本發(fā)明涉及巖土工程技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種粗粒土大尺度單元體試樣表面貫入綜合試驗裝置。

背景技術(shù)：

對于公稱上限粒徑d<5mm的細粒土土工材料，常規(guī)cbr試驗方法簡單可行，且為土工結(jié)構(gòu)填筑材料承載性能控制的基本控制指標，應(yīng)用十分廣泛。然而，針對土工結(jié)構(gòu)粗粒土填料，常規(guī)cbr試驗的dn150擊實筒的試樣尺寸，限制了貫入桿截面φ50。兩者尺寸特征，表明傳統(tǒng)cbr方法更加適用于細粒土土工材料。盡管可以采用粗粒組修正或粗粒含量較低時(<5％)的剔除處理，但傳統(tǒng)cbr方法用于粗粒土土工材料，極易導(dǎo)致試驗數(shù)據(jù)離散或失真，亦或材料代表性降低。土工材料的另一個控制指標是土基回彈模量，作為材料剛度特征控制指標，應(yīng)用十分廣泛。目前，粗粒土膠凝材料回彈模量室內(nèi)試驗設(shè)備與方法，相對完善；散體材料一般采用現(xiàn)場原位測試方法，如廣泛采用的k30板或k75板原位測試方法。土工粗粒散體材料的室內(nèi)回彈模量測試，缺乏相應(yīng)試驗裝置。

近年來港口、機場等大型基礎(chǔ)工程建設(shè)中，經(jīng)常遇到粗粒土填筑土工結(jié)構(gòu)相關(guān)工程問題。近年來，南海島礁吹填機場等工程建設(shè)中，珊瑚碎屑粗粒土工材料成為不可或缺與替代的土工結(jié)構(gòu)填筑材料。然而，傳統(tǒng)cbr試驗和室內(nèi)土基回彈模量試驗存在上述問題，給粗粒土工材料控制帶來困難，至今未能得到改善。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于，提供一種粗粒土大尺度單元體試樣表面貫入綜合試驗裝置，能夠適用于粗粒散體材料的承載性能與剛度特征的室內(nèi)試驗評價，且可為粗粒散體材料填筑土工結(jié)構(gòu)的工程實踐提供依據(jù)。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種粗粒土大尺度單元體試樣表面貫入綜合試驗裝置，包括：壓力機頂板1、壓力機底板2、壓力環(huán)3、壓力環(huán)傳感器4、空腔貫入桿5、貫入位移傳感器6、剛護筒7、擊實筒8、粗粒土擊實試樣9、表面細砂找平層10、土工布褥墊11、四分剛性荷載板12；在壓力機底板2上安裝擊實筒8和粗粒土擊實試樣9，在粗粒土擊實試樣9的兩端安裝剛護筒7，剛護筒7內(nèi)安裝四分剛性荷載板12，土工布褥墊11設(shè)置在四分剛性荷載板12底部，土工布褥墊11的另一面接觸表面細砂找平層10，在四分剛性荷載板12形成的環(huán)狀荷載板中孔中，安裝空腔貫入桿5，空腔貫入桿5完整均勻接觸表面細砂找平層10，空腔貫入桿5頂部設(shè)置壓力環(huán)3，壓力環(huán)3的上部連接壓力機頂板1，壓力環(huán)3的中部設(shè)置有壓力環(huán)傳感器4，空腔貫入桿5的兩邊設(shè)置有貫入位移傳感器6。

優(yōu)選的，壓力環(huán)傳感器4接入計算機采集系統(tǒng)和壓力機液壓油路控制系統(tǒng)，進行自動采集，控制壓力機油路、貫入荷載加載荷載速率和變幅分級荷載加載幅值的伺服穩(wěn)定。

優(yōu)選的，貫入位移傳感器6接入計算機采集系統(tǒng)和液壓油路控制系統(tǒng)，控制壓力機油路，進行位移速率控制和卸載、分級加載幅值伺服狀態(tài)下的貫入變形穩(wěn)定判別。

本發(fā)明的有益效果為：本發(fā)明采用既有的dn300表面振動擊實儀、室內(nèi)壓力機和專門配置的壓力機自控與自采系統(tǒng)，可以進行粗粒散體材料cbr值與土基回彈模量的室內(nèi)試驗，試樣制備簡單、操作方便靈活、分析方法規(guī)范、試驗精度提高，具有良好的學(xué)術(shù)研究價值和工程應(yīng)用前景。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明的荷載板結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

如圖1所示，一種粗粒土大尺度單元體試樣表面貫入綜合試驗裝置，包括：壓力機頂板、壓力機底板、壓力環(huán)、壓力環(huán)傳感器、空腔貫入桿、貫入位移傳感器、剛護筒、擊實筒、粗粒土擊實試樣、表面細砂找平層、土工布褥墊、四分剛性荷載板；在壓力機底板上安裝擊實筒和粗粒土擊實試樣，在粗粒土擊實試樣的兩端安裝剛護筒，剛護筒內(nèi)安裝四分剛性荷載板，土工布褥墊設(shè)置在四分剛性荷載板底部，土工布褥墊的另一面接觸表面細砂找平層，在四分剛性荷載板形成的環(huán)狀荷載板中孔中，安裝空腔貫入桿，空腔貫入桿完整均勻接觸表面細砂找平層，空腔貫入桿頂部設(shè)置壓力環(huán)，壓力環(huán)的上部連接壓力機頂板，壓力環(huán)的中部設(shè)置有壓力環(huán)傳感器，空腔貫入桿的兩邊設(shè)置有貫入位移傳感器。

一種dn300擊實筒及其dn300剛護筒，協(xié)配了一種φ100空腔貫入桿，可以適用于公稱上限粒徑20mm散體材料室內(nèi)cbr試驗和土基回彈模量試驗。φ100空腔貫入桿使用空腔的目的是，確保貫入桿組構(gòu)剛度條件下，減輕貫入桿重量，使得其重量與一般貫入桿相當，不會因為截面大而重量大。

如圖2所示的一種四分剛性荷載板分離加載結(jié)合土工布褥墊構(gòu)造，有利于荷載均勻施加在φ100空腔貫入桿周邊粗粒土表面邊載；采用粗粒土試樣表面細砂找平層，改善了φ100空腔貫入桿底面與粗粒土擊實試樣接觸質(zhì)量和貫入荷載施加的均勻性。

采用表面振動擊實儀制備粗粒土擊實試樣，制樣簡單規(guī)范，且符合粗粒土顆粒特征；壓力環(huán)傳感器自動采集，可用于控制壓力機油路，實現(xiàn)貫入荷載加卸載荷載速率控制，以及變幅分級荷載加載幅值的伺服穩(wěn)定控制；貫入桿的貫入位移傳感器自動采集，可用于控制壓力機油路，實現(xiàn)位移速率控制加卸載，以及分級加載幅值伺服狀態(tài)下的貫入變形穩(wěn)定判別。壓力機加載的自控系統(tǒng)與壓力環(huán)傳感器自采結(jié)合，使得試驗操作靈活方便，且精確提高。

實施例i——粗粒土工材料cbr試驗

構(gòu)件裝配：首先在剛性護筒內(nèi)，安裝貫入桿周邊四分剛性荷載板，且黏貼土工布褥墊層在四分剛性荷載板底部，另一面接觸土樣細砂找平層；然后，在四分剛性荷載板形成的環(huán)狀荷載板中孔內(nèi)，安裝φ100空腔貫入桿，完整均勻接觸面表面細砂找平層。

自控自采，安裝φ100空腔貫入桿頂部壓力環(huán)及壓力環(huán)傳感器，接入計算機采集系統(tǒng)，壓力機液壓油路控制系統(tǒng)；安裝貫入桿位移傳感器，接入計算機采集系統(tǒng)與液壓油路控制系統(tǒng)；完成加載自控與數(shù)據(jù)自采準備工作。

試驗操作，根據(jù)cbr試驗規(guī)程規(guī)定，采用位移速率控制連續(xù)加載，根據(jù)貫入桿位移傳感器提升壓力機底板上升速率，同步自動采集壓力環(huán)壓力與貫入桿貫入位移(通過壓力環(huán)傳感器和貫入桿位移傳感器采集)，再按常規(guī)cbr分析方法，確定粗粒土工材料承載性能cbr值。

實施例ii——土基回彈模量試驗

顯然，粗粒散體材料土基回彈模量試驗時，試樣制備同上述cbr試樣，試樣是否浸水及浸水時間，可按試驗要求確定，不贅述。

構(gòu)件裝配：首先在dn300剛護筒內(nèi)，安裝φ100空腔貫入桿周邊三塊四分剛性荷載板作為定位板，然后在四分荷載板形成的環(huán)狀荷載板中孔內(nèi)，安裝φ100空腔貫入桿，之后拆除定位荷載板，同上述。

自控自采，同上述實施方案i。

試驗操作，根據(jù)原位k30板土基回彈模量測試原理，采用荷載速率控制梯形循環(huán)荷載的加載速率；加載至分級荷載幅值時，采用壓力環(huán)傳感器伺服控制荷載幅值穩(wěn)定，并采用貫入桿位移傳感器的位移速率判別幅值作用時試樣變形穩(wěn)定；穩(wěn)定后，再采用荷載速率控制梯形循環(huán)荷載的卸載速率，至零荷載且貫入位移穩(wěn)定，完成一個循環(huán)加卸載周期。類似于k30載荷板土基回彈模量試驗原理，有小到大設(shè)定不同的循環(huán)荷載幅值，依次進行上述梯形荷載施加與位移穩(wěn)定判別，同時通過壓力環(huán)傳感器、貫入桿位移傳感器自動采集壓力環(huán)壓力、貫入桿貫入與回彈位移，再按k30載荷板土基回彈模量分析原理，確定粗粒散體材料土基回彈模量值。

本發(fā)明中，壓力環(huán)傳感器、貫入桿位移傳感器與壓力機液壓油路連接自控方式，以及各傳感器適時自采方式，屬于液壓自控領(lǐng)域的簡單技術(shù)問題，不再贅述。

盡管本發(fā)明就優(yōu)選實施方式進行了示意和描述，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當理解，只要不超出本發(fā)明的權(quán)利要求所限定的范圍，可以對本發(fā)明進行各種變化和修改。