一种固结仪

IPC分类号 : G01N3/08,G01N3/06

申请号

CN201810872169.4

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专利摘要

本发明公开了一种固结仪，包括：用于制备不同高度的试样的可拼接环刀组件；用于放置装有试样的可拼接环刀组件的固结容器；设于固结容器的两侧的加荷支杆，加荷支杆的高度可调；与加荷支杆的顶部相连的加压横梁；与加压横梁相连、用于对试样的顶部中心施压的加压头；与加压头的顶部接触、用于测量试样的受压变形量的百分表，百分表与可伸缩的测量支杆相连，测量支杆与加荷支杆平行设置；用于采集试样的孔隙水压力值的孔压测量装置。该固结仪可以对不同高度的试样进行一维K0侧限固结试验，因此，可测得不同高度试样的固结变形量，从而能够获取更符合工程实践中地基实际沉降计算的压缩参数。

权利要求

1.一种固结仪，其特征在于，包括：

用于制备不同高度的试样的可拼接环刀组件(1)；

用于放置装有所述试样的所述可拼接环刀组件(1)的固结容器；

设于所述固结容器的两侧的加荷支杆(2)，所述加荷支杆(2)的高度可调；

与所述加荷支杆(2)的顶部相连的加压横梁(7)；

与所述加压横梁(7)相连、用于对所述试样的顶部中心施压的加压头(3)；

与所述加压头(3)的顶部接触、用于测量所述试样的受压变形量的百分表(4)，所述百分表(4)与可伸缩的测量支杆(5)相连，所述测量支杆(5)与所述加荷支杆(2)平行设置；

用于采集所述试样的孔隙水压力值的孔压测量装置(6)；

其中，所述可拼接环刀组件(1)包括用于切取或填入所述试样的可拼接的至少两个环刀(11)、与拼接后的所述环刀(11)的外壁贴合套装的环刀固定套环(12)和用于将所述环刀固定套环(12)紧固的紧固件；

所述环刀固定套环(12)包括沿所述环刀固定套环(12)的轴线所在平面对称设置的第一瓣套环(121)和第二瓣套环(122)，所述第一瓣套环(121)和所述第二瓣套环(122)相扣合；

所述紧固件包括：

用于紧固所述环刀固定套环(12)的底部外周的护环基础底座(13)；

用于紧固所述环刀固定套环(12)沿高度方向的中部以下的外周的至少一个可拼接护环(14)；

用于紧固所述环刀固定套环(12)的顶部外周的喉箍(15)。

2.根据权利要求1所述的固结仪，其特征在于，所述加荷支杆(2)包括第一支杆(21)和至少一根第二支杆(22)，所述第一支杆(21)的顶端与所述加压横梁(7)相连，所述第一支杆(21)的底端与所述第二支杆(22)螺纹连接，当所述第二支杆(22)为至少两根时，相邻两根所述第二支杆(22)螺纹连接。

3.根据权利要求1所述的固结仪，其特征在于，所述测量支杆(5)包括测量外杆(51)和套设于所述测量外杆(51)内的测量内杆(52)，所述测量内杆(52)的外周设有若干个用于调整所述测量内杆(52)的固定位置的定位销(53)，所述测量外杆(51)的侧壁设有一个用于与任意一个所述定位销(53)配合定位的定位孔。

4.根据权利要求3所述的固结仪，其特征在于，所述百分表(4)通过百分表夹(41)与所述测量支杆(5)相连，所述百分表夹(41)套设于所述测量内杆(52)上，所述百分表夹(41)沿垂直于所述测量支杆(5)的方向设有H型槽(42)，所述百分表(4)的测量杆上设有可沿所述H型槽(42)滑动的H型滑块(43)，所述百分表夹(41)设有用于将所述百分表夹(41)固定于所述测量内杆(52)上的第一螺栓孔(44)和用于配合第二螺栓使所述H型槽(42)收缩以夹紧所述H型滑块(43)的第二螺栓孔(45)。

5.根据权利要求1所述的固结仪，其特征在于，所述加压头(3)包括与所述加压横梁(7)相连的加压螺栓头(31)和与所述加压螺栓头(31)螺纹连接的螺纹外管(32)，所述螺纹外管(32)的底部嵌入所述试样顶部的加压上盖(8)的顶部凹槽内，所述加压螺栓头(31)的顶部与所述百分表(4)底部的测量头接触。

6.根据权利要求1-5任一项所述的固结仪，其特征在于，当所述可拼接护环(14)为至少两个时，所述护环基础底座(13)与最底层的所述可拼接护环(14)凹凸嵌合连接，相邻两个所述可拼接护环(14)凹凸嵌合连接。

7.根据权利要求1所述的固结仪，其特征在于，所述孔压测量装置(6)包括排水管道(61)和孔压传感器(62)，所述排水管道(61)的一端贯穿不透水垫片与所述试样上方的透水石(64)连通，另一端与所述孔压传感器(62)连通，所述孔压传感器(62)与数据采集仪(63)相连。

说明书

技术领域

本发明涉及岩土工程实验设备技术领域，更具体地说，涉及一种固结仪。

背景技术

在岩土工程理论研究和工程实践中，通常需要进行地基沉降计算。

在外载荷作用下，地基土体中的孔隙水和空气会逐渐消散，有效应力增加，土体体积将逐渐被压密，地基发生沉降。现有技术中，通常采用K0固结仪来对室内常规2cm高的土样进行一维K0侧限固结试验，以获取地基沉降计算的压缩参数，然后利用该压缩参数去预测现场工程中地基的实际沉降量。

然而，由于土体的变形是由固结变形和蠕变变形两部分组成，传统的计算方法是人为将固结变形和蠕变变形分开，并认为土体主固结完成之后才发生蠕变变形，但研究表明，实际工程中土体的固结效应和蠕变效应是相互影响、相互作用的，两者共同决定了地基的沉降。实际上，蠕变变形是在主固结阶段就发生的，而且随着土样高度的增加，土体的主固结时间变长，主固结阶段的次固结变形量也随之增加。文献“Kabbaj M,Tavenas F,Leroueil S.In situ and laboratory stress-strain relationships[J].Geotechnique,1988,38(1):83-100”中对四个实际工程的应力、应变监测数据的分析表明，实际监测的变形量比理论计算值大很多。也即，采用基于室内常规2cm高土样的一维K0侧限固结试验获取的压缩参数去计算现场工程中地基的实际沉降量将大大低估土体的实际沉降量。

综上所述，如何提供一种可进行不同高度试样的一维K0侧限固结试验的固结仪，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种固结仪，该固结仪可对不同高度的试样进行一维K0侧限固结试验，能够获取更符合工程实践中地基实际沉降计算的压缩参数。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种固结仪，包括：

用于制备不同高度的试样的可拼接环刀组件；

用于放置装有所述试样的所述可拼接环刀组件的固结容器；

设于所述固结容器的两侧的加荷支杆，所述加荷支杆的高度可调；

与所述加荷支杆的顶部相连的加压横梁；

与所述加压横梁相连、用于对所述试样的顶部中心施压的加压头；

与所述加压头的顶部接触、用于测量所述试样的受压变形量的百分表，所述百分表与可伸缩的测量支杆相连，所述测量支杆与所述加荷支杆平行设置；

用于采集所述试样的孔隙水压力值的孔压测量装置。

优选地，所述加荷支杆包括第一支杆和至少一根第二支杆，所述第一支杆的顶端与所述加压横梁相连，所述第一支杆的底端与所述第二支杆螺纹连接，当所述第二支杆为至少两根时，相邻两根所述第二支杆螺纹连接。

优选地，所述测量支杆包括测量外杆和套设于所述测量外杆内的测量内杆，所述测量内杆的外周设有若干个用于调整所述测量内杆的固定位置的定位销，所述测量外杆的侧壁设有一个用于与任意一个所述定位销配合定位的定位孔。

优选地，所述百分表通过百分表夹与所述测量支杆相连，所述百分表夹套设于所述测量内杆上，所述百分表夹沿垂直于所述测量支杆的方向设有H型槽，所述百分表的测量杆上设有可沿所述H型槽滑动的H型滑块，所述百分表夹设有用于将所述百分表夹固定于所述测量内杆上的第一螺栓孔和用于配合第二螺栓使所述H型槽收缩以夹紧所述H型滑块的第二螺栓孔。

优选地，所述加压头包括与所述加压横梁相连的加压螺栓头和与所述加压螺栓头螺纹连接的螺纹外管，所述螺纹外管的底部嵌入所述试样顶部的加压上盖的顶部凹槽内，所述加压螺栓头的顶部与所述百分表底部的测量头接触。

优选地，所述可拼接环刀组件包括用于切取或填入所述试样的可拼接的至少两个环刀、与拼接后的所述环刀的外壁贴合套装的环刀固定套环和用于将所述环刀固定套环紧固的紧固件。

优选地，所述环刀固定套环包括沿所述环刀固定套环的轴线所在平面对称设置的第一瓣套环和第二瓣套环，所述第一瓣套环和所述第二瓣套环相扣合。

优选地，所述紧固件包括：

用于紧固所述环刀固定套环的底部外周的护环基础底座；

用于紧固所述环刀固定套环沿高度方向的中部以下的外周的至少一个可拼接护环；

用于紧固所述环刀固定套环的顶部外周的喉箍。

优选地，当所述可拼接护环为至少两个时，所述护环基础底座与最底层的所述可拼接护环凹凸嵌合连接，相邻两个所述可拼接护环凹凸嵌合连接。

优选地，所述孔压测量装置包括排水管道和孔压传感器，所述排水管道的一端贯穿不透水垫片与所述试样上方的透水石连通，另一端与所述孔压传感器连通，所述孔压传感器与数据采集仪相连。

本发明提供的固结仪，使用时，采用可拼接环刀组件制备不同高度的试样，并根据试样的高度调整加荷支杆的高度，使加荷支杆能够适应不同高度的试样，然后将装有试样的可拼接环刀组件放入固结容器，通过伸缩测量支杆将百分表升降到相应位置，使百分表底部的测量头与加压头的顶部接触，通过对加压横梁施压使加压头的底部对试样的顶部中心施压。在试验过程中，百分表可测得试样的受压变形量，孔压测量装置可采集试样的孔隙水压力值。该固结仪可以对不同高度的试样进行一维K0侧限固结试验，因此，可测得不同高度试样的固结变形量，从而能够获取更符合工程实践中地基实际沉降计算的压缩参数。所得的试验结果可研究试样高度对土体压缩特性的影响，定量分析固结效应与蠕变效应的相互作用机理。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明所提供的固结仪具体实施例的结构示意图；

图2为图1中百分表的示意图；

图3为图1中百分表夹的结构示意图；

图4为图1中加压螺栓头的结构示意图；

图5为图1中螺纹外管的结构示意图；

图6为图1中各环刀拼接后的示意图；

图7为图1中环刀固定套环的结构示意图；

图8为图1中喉箍的结构示意图；

图9为图1中护环基础底座的结构示意图；

图10为图1中可拼接护环的结构示意图；

图11为图1中测量支杆的结构示意图；

图12为图1中加荷支杆未拼接时的结构示意图；

图13为一组高度分别为2cm、10cm和20cm的试样在100kPa荷载下的ε-lgt曲线图；

图14为一组高度分别为2cm、10cm和20cm的试样在200kPa荷载下的ε-lgt曲线图。

图1至图12中附图标记如下：

1为可拼接环刀组件、11为环刀、12为环刀固定套环、121为第一瓣套环、122为第二瓣套环、13为护环基础底座、14为可拼接护环、15为喉箍、2为加荷支杆、21为第一支杆、22为第二支杆、3为加压头、31为加压螺栓头、32为螺纹外管、4为百分表、41为百分表夹、42为H型槽、43为H型滑块、44为第一螺栓孔、45为第二螺栓孔、5为测量支杆、51为测量外杆、52为测量内杆、53为定位销、6为孔压测量装置、61为排水管道、62为孔压传感器、63为数据采集仪、7为加压横梁、8为加压上盖、9为导环。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的核心是提供一种固结仪，该固结仪可对不同高度的试样进行一维K0侧限固结试验，能够获取更符合工程实践中地基实际沉降计算的压缩参数。

请参考图1-图12，图1为本发明所提供的固结仪具体实施例的结构示意图；图2为百分表的示意图；图3为百分表夹的的结构示意图；图4为加压螺栓头的结构示意图；图5为螺纹外管的结构示意图；图6为各环刀拼接后的示意图；图7为环刀固定套环的结构示意图；图8为喉箍的结构示意图；图9为护环基础底座的结构示意图；图10为可拼接护环的结构示意图；图11为测量支杆的结构示意图；图12为加荷支杆未拼接时的结构示意图。

本发明提供一种固结仪，包括可拼接环刀组件1、固结容器、加荷支杆2、加压横梁7、加压头3、百分表4和孔压测量装置6等，加荷支杆2和加压横梁7形成固结仪的加压框架，可拼接环刀组件1用于制备不同高度的试样，试样制备完成后，将装有试样的可拼接环刀组件1放置在固结容器中，以便对试样进行固结试验。

可以理解的是，固结容器为用于设置可拼接环刀组件1的容置槽，优选地，使用时，可拼接环刀组件1的底部外周放置在该容置槽中，该容置槽对可拼接环刀组件1起到底部支撑和侧部限位的作用。

为了能够对不同高度的试样进行固结试验，本发明通过高度可调的加荷支杆2来调整加压框架的高度，以放置不同高度的试样。当对不同高度的试样进行固结试验时，只需将加荷支杆2调整至相应的高度即可。优选地，加荷支杆2的个数为两根，两根加荷支杆2分别设置在固结容器相对的两侧，加荷支杆2的顶部与加压横梁7垂直相连，以通过加压横梁7对试样施加压力。

为了确保试样整体的受压变形量较均衡，加压横梁7与加压头3相连，加压头3用于对试样的顶部中心施加压力，也即，施加于加压横梁7上的压力通过加压头3传递至试样的顶部中心处，使试样的顶部中心受力，在加压头3的压力作用下，试样整体产生竖向位移。优选地，试样上方设有加压上盖8，加压上盖8的顶部中心与试样中心共线，加压头3的底部嵌入加压上盖8的顶部中心处的凹槽内，也即，加压头3通过加压上盖8对试样施加压力，使试样受力更均匀。

可以理解的是，本发明通过百分表4来测量试样的受压变形量，使用时，百分表4的底部测量头与加压头3的顶部接触，以通过测量加压头3的竖向位移来测量试样的受压变形量。

百分表4固定在测量支杆5上，由于加荷支杆2的高度可调，因此，为了适应不同高度的试样，测量支杆5可伸缩，以通过测量支杆5的伸缩来将百分表4升降至相应的高度位置，使百分表4的底部的测量头与加压头3的顶部接触。

优选地，百分表4与竖向位移传感器相连，竖向位移传感器与数据采集仪63相连，以自动采集试验全过程中试样的竖向变形量。

孔压测量装置6用于采集试验全过程中试样的孔隙水压力值，以判断试样是否主固结完成。

综上所述，本发明提供的固结仪，使用时，采用可拼接环刀组件1制备不同高度的试样，并根据试样的高度调整加荷支杆2的高度，使加荷支杆2能够适应不同高度的试样，然后将装有试样的可拼接环刀组件1放入固结容器，通过伸缩测量支杆5将百分表4升降到相应位置，使百分表4与加压头3的顶部接触，通过对加压横梁7施压使加压头3的底部对试样的顶部中心施压。在试验过程中，百分表4可测得试样的受压变形量，孔压测量装置6可采集试样的孔隙水压力值。该固结仪可以对不同高度的试样进行一维K0侧限固结试验，因此，可测得不同高度试样的固结变形量，从而能够获取更符合工程实践中地基实际沉降计算的压缩参数。所得的试验结果可研究试样高度对土体压缩特性的影响，定量分析固结效应与蠕变效应的相互作用机理。

考虑到加荷支杆2高度可调的具体实现方式，在上述实施例的基础之上，加荷支杆2包括可拼接的第一支杆21和至少一根第二支杆22，第一支杆21的顶端与加压横梁7相连，第一支杆21的底端与第二支杆22螺纹连接，当第二支杆22为至少两根时，相邻两根第二支杆22螺纹连接。

也就是说，本实施例通过第一支杆21与不同数量的第二支杆22依次拼接，来改变加荷支杆2的高度，第一支杆21和第二支杆22的长度可以相等，也可以不相等。

优选地，第一支杆21的两端均设有外螺纹，第二支杆22的一端设有内螺纹，另一端设有外螺纹。拼接时，第一支杆21底端的外螺纹与第二支杆22顶端的内螺纹配合连接，当第二支杆22为至少两根时，位于上方的第二支杆22底端的外螺纹与位于下方的第二支杆22的内螺纹配合连接，最下方的第二支杆22底端的外螺纹旋入固结仪的支撑平台上。第一支杆21顶端的外螺纹用于固定加压横梁7，优选地，加压横梁7夹设于两个螺母之间，两个螺母与第一支杆21顶端的外螺纹配合连接。

为了保证加荷支杆2具有足够的承压能力，优选地，第一支杆21为实心支杆，第二支杆22除内螺纹以外的部分为实心杆。

考虑到测量支杆5可伸缩的具体实现方式，在上述实施例的基础之上，测量支杆5包括测量外杆51和套设于测量外杆51内的测量内杆52，测量内杆52的外周设有若干个用于调整测量内杆52的固定位置的定位销53，测量外杆51的侧壁设有一个用于与任意一个定位销53配合定位的定位孔。

也就是说，本实施例通过定位销53与定位孔的配合连接实现测量内杆52与测量外杆51的固定，并通过使不同的定位销53与定位孔配合，来改变测量内杆52的固定位置，从而实现测量内杆52在测量外杆51内的伸缩。

为了方便测量内杆52的固定，优选地，所有定位销53所在直线与测量内杆52的轴线平行。进一步地，所有定位销53沿测量内杆52的轴向均匀分布。例如，定位销53的个数可以为十个，十个定位销53沿测量内杆52的轴向设置在一条直线上，且相邻两个定位销53之间的距离为2cm。

考虑到测量内杆52在测量外杆51内伸缩的顺畅性问题，测量内杆52和测量外杆51均优选为不锈钢材质的杆状件。测量内杆52优选为空心杆。

为了保证百分表4能够精确测量试样中心点处的受压变形量，在上述实施例的基础之上，百分表4通过百分表夹41与测量支杆5相连，百分表夹41套设于测量内杆52上，百分表夹41沿垂直于测量支杆5的方向设有H型槽42，百分表4的测量杆上设有可沿H型槽42滑动的H型滑块43，百分表夹41设有用于将百分表夹41固定于测量内杆52上的第一螺栓孔44和用于配合第二螺栓使H型槽42收缩以夹紧H型滑块43的第二螺栓孔45。

也就是说，本实施例通过H型滑块43在H型槽42内的滑动，带动百分表4靠近或远离测量支杆5，也即，百分表4可在垂直于试样中心线的方向平移，以在不同试样的中心线不在一个位置时，通过带动百分表4平移，调整百分表4的位置，使百分表4的测量杆底端的测量头始终对准试样的中心点处，以测量试样中心点的竖向位移。

考虑到H型滑块43与百分表4的测量杆的固定方式，优选地，H型滑块43为钢质滑块，H型滑块43与百分表4的测量杆焊接固定。

考虑到百分表夹41的固定方式，百分表夹41的一端设有安装孔，该安装孔的轴线与第一螺栓孔44的轴线垂直设置，且安装孔与第一螺栓孔44相连通。百分表夹41通过该安装孔套设于测量内杆52的外周部，并通过与第一螺栓孔44配合连接的第一螺栓将百分表夹41与测量内杆52固定，可以理解的是，百分表夹41固定时，第一螺栓的端部顶紧测量内杆52的外周部。考虑到当百分表4的测量杆的底端与试样的中心点对准时百分表4的固定问题，百分表夹41设有第二螺栓孔45，当百分表4的测量杆底端的测量头与试样的中心点对准时，通过穿设于第二螺栓孔45的第二螺栓使H型槽42的两个槽壁相互靠近，从而使H型槽42的槽宽变窄，也即，通过H型槽42的收缩将H型滑块43夹紧，从而实现百分表4与百分表夹41的固定，保持百分表4沿垂直于测量内杆52方向的位置不变。为了保证在试样竖向变形量较大时加压头3能够与试样始终接触，在上述实施例的基础之上，加压头3包括与加压横梁7相连的加压螺栓头31和与加压螺栓头31螺纹连接的螺纹外管32，螺纹外管32的底部嵌入试样顶部的加压上盖8的顶部凹槽内，加压螺栓头31的顶部与百分表4底部的测量头接触。

也即，本实施例可通过调整加压螺栓头31与螺纹外管32的旋合长度来调整加压头3与试样上方的加压上盖8之间的距离，以此来保证加压头3的底部始终与加压上盖8的顶部接触，从而确保加压头3对试样顶部施加压力。

需要说明的是，加压螺栓头31与螺纹外管32的长度取决于排水距离，也即试样高度，试样高度越大，排水距离越大，试验过程中试样的压缩量也越大，则加压螺栓头31与螺纹外管32的长度应越长。当试样的竖向变形量较小时，例如对2cm高试样进行试验时，无需采用螺纹外管32，只使用加压螺栓头31即可，也即，试验时，加压螺栓头31的底部嵌入试样顶部的加压上盖8的顶部凹槽内，加压螺栓头31的顶部与百分表4底部的测量头接触。可以理解的是，加压螺栓头31的底部形状与螺纹外管32的底部形状一致。

为了避免生锈，加压螺栓头31为不锈钢材质加压螺栓头31，螺纹外管32为不锈钢材质螺纹外管32。

考虑到可拼接环刀组件1的具体结构的实现，在上述任意一项实施例的基础之上，可拼接环刀组件1包括用于切取或填入试样的可拼接的至少两个环刀11、与拼接后的环刀11的外壁贴合套装的环刀固定套环12和用于将环刀固定套环12紧固的紧固件。

需要说明的是，当试样为原状土样时，采用环刀11直接切取原状土样即可；当试样为重塑土样时，则将制备的重塑土样分层均匀填入环刀11即可。优选地，环刀11高度为2cm或4cm。当单个环刀11切取或填入试样后，根据需要高度将至少两个环刀11拼接为一体结构即可，多个环刀11拼接后，增加了试样高度。这可避免直接采用较高环刀11切取原状土时环刀11与土样间摩阻力大、环刀11易倾斜、切土困难等问题，或直接向较高环刀11内填入重塑土样时装样不便、不均匀等问题。

可以理解的是，环刀固定套环12用来固定拼接后的环刀11，以避免各环刀11在径向上错位，保证各环刀11轴线共线，使环刀11内土样的横截面保持重合。紧固件用来紧密固定环刀固定套环12与环刀11，以避免不同高度试样在受荷变形过程中发生倾斜。

作为一种优选方案，环刀11为不锈钢材质环刀11，环刀11的内壁直径统一为61.8mm，环刀11的高度包括20mm或40mm。

进一步地，环刀固定套环12优选为不锈钢材质环刀固定套环12，环刀固定套环12的高度包括100mm或200mm。

为了使用时安装方便，在上述实施例的基础之上，环刀固定套环12包括沿环刀固定套环12的轴线所在平面对称设置的第一瓣套环121和第二瓣套环122，第一瓣套环121和第二瓣套环122相扣合。

也就是说，本实施例中，环刀固定套环12分为两瓣，制备试样时，先将各环刀11的外壁依次贴合第一瓣套环121的内壁放入第一瓣套环121的内侧，完成各环刀11在第一瓣套环121内的拼装，拼装完成后将第二瓣套环122与或第一瓣套环121紧密扣合即可。这种结构的环刀固定套环12方便装样，给试验带来诸多便利。

考虑到紧固件的具体结构的实现，在上述实施例的基础之上，紧固件包括护环基础底座13、可拼接护环14和喉箍15。护环基础底座13用于紧固环刀固定套环12的底部外周，可拼接护环14用于紧固环刀固定套环12沿高度方向的中部以下的外周，同时避免环刀固定套环12晃动，喉箍15用于紧固环刀固定套环12的顶部外周。可拼接护环14、护环基础底座13以及喉箍15分别用来紧密固定环刀固定套环12的中下部及上部，保证不同高度试样在受荷变形过程中不发生倾斜。

优选地，喉箍15为不锈钢材质喉箍15，可通过螺丝刀旋转喉箍15锁头调节喉箍15尺寸，喉箍15可紧密地箍紧两瓣环刀固定套环12的上部。

为了使各可拼接护环14之间形成紧密连接，在上述实施例的基础之上，当可拼接护环14为至少两个时，护环基础底座13与最底层的可拼接护环14凹凸嵌合连接，相邻两个可拼接护环14凹凸嵌合连接。

优选地，护环基础底座13为不锈钢材质护环基础底座13，护环基础底座13的顶部设有凹槽，可拼接护环14的底部设有凸台，可拼接护环14的顶部设有凹槽，可拼接护环14顶部的凹槽与护环基础底座13顶部的凹槽一致，拼接时，最底层的可拼接护环14的凸台插入基础底座的凹槽内，两者通过凹凸嵌合卡接；位于上方的可拼接护环14的凸台插入与之相邻的下方的可拼接护环14的凹槽内，形成凹凸嵌合的卡接。也即，本实施例中，各可拼接护环14以及护环基础底座13通过凹凸嵌合连接为一体结构，提高了其紧固能力。

考虑到孔压测量装置6的具体结构的实现，在上述实施例的基础之上，孔压测量装置6包括排水管道61和孔压传感器62，排水管道61的一端贯穿不透水垫片与试样上方的透水石连通，另一端与孔压传感器62连通，孔压传感器62与数据采集系统相连。孔压测量装置6用以量测受压试样在试验过程中孔隙水压力的消散情况。

以本发明公开的一个具体实施例为例，分别进行试样高度为2cm、10cm和20cm的一维K0固结试验，具体包括以下步骤：

步骤1：制备试样：在2cm或4cm高环刀11的内侧涂抹凡士林，并制备试验土样。若需制备原状土样，则用环刀11直接切取原状试验土样；若需制备重塑土样，则依次将土体烘干、碾碎并过0.5mm孔径的标准筛，根据试验所需含水率制备试样，并静置24h后分层均匀填入2cm或4cm环刀11。将制备好的试样固定放置在饱和器中进行真空饱和。

步骤2：调试孔压测量装置6：将橡胶抽气球内吸满水后把球嘴对准排水管道61一端，挤出抽气球内的水，注满整个排水管道61，排出排水管道61内的空气。

步骤3：固定环刀11：饱和后将试样取出，在固结容器上依次放置试样底部透水石及试样底部滤纸，为方便装样，直接在固结容器中拼接并固定环刀11，避免高度过大环刀11难以放入固结容器的问题。为制备10cm高试样，先将第一瓣套环121放置于固结容器底部，再将一个2cm和两个4cm的试样分层拼装入10cm高的第一瓣套环121内侧；为制备20cm高试样，先将第一瓣套环121放置于固结容器底部，再将两个2cm和四个4cm的试样分层拼装入20cm高的第一瓣套环121内侧，环刀11拼装过程中环刀11的外壁与第一瓣套环121的内壁紧密贴合，以保证各试样的上下横截面完全重合，拼装完成后将第二瓣套环122与第一瓣套环121紧密扣合，分别得到10cm和20cm的试样。2cm高试样则采用单一环刀11获取。

采用护环基础底座13固定环刀固定套环12的底部，根据拼接后的环刀11高度，在环刀固定套环12的外周部再套入相应个可拼接护环14，护环固定底座与可拼接护环14之间，以及各可拼接护环14之间以凹凸嵌合的卡槽形式连接，使各部件紧密接触，以固定环刀固定套环12的中下部，并保证环刀固定套环12不晃动。旋转喉箍15锁头调节喉箍15尺寸，使喉箍15紧密地箍紧两瓣环刀固定套环12的上部。

步骤4：加装试验附件：在试样上依次放上试样顶部滤纸、试样顶部透水石、不透水垫片、加压上盖8和导环9，其中，导环9用于固定顶部透水石和加压上盖8，防止试验过程中试样顶部透水石和加压上盖8位置偏移。

步骤5：组装试验装置：将排水管道61的一端通过加压上盖8和不透水垫片上的孔位连通于试样顶部的透水石，将排水管道61的另一端与孔压传感器62连通，孔压传感器62和位移传感器与数据采集仪63连接。

将第一支杆21和第二支杆22对应环刀11高度组装成一组完整的加荷支杆2，使加荷支杆2高度依次能够放入2cm、10cm、20cm的试样，将固结容器置于加荷支杆2正中，使加压上盖8与加荷支杆2的中心对准。

将加压螺栓头31旋入加压横梁7后，与螺纹外管32螺纹连接，并调整加压螺栓头31与螺纹外管32的长度，使螺纹外管32底部对准加压上盖8顶部凹槽中心，其中2cm高试样试验时无需螺纹外管32，只需将加压螺栓头31的底部对准加压上盖8顶部凹槽中心即可。

安装测量支杆5，调整测量内杆52上与测量外杆51的定位孔配合的定位销53，使测量支杆5的高度分别满足10cm和20cm的试样。

将百分表夹41套装于测量内杆52外周，并通过与第一螺栓孔44配合的第一螺栓将百分表夹41安装固定在测量内杆52上。将百分表4的H型滑块43置入百分表夹41的H型槽42中，使其可在H型槽42内移动，调整H型滑块43在H型槽42中的位置，使百分表4底部的测量头对准加压螺栓头31的顶部中心，并通过与第二螺栓孔45配合的第二螺栓将H型滑块43固定在H型槽42中，从而使百分表4安装固定在百分表夹41上，其中20cm的试样固结试验时选用大量程百分表4为宜。

步骤6：开始试验：施加1kPa的预压力，使试样与仪器上下各部件之间接触，并挤密多余空隙，待超静孔隙水压力值小于0.5kPa时停止预压。

步骤7：去掉预压力，将百分表4调零，立即施加第一级荷载，加载时应避免冲击和摇晃，并保证压力均匀施加于试样表面。为了减少人为因素的影响，整个试验过程中试样的竖向变形量以及孔隙水压力值通过土工试验数据采集仪63进行自动采集，竖向位移读数精确至0.01mm，孔隙水压力读数精确至0.5kPa。

考虑到试验数据采集的时间间隔，根据Terzaghi一维固结理论可知，固结时间因数Tv与试样高度H的平方成正比，为了与《土工试验规范》中2cm高试样的读数时间间隔保持一致，不同高度试样的试验数据读取间隔均分别如下：

0秒、秒、秒、分钟、分钟、分钟、分钟、分钟、分钟、分钟、分钟、分钟、分钟、分钟、分钟、分钟、分钟、分钟、分钟、分钟、小时、小时。

对于判定不同高度的试样是否完成主固结的标准，由于《土工试验规范》中判断主固结是否完成的标准只适用于2cm高的试样，并不适用于具有较高高度的试样，现根据Terzaghi一维固结理论，可用如下方法判断不同高度的试样是否完成主固结：(1)实时读取数据采集仪63上的超静孔隙水压力值，当孔隙水压力值小于1kPa时，判定试样的主固结完成；(2)由于试样的变形量与试样高度H成正比，根据2cm试样的主固结完成标准，即：最后1h变形量不超过0.01mm，可将高10cm试样的固结完成标准制定为最后1小时变形量不超过0.05mm，将20cm试样的固结完成标准制定为最后1小时变形量不超过0.1mm。即：高度为H的试样的固结完成标准为最后1小时变形量不超过若无需进行长期固结试验，则继续施加下一级荷载，试样加荷顺序优选为12.5kPa、25kPa、50kPa、100kPa、200kPa、400kPa、800kPa；若需研究次固结变形，则继续固结并每隔24小时读取一个试验数据。

步骤8：在施加第一级荷载后，立即向容器内注满水，用湿棉纱围住上方环刀11口四周，并定时浇水以保持棉纱湿度，避免试样中的水分蒸发。

步骤9：需要进行回弹实验时，可在某级压力下固结稳定后卸载，直到卸载至第一级压力，每次退压至24小时后测定试样的回弹量。

步骤10：实验结束后吸去容器内的水，迅速拆除仪器各部件，取出试样，并进行相关的数据处理。对比试验中不同试样高度对变形曲线的影响趋势、以及不同试样高度主固结完成时的应变量等。

如图13和图14所示，图13为一组高度分别为2cm、10cm和20cm的试样在100kPa荷载下的ε-lgt曲线图；图14为一组高度分别为2cm、10cm和20cm的试样在200kPa荷载下的ε-lgt曲线图。

图13和图14中：εEOP-2、εEOP-10、εEOP-20分别为2cm、10cm以及20cm高度试样主固结完成时对应的应变值。

从图13和图14中可以看出：随着试样高度的增加，主固结完成时间和主固完成时的应变值会增加，2cm高度的试样首先完成主固结变形并进入到次固结阶段，而具有较高高度的试样需要更长的时间完成主固结，因此，主固结阶段需要考虑蠕变变形的影响，若用常规室内2cm高试样获取的压缩参数去计算现场深厚地基的沉降量，将低估主固结阶段蠕变变形的影响。

还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

以上对本发明所提供的固结仪进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

一种固结仪专利购买费用说明