[发明专利]地下承压水位动态变化作用下土结构性测试装置及方法

权利要求书

1.一种地下承压水位动态变化作用下土结构性测试装置，其特征在于：该装置包括标定罐体(1)、设置在所述标定罐体(1)上端的加压活塞(2)、与标定罐体(1)连通的承压水控制系统(3)和安装在标定罐体(1)内部的测量系统(4)；

所述标定罐体(1)用于装载受试土体，内侧壁上预埋有环向水管(13)，侧壁上设置有连通罐体内外的安装孔(11)，所述加压活塞(2)安装在标定罐体(1)的顶端开口处，并能上下自由滑动，所述加压活塞(2)上设置有竖直方向的预留通孔(21)；

所述承压水控制系统(3)包括两个可升降高度的水箱(31)、用于连接所述水箱(31)和环向水管(13)的管线、设置在所述管线上的三通阀(32)、流量表(33)和压力表(34)，所述的两个水箱(31)各自连接一根环向水管(13)，所述环向水管(13)上设置有面向土体的出水口；

所述测量系统(4)包括通过安装孔(11)放置到受试土体中的测压管(41)、环向电阻率测试电极(42)、垂向电阻率测试电极(43)、微型孔压计(44)和微型位移计(45)，以及通过预留通孔(21)插入受试土体中的微型静力触探贯入仪(46)。

2.如权利要求1所述的一种地下承压水位动态变化作用下土结构性测试装置，其特征在于：所述标定罐体(1)的外侧横向环绕设置有多道环形钢护环(5)。

3.如权利要求1所述的一种地下承压水位动态变化作用下土结构性测试装置，其特征在于：所述标定罐体(1)的内侧壁上沿环向设置有环向凹槽(12)，所述环向水管(13)置于环向凹槽(12)内。

4.如权利要求1、2或3所述的一种地下承压水位动态变化作用下土结构性测试装置，其特征在于：所述标定罐体(1)周向侧壁上对称设置四组安装孔阵列，每组所述安装孔阵列包括8个安装孔(11)，所述的各安装孔(11)分别作为安装进水管、排水管和测试元件导线的通道。

5.如权利要求1、2或3所述的一种地下承压水位动态变化作用下土结构性测试装置，其特征在于：所述加压活塞(2)上沿圆周间隔45°角布置8个预留圆孔(6)，作为微型静力触探贯入仪(20)的贯入通道。

6.如权利要求1、2或3所述的一种地下承压水位动态变化作用下土结构性测试装置，其特征在于：所述测量系统(4)中的环向电阻率测试电极(42)根据土层不同，布置2层或4层，每层包括8个按45°角等间隔布置的环向电阻率测试电极(42)；所述垂向电阻率测试电极(43)分组设置在每层土的顶部和底部，每组包括8个按45°角等间隔布置的垂向电阻率测试电极(43)。

7.如权利要求1、2或3所述的一种地下承压水位动态变化作用下土结构性测试装置，其特征在于：所述标定罐体(1)底部通过排水管与设置在罐外的溢流槽(35)连通。

8.一种地下承压水位动态变化作用下土结构性测试方法，其特征在于，该方法基于权利要求1至7任一权利要求所述的地下承压水位动态变化作用下土结构性测试装置，包括以下步骤：

1)将受试土体装载到标定罐体(1)中，在标定罐体1的内部从下至上分四层或两层铺设土层，所述四层土层为：砂性土层7+粘性土层8+砂性土层9+粘性土层10；所述两层土层为：砂土层7+黏土层8；

在上述装载受试土体的过程中，将测压管(41)、孔压计(44)、微型位移计(45)、环向电阻率测试电极(42)和垂向电阻率测试电极(43)埋设在土层中的设计位置上，然后将上述安装就位的测试元件分别用信号线与外置数据采集仪、电阻率采集仪连接；

2)受试土体装载完毕后，用水箱(31)为砂土层(7)加压，其水头通过水箱(31)的升降进行控制；完成土层的自重固结后，通过加压活塞(2)对土层均匀施加预压力，使其进行进一步固结；

3)开展不同工况试验：试验开始时，保持砂土层(7)的水位高度，对测试元件的各初始测试参数进行读取；保持水位至垂直向变形及孔压测试数据均稳定后，根据试验设计确定的水头升降幅度，通过升降水箱(31)来控制不同砂土层(7)的水头，并测试各项参数。