩孔压力、塑性区域半径计算：当空腔边界位移等于空腔初始半径时作用在球形或者柱形孔壁上的压力为极限扩孔压力，空腔扩张后周围土体会形成一定的塑性区域，此区域的半径为塑性区域半径；③球形孔扩张曲线：可以通过绘制理论压力膨胀曲线用来和实际测量曲线进行对照分析，从而得到关于土壤密度和应力状态，塑性区域内的每个单元所受到的径向应力和环向应力可以揭示土体从塑性区域形成开始直到达到极限扩孔半径时的应力-应变曲线规律，阐明弹塑性界面随着空腔的膨胀而渐渐远离空腔。在研究土体位移的室内实验过程中，土体内部的位移监测尤为重要。

发明内容

本发明为解决现有技术中的技术问题，提供一种用于室内土体空腔膨胀实验的装置，包括：透明亚克力土箱、槽式木制底板、轴向均匀膨胀装置、空腔位移监测装置、透明可伸缩型亚克力孔和土体位移监测系统；

所述透明亚克力土箱包括：第一透明亚克力板、第二透明亚克力板、第三透明亚克力板和第四透明亚克力板；

第一透明亚克力板、第二透明亚克力板、第三透明亚克力板和第四透明亚克力板均竖直设置，组成上下开口的矩形；其中，第一透明亚克力板和第四透明亚克力板组成矩形的相对两个面，第二透明亚克力板和第三透明亚克力板组成矩形的另外两个相对面；

所述第一透明亚克力板的中心设置一个圆形开口；所述透明亚克力土箱可拆卸的安装在所述槽式木制底板的上表面；所述透明可伸缩型亚克力孔固定设置在所述第一透明亚克力板的外表面，所述透明可伸缩型亚克力孔覆盖所述圆形开口；所述轴向均匀膨胀装置(8)穿过所述透明可伸缩型亚克力孔和所述圆形开口插入所述透明亚克力土箱中并固定；

所述空腔位移监测装置用于检测所述轴向均匀膨胀装置的直径变化；所述土体位移监测系统用于收集和分析土壤变化数据，得到内部土体位移的变化规律云图。

进一步的，所述第二透明亚克力板和所述第三透明亚克力板外表面的中间均设置有一个横向角铁；所述横向角铁平行于所述所述槽式木制底板设置，用于加固所述透明亚克力土箱；所述第一透明亚克力板、所述第二透明亚克力板、所述第三透明亚克力板和所述第四透明亚克力板外表面的底边均设置一个横向角铁，用于将所述透明亚克力土箱可拆卸的固定在所述槽式木制底板上。

进一步的，所述槽式木制底板的两端对称设置有第一凹槽和第二凹槽；所述槽式木制底板的一侧设置有第三凹槽、第四凹槽和第五凹槽，对称地，所述槽式木制底板的另一侧设置有第六凹槽、第七凹槽和第八凹槽；

所述第一凹槽、所述第二凹槽和所述第三凹槽、所述第四凹槽、所述第五凹槽、所述第六凹槽、所述第七凹槽、所述第八凹槽组成多个不同尺寸的矩形凹槽，其中，所述第一凹槽和所述第二凹槽组成所述矩形凹槽的两条短边；

所述透明亚克力土箱的下部与所述矩形凹槽的形状相适应，改变所述透明亚克力土箱的尺寸，可以适应不同尺寸的矩形凹槽。