一种路基土壤固结性能测定装置的制作方法

本发明属于土壤测定，尤其是涉及一种路基土壤固结性能测定装置。

背景技术：

1、在路基工程建设与维护过程中，土壤固结性能是决定路基长期稳定性的关键指标，直接影响道路的承载能力与使用寿命。现有路基土壤固结性能测定装置的核心工作原理为：将制备好的路基土壤试样装入测定箱内，通过顶部压板施加轴向压力，使土壤试样发生固结变形，同时监测沉降量、排水量及含水率等参数，进而分析固结特性，如公告号cn206906375u公开的一种测量土壤固结性能和膨胀力的装置。

2、为优化压板与土壤试样的接触效果、辅助排水排气，普遍采用在土壤表面铺设透水石，虽能在一定程度上填充土壤表面的微小凹凸，减小压板与土壤间的初始间隙，但在实际测定过程中压板采用整面同步加压模式，压板瞬间与透水石全面接触，不仅无法有效排出间隙内的空气与水分，还会将其封闭在土壤内部形成“窝气”和“积水”现象，造成前期沉降数据失真，且封闭的气体后期会缓慢压缩，导致固结阶段出现反常出水，降低测定精度。

3、为此，提出一种路基土壤固结性能测定装置。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对上述现有技术存在的问题，提供一种路基土壤固结性能测定装置。

2、为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种路基土壤固结性能测定装置，包括测定箱、液压缸和压板，所述液压缸固定安装于测定箱的侧壁上，且液压缸的移动端向上延伸并横向固定设有连接板，所述连接板的下表面末端固定设有与压板上表面中心连接的压杆，还包括：

3、逐步加压机构，设置于压板的上表面和下表面，且加压端位于压板的下表面并与测定箱内部的土壤和透水石表面接触，通过逐步加压机构可对土壤和透水石由内向外加压，逐层排出夹层间隙内滞留的气体与积水，所述逐步加压机构与压板的下表面边缘区域共同围成环形水槽；

4、水箱，固定设置于测定箱的底部，且水箱与测定箱的连接处开设有多个均匀分布的溢水孔，所述测定箱的侧壁设有与环形水槽和水箱连接的抽水机构，所述水箱的内侧壁固定安装有水位传感器；

5、fdr介电式土壤水分传感器，固定安装于测定箱的侧壁上，且fdr介电式土壤水分传感器的两个探针均延伸至测定箱的内部；

6、沉降检测机构，设置于测定箱的侧壁上，且沉降检测机构的检测端与压板的上表面连接。

7、优选的，所述逐步加压机构包括固定设置于压板下表面中心处的圆形压盘，所述圆形压盘的外围设有多个相互活动套接的压环，所述圆形压盘的厚度大于压环的厚度，多个所述压环的两侧顶部均设有电磁伸缩机构，且电磁伸缩机构固定设置于压板的上表面。

8、优选的，所述电磁伸缩机构包括固定设置于压环上表面的伸缩杆，所述伸缩杆的上端固定设有永磁块，所述永磁块的顶部固定设有连接盘，所述伸缩杆的杆壁套设有电磁环，且电磁环的底部与压板的上表面固定连接，所述电磁环与永磁块之间固定设有弹簧，所述压板的上表面且位于电磁环的外围固定设有连接环，所述连接盘与连接环之间固定设有罩设于弹簧外侧的伸缩罩。

9、优选的，所述圆形压盘的圆周壁固定设有多个均匀分布的限位托杆，多个所述压环的下表面且与多个限位托杆的位置对应处设有限位槽，通过限位托杆与限位槽的配合保证圆形压盘的下表面与多个压环的下表面平齐。

10、优选的，所述抽水机构包括固定设置于测定箱侧壁上的抽水泵，所述抽水泵的吸入端固定设有抽水管，且抽水管的末端与压板固定连接并延伸至环形水槽的内部，所述环形水槽的内部且位于抽水管的管口处固定设有滤网罩，所述抽水泵的输出端固定设有与水箱固定连接的出水管。

11、优选的，所述沉降检测机构包括固定设置于测定箱侧壁上的支撑座，所述支撑座的顶部固定设有位移传感器，所述位移传感器的位移端固定设有l形连接杆，且l形连接杆的末端与压板的上表面边缘固定连接。

12、优选的，所述测定箱的侧壁固定设有控制器，所述液压缸、逐步加压机构、抽水机构、水位传感器、fdr介电式土壤水分传感器和沉降检测机构均与控制器电性连接。

13、优选的，所述压杆的下端固定设有压力传感器，所述压力传感器的受压端与压板的上表面中心处固定连接，且压力传感器与控制器电性连接，所述压板通过压力传感器监测对土壤和透水石的预压，预压后控制器启动逐步加压机构。

14、本发明与现有的技术相比具有以下优点：

15、1、本发明通过在压板上设置圆形压盘和多个相互套设的压环，在对路基土壤施压时，控制液压缸伸出带动压板下移，同步带动圆形压盘和多个压环，其中圆形压盘优先与路基土壤表面中部接触并通过压力传感器检测给路基土壤的预压力，待预压力达到阈值时，停止液压缸动作并按由内向外的顺序依次接通多个压环两侧顶部的电磁环，促使永磁块带动伸缩杆同步下移，伸缩杆下端推动压环向路基土壤方向移动，同时永磁块与电磁环之间的弹簧被压缩，最终实现多个压环由内向外依次下压并与路基土壤表面贴合，能够循序渐进压实路基土壤表层，逐层把夹层间的空气、滞留积水挤向外侧环形水槽，避免整体一次性全部压紧造成气体、水体密闭留存，有效消除间隙窝水和窝气带来的数据偏差，提升固结试验的精度。

16、2、本发明通过启动抽水泵，抽水泵通过抽水管将环形水槽内收集的空气与积水一起排出，该抽水动作建立在循序渐进施压土壤的基础上，再经出水管排入水箱，水箱内部的水位传感器实时监测累计排水量，形成排水数据的采集，同时，fdr介电式土壤水分传感器预埋于土壤中层，实时监测土壤含水率变化，在初始阶段因间隙水排出，含水率略有下降，主固结阶段随土壤孔隙压缩、大量孔隙水排出，含水率快速降低，进入次固结阶段后，含水率下降速率显著放缓并逐渐趋于稳定，而水箱内的水位传感器同步跟踪排水量变化，初期因间隙水排出出现短暂小峰值，主固结阶段排水量随孔隙水大量排出呈现快速增长趋势，次固结阶段排水量极少，累计排水量逐渐趋于恒定。

17、3、本发明通过压板下移同步带动l形连接杆，l形连接杆的末端与位移传感器的位移端固定连接，随着压板的移动，位移端将沿位移传感器的检测行程移动，进而实时捕捉压板的位移变化，间接实现对土壤沉降量的监测，依据沉降量和排水量两项参数划分固结三阶段，自动调整抽水泵工作功率，防止抽水泵负压强行抽吸土壤内部孔隙水，全程依靠土壤受压自然排水，规避人工抽水带来的人为误差，最终通过采集土壤的沉降量、含水率、排水量三组核心数据，构建三者之间的关联曲线，区分瞬时沉降、主固结与次固结三个阶段的土壤变化规律，完成对路基土壤固结性能的全面、精准测定。

1.一种路基土壤固结性能测定装置，包括测定箱（1）、液压缸（2）和压板（3），所述液压缸（2）固定安装于测定箱（1）的侧壁上，且液压缸（2）的移动端向上延伸并横向固定设有连接板（4），所述连接板（4）的下表面末端固定设有与压板（3）上表面中心连接的压杆（5），其特征在于，还包括：

2.根据权利要求1所述的一种路基土壤固结性能测定装置，其特征在于，所述逐步加压机构（6）包括固定设置于压板（3）下表面中心处的圆形压盘（61），所述圆形压盘（61）的外围设有多个相互活动套接的压环（62），所述圆形压盘（61）的厚度大于压环（62）的厚度，多个所述压环（62）的两侧顶部均设有电磁伸缩机构（63），且电磁伸缩机构（63）固定设置于压板（3）的上表面。

3.根据权利要求2所述的一种路基土壤固结性能测定装置，其特征在于，所述电磁伸缩机构（63）包括固定设置于压环（62）上表面的伸缩杆（631），所述伸缩杆（631）的上端固定设有永磁块（632），所述永磁块（632）的顶部固定设有连接盘（633），所述伸缩杆（631）的杆壁套设有电磁环（634），且电磁环（634）的底部与压板（3）的上表面固定连接，所述电磁环（634）与永磁块（632）之间固定设有弹簧（635），所述压板（3）的上表面且位于电磁环（634）的外围固定设有连接环（636），所述连接盘（633）与连接环（636）之间固定设有罩设于弹簧（635）外侧的伸缩罩（637）。

4.根据权利要求2所述的一种路基土壤固结性能测定装置，其特征在于，所述圆形压盘（61）的圆周壁固定设有多个均匀分布的限位托杆（64），多个所述压环（62）的下表面且与多个限位托杆（64）的位置对应处设有限位槽（65），通过限位托杆（64）与限位槽（65）的配合保证圆形压盘（61）的下表面与多个压环（62）的下表面平齐。

5.根据权利要求1所述的一种路基土壤固结性能测定装置，其特征在于，所述抽水机构（10）包括固定设置于测定箱（1）侧壁上的抽水泵（101），所述抽水泵（101）的吸入端固定设有抽水管（102），且抽水管（102）的末端与压板（3）固定连接并延伸至环形水槽（7）的内部，所述环形水槽（7）的内部且位于抽水管（102）的管口处固定设有滤网罩（103），所述抽水泵（101）的输出端固定设有与水箱（8）固定连接的出水管（104）。

6.根据权利要求1所述的一种路基土壤固结性能测定装置，其特征在于，所述沉降检测机构（13）包括固定设置于测定箱（1）侧壁上的支撑座（131），所述支撑座（131）的顶部固定设有位移传感器（132），所述位移传感器（132）的位移端（133）固定设有l形连接杆（134），且l形连接杆（134）的末端与压板（3）的上表面边缘固定连接。

7.根据权利要求1所述的一种路基土壤固结性能测定装置，其特征在于，所述测定箱（1）的侧壁固定设有控制器（14），所述液压缸（2）、逐步加压机构（6）、抽水机构（10）、水位传感器（11）、fdr介电式土壤水分传感器（12）和沉降检测机构（13）均与控制器（14）电性连接。

8.根据权利要求7所述的一种路基土壤固结性能测定装置，其特征在于，所述压杆（5）的下端固定设有压力传感器（15），所述压力传感器（15）的受压端与压板（3）的上表面中心处固定连接，且压力传感器（15）与控制器（14）电性连接，所述压板（3）通过压力传感器（15）监测对土壤和透水石的预压，预压后控制器（14）启动逐步加压机构（6）。