一种排水距离可控的密封固结仪及其使用方法

专利名称：一种排水距离可控的密封固结仪及其使用方法

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202110729983.2

专利申请（专利权）人：广东工业大学
权利人地址：广东省广州市越秀区东风东路729号

专利发明（设计）人：罗庆姿,梁远锦,袁炳祥,王婉莹

专利摘要：本发明公开了一种排水距离可控的密封固结仪，包括数据采集单元，还包括用于对土样施加荷载并使土样固结的固结单元、用于调整土体固结渗流路径长度的渗流单元和使土样脱气饱和的饱和单元，数据采集单元通过数据采集线、导管与其他各单元连接，固结单元、渗流单元和饱和单元通过导管相互连接，饱和单元与固结单元、渗流单元两者之间连接设有反压饱和阀、截断阀、饱和阀和真空抽气阀；还提供了一种排水距离可控的密封固结仪使用方法，包括上述固结仪；本发明能改变固结土体的排水面距离，采用折叠密封构件和组合密封圈保证了装置的密封性，采用真空抽气饱和与反压饱和结合的方法，进一步提高土样饱和度和提高土样饱和便捷性。

主权利要求：
1.一种排水距离可控的密封固结仪，包括数据采集单元，其特征在于，还包括用于对土样施加荷载并使土样固结的固结单元、用于调整土体固结渗流路径长度的渗流单元和使土样脱气饱和的饱和单元，数据采集单元通过数据采集线、导管与其他各单元连接，固结单元、渗流单元和饱和单元通过导管相互连接，饱和单元与固结单元、渗流单元两者之间连接设有反压饱和阀、截断阀、饱和阀和真空抽气阀；
所述数据采集单元包括用于采集饱和单元数据的第一孔压传感器、用于采集固结单元数据的第二孔压传感器、用于采集渗流单元数据的第三孔压传感器、用于采集固结单元数据的位移传感器和数据采集系统；
所述固结单元包括压盖、折叠密封构件、环刀、导向组件、固定螺栓、组合密封圈、O型密封圈、固结仪底座和固结过滤层；
所述渗流单元包括半开口圆筒、卡接槽、卡接扣件、密封圈、渗流过滤层、集水玻璃管和调节杆件，所述卡接扣件活动连接在半开口圆筒内壁上的卡接槽中，通过拉动与卡接扣件固定连接的调节杆件，使卡接扣件沿卡接槽移动，从而实现调整土体固结渗流的路径长度；
所述饱和单元包括第一脱气水罐、反压计、第二脱气水罐和真空抽气仪；
所述固结仪底座为凹形底座，固定螺栓将导向组件固定在固结仪底座上，导向组件的内部空间用于对土样施加荷载并使土样固结，土样先后经过两组固结过滤层过滤，第一组设于压盖底部，第二组设于导向组件底部；
所述固结单元的折叠密封构件一端通过卡箍与压盖连接，另一端通过螺钉和环形压片与导向组件连接，所述折叠密封构件为易成形且不透水的橡胶模，中间部分弯曲折叠，当压盖向下移动时，弯曲折叠部分自由张开，不引入外力；所述固结单元的组合密封圈设于压盖两侧，包括呈O形的橡胶内圈和材料为填充聚四氟乙烯的外圈，当压盖向下移动时，内圈受压提供弹性，使外圈与导向组件紧贴，减小组合密封圈与导向组件之间摩擦阻力；折叠密封构件与组合密封圈共同作用下使固结单元的顶部形成密封边界；
所述固定螺栓将导向组件固定在固结仪底座的同时挤压O型密封圈，使固结单元的底部形成密封边界密封；
所述渗流单元设有两组渗流过滤层，第一层设于半开口圆筒的侧壁，第二层设于卡接扣件左侧，所述卡接扣件设有用于放置密封圈的密封圈凹槽，中心处还设有排水孔，从排水孔延伸出的管道经过排水阀后与集水玻璃管连接。
2.根据权利要求1所述的固结仪，其特征在于，所述压盖设置有斜孔，斜孔进口端处于压盖顶部且不经过压头，斜孔出口端处于压盖底部中心位置，既保证了加压点为中心位置，也保证了渗流导出点也是中心点位置。
3.根据权利要求1所述的固结仪，其特征在于，所述卡接扣件通过螺纹连接有两根调节杆件，两根调节杆件对称设置避免移动时发生侧移，且两根调节杆件上设有刻度。
4.根据权利要求1所述的固结仪，其特征在于，所述饱和单元的第二脱气水罐通过饱和阀连接于渗流单元与固结单元顶部相连的管道中，所述饱和单元的真空抽气仪通过真空抽气阀连接于渗流单元与固结单元底部相连的管道中。
5.根据权利要求4所述的固结仪，其特征在于，所述反压饱和阀为三通阀，分别连接有第一脱气水罐、反压计和截断阀，所述截断阀为三通阀，分别连接有反压饱和阀、固结单元和渗流单元，孔压阀为三通阀，分别连接有第二孔压传感器、固结单元和渗流单元。
6.一种排水距离可控的密封固结仪使用方法，包括固结仪，其特征在于，所述固结仪为权利要求1‑5任一项所述的固结仪，还包括以下步骤：S1、将反压饱和阀、饱和阀和排水阀完全关闭，完全打开截断阀和真空抽气阀，孔压阀连接第二孔压传感器的一端关闭仅使渗流单元与固结单元底部的管道连通，开启真空抽气仪，将装置内部空间抽至真空状态，真空抽气仪气压值显示为真空时，关闭真空抽气仪；
S2、打开饱和阀，反压饱和阀连接反压计的一端关闭仅使第一脱气水罐与截断阀的管道连通，这样可使脱气水充满装置内部空间及管道且使土样达到初步饱和；
S3、完全关闭饱和阀、真空抽气阀和孔压阀，反压饱和阀连接第一脱气水罐的一端关闭仅使反压计、第一孔压传感器与截断阀的管道连通，截断阀连接渗流单元的一端关闭仅使反压饱和阀与压盖的管道连通，开启反压计进行反压饱和，第一孔压传感器的示数接近预定范围后即认定为反压饱和完成；
S4、关闭反压计，完全关闭反压饱和阀和饱和阀，截断阀连接反压饱和阀的一端关闭仅使渗流单元与固结单元顶部的管道连通，孔压阀连接渗流单元的一端关闭仅使固结单元与第二孔压传感器连通，打开排水阀，随后进行加压固结，实验数据由第二孔压传感器、第三孔压传感器、位移传感器和数据采集系统获得。
7.根据权利要求6所述的固结仪使用方法，其特征在于，由于土体固结排出的水体由集水玻璃管收集，排出的水体体积等于土体由于主固结产生的体积减少量，由相连的第三孔压传感器所测得的水的自重压力μ和集水玻璃管空腔横截面积s1计算得到；
土体的总体积减少量由位移传感器所测的位移变化量Δx和环刀空腔横截面积s2计算得到；
由于蠕变产生的土体体积减少量v为土体总体积减少量减去土体由于主固结产生的体积减少量，计算公式如下：其中，v为由于蠕变产生的土体体积减少量，Δx为位移变化量，S2为环刀空腔横截面积，μ为水的自重压力，g为重力加速度，s1为集水玻璃管空腔横截面积。 说明书 : 一种排水距离可控的密封固结仪及其使用方法技术领域[0001] 本发明涉及岩土工程室内试验技术领域，具体涉及一种排水距离可控的密封固结仪及其使用方法。背景技术[0002] 固结实验是岩土室内实验技术中的重要内容之一，固结实验是对土的工程性质进行测试，并获得土的物理性指标和力学性指标的实验工作。固结实验(亦称压缩实验)是研究土的压缩的最基本的方法。固结实验就是将天然状态下的原状土或人工制备的扰动土制备成一定规格的土样，然后置于固结仪内，在不同荷载和在完全侧限条件下压缩变形。土是自然界的产物，其形成过程、物质成分以及工程特性是极为复杂的，并且随其受力状态、应力历史、加载速率和排水条件的不同而变得更加复杂。所以，要使固结实验能控制不同的实验条件且保证实验结果的准确性，采用适合、可靠的固结仪器进行固结实验是必要的。[0003] 地基沉降计算是岩土工程领域的重点和难点问题，根据引起地基沉降的不同原因，可以将总沉降分为三部分：瞬时沉降、主固结沉降和次固结沉降。瞬时沉降是在荷载施加瞬时产生的，在施工期内变形就已经全部发生；而主固结沉降和次固结沉降与时间密切相关，在施工期完成后的数年甚至数十年后将一直存在，而且现有的文献、现场实测资料都表明主固结变形和蠕变变形之间是相互作用，共同影响着地基的沉降和长期沉降。[0004] 工程中常用的地基沉降计算方法，认为蠕变变形是在主固结之后才产生的，主固结完成之后，地基沉降由主固结沉降叠加次固结沉降。而实际工程中的深厚软土地基，由于其黏滞性强，渗透系数小，靠近排水边界的土体单元主固结完成时间较短，较早地发生了蠕变变形，而对于整个软土地基而言，其固结时间很长，因此主固结阶段的蠕变效应不可忽略，需要考虑固结变形和蠕变变形的相互作用机理。[0005] 现阶段用于常规固结的实验设备较为完善，相对而言，用于研究土体长时间固结实验设备较为滞后。对于长时间固结实验而言，实验周期较长，仪器的密封性对实验的精度有重要影响。在进行固结实验时，加压活塞要向下位移的情况下，想要保证仪器的密封性往往会引入其它外力。例如：现阶段的固结仪要保证密封性往往会在加压活塞轴周加入橡胶圈，而橡胶圈和轴筒之间会产生较大摩擦力；另外，模型参数的准确性是正确计算深厚地基沉降的关键因素，传统变形参数的获取是基于实验室2cm或4cm高土样的一维侧限固结试验，这与现场十几米甚至几十米的深厚软土地基的实际变形情况有所出入。已有学者通过直接加高环刀来研究变形参数随排水距离的影响，但直接加高环刀必然增加土样与环刀内壁之间的摩阻力，土体不再处于无侧限压缩状态，有剪切变形的产生，而且环刀的高度受试验条件的限制，环刀能加高的高度有限。因此排水面的距离对土体的固结有重要影响，然而现有技术中缺乏能自由控制排水距离的固结仪器。[0006] 综上所述，基于现有侧限固结试验的机理，研制一种能进行不同排水距离且密封性能好的固结仪，以还原现场深厚软土地基固结变形与蠕变变形的相互作用，提升深厚软基上工程设计理论水平，是目前本领域有待解决的难点和重点问题。发明内容[0007] 本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种排水距离可控的密封固结仪及其使用方法，通过设置用于对土样施加荷载并使土样固结的固结单元、用于调整土体固结渗流路径长度的渗流单元和使土样脱气饱和的饱和单元以解决上述背景技术中提出的问题。[0008] 为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：[0009] 一种排水距离可控的密封固结仪，包括数据采集单元，还包括用于对土样施加荷载并使土样固结的固结单元、用于调整土体固结渗流路径长度的渗流单元和使土样脱气饱和的饱和单元，数据采集单元通过数据采集线、导管与其他各单元连接，固结单元、渗流单元和饱和单元通过导管相互连接，饱和单元与固结单元、渗流单元两者之间连接设有反压饱和阀、截断阀、饱和阀和真空抽气阀；[0010] 所述数据采集单元包括用于采集饱和单元数据的第一孔压传感器、用于采集固结单元数据的第二孔压传感器、用于采集渗流单元数据的第三孔压传感器、用于采集固结单元数据的位移传感器和数据采集系统；[0011] 所述固结单元包括压盖、折叠密封构件、环刀、导向组件、固定螺栓、组合密封圈、O型密封圈、固结仪底座和固结过滤层；[0012] 所述渗流单元包括半开口圆筒、卡接槽、卡接扣件、密封圈、渗流过滤层、集水玻璃管和调节杆件，所述卡接扣件活动连接在半开口圆筒内壁上的卡接槽中，通过拉动与卡接扣件固定连接的调节杆件，使卡接扣件沿卡接槽移动，从而实现调整土体固结渗流的路径长度；[0013] 所述饱和单元包括第一脱气水罐、反压计、第二脱气水罐和真空抽气仪；[0014] 优选的，所述固结仪底座为凹形底座，固定螺栓将导向组件固定在固结仪底座上，导向组件的内部空间用于对土样施加荷载并使土样固结，土样先后经过两组固结过滤层过滤，第一组设于压盖底部，第二组设于导向组件底部,最后从排水孔排出；[0015] 优选的，所述固结单元设有用于放置O型密封圈的O型密封圈凹槽，用于收集土体固结所排出水体的集水凹槽；[0016] 优选的，所述固结单元的折叠密封构件一端通过卡箍与压盖连接，另一端通过螺钉和环形压片与导向组件连接，所述折叠密封构件为易成形且不透水的橡胶模，中间部分弯曲折叠，当压盖向下移动时，弯曲折叠部分自由张开，不引入外力；所述固结单元的组合密封圈设于压盖两侧，包括呈O形的橡胶内圈和材料为填充聚四氟乙烯的外圈，当压盖向下移动时，内圈受压提供弹性，使外圈与导向组件紧贴，减小组合密封圈与导向组件之间摩擦阻力；折叠密封构件与组合密封圈共同作用下使固结单元的顶部形成密封边界；[0017] 所述固定螺栓将导向组件固定在固结仪底座的同时挤压O型密封圈，使固结单元的底部形成密封边界密封；[0018] 优选的，所述固结仪底座与导向组件之间的空腔注水满至折叠密封构件位置，防止固结土体内部水分蒸发；[0019] 优选的，所述压盖设置有斜孔，斜孔进口端处于压盖顶部且不经过压头，斜孔出口端处于压盖底部中心位置，既保证了加压点为中心位置，也保证了渗流导出点也是中心点位置；[0020] 优选的，所述渗流单元设有两组渗流过滤层，第一层设于半开口圆筒的侧壁，第二层设于卡接扣件左侧，所述卡接扣件设有用于放置密封圈的密封圈凹槽，中心处还设有渗流孔，从渗流孔延伸出的管道经过排水阀后与集水玻璃管连接；[0021] 优选的，所述卡接扣件通过螺纹连接有两根调节杆件，两根调节杆件对称设置避免移动时发生侧移，且两根调节杆件上设有刻度；[0022] 优选的，所述密封圈在卡接扣件与半开口圆筒挤压时使边界密封；[0023] 优选的，所述渗流过滤层的外边缘采用防水密封胶与半开口圆筒、卡接扣件紧密胶结，以减少渗流路径上的空隙，避免由于水体渗入空隙中而导致试验误差；[0024] 作为一种优选的方案，所述饱和单元的第二脱气水罐通过饱和阀连接于渗流单元与固结单元顶部相连的管道中，所述饱和单元的真空抽气仪通过真空抽气阀连接于渗流单元与固结单元底部相连的管道中；[0025] 作为一种优选的方案，所述反压饱和阀为三通阀，分别连接有第一脱气水罐、反压计和截断阀，所述截断阀为三通阀，分别连接有反压饱和阀、固结单元和渗流单元，所述孔压阀为三通阀，分别连接有第二孔压传感器、固结单元和渗流单元；[0026] 基于上述提供的一种排水距离可控的密封固结仪，本发明还提供一种排水距离可控的密封固结仪使用方法，包括一种排水距离可控的密封固结仪，所述固结仪为上述任一项所述的固结仪，还包括以下步骤：[0027] S1、将反压饱和阀、饱和阀和排水阀完全关闭，完全打开截断阀和真空抽气阀，孔压阀连接第二孔压传感器的一端关闭仅使渗流单元与固结单元底部的管道连通，开启真空抽气仪，将装置内部空间抽至真空状态，真空抽气仪气压值显示为真空时，关闭真空抽气仪；[0028] S2、打开饱和阀，反压饱和阀连接反压计的一端关闭仅使第一脱气水罐与截断阀的管道连通，这样可使脱气水充满装置内部空间及管道且使土样达到初步饱和；[0029] S3、完全关闭饱和阀、真空抽气阀和孔压阀，反压饱和阀连接第一脱气水罐的一端关闭仅使反压计、第一孔压传感器与截断阀的管道连通，截断阀连接渗流单元的一端关闭仅使反压饱和阀与压盖的管道连通，开启反压计进行反压饱和，第一孔压传感器的示数接近预定范围后即认定为反压饱和完成；[0030] S4、关闭反压计，完全关闭反压饱和阀和饱和阀，截断阀连接反压饱和阀的一端关闭仅使渗流单元与固结单元顶部的管道连通，孔压阀连接渗流单元的一端关闭仅使固结单元与第二孔压传感器连通，打开排水阀，随后进行加压固结，实验数据由第二孔压传感器、第三孔压传感器、位移传感器和数据采集系统获得；[0031] 优选的，由于土体固结排出的水体由集水玻璃管收集，排出的水体体积等于土体由于主固结产生的体积减少量，由相连的第三孔压传感器所测得的水的自重压力μ和集水玻璃管空腔横截面积s1计算得到；[0032] 土体的总体积减少量由位移传感器所测的位移变化Δx和环刀空腔横截面积s2计算得到；[0033] 由于蠕变产生的土体体积减少量v为土体总体积减少量减去土体由于主固结产生的体积减少量，计算公式如下：[0034][0035] 其中，v为由于蠕变产生的土体体积减少量，Δx为位移变化量，s2为环刀空腔横截面积，μ为水的自重压力，g为重力加速度，s1为集水玻璃管空腔横截面积。[0036] 本发明工作流程：[0037] S1、将反压饱和阀、饱和阀和排水阀完全关闭，完全打开截断阀和真空抽气阀，孔压阀连接第二孔压传感器的一端关闭仅使渗流单元与固结单元底部的管道连通，开启真空抽气仪，将装置内部空间抽至真空状态，真空抽气仪气压值显示为真空时，关闭真空抽气仪；[0038] S2、打开饱和阀，反压饱和阀连接反压计的一端关闭仅使第一脱气水罐与截断阀的管道连通，这样可使脱气水充满装置内部空间及管道且使土样达到初步饱和；[0039] S3、完全关闭饱和阀、真空抽气阀和孔压阀，反压饱和阀连接第一脱气水罐的一端关闭仅使反压计、第一孔压传感器与截断阀的管道连通，截断阀连接渗流单元的一端关闭仅使反压饱和阀与压盖的管道连通，开启反压计进行反压饱和，第一孔压传感器的示数接近预定范围后即认定为反压饱和完成；[0040] S4、关闭反压计，完全关闭反压饱和阀和饱和阀，截断阀连接反压饱和阀的一端关闭仅使渗流单元与固结单元顶部的管道连通，孔压阀连接渗流单元的一端关闭仅使固结单元与第二孔压传感器连通，打开排水阀，随后进行加压固结，实验数据由第二孔压传感器、第三孔压传感器、位移传感器和数据采集系统获得。[0041] 与现有技术相比，本发明的有益效果为：[0042] 1、本发明中，设有用于调整土体固结渗流路径长度的渗流单元，通过拉动与卡接扣件固定连接的调节杆件，使卡接扣件沿卡接槽移动，实现调整土体固结渗流的路径长度，从而改变固结土体的排水面距离，考虑到主固结阶段的蠕变效应，固结变形和蠕变变形的相互作用的机理，据此设有排水距离可控的渗流单元，还原现场深厚软土地基固结变形与蠕变变形的相互作用，提升深厚软基上工程设计理论水平，使实验数据更具真实性，提高实验准确性；此外，方便地研究不同排水距离下土体的固结行为，具有现实意义和良好应用前景。[0043] 2、本发明中，相对于其他普通固结仪，本发明采用了包含有折叠密封构件和组合密封圈的密封装置，在实验进行时，随着压盖向下位移，折叠密封构件的折叠部分会自由张开，不会带来额外的外力，从而减少实验误差；组合密封圈包括两部分，一部份是提供弹性能的橡胶内圈，通过其预压缩力使密封圈紧贴在密封耦合面上起密封作用，另一部分是与密封面接触并有相对运动的聚四氟乙烯外圈，是摩擦力小、抗黏着能力强的填充聚合物环；本发明所采用的折叠密封构件和组合密封圈的组合密封的方法，能在保证装置密封性的同时更好地控制实验精度。[0044] 3、本发明中，设置有使土样脱气饱和的饱和单元，饱和单元与各单元通过不同的阀体进行连接，采用真空抽气饱和与反压饱和结合的方法，进一步提高土样的饱和度和提高土样饱和的便捷性。[0045] 4、本发明中，在导向组件与固结仪底座之间的空腔注水满至折叠密封构件位置，有效防止固结土体内部水分蒸发，进一步提高了装置的保湿性。[0046] 5、本发明中，在压盖中，采用斜钻孔导流的形式，既保证了加压点为中心位置，也保证了渗流导出点也是中心点位置，以此保证加压压力均匀，提高排水速率，使土样挤出的水便于排出。[0047] 6、本发明中，能简便的求出由于蠕变效应所产生的土体体积减少量，具体通过数据采集单元的第三孔压传感器得出集水玻璃管中排出水的自重压力和集水玻璃管空腔横截面积，从而求出土体由于主固结产生的体积减少量；通过数据采集单元的位移传感器得出位移变化量和环刀空腔横截面积，从而求出土体的总体体积；再将土体的总体体积减去土体由于主固结产生的体积减少量得出由于蠕变产生的土体体积减少量。附图说明[0048] 图1为本发明整体结构示意图；[0049] 图2为本发明固结仪底座结构示意图；[0050] 图3为本发明折叠密封构件与组合橡胶圈结构示意图；[0051] 图4为本发明固结单元局部结构示意图；[0052] 图5为本发明卡接扣件和半开口圆筒的连接示意图；[0053] 图中：1、数据采集系统；2、第一脱气水罐；3、第一孔压传感器；4、反压计；5、第二脱气水罐；6、位移传感器；7、第二孔压传感器；8、真空抽气仪；9、压盖；10、折叠密封构件；11、环刀；12、导向组件；13、固定螺栓；14、孔压阀；15、反压饱和阀；16、组合密封圈；17、O型密封圈；18、固结仪底座；19、真空抽气阀；20、饱和阀；21、固结过滤层；22、调节杆件；23、排水阀；24、渗流过滤层；25、空腔；26、截断阀；27、半开口圆筒；28、卡接扣件；29、密封圈；30、螺孔；31、O型密封圈凹槽；32、集水凹槽；33、集水玻璃管；34、第三孔压传感器；35、排水孔；36、止水胶带；37、卡接槽；38、密封圈凹槽；39、渗流孔；40、内圈；41、外圈；A、固结单元；B、渗流单元。具体实施方式[0054] 下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。[0055] 请参阅图1‑5，本发明提供一种技术方案：[0056] 一种排水距离可控的密封固结仪，包括数据采集单元，还包括用于对土样施加荷载并使土样固结的固结单元、用于调整土体固结渗流路径长度的渗流单元和使土样脱气饱和的饱和单元，数据采集单元通过数据采集线、导管与其他各单元连接，固结单元、渗流单元和饱和单元通过导管相互连接，饱和单元与固结单元、渗流单元两者之间连接设有反压饱和阀15、截断阀26、饱和阀20和真空抽气阀19；[0057] 所述数据采集单元包括用于采集饱和单元数据的第一孔压传感器3、用于采集固结单元数据的第二孔压传感器7、用于采集渗流单元数据的第三孔压传感器34、用于采集固结单元数据的位移传感器6和数据采集系统1；位移传感器6连接固结单元的压盖9，用于测量位移变化量；[0058] 所述固结单元包括压盖9、折叠密封构件10、环刀11、导向组件12、固定螺栓13、组合密封圈16、O型密封圈17、固结仪底座18和固结过滤层21；环刀11底部缠绕有止水胶带36；[0059] 所述渗流单元包括半开口圆筒27、卡接槽37、卡接扣件28、密封圈29、渗流过滤层24、集水玻璃管33和调节杆件22，所述卡接扣件28活动连接在半开口圆筒27内壁上的卡接槽37中，通过拉动与卡接扣件28固定连接的调节杆件22，使卡接扣件28沿卡接槽37移动，从而实现调整土体固结渗流的路径长度；[0060] 所述饱和单元包括第一脱气水罐2、反压计4、第二脱气水罐5和真空抽气仪8；[0061] 本发明中，设有用于调整土体固结渗流路径长度的渗流单元，通过拉动与卡接扣件28固定连接的调节杆件22，使卡接扣件28沿卡接槽37移动，实现调整土体固结渗流的路径长度，从而改变固结土体的排水面距离，考虑到主固结阶段的蠕变效应，固结变形和蠕变变形的相互作用的机理，据此设有排水距离可控的渗流单元，还原现场深厚软土地基固结变形与蠕变变形的相互作用，提升深厚软基上工程设计理论水平，使实验数据更具真实性，提高实验准确性；此外，方便地研究不同排水距离下土体的固结行为，具有现实意义和良好应用前景。[0062] 另外，本发明设置有使土样脱气饱和的饱和单元，饱和单元与各单元通过不同的阀体进行连接，采用真空抽气饱和与反压饱和结合的方法，进一步提高土样的饱和度和提高土样饱和的便捷性。[0063] 所述固结仪底座18为呈凹形且底部有一定厚度的半开口底座，固定螺栓13将导向组件12固定在固结仪底座18上，导向组件12的内部空间用于对土样施加荷载并使土样固结，土样先后经过两组固结过滤层21过滤，第一组设于压盖9底部，第二组设于导向组件12底部，最后从排水孔35排出；[0064] 所述固结单元设有用于放置O型密封圈17的O型密封圈凹槽31，用于收集土体固结所排出水体的集水凹槽32；所述集水凹槽32呈网状；[0065] 如图3所示，所述固结单元的折叠密封构件10一端通过卡箍与压盖9连接，另一端通过螺钉和环形压片与导向组件12连接，所述折叠密封构件10为易成形且不透水的橡胶模,具体为乳胶膜，主要材质为天然乳胶，折叠密封构件10中间部分弯曲折叠，当压盖9向下移动时，弯曲折叠部分自由张开，不引入外力；所述固结单元的组合密封圈16设于压盖9两侧，包括呈O形的橡胶内圈40和材料为填充聚四氟乙烯的外圈41，当压盖9向下移动时，内圈40受压提供弹性，使外圈41与导向组件12紧贴，减小组合密封圈16与导向组件12之间摩擦阻力；折叠密封构件10与组合密封圈16共同作用下使固结单元的顶部形成密封边界；材料为聚四氟乙烯的密封外圈41摩擦因数低，能有效减小摩擦；[0066] 所述固定螺栓13将导向组件12固定在固结仪底座18的同时挤压O型密封圈17，使固结单元的底部形成密封边界密封；[0067] 本发明中，相对于其他普通固结仪，本发明采用了包含有折叠密封构件10和组合密封圈16的密封装置，在实验进行时，随着压盖9向下位移，折叠密封构件10的折叠部分会自由张开，不会带来额外的外力，从而减少实验误差；组合密封圈16包括两部分，一部份是提供弹性能的橡胶内圈40，通过其预压缩力使密封圈紧贴在密封耦合面上起密封作用，另一部分是与密封面接触并有相对运动的聚四氟乙烯外圈41，是摩擦力小、抗黏着能力强的填充聚合物环；本发明所采用的折叠密封构件10和组合密封圈16的组合密封的方法，能在保证装置密封性的同时更好地控制实验精度。[0068] 所述固结仪底座18与导向组件12之间的空腔25注水满至折叠密封构件10位置，防止固结土体内部水分蒸发，进一步提高了装置的保湿性。[0069] 所述压盖9设置有斜孔，斜孔进口端处于压盖9顶部且不经过压头，斜孔出口端处于压盖9底部中心位置，既保证了加压点为中心位置，也保证了渗流导出点也是中心点位置；以此保证加压压力均匀，提高排水速率，使土样挤出的水便于排出。[0070] 所述渗流单元设有两组渗流过滤层24，第一层设于半开口圆筒27的侧壁，第二层设于卡接扣件28左侧；所述卡接扣件28设有用于放置密封圈29的密封圈凹槽38，中心处还设有渗流孔39，从渗流孔39延伸出的管道经过排水阀23后与集水玻璃管33连接；集水玻璃管33用于收集由于土体固结排出的水体，排出的水体体积等于土体由于主固结产生的体积减少量，通过连接集水玻璃管33的第三孔压传感器34测出的水的自重压力，通过计算得出排出的水体体积，即得出土体由于主固结产生的体积减少量；[0071] 所述卡接扣件28通过螺纹连接有两根调节杆件22，两根调节杆件22对称设置避免移动时发生侧移，且两根调节杆件22上设有刻度；通过观察调节杆件22上的刻度并移动调节杆件22，可方便调节至所需的渗流路径长度；[0072] 所述密封圈29在卡接扣件28与半开口圆筒27挤压时使边界密封；[0073] 所述渗流过滤层24的外边缘采用防水密封胶与半开口圆筒27、卡接扣件28紧密胶结；以减少渗流路径上的空隙，避免由于水体渗入空隙中而导致试验误差；[0074] 所述饱和单元的第二脱气水罐5通过饱和阀20连接于渗流单元与固结单元顶部相连的管道中，所述饱和单元的真空抽气仪8通过真空抽气阀19连接于渗流单元与固结单元底部相连的管道中；[0075] 所述反压饱和阀15为三通阀，分别连接有第一脱气水罐2、反压计4和截断阀26，使第一脱气水罐2与反压计4并联接入压盖9斜孔内，所述截断阀26为三通阀，分别连接有反压饱和阀15、固结单元和渗流单元，所述孔压阀14为三通阀，分别连接有第二孔压传感器7、固结单元和渗流单元；[0076] 基于上述实施例提供的一种排水距离可控的密封固结仪，本发明实施例还提供一种排水距离可控的密封固结仪使用方法，包括一种排水距离可控的密封固结仪，所述固结仪为上述任一项所述的固结仪，还包括以下步骤：[0077] S1、将反压饱和阀15、饱和阀20和排水阀23完全关闭，完全打开截断阀26和真空抽气阀19，孔压阀14连接第二孔压传感器7的一端关闭仅使渗流单元与固结单元底部的管道连通，开启真空抽气仪8，将装置内部空间抽至真空状态，真空抽气仪8气压值显示为真空时，关闭真空抽气仪8；[0078] S2、打开饱和阀20，反压饱和阀15连接反压计4的一端关闭仅使第一脱气水罐2与截断阀26的管道连通，这样可使脱气水充满装置内部空间及管道且使土样达到初步饱和；[0079] S3、完全关闭饱和阀20、真空抽气阀19和孔压阀14，反压饱和阀15连接第一脱气水罐2的一端关闭仅使反压计4、第一孔压传感器3与截断阀26的管道连通，截断阀26连接渗流单元的一端关闭仅使反压饱和阀15与压盖9的管道连通，开启反压计4进行反压饱和，第一孔压传感器3的示数接近预定范围后即认定为反压饱和完成；[0080] S4、关闭反压计4，完全关闭反压饱和阀15和饱和阀20，截断阀26连接反压饱和阀15的一端关闭仅使渗流单元与固结单元顶部的管道连通，孔压阀14连接渗流单元的一端关闭仅使固结单元与第二孔压传感器7连通，打开排水阀23，随后进行加压固结，实验数据由第二孔压传感器7、第三孔压传感器34、位移传感器6和数据采集系统1获得；[0081] 由于土体固结排出的水体由集水玻璃管33收集，排出的水体体积等于土体由于主固结产生的体积减少量，由相连的第三孔压传感器34所测得的水的自重压力μ和集水玻璃管33空腔横截面积s1计算得到；[0082] 土体的总体积减少量由位移传感器6所测的位移变化量Δx和环刀11空腔横截面积s2计算得到；[0083] 由于蠕变产生的土体体积减少量v为土体总体积减少量减去土体由于主固结产生的体积减少量，计算公式如下：[0084][0085] 其中，v为由于蠕变产生的土体体积减少量，Δx为位移变化量，s2为环刀11空腔横截面积，μ为水的自重压力，g为重力加速度，s1为集水玻璃管33空腔横截面积。本发明能简便的求出由于蠕变效应所产生的土体体积减少量，节约实验时间，节省人力物力。[0086] 本发明工作流程：[0087] S1、将反压饱和阀15、饱和阀20和排水阀23完全关闭，完全打开截断阀26和真空抽气阀19，孔压阀14连接第二孔压传感器7的一端关闭仅使渗流单元与固结单元底部的管道连通，开启真空抽气仪8，将装置内部空间抽至真空状态，真空抽气仪8气压值显示为真空时，关闭真空抽气仪8；[0088] S2、打开饱和阀20，反压饱和阀15连接反压计4的一端关闭仅使第一脱气水罐2与截断阀26的管道连通，这样可使脱气水充满装置内部空间及管道且使土样达到初步饱和；[0089] S3、完全关闭饱和阀20、真空抽气阀19和孔压阀14，反压饱和阀15连接第一脱气水罐2的一端关闭仅使反压计4、第一孔压传感器3与截断阀26的管道连通，截断阀26连接渗流单元的一端关闭仅使反压饱和阀15与压盖9的管道连通，开启反压计4进行反压饱和，第一孔压传感器3的示数接近预定范围后即认定为反压饱和完成；[0090] S4、关闭反压计4，完全关闭反压饱和阀15和饱和阀20，截断阀26连接反压饱和阀15的一端关闭仅使渗流单元与固结单元顶部的管道连通，孔压阀14连接渗流单元的一端关闭仅使固结单元与第二孔压传感器7连通，打开排水阀23，随后进行加压固结，实验数据由第二孔压传感器7、第三孔压传感器34、位移传感器6和数据采集系统1获得。[0091] 上述为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述内容的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

专利地区：广东

专利申请日期：2021-06-29

专利公开日期：2024-08-30

专利公告号：CN113376358B