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原文传递一种黄土填方地基浸水试验装置及方法

专利名称：	一种黄土填方地基浸水试验装置及方法
摘要：	本发明公开了一种黄土填方地基浸水试验装置及方法，该装置包括上位监测终端、土体变形监测装置和竖向加载装置，土体变形监测装置包括数据采集器和M个沿圆周方向均匀布设的组合式检测装置；每个组合式检测装置均包括N个由下至上布设的检测件，待测试填土层中位于同一水面上的N个检测件组成一个横向检测装置，每个组合式检测装置中所处的竖直面为一个土体监测面，待测试填土层通过M个土体监测面分为M个土体检测区域；该方法包括步骤：一、土层回填及组合式检测装置埋设；二、浸水前土体变形监测；三、土层继续回填；四、浸水；五、加载。本发明设计合理且使用效果好，能全面对黄土填土层的湿陷性进行简便、快速且准确测试。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	陕西;61
申请人：	信息产业部电子综合勘察研究院
发明人：	刘魁;苑康泽;南亚林;甄平福;杨旭;李阳;杨博文
专利状态：	有效
申请日期：	2019-06-05T00:00:00+0800
发布日期：	2019-08-02T00:00:00+0800
申请号：	CN201910487850.1
公开号：	CN110080195A
代理机构：	西安创知专利事务所
代理人：	谭文琰
分类号：	E02D1/00(2006.01);E;E02;E02D;E02D1
申请人地址：	710054 陕西省西安市碑林区友谊东路70号
主权项：	1.一种黄土填方地基浸水试验装置，其特征在于：包括上位监测终端(2)、土体变形监测装置和由上至下对待测试填土层(1)进行竖向加载的竖向加载装置，所述竖向加载装置位于待测试填土层(1)正上方；所述土体变形监测装置包括数据采集器(7)和M个沿圆周方向均匀布设在待测试填土层(1)内的组合式检测装置(23)，M个所述组合式检测装置(23)的结构均相同；其中，M为正整数且M≥3；所述数据采集器(7)与上位监测终端(2)连接；所述待测试填土层(1)为通过向预先开挖形成的基坑(3)内分层填入黄土并夯实后形成的填土层，所述基坑(3)为由上至下在黄土填方地基(22)内开挖形成的浸水试坑，所述黄土填方地基(22)为用黄土回填形成的黄土填土层；所述浸水试坑为圆柱形竖向基坑且其直径为φ1.8m～φ2.5m，所述待测试填土层(1)为圆柱形土层且其高度h1＝2.5m～4m，其中h1＜h2，h2为所述浸水试坑的深度；每个所述组合式检测装置(23)均包括N个由下至上布设于同一竖直面上的检测件，每个所述检测件所处位置处均为一个土体监测点；其中，N为正整数且N≥5；每个所述检测件均包括一个对所处位置处的土体水分含量进行实时检测的土壤水分传感器(4)、一个对所处位置处的土壤水吸力进行实时检测的土壤张力计(18)和一个对所处位置处的竖向位移值进行实时检测的位移传感器(5)，每个所述检测件中所述土壤水分传感器(4)、土壤张力计(18)和位移传感器(5)均布设于同一个所述土体监测点上，所述土壤水分传感器(4)、土壤张力计(18)和位移传感器(5)均与数据采集器(7)连接；所述待测试填土层(1)中位于同一水面上的N个所述检测件组成一个横向检测装置，所述待测试填土层(1)中由下至上设置有N个所述横向检测装置；每个所述组合式检测装置(23)中所有检测件所处的竖直面为一个土体监测面，所述待测试填土层(1)通过M个所述土体监测面分为M个土体检测区域，M个所述土体检测区域的结构均相同，每个所述土体检测区域的横截面均为扇形。 2.按照权利要求1所述的一种黄土填方地基浸水试验装置，其特征在于：所述上位监测终端(2)为智能手机或笔记本电脑；每个所述组合式检测装置(23)中至少一个所述检测件中包括一个对所处位置处的土体温度进行实时检测的温度传感器(6)，所述温度传感器(6)与数据采集器(7)连接。 3.按照权利要求1或2所述的一种黄土填方地基浸水试验装置，其特征在于：所述土壤水分传感器(4)、土壤张力计(18)和位移传感器(5)与数据采集器(7)之间均通过连接线进行连接；每个所述组合式检测装置(23)还包括一根埋设于待测试填土层(1)外侧且供所述连接线穿过的竖向套管(8)和多根供所述连接线穿过的穿线管(9)，多根所述穿线管(9)由下至上进行布设，所述穿线管(9)的数量与每个所述组合式检测装置(23)中所包括检测件的数量相同，所述竖向套管(8)上端伸出至所述浸水试坑外侧；每根所述穿线管(9)的外端均连接于竖向套管(8)上，所述竖向套管(8)的内侧壁上由下至上开有N个用于连接穿线管(9)的连接孔，每根所述穿线管(9)均与其所连接的竖向套管(8)内部连通；所述土壤水分传感器(4)、土壤张力计(18)和位移传感器(5)均位于穿线管(9)内端；每个所述检测件中与土壤水分传感器(4)、土壤张力计(18)和位移传感器(5)连接的所述连接线均通过同一根穿线管(9)穿入竖向套管(8)内，每个所述组合式检测装置(23)中与土壤水分传感器(4)、土壤张力计(18)和位移传感器(5)连接的所有连接线均从同一根竖向套管(8)穿出。 4.按照权利要求3所述的一种黄土填方地基浸水试验装置，其特征在于：每个所述检测件均还包括一个对所处位置处是否存在裂缝进行检测的防水摄像头(10)，所述防水摄像头(10)与数据采集器(7)连接。 5.按照权利要求4所述的一种黄土填方地基浸水试验装置，其特征在于：所述防水摄像头(10)通过所述连接线与数据采集器(7)连接，所述防水摄像头(10)位于穿线管(9)内端；同一个所述检测件中与土壤水分传感器(4)、土壤张力计(18)、位移传感器(5)和防水摄像头(10)连接的所有连接线均通过同一根穿线管(9)穿入竖向套管(8)内。 6.一种利用如权利要求1所述浸水试验装置对黄土填方地基进行浸水试验的方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：步骤一、土层回填及组合式检测装置埋设：向预先开挖成型的所述浸水试坑内回填黄土，并通过夯实设备对所填黄土进行压实，直至所填黄土的压实系数满足设计要求，获得回填完成的待测试填土层(1)；同时，在待测试填土层(1)内埋设M个所述组合式检测装置(23)，获得所述土体变形监测装置；步骤二、浸水前土体变形监测：采用步骤一中所述土体变形监测装置由先至后对待测试填土层(1)进行多次监测，并根据监测结果对待测试填土层(1)是否处于土体变形稳定状态进行判断；所述土体变形监测装置对待测试填土层(1)的多次监测方法均相同，相邻两次监测时间间隔为t1，其中t1＝10min～20min；采用步骤一中所述土体变形监测装置对待测试填土层(1)进行监测时，过程如下：步骤201、浸水前第一次土体变形监测：步骤一中所述待测试填土层(1)回填完成后，采用所述土体变形监测装置对待测试填土层(1)进行监测，获得此时待测试填土层(1)的土体变形数据，同时将此时待测试填土层(1)的土体变形数据同步上传至上位监测终端(2)并同步记录；所述土体变形数据包括此时所述土体变形监测装置中所有土壤水分传感器(4)所检测的土壤水分含量值、所有土壤张力计(18)所检测的土壤水吸力值和所有位移传感器(5)所检测的位移值；此时，每个所述位移传感器(5)所检测的位移值均为该位移传感器(5)的初始位移值；步骤202、浸水前下一次土体变形监测：采用所述土体变形监测装置对待测试填土层(1)进行监测，获得此时待测试填土层(1)的土体变形数据，且将此时待测试填土层(1)的土体变形数据同步上传至上位监测终端(2)并同步记录；同时，根据步骤201中每个所述位移传感器(5)的初始位移值，获得此时所述土体变形监测装置中每个所述位移传感器(5)的累计沉降量；每个所述位移传感器(5)的累计沉降量均为此时该位移传感器(5)所检测的位移值与该位移传感器(5)的初始位移值之间的差值；步骤203、土体变形稳定判断：将步骤202中所获得的所述土体变形数据与上一次变形数据进行对比，当步骤202中所获得的所述土体变形数据中每个所述位移传感器(5)所检测的位移值与所述上一次变形数据中该位移传感器(5)所检测的位移值之间的差值均不大于0.5mm时，说明此时待测试填土层(1)处于土体变形稳定状态，进入步骤204；否则，返回步骤202，进行浸水前下一次土体变形监测；所述上一次变形数据为上一次对待测试填土层(1)进行监测时所获得的所述土体变形数据；步骤204、土体裂缝粗判：根据此时所述土体变形监测装置中每个所述位移传感器(5)的累计沉降量，对此时待测试填土层(1)内是否存在裂缝进行粗判：当此时所述土体变形监测装置的每个所述横向检测装置中相邻两个所述位移传感器(5)的累计沉降量之间的差值均小于3mm时，说明此时待测试填土层(1)内不存在裂缝，进入步骤四；否则，进入步骤三；步骤三、土层继续回填：向待测试填土层(1)上继续回填黄土，并通过夯实设备对所填黄土进行压实，获得继续回填后的待测试填土层(1)；之后，进入步骤二；步骤四、浸水：采用注水设备向待测试填土层(1)内注水，直至完成待测试填土层(1)的浸水过程；步骤五、加载：采用所述竖向加载装置由先至后分多级对待测试填土层(1)进行加载，每一级加载后均采用所述土体变形监测装置对待测试填土层(1)进行土体变形监测且所采用的监测方法均相同；采用所述竖向加载装置对待测试填土层(1)进行任一级加载时，均采用步骤一中所述土体变形监测装置由先至后对待测试填土层(1)进行多次监测；所述土体变形监测装置对待测试填土层(1)的多次监测方法均相同，相邻两次监测时间间隔为t2，其中t2＝25min～35min；采用所述竖向加载装置对待测试填土层(1)进行任一级加载时，过程如下：步骤501、加载：采用所述竖向加载装置对待测试填土层(1)进行加载；步骤502、加载后第一次土体变形监测：采用所述土体变形监测装置对待测试填土层(1)进行监测，获得此时待测试填土层(1)的土体变形数据，同时将此时待测试填土层(1)的土体变形数据同步上传至上位监测终端(2)并同步记录；步骤503、加载后下一次土体变形监测：采用所述土体变形监测装置对待测试填土层(1)进行监测，获得此时待测试填土层(1)的土体变形数据，且将此时待测试填土层(1)的土体变形数据同步上传至上位监测终端(2)并同步记录；同时，根据步骤201中每个所述位移传感器(5)的初始位移值，获得此时所述土体变形监测装置中每个所述位移传感器(5)的累计沉降量；每个所述位移传感器(5)的累计沉降量均为此时该位移传感器(5)所检测的位移值与该位移传感器(5)的初始位移值之间的差值；步骤504、土体稳定性粗判：根据此时所述土体变形监测装置中每个所述位移传感器(5)的累计沉降量，对此时待测试填土层(1)是否稳定进行判断：当此时所述土体变形监测装置的每个所述横向检测装置中相邻两个所述位移传感器(5)的累计沉降量之间的差值均小于3mm时，说明此时待测试填土层(1)处于稳定状态，进入步骤505；否则，说明此时待测试填土层(1)处于失稳状态，完成待测试填土层(1)的浸水试验过程；步骤505、加载完成判断：判断此时是否完成待测试填土层(1)的全部加载过程，当判断得出此时完成待测试填土层(1)的全部加载过程时，完成待测试填土层(1)的浸水试验过程；否则，进入步骤506；步骤506、下一级加载：按照步骤501至步骤504中所述的方法，对待测试填土层(1)进行下一级加载。 7.按照权利要求6所述的方法，其特征在于：步骤204中完成土体裂缝粗判后，还需对土体裂缝存在区域进行判断；对所述土体裂缝存在区域进行判断时，对M个所述土体检测区域分别进行判断；M个所述土体检测区域的判断方法均相同；对任一个所述土体检测区域进行判断时，根据步骤204中此时所述土体变形监测装置的N个所述横向检测装置中位于该土体检测区域两侧的两个所述位移传感器(5)的累计沉降量进行判断：当此时每一个所述横向检测装置中位于该土体检测区域两侧的两个所述位移传感器(5)的累计沉降量之间的差值均小于3mm时，判断为该土体检测区域内不存在裂缝；否则，判断为该土体检测区域为土体裂缝存在区域；步骤三中进行土层继续回填时，在此时所判断出的所述土体裂缝存在区域上方继续回填黄土，并通过夯实设备对所填黄土进行压实。 8.按照权利要求6或7所述的方法，其特征在于：每个所述检测件均还包括一个对所处位置处是否存在裂缝进行检测的防水摄像头(10)，所述防水摄像头(10)与数据采集器(7)连接；步骤204中完成土体裂缝粗判后，还需采用所述土体变形监测装置中的各防水摄像头(10)分别进行视频采集，并将所采集的视频信息同步传送至上位监测终端(2)。 9.按照权利要求6或7所述的方法，其特征在于：步骤四中进行浸水时，当待测试填土层(1)的水头高度为h0时，完成待测试填土层(1)的浸水过程；其中，h0为待测试填土层(1)上表面至待测试填土层(1)上方所存留水的水面之间的高度，h0＝20cm～30cm；步骤五中进行加载过程中，待测试填土层(1)的水头高度均为h0；步骤四中进行浸水时，过程如下：步骤401、浸水：采用注水设备向待测试填土层(1)内注水，当待测试填土层(1)的水头高度为h0时，进入步骤402；步骤402、浸水后第一次土体变形监测：步骤一中所述待测试填土层(1)回填完成后，采用所述土体变形监测装置对待测试填土层(1)进行监测，获得此时待测试填土层(1)的土体变形数据，同时将此时待测试填土层(1)的土体变形数据同步上传至上位监测终端(2)并同步记录；步骤403、浸水后下一次土体变形监测：采用所述土体变形监测装置对待测试填土层(1)进行监测，获得此时待测试填土层(1)的土体变形数据，且将此时待测试填土层(1)的土体变形数据同步上传至上位监测终端(2)并同步记录；同时，根据步骤201中每个所述位移传感器(5)的初始位移值，获得此时所述土体变形监测装置中每个所述位移传感器(5)的累计沉降量；每个所述位移传感器(5)的累计沉降量均为此时该位移传感器(5)所检测的位移值与该位移传感器(5)的初始位移值之间的差值；步骤404、土体变形稳定判断：将步骤403中所获得的所述土体变形数据与上一次变形数据进行对比，当步骤403中所获得的所述土体变形数据中每个所述位移传感器(5)所检测的位移值与所述上一次变形数据中该位移传感器(5)所检测的位移值之间的差值均不大于0.5mm时，说明此时待测试填土层(1)处于土体变形稳定状态，进入步骤405；否则，返回步骤403，进行浸水后下一次土体变形监测；所述上一次变形数据为上一次所述土体变形监测装置对待测试填土层(1)进行监测时所获得的所述土体变形数据；步骤405、土体裂缝粗判：根据此时所述土体变形监测装置中每个所述位移传感器(5)的累计沉降量，对此时待测试填土层(1)内是否存在裂缝进行粗判：当此时所述土体变形监测装置的每个所述横向检测装置中相邻两个所述位移传感器(5)的累计沉降量之间的差值均小于3mm时，说明此时待测试填土层(1)内不存在裂缝，进入步骤五；否则，进入步骤406；步骤406、土层继续回填：向待测试填土层(1)上继续回填黄土，并通过夯实设备对所填黄土进行压实，获得继续回填后的待测试填土层(1)；之后，再采用注水设备向待测试填土层(1)内注水，当待测试填土层(1)的水头高度为h0时，进入步骤402。 10.按照权利要求9所述的方法，其特征在于：步骤四中进行浸水时，过程如下：步骤405中完成土体裂缝粗判后，还需对土体裂缝存在区域进行判断；对所述土体裂缝存在区域进行判断时，对M个所述土体检测区域分别进行判断；M个所述土体检测区域的判断方法均相同；对任一个所述土体检测区域进行判断时，根据步骤405中此时所述土体变形监测装置的N个所述横向检测装置中位于该土体检测区域两侧的两个所述位移传感器(5)的累计沉降量进行判断：当此时每一个所述横向检测装置中位于该土体检测区域两侧的两个所述位移传感器(5)的累计沉降量之间的差值均小于3mm时，判断为该土体检测区域内不存在裂缝；否则，判断为该土体检测区域为土体裂缝存在区域；步骤406中进行土层继续回填时，在此时所判断出的所述土体裂缝存在区域上方继续回填黄土，并通过夯实设备对所填黄土进行压实。
所属类别：	发明专利