一種可鎖定高壓黏土內部結構的固結儀的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用于高壓固結后鎖定其內部結構再進行低溫凍結的儀器，特別是一種可鎖定高壓黏土內部結構的固結儀，尤其適用于黏土。
【背景技術】
[0002]黏土是在我國廣泛分布的常用天然材料，要想深入揭示黏土的宏觀力學性質，研宄其內部結構幾成必須。掌握高壓作用下黏土的固結規律以及其內部結構，是準確判斷深部黏土地層應力狀態的必要前提，高壓固結儀是實現這一目的實驗裝置。現有關于泥漿樣尤其是黏土內部微觀結構的測試研宄，均假設卸載對泥漿樣內部結構無影響。然而常見高壓固結儀通常不能滿足高壓鎖定要求，因此無法獲得高壓固結后黏土試樣真實內部結構。通過此發明可以實現對黏土的高壓固結后變形鎖定再通低溫凍結。同時實驗全程觀察底部土壓力傳感、中部溫度傳感器、上部位移傳感器的數值變化，進行深部黏土性質的研宄，推進深部土力學和工程應用的發展。
【發明內容】
[0003]本發明的目的是克服目前技術中存在的問題，提供一種結構簡單、測量參數種類多、測量精度高的黏土變形約束低溫凍結高壓固結儀，以研宄黏土高壓固結后的真實內部結構。
[0004]本發明是通過以下技術方案實現的:一種可鎖定高壓黏土內部結構的固結儀，包括傳力桿、加壓帽、壓力筒、底座、銅制透水石、位移傳感器、底部土壓傳感器、側面土壓傳感器、溫度傳感器、通長拉桿螺栓和支架；所述壓力筒嵌裝在底座上，加壓帽設置在壓力筒上部，所述壓力筒內能夠裝入泥漿樣，泥漿樣的頂部和底部分別設有銅制透水石，透水石和泥漿樣的接觸面設有濾紙，加壓帽底端伸入到壓力筒中壓實泥漿樣；所述傳力桿安裝在加壓帽頂面中心；所述壓力筒的側壁設有側面土壓傳感器和溫度傳感器；所述底座的頂部中心嵌裝有底部土壓傳感器，且底座上設有傳感器穿線口 ；所述底座和加壓帽內均設有酒精冷浴循環通道，酒精冷浴循環通道連接有酒精進口和酒精出口 ；所述加壓帽和底座分別設有連通加壓筒的排水口 ；所述加壓帽配設有用于采集泥漿樣壓縮量的位移傳感器；所述底座和加壓帽由通長拉桿螺栓連接緊固，控制約束泥漿樣固結時的豎向變形量。
[0005]所述加壓帽由加壓帽上構件和加壓帽下構件組成，壓帽上構件和加壓帽下構件之間設有防水墊層I ;所述加壓帽上構件和加壓帽下構件均由位于中心的主體部分和周圍的連接板組成；加壓帽下構件的主體內設置酒精冷浴循環通道I，酒精冷浴循環通道I的酒精進口 I和酒精出口 I對稱設置在壓帽上構件的主體頂面；所述加壓帽上構件和加壓帽下構件的連接板上周向均布多個螺栓孔，所述防水墊層I上對應酒精進口 1、酒精出口 I以及螺栓孔設通孔；所述加壓帽上構件的中心設有用于安裝傳力桿的傳力桿安裝槽。
[0006]所述加壓帽下構件的主體外徑不大于加壓筒筒體的內徑。
[0007]所述的底座由底座上構件和底座下構件組成，底座上構件和底座下構件之間設置防水墊層II ;所述底座上構件內部設有酒精冷浴循環通道II，酒精冷浴循環通道II的酒精進口 II和酒精出口 II對稱設于底座上構件的側面；所述底座上構件的頂面中心設有用于安裝底部土壓傳感器的傳感器嵌裝槽，傳感器嵌裝槽的一側設有豎向穿線口，穿線口頂口位于加壓筒內，底口位于底座下構件的一側；所述底座上構件和底座下構件的邊緣對應加壓帽上的螺栓孔設有螺栓孔。
[0008]所述底座的上構件頂面和加壓筒筒體的底端口對應設有能夠相互嵌裝卡槽。
[0009]所述加壓帽下構件上設置加壓帽排水口，底座上構件上設置底座排水口，所述排水口為L形；所述加壓帽排水口的一端位于壓力筒筒體中，另一端位于加壓帽下構件側面；所述底座排水口的一端位于壓力筒筒體中，另一端位于底座上構件的側面。
[0010]所述通長拉桿螺栓的螺栓本體依次穿過底座下構件、防水墊層I1、底座上構件、加壓帽下構件、防水墊層I和加壓帽上構件上的螺栓孔，其底端連接底座固定螺母，頂端連接加壓帽固定螺母。
[0011]所述壓力筒的筒體側壁開有直徑5mm的螺紋孔I，螺紋孔I中螺紋連接螺栓I，螺栓I中心軸向鉆孔，溫度傳感器安裝在鉆孔中，并用實驗土密實，螺栓I和筒體外壁之間設有密封圈。
[0012]所述壓力筒的筒體側壁開有直徑6mm的螺紋孔II，螺紋孔II中連接螺栓II，所述螺栓II中心軸向開有深1mm的孔，側面土壓傳感器安裝在孔中并由密封膠固定，螺栓II與筒體外壁之間設有密封圈。
[0013]所述底部的銅制透水石的中心對應底部土壓傳感器設有傳感器通孔，對應穿線口的頂口設有盲孔。
[0014]所述加壓帽上構件的一側設有延伸板，位移傳感器與延伸板相接觸。
[0015]所述底座的一側設有用于支承位移傳感器的支架。
[0016]所述通長拉桿螺栓設置3?12個。
[0017]所述的酒精冷浴循環通道通過端頭與控溫制冷設備連接，控溫制冷設備的選擇應盡量選擇震動頻率小的設備，以避免凍結時對其結構的影響。
[0018]所述的溫度傳感器和土壓傳感器在實驗前必須進行標定，溫度傳感器采用DataTaker800采集數據，土壓力傳感器采用全橋接線方式。
[0019]本發明中排水系統和凍結系統均設置兩套，提高了泥漿樣的固結和凍結速度。
[0020]本發明的有益效果是:一種可鎖定高壓黏土內部結構的固結儀，借助常規的單杠桿固結儀的加載裝置對加壓帽加載，可實現最大固結壓力達1MPa的逐級加載，能精確、全程、實時測量泥漿樣底部土壓力和中間部位的溫度以及整個泥漿樣的體變。通過測量泥漿樣底部的土壓力，可推算出泥漿樣在試驗過程中的摩擦力和靜止土壓力系數K。，從而能夠在試驗過程中將泥漿樣所受摩擦力這一因素考慮在內；通過測量泥漿樣側面的土壓力，從而能夠在試驗過程中將泥漿樣的側邊約束力和凍脹力這些因素考慮在內。本高壓固結儀主體與位移傳感器系統連為一體，易于保證整個試驗泥漿樣體變的全程監測；將高壓固結儀主體與反壓飽和控制器連通，施加反壓，使泥漿樣完全飽和；高壓固結變形穩定后擰緊三個通長拉桿螺栓，避免了直接卸載后泥漿樣的彈性回彈，然后將固結儀接通冷浴進行低溫凍結。通過對高壓固結后鎖定再凍結的泥漿樣和直接高壓固結后取樣的泥漿樣以及取樣后再凍結的泥漿樣進行電鏡掃描觀察其微觀結構的差異，與現有技術相比，本發明能夠解決目前常規高壓固結儀固結完成后直接卸載導致泥漿樣內部結構的改變，從而為總結準確的黏土高壓固結規律奠定了基礎。
【附圖說明】
[0021]圖1是一種可鎖定高壓黏土內部結構的固結儀的結構示意圖。
[0022]圖中，1.傳力桿，2.加壓帽，2-1.加壓帽上構件，2-2.加壓帽下構件，2_3.防水墊層I，2-4.酒精冷浴循環通道I，2-5.酒精進口 I，2-6.酒精出口 I，2_7.加壓帽排水口，2-8.延伸板，2-9.傳力桿安裝槽；3.壓力筒，3-L筒體，3-2.螺紋孔I，3-3.螺栓I，
3-4.螺紋孔II，3-5.螺栓II，4.底座，4-1.底座上構件，4-2.底座下構件，4-3.防水墊層II，4-4.酒精冷浴循環通道II，4-5.酒精進口 II，4-6.酒精出口 II，4-7.底座排水口，4-8.傳感器嵌裝槽，4-9.穿線口，5.銅制透水石，5-1.傳感器通孔，5-2.盲孔，6.位移傳感器，7.底部土壓傳感器，8.側面土壓傳感器，9.溫度傳感器，10.通長拉桿螺栓，10-1.螺栓本體，10-2.加壓帽固定螺栓，10-3.底座固定螺栓，11.支架，12.泥漿樣。
【具體實施方式】
[0023]在附圖中，一種可鎖定高壓黏土內部結構的固結儀，包括傳力桿1、加壓帽2、壓力筒3、底座4、銅制透水石5、位移傳感器6、底部土壓傳感器7、側面土壓傳感器8、溫度傳感器9、通長拉桿螺栓10、支架11 ;所述壓力筒3嵌裝在底座4上，加壓帽2設置在壓力筒3上部，所述壓力筒3內能夠裝入泥漿樣12，泥漿樣12的頂部和底部分別設有銅制透水石5，透水石和泥漿樣12的接觸面設有濾紙，加壓帽2底端伸入到壓力筒3中壓實泥漿樣12 ;所述傳力桿I安裝在加壓帽2頂面中心；所述壓力筒3的側壁設有側面土壓傳感器8和溫度傳感器9 ;所述底座4的頂部中心嵌裝有底部土壓傳感器7，且底座4上設有傳感器穿線口
4-9;所述底座4和加壓帽2內均設有酒精冷浴循環通道，酒精冷浴循環通道連接有酒精進口和酒精出口 ；所述加壓帽2和底座4分別設有連通加壓筒3的排水口 ；所述加壓帽2配設有用于采集泥漿樣12壓縮量的位移傳感器6 ;所述底座4和加壓帽2由通長拉桿螺栓10連接緊固，控制約束泥漿樣12固結時的豎向變形量。
[0024]所述加壓帽2由加壓帽上構件2-1和加壓帽下構件2-2組成，壓帽上構件2_1和加壓帽下構件2-2之間設有防水墊層I 2-3 ;所述加壓帽上構件2-1和加壓帽下構件2-2均由位于中心的主體部分和周圍的連接板組成；加壓帽下構件2-2的主體內設置酒精冷浴循環通道I 2-4，酒精冷浴循環通道I 2-4的酒精進口 I 2-5和酒精出口 I 2-5對稱設置在壓帽上構件2-1的主體頂面；所述加壓帽上構件2-1和加壓帽下構件2-2的連接板上周向均布多個螺栓孔，所述防水墊層I 2-3上對應酒精進口 I 2-5、酒精出口 I 2-6以及螺栓孔設通孔；所述加壓帽上構件2-1的中心設有用于安裝傳力桿I的傳力桿安裝槽2-9。
[0025]所述加壓帽下構件2-2的主體外徑不大于加壓筒3筒體3-1的內徑。
[0026]所述的底座4由底座上構件4-1和底座下構件4-2組成，底座上構件4_1和底座下構件4-2之間設置防水墊層II 4-3 ;所述底座上構件4-1內部設有酒精冷浴循環通道II 4-4，酒精冷浴循環通道II 4-4的酒精進口 II 4-5和酒精出口 II 4-6對稱設于底座上構件4-1的側面；所述