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原文传递小孔扩张试验装置及其试验方法

专利名称：	小孔扩张试验装置及其试验方法
摘要：	本发明公开了一种小孔扩张试验装置及其试验方法，在饱和软粘土中埋设扩张器，并在扩张器的弹性膜的横截面所在的平面径向间隔设置多个土压力盒和孔隙水压传感器，通过控制封闭空间的内压即可实现弹性膜的径向扩张，从而模拟小孔扩张的力学行为，同时，通过监测装置获取液压传感器、孔隙水压传感器和土压力盒的数据，得到弹性膜扩张前后封闭空间的内压变化和弹性膜周围的孔隙压力的变化和径向应力的变化情况，以及通过地表位移测量辅助参照的辅助测量得到弹性膜扩张前后饱和软粘土顶部的位移变化情况，最终，对试验获得的孔隙压力、径向应力以及地表位移等数据进行分析并计算，以辅助获得可以准确解释饱和软粘土中小孔扩张的本构模型。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	广东;44
申请人：	中山大学
发明人：	马建军;黄林冲;梁禹;赖正首
专利状态：	有效
申请日期：	2019-06-20T00:00:00+0800
发布日期：	2019-09-06T00:00:00+0800
申请号：	CN201910535486.1
公开号：	CN110208493A
代理机构：	东莞合方知识产权代理有限公司
代理人：	许建成
分类号：	G01N33/24(2006.01);G;G01;G01N;G01N33
申请人地址：	510275 广东省广州市海珠区新港西路135号
主权项：	1.一种小孔扩张试验装置，其特征在于，包括：模型箱，所述模型箱内盛装有饱和软粘土；扩张器，埋设于饱和软粘土中，包括刚性支撑体以及弹性膜，所述弹性膜直接或者通过中间件与支撑体相连并将支撑体部分或全部包围形成柱状或者球状的封闭空间，支撑体或者弹性膜连接有通连封闭空间和外界的注水管和出水管，注水管与位于模型箱外的供水装置通连，出水管则直接或者通过中间连接管延伸至模型箱外，且出水管安装有出水控制阀门，封闭空间内还装有用于检测内压的液压传感器，封闭空间的内压变化时，弹性膜可实现径向扩张；多个土压力盒，埋设于饱和软粘土中，并在弹性膜的横截面所在平面径向间隔分布，用于检测弹性膜扩张前后弹性膜周围径向应力的变化；多个孔隙水压传感器，埋设于饱和软粘土中，并在弹性膜的横截面所在平面上径向间隔分布，用于检测弹性膜扩张前后弹性膜周围孔隙压力的变化；地表位移测量辅助参照，设于饱和软粘土上方对应扩张器的区域，用于辅助测量弹性膜扩张前后饱和软粘土顶部的位移变化；以及监测系统，用于采集弹性膜扩张前后液压传感器、孔隙水压传感器和土压力盒的检测到的数据。 2.如权利要求1所述的小孔扩张试验装置，其特征在于：所述扩张器为柱形扩张器，所述扩张器的支撑体包括刚性的圆管状内管，内管敞开的两端分别连接有第一端盖和第二端盖，弹性膜呈圆管状，弹性膜敞开的两端分别与第一端盖和第二端盖连接，且连接处密封处理，使弹性膜与第一端盖和第二端盖之间围成一个将内管包于其内的所述柱状封闭空间，弹性膜位于第一端盖和第二端盖之间的部分为可径向扩张的部分，所述液压传感器设于内管的外壁，液压传感器的测压线缆从第一端盖向外伸出封闭空间，第一端盖还设有用于安装注水管和出水管的进水口和出水口，所述出水管部分伸入内管和弹性膜的间隙之间，所述注水管伸入内管，并与内管和弹性膜的间隙所在的空间相通。 3.如权利要求2所述的小孔扩张试验装置，其特征在于：内管位于内管的端部通连有中空的腔体，所述腔体的周壁开设有循环孔，注水管的水流入腔体后，经循环孔流充填封闭空间，注水管设置进水控制阀门。 4.如权利要求2所述的小孔扩张试验装置，其特征在于：模型箱前、后两侧面的中部分别预留定位孔，柱形扩张器的两端架设于两定位孔中，并部分伸出模型箱，扩张器的两端应与定位孔之间设有密封结构，所述密封结构包括可部分卡入定位孔并与扩张器的端部的周壁以及定位孔孔壁密封相抵的密封环、以及第一夹板和第二夹板，第一夹板和第二夹板相对的位置开设有直径略小于密封环外直径的半圆形卡孔，所述第一夹板和第二夹板通过半圆形卡孔卡于密封环后通过固紧装置固连，以将密封环位于定位孔外的部分紧压固紧于扩张器的端部。 5.如权利要求4所述的小孔扩张试验装置，其特征在于：第一夹板和第二夹板的两侧分别成型有螺孔，固紧装置包括至少两根连接条，每根连接条的两端分别通过螺钉固定于第一夹板和第二夹板相应的螺孔处，以使第一夹板和第二夹板紧压密封环。 6.如权利要求1至5中任意一项所述的小孔扩张试验装置，其特征在于：柱形扩张器水平埋设于饱和软粘土中，其横截面与竖直平面平行，所述土压力盒在弹性膜的横截面所在平面径向且垂向间隔分布，所述孔隙水压传感器在弹性膜的横截面所在平面径向且水平间隔分布，孔隙水压传感器和土压力盒的数量均为五个，且与弹性膜的距离分别为0.5R、1R、2R、3R、4R，R为柱形扩张器的弹性膜的初始外径。 7.如权利要求1所述的小孔扩张试验装置，其特征在于：所述扩张器为球形扩张器，所述扩张器的支撑体包括刚性的空心球体，空心球体的壳壁成型有多个过孔，所述弹性膜呈球壳状并将空心球体包围于其内形成所述球状封闭空间，所述液压传感器设于空心球体的外壁，液压传感器的测压线缆从球壳状的弹性膜向外伸出封闭空间，且测压线缆与弹性膜的配合处密封处理，空心球体开设有所述进水孔，所述注水管伸入弹性膜后，装于进水孔，所述弹性膜与注水管的配合处密封处理，所述弹性膜还开设有所述出水孔以安装出水管，出水管部分伸入弹性膜并与空心球体和弹性膜的间隙所在的空间相通。 8.如权利要求7所述的小孔扩张试验装置，其特征在于：球壳状弹性膜的横截面选择在水平面上并穿过球心，注水管和出水管在重力方向上，土压力盒在弹性膜的所述横截面所在平面径向且水平分布，孔隙水压传感器在弹性膜的所述横截面所在平面径向且水平分布，并与土压力盒的分布方向垂直，孔隙水压传感器和土压力盒的数量均为五个，且与弹性膜的距离分别为0.5R、1R、2R、3R、4R，R为球形扩张器的弹性膜的初始外径。 9.一种如权利要求1至8中任意一项所述小孔扩张试验装置的试验方法，其特征在于，包括步骤： S1、根据试验要求，往模型箱内分层加入饱和软粘土并压实的过程中，将扩张器、多个孔隙水压传感器和多个土压力盒放入模型箱，以使扩张器、多个孔隙水压传感器和多个土压力盒埋没于模型箱内的饱和软粘土中，其中，封闭空间充满水并保持一定的初始内压； S2、通过监测系统获取并记录多个所述孔隙水压传感器和多个所述土压力盒以及封闭空间内的液压传感器检测的初始内压数值； S3、在饱和软粘土的上方对应扩张器的区域设置地表位移测量辅助参照，并测量地表的初始位置； S4、通过出水控制阀门和供水装置的配合增加或者减少封闭空间内的水量直至封闭空间的内压增大或减小至预定值，以使弹性膜径向扩张或者收缩并驱使弹性膜周围的饱和软粘土产生变形； S5、通过监测系统获取弹性膜径向扩张或者收缩后多个孔隙水压传感器、多个土压力盒以及液压传感器检测到的新数值，同时，在地表位移测量辅助参照的辅助下测量地表的新位置以得到地表位移值。 10.如权利要求9所述小孔扩张试验装置的试验方法，其特征在于：步骤S1中，在孔隙水压传感器和土压力盒埋设完成以及土体填筑完成后，还包括分别对孔隙水压传感器和土压力盒进行测试，保证传感器存活的过程。
所属类别：	发明专利