一种用于室内土体空腔膨胀实验的装置制造方法及图纸

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。本发明专利技术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。可适应各种监测内部土体位移的实验。可适应各种监测内部土体位移的实验。

【技术实现步骤摘要】
一种用于室内土体空腔膨胀实验的装置


[0001]本专利技术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。

技术介绍

[0002]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。

技术实现思路

[0003]本专利技术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；
[0004]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；
[0005]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；
[0006]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；
[0007]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。
[0008]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。
[0009]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；
[0010]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；
[0011]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。
[0012]进一步的，所述透明可伸缩型亚克力孔包括：扩张孔、固定板和拉杆；所述拉杆固定设置在所述扩张孔上表面，所述扩张孔适配固定在所述固定板中央的圆形掏空部分，所述拉杆可滑动地适配嵌入所述固定板上的滑槽中；所述扩张孔的直径与所述圆形开口的直径相等；所述拉杆沿着所述滑槽滑动时，所述拉杆带动所述扩张孔上的滑板向外滑动，使所述扩张孔可扩张为圆形洞口。
[0013]进一步的，轴向均匀膨胀装置包括：膨胀轴和膨胀套，所述膨胀套适配套在所述膨胀轴的外表面；所述膨胀轴一端设置气嘴，用于向所述膨胀轴中充气；所述膨胀轴与所述膨胀套设置有可展开的钢卷；所述膨胀轴充气后，带动所述钢卷展开，所述钢卷带动所述膨胀套膨胀，使所述轴向均匀膨胀装置的轴向直径增大。
[0014]进一步的，所述空腔位移监测装置包括：拉线式位移计、固定端和位移计拉绳，所述拉线式位移计固定设置在所述透明可伸缩型亚克力孔的一侧，所述固定端固定设置在所述透明可伸缩型亚克力孔的另一侧；所述位移计拉绳沿着所述轴向均匀膨胀装置的一端缠绕一圈，所述位移计拉绳的一端与所述拉线式位移计连接，所述位移计拉绳的另一端与所述固定端连接；当所述轴向均匀膨胀装置膨胀时，所述位移计拉绳的一端带动所述拉线式位移计内的定滑轮转动，用于测量所述轴向均匀膨胀装置的直径增加量。
[0015]进一步的，所述土体位移监测系统设置在所述第一透明亚克力板的前方；所述土体位移监测系统包括相机和PC机，所述相机与所述PC机电性连接；所述相机用于拍摄土壤的变化情况，得到土壤的变化数据。
[0016]进一步的，所述透明亚克力土箱的内壁和所述槽式木制底板的上表面贴有PE-SE-PE膜，用于防止土壤撒漏。
[0017]进一步的，相邻两个面对应的透明亚克力板之间通过设置纵向角铁固定连接，所述透明亚克力土箱共使用四个所述纵向角铁固定；四个所述纵向角铁均设置在所述透明亚克力土箱的内侧。
[0018]与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
[0019]在传统的防漏土箱防漏膜基础上，增加了硅脂，组成PE-SE-PE膜，一方面可以起到减少砂土在亚克力板表面的摩擦，减小实验的误差的作用，另一方面双层PE膜具有更好的防漏效果，可以更好的避免砂土在实验过程中的流失；槽式木制底板一方面可以限制砂土
从亚克力箱底部流出，另一方面可选择拼装三种不同亚克力箱尺寸，可以和气压取值相互对应以达到多种实验目的；轴向均匀扩张装置由气囊、角铁、钢卷三部分组成，角铁和气囊固定贴合，但二者和钢卷之间自由滑动，在保证轴向均匀扩张的同时，不影响气囊径向的扩张，将土体内部位移转化到亚克力正面板附近以便于拍照采样和观察，在气囊扩张过程中，与气囊贴附的角铁和外围的钢卷不会产生较大摩擦影响实验参数的选取；透明可伸缩型亚克力孔设置为固定板和扩张孔的组合机制，连接部件可自由旋转，在不影响气囊扩张的情况下，方便观察亚克力正面板附近土体位移；空腔直径监测系统根据拉线式位移计的特点，加装定滑轮和固定端，通过采集仪可实时监测空腔膨胀直径，和气压以及土体内部位移形成实时对应，更有利于后期实验数据的归纳。本专利技术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。
附图说明
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于室内土体空腔膨胀实验的装置，其特征在于，包括：透明亚克力土箱(6)、槽式木制底板(5)、轴向均匀膨胀装置(8)、空腔位移监测装置(9)、透明可伸缩型亚克力孔(7)和土体位移监测系统；所述透明亚克力土箱(6)包括：第一透明亚克力板(1)、第二透明亚克力板(2)、第三透明亚克力板(3)和第四透明亚克力板(4)；第一透明亚克力板(1)、第二透明亚克力板(2)、第三透明亚克力板(3)和第四透明亚克力板(4)均竖直设置，组成上下开口的矩形；其中，第一透明亚克力板(1)和第四透明亚克力板(4)组成矩形的相对两个面，第二透明亚克力板(2)和第三透明亚克力板(3)组成矩形的另外两个相对面；所述第一透明亚克力板(1)的中心设置一个圆形开口(1-1)；所述透明亚克力土箱(6)可拆卸的安装在所述槽式木制底板(5)的上表面；所述透明可伸缩型亚克力孔(7)固定设置在所述第一透明亚克力板(1)的外表面，所述透明可伸缩型亚克力孔(7)覆盖所述圆形开口(1-1)；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(7)和所述圆形开口(1-1)插入所述透明亚克力土箱(6)中并固定；所述空腔位移监测装置(9)用于检测所述轴向均匀膨胀装置(8)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。2.根据权利要求1所述的一种用于室内土体空腔膨胀实验的装置，其特征在于，所述第二透明亚克力板(2)和所述第三透明亚克力板(3)外表面的中间均设置有一个横向角铁(1-3)；所述横向角铁(1-3)平行于所述所述槽式木制底板(5)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(1)、所述第二透明亚克力板(2)、所述第三透明亚克力板(3)和所述第四透明亚克力板(4)外表面的底边均设置一个横向角铁(1-3)，用于将所述透明亚克力土箱(6)可拆卸的固定在所述槽式木制底板(5)上。3.根据权利要求1所述的一种用于室内土体空腔膨胀实验的装置，其特征在于，所述槽式木制底板(5)的两端对称设置有第一凹槽(5-1)和第二凹槽(5-2)；所述槽式木制底板(5)的一侧设置有第三凹槽(5-3)、第四凹槽(5-4)和第五凹槽(5-5)，对称地，所述槽式木制底板(5)的另一侧设置有第六凹槽(5-6)、第七凹槽(5-7)和第八凹槽(5-8)；所述第一凹槽(5-1)、所述第二凹槽(5-2)和所述第三凹槽(5-3)、所述第四凹槽(5-4)、所述第五凹槽(5-5)、所述第六凹槽(5-6)、所述第七凹槽(5-7)、所述第八凹槽(5-8)组成多个不同尺寸的矩形凹槽，其中，所述第一凹槽(5-1)和所述第二凹槽(5-2)组成所述矩形凹槽的两条短边；所述透明亚克力土箱(6)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(6)的尺寸，可以适应不同尺寸的矩形凹槽。4.根据权利要求1所述的一种用于室内土...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈杨，曾聪，闫雪峰，马保松，
申请(专利权)人：中国地质大学武汉，
类型：发明
国别省市：