申请/专利权人：浙江元本检测技术股份有限公司

申请日：2017-05-19

公开（公告）日：2024-04-23

公开（公告）号：CN107796754B

主分类号：G01N19/02

分类号：G01N19/02

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.23#授权;2018.04.06#实质审查的生效;2018.03.13#公开

摘要：本发明公开了一种真空负压测试淤泥质土摩擦系数的装置，包括圆柱形桶体，圆柱形桶体的一端开口、另一端封闭，圆柱形桶体的开口端朝下插入土体中，所述圆柱形桶体的封闭端与通过管件连接真空泵，圆柱形桶体配置有可测量桶体内真空度的真空度测量装置、可测量桶体压力的压力测量装置和可测量其垂直方向位移距离的位移测量装置。本发明还提供了采用上述装置测量淤泥质土摩擦系数的方法。采用上述装置和方法能够测量得到所述圆柱形桶体在不同土体深度下受到的侧摩阻力和承受向上拉力时的最大反力值，进而得到桩体在不同深度下可能受到的侧摩阻力和最大反力值，通过这些数据可以进一步预算出各种淤泥质土下所需打设的桩体深度、数量和直径，使桩基能够更好地对上部建筑物进行支承，同时很可避免桩基用量过大而造成的浪费。

主权项：1.一种采用真空负压测试淤泥质土摩擦系数的装置测量淤泥质土摩擦系数的方法，其特征是：真空负压测试淤泥质土摩擦系数的装置包括圆柱形桶体，圆柱形桶体的一端开口、另一端封闭，圆柱形桶体的开口端朝下插入土体中，所述圆柱形桶体的封闭端与通过管件连接真空泵，所述圆柱形桶体配置有可测量桶体内真空度的真空度测量装置、可测量桶体压力的压力测量装置和可测量其垂直方向位移距离的位移测量装置，所述真空泵配置有可控制其抽真空流量和启闭的真空泵控制器，所述真空度测量装置、压力测量装置、位移测量装置和真空泵控制器均与PLC连接，PLC按照接收到的圆柱形桶体内真空度设定值调控真空泵控制器，所述PLC调控过程中依据所述真空度测量装置测量得到的真空度数据修正对所述真空泵控制器的调控，当PLC接收到圆柱形桶体内的真空度数据达到设定值，并且所述位移测量装置侦测得到所述圆柱形桶体停止向下位移时，所述PLC依据此时从压力测量装置测量收到的圆柱形桶体受到的压力值、桶体自重、桶体位移距离和桶体内外侧面面积计算摩阻力；连接所述真空泵和圆柱形桶体的管件上设置有防止气体逆向进入圆柱形桶体内的止回阀，所述真空度测量装置包括与真空度数显控制箱，真空度数显控制箱一端与所述真空泵连接、另一端通过连通管与所述圆柱形桶体连接；所述位移测量装置包括设置于所述圆柱形桶体上端的反射片和设置于圆柱形桶体旁边的全站仪；所述压力测量装置包括设置于所述圆柱形桶体上端的压力变送器，压力变送器的测压膜片上下表面分别接触上部大气压和下部的圆柱形桶体内气压，所述压力变送器与直流电源正负极连接并形成回路，所述压力变送器的信号输出端与动态信号实时分析仪连接，动态信号实时分析仪与PLC连接；所述圆柱形桶体的内壁和外壁上分别开设有环形分布的卡槽，所述卡槽内嵌入模拟不同桩体侧壁材料的套筒；所述方法包括以下步骤：A、将所述圆柱形桶体的开口端局部插入需要测量摩擦系数的淤泥质土中并保持圆柱形桶体处于气密封状态，将所述真空度测量装置、所述压力测试装置连接到所述圆柱形桶体的上端，圆柱形桶体通过管件与所述真空泵连接，真空泵连接所述真空泵控制器，将所述真空度测量装置、压力测量装置、位移测量装置和真空泵控制器连接到PLC；B、开启真空泵，真空泵抽取所述圆柱形桶体内的气体，当圆柱形桶体下降到预定位置并不再下降时，由PLC向真空泵控制器发出控制信号，促使真空泵维持圆柱形桶体内的真空度；C、通过PLC收集所述圆柱形桶体内的真空度数据、圆柱形桶体上端受到的压力数据和圆柱形桶体下降距离数据，并结合预先测量得到的圆柱形桶体内壁所在的内环直径和外壁所在外环直径计算得到圆柱形桶体在土体内一定深度下的侧摩阻力和摩擦系数；D、调控真空泵控制器，促使真空泵加大抽真空流量，并反复进行步骤B、C得到不同深度下的侧摩阻力和摩擦系数；采用拉力装置缓慢竖向向上拉所述圆柱形桶体，通过位移测量装置记录圆柱形桶体移动瞬间的时间和该时间下施加的拉力值，在扣除所述圆柱形桶体受到的大气压力值和圆柱形桶体及其附属设备的自重后，即可得到所述圆柱形桶体在不同深度下的最大反力数值。

全文数据：真空负压测试淤泥质土摩擦系数的装置和方法技术领域[0001]本发明涉及一种真空负压测试淤泥质土摩擦系数的装置。本发明还涉及采用所述真空负压测试淤泥质土摩擦系数的装置测量淤泥质土摩擦系数的方法。背景技术[0002]在淤泥质土上施工建筑物时，往往需要打设粧基进行支承，但是不同地方和不同深度的淤泥质土能够提供的摩阻力和摩擦系数往往存在较大区别，如果能够通过预先测量得到粧体在土体中不同深度下的摩阻力和摩擦系数将能够使设计人员更好地优化配置粧基打设的数量和深度，既能够保证足够的支承力，又可避免过度设置粧基而造成浪费。发明内容[0003]鉴于背景技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种真空负压测试淤泥质土摩擦系数的装置，该装置能够测量得到淤泥质土不同深度下的侧摩阻力和摩擦系数。本发明还提供了采用上述真空负压测试淤泥质土摩擦系数的装置测量淤泥质土摩擦系数的方法。[0004]为此，本发明提供的真空负压测试淤泥质土摩擦系数的装置，包括圆柱形桶体，圆柱形桶体的一端开口、另一端封闭，圆柱形桶体的开口端朝下插入土体中，所述圆柱形桶体的封闭端与通过管件连接真空栗，所述圆柱形桶体配置有可测量桶体内真空度的真空度测量装置、可测量桶体压力的压力测量装置和可测量其垂直方向位移距离的位移测量装置，所述真空栗配置有可控制其抽真空流量和启闭的真空栗控制器，所述真空度测量装置、压力测量装置、位移测量装置和真空栗控制器均与PLC连接，PLC按照接收到的圆柱形桶体内真空度设定值调控真空栗控制器，所述PLC调控过程中依据所述真空度测量装置测量得到的真空度数据修正对所述真空栗控制器的调控，当PLC接收到圆柱形桶体内的真空度数据达到设定值，并且所述位移测量装置侦测得到所述圆柱形桶体停止向下位移时，所述PLC依据此时从压力测量装置测量收到的圆柱形桶体受到的压力值、桶体自重、桶体位移距离和桶体内外侧面面积计算摩阻力。[0005]本发明还提供了上述真空负压测试淤泥质土摩擦系数的装置测量淤泥质土摩擦系数的方法，包括以下步骤：A、将所述圆柱形桶体的开口端局部插入需要测量摩擦系数的淤泥质土中并保持圆柱形桶体处于气密封状态，将所述真空度测量装置、所述压力测试装置连接到所述圆柱形桶体的上端，圆柱形桶体通过管件与所述真空栗连接，真空栗连接所述真空栗控制器，将所述真空度测量装置、压力测量装置、位移测量装置和真空栗控制器连接到PLC;B、开启真空栗，真空栗抽取所述圆柱形桶体内的气体，当圆柱形桶体下降到预定位置并不再下降时，由PLC向真空栗控制器发出控制信号，促使真空栗维持圆柱形桶体内的真空度；C、通过PLC收集所述圆柱形桶体内的真空度数据、圆柱形桶体上端受到的压力数据和圆柱形桶体下降距离数据，并结合预先测量得到的圆柱形桶体内壁所在的内环直径和外壁所在外环直径计算得到圆柱形桶体在土体内一定深度下的侧摩阻力和摩擦系数；D、调控真空栗控制器，促使真空栗加大抽真空流量，并反复进行步骤B、C得到不同深度下的侧摩阻力和摩擦系数。[0006]本发明提供的上述装置和方法能够测量得到所述圆柱形桶体在不同土体深度下受到的侧摩阻力和承受向上拉力时的最大反力值，进而得到粧体在不同深度下可能受到的侧摩阻力和最大反力值，通过这些数据可以进一步预算出各种淤泥质土下所需打设的粧体深度、数量和直径，使粧基能够更好地对上部建筑物进行支承，同时很可避免粧基用量过大而造成的浪费。附图说明[0007]图1为本发明第一种实施例提供的真空负压测试淤泥质土摩擦系数的装置的结构示意图。[0008]图2为本发明第二种实施例提供的真空负压测试淤泥质土摩擦系数的装置中的圆柱形桶体的结构示意图。[0009]图3为图2中的套筒的结构端面示意图。[00Ί0]图4为图1中的圆柱形桶体的受力不意图。[0011]图5为圆柱形桶体下沉深度与真空度关系图。[0012]图6为反算侧摩阻力与真空度关系图具体实施方式[0013]参照图1所示，本发明第一种实施例提供的真空负压测试淤泥质土摩擦系数的装置，包括圆柱形桶体1，圆柱形桶体1的一端开口、另一端封闭，圆柱形桶体1的开口端朝下插入土体2中，所述圆柱形桶体1的封闭端与通过管件连接真空栗3,所述圆柱形桶体1配置有可测量桶体内真空度的真空度测量装置、可测量桶体压力的压力测量装置和可测量其垂直方向位移距离的位移测量装置，所述真空栗3配置有可控制其抽真空流量和启闭的真空栗控制器，所述真空度测量装置、压力测量装置、位移测量装置和真空栗控制器均与PLC连接，PLC即为计算机，PLC按照接收到的圆柱形桶体1内真空度设定值调控真空栗控制器，所述PLC调控过程中依据所述真空度测量装置测量得到的真空度数据修正对所述真空栗控制器的调控，当PLC接收到圆柱形桶体1内的真空度数据达到设定值，并且所述位移测量装置侦测得到所述圆柱形桶体1停止向下位移时，所述PLC依据此时从压力测量装置测量收到的圆柱形桶体1受到的压力值、桶体自重、桶体位移距离和桶体内外侧面面积计算摩阻力。[0014]参照图1所示，在上述实施例中，连接所述真空栗3和圆柱形桶体1的管件上设置有防止气体逆向进入圆柱形桶体内的止回阀4,所述真空度测量装置包括与真空度数显控制箱5,真空度数显控制箱5—端与所述真空栗3连接、另一端通过连通管6与所述圆柱形桶体1连接。[0015]参照图1所示，在上述实施例中，所述位移测量装置包括设置于所述圆柱形桶体上端的反射片7和设置于圆柱形桶体1旁边的全站仪8,全站仪8即为全站型电子测距仪，是一种集光、机、电为一体的高技术测量仪器。[0016]参照图1所示，在上述实施例中，所述压力测量装置包括设置于所述圆柱形桶体I上端的压力变送器9,压力变送器9以输出为标准信号的压力传感器是一种接受压力变量按比例转换为标准输出信号的仪表，压力变送器9的测压膜片上下表面分别接触上部大气压和下部的圆柱形桶体1内气压，所述压力变送器9与直流电源正负极连接并形成回路，所述压力变送器9的信号输出端与动态信号实时分析仪10连接，动态信号实时分析仪10与PLC连接。[0017]参照图1、图5、图6所示，本发明提供的真空负压测试淤泥质土摩擦系数的装置测量淤泥质土摩擦系数的方法，包括以下步骤：A、将所述圆柱形桶体1的开口端局部插入需要测量摩擦系数的淤泥质土中并保持圆柱形桶体1处于气密封状态，将所述真空度测量装置、所述压力测试装置连接到所述圆柱形桶体的上端，圆柱形桶体1通过管件与所述真空栗3连接，真空栗3连接所述真空栗控制器，将所述真空度测量装置、压力测量装置、位移测量装置和真空栗控制器连接到PLC;B、开启真空栗3,真空栗3抽取所述圆柱形桶体1内的气体，当圆柱形桶体1下降到预定位置并不再下降时，由PLC向真空栗控制器发出控制信号，促使真空栗3维持圆柱形桶体1内的真空度；C、通过PLC收集所述圆柱形桶体1内的真空度数据、圆柱形桶体1上端受到的压力数据和圆柱形桶体1下降距离数据，并结合预先测量得到的圆柱形桶体1内壁所在的内环直径和外壁所在外环直径计算得到圆柱形桶体1在土体内一定深度下的侧摩阻力和摩擦系数；D、调控真空栗控制器，促使真空栗3加大抽真空流量，并反复进行步骤B、C得到不同深度下的侧摩阻力和摩擦系数。[0018]真空负压装置采用圆柱形桶体1的结构，圆柱形桶体1最好为钢桶，可以起到很好密封作用，保证真空度的效果。对钢桶抽真空后，会产生一定真空度，可在气栗控制面板上读取真空度值。同时，钢桶会在大气压力和重力作用下往下沉，其下沉量增量可采用徕卡全站仪测得，其精度为0.1mm，足以满足试验要求。随着钢桶入土深度增加，F大气+G钢桶会与侧摩阻力形成平衡，此时参照图4所示，该模型的计算公式如下：由平衡条件可得：简化上式可得出：L为平衡临界深度mP为真空度KpaD为钢桶直径mtl、t2分别为盖板厚度与桶壁厚度mqsik侦Ij摩阻力Kpa若3^为固定值状况下，可得出：分级荷载试验作用，可得出：可推导出：目前为止，现场共进行三次试验，现场数据整理如下所示：表1-1第一次试验数据表表1-2第二次试验数据表表1-3第三次试验数据表在上述实施例中，为了测量最大反力值，在步骤D后还可以采用拉力装置缓慢竖向向上拉所述圆柱形桶：1，通过位移测量装置记录圆柱形桶体1移动瞬间的时间和该时间下施加的拉力值，在扣除所述圆柱形桶体1受到的大气压力值和圆柱形桶体1及其附属设备的自重后，即可得到所述圆柱形桶体1在不同深度下的最大反力数值。[0019]参照图2、图3所示，本发明第二种实施例与第一种实施例基本相同，其区别仅在于:为了更加准确地模拟不同粧体受到的摩阻力和摩擦系数，所述圆柱形桶体1的内壁和外壁上分别开设有环形分布的卡槽11，所述卡槽11内嵌入模拟不同粧体侧壁材料的套筒12。操作者可以采用不同粧体的材料制成套筒12,内外套筒12套入内壁和外壁上的卡槽11中，由此可模拟真实粧体在不同深度下受到的侧摩阻力和摩擦系数。

权利要求：1.一种真空负压测试淤泥质土摩擦系数的装置，其特征是:包括圆柱形桶体，圆柱形桶体的一端开口、另一端封闭，圆柱形桶体的开口端朝下插入土体中，所述圆柱形桶体的封闭端与通过管件连接真空栗，所述圆柱形桶体配置有可测量桶体内真空度的真空度测量装置、可测量桶体压力的压力测量装置和可测量其垂直方向位移距离的位移测量装置，所述真空栗配置有可控制其抽真空流量和启闭的真空栗控制器，所述真空度测量装置、压力测量装置、位移测量装置和真空栗控制器均与PLC连接，PLC按照接收到的圆柱形桶体内真空度设定值调控真空栗控制器，所述PLC调控过程中依据所述真空度测量装置测量得到的真空度数据修正对所述真空栗控制器的调控，当PLC接收到圆柱形桶体内的真空度数据达到设定值，并且所述位移测量装置侦测得到所述圆柱形桶体停止向下位移时，所述PLC依据此时从压力测量装置测量收到的圆柱形桶体受到的压力值、桶体自重、桶体位移距离和桶体内外侧面面积计算摩阻力。2.根据权利要求1所述的真空负压测试淤泥质土摩擦系数的装置，其特征是:连接所述真空栗和圆柱形桶体的管件上设置有防止气体逆向进入圆柱形桶体内的止回阀，所述真空度测量装置包括与真空度数显控制箱，真空度数显控制箱一端与所述真空栗连接、另一端通过连通管与所述圆柱形桶体连接。3.根据权利要求1所述的真空负压测试淤泥质土摩擦系数的装置，其特征是:所述位移测量装置包括设置于所述圆柱形桶体上端的反射片和设置于圆柱形桶体旁边的全站仪。4.根据权利要求1所述的真空负压测试淤泥质土摩擦系数的装置，其特征是:所述压力测量装置包括设置于所述圆柱形桶体上端的压力变送器，压力变送器的测压膜片上下表面分别接触上部大气压和下部的圆柱形桶体内气压，所述压力变送器与直流电源正负极连接并形成回路，所述压力变送器的信号输出端与动态信号实时分析仪连接，动态信号实时分析仪与PLC连接。5.根据权利要求1或2或3或4所述的真空负压测试淤泥质土摩擦系数的装置，其特征是:所述圆柱形桶体的内壁和外壁上分别开设有环形分布的卡槽，所述卡槽内嵌入模拟不同粧体侧壁材料的套筒。6.—种采用权利要求1所述真空负压测试淤泥质土摩擦系数的装置测量淤泥质土摩擦系数的方法，其特征是:包括以下步骤：A、将所述圆柱形桶体的开口端局部插入需要测量摩擦系数的淤泥质土中并保持圆柱形桶体处于气密封状态，将所述真空度测量装置、所述压力测试装置连接到所述圆柱形桶体的上端，圆柱形桶体通过管件与所述真空栗连接，真空栗连接所述真空栗控制器，将所述真空度测量装置、压力测量装置、位移测量装置和真空栗控制器连接到PLC;B、开启真空栗，真空栗抽取所述圆柱形桶体内的气体，当圆柱形桶体下降到预定位置并不再下降时，由PLC向真空栗控制器发出控制信号，促使真空栗维持圆柱形桶体内的真空度；C、通过PLC收集所述圆柱形桶体内的真空度数据、圆柱形桶体上端受到的压力数据和圆柱形桶体下降距离数据，并结合预先测量得到的圆柱形桶体内壁所在的内环直径和外壁所在外环直径计算得到圆柱形桶体在土体内一定深度下的侧摩阻力和摩擦系数；D、调控真空栗控制器，促使真空栗加大抽真空流量，并反复进行步骤B、C得到不同深度下的侧摩阻力和摩擦系数。7.根据权利要求6所述的采用所述真空负压测试淤泥质土摩擦系数的装置测量淤泥质土摩擦系数的方法，其特征是:采用拉力装置缓慢竖向向上拉所述圆柱形桶体，通过位移测量装置记录圆柱形桶体移动瞬间的时间和该时间下施加的拉力值，在扣除所述圆柱形桶体受到的大气压力值和圆柱形桶体及其附属设备的自重后，即可得到所述圆柱形桶体在不同深度下的最大反力数值。

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