一种消除摩擦力和负孔压的精确测量土层中浮力实验装置

1.本实用新型涉及一种消除摩擦力和负孔压的精确测量土层中浮力实验装置。


背景技术：

2.传统浮力是根据阿基米德原理计算的，阿基米德原理认为浮力与地下结构排开的地下水体积有关。事实上，土体是一种三相介质，孔隙中的空气对渗流的影响很大。根据有效应力原理，将浮力确定为孔隙水压力和地基面积的乘积。实验测量的浮力通常小于阿基米德的计算，特别是对粘土中的地基。
3.针对这种情况，设计出合理的计浮力模型至关重要。但是现有的计浮力模型无法较好解决模型在土层中受到的摩擦力以及负孔压力问题，从而为浮力精确测量时带来了较大误差。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的是提供一种消除摩擦力和负孔压的精确测量土层中浮力实验装置，以解决现有技术中存在的问题。
5.为实现本实用新型目的而采用的技术方案是这样的，一种消除摩擦力和负孔压的精确测量土层中浮力实验装置，包括圆台主体、底板、透气管道和加水隔板。
6.所述圆台主体为内部中空且上端敞口的倒置圆台结构，圆台主体的下端具有底板。
7.所述底板开设有若干通孔，底板的下表面贴有聚偏氟乙烯薄膜。
8.所述加水隔板位于圆台主体内并固定在圆台主体的内壁上。
9.所述加水隔板与底板存在间隙，加水隔板具有中央通孔，透气管道的下端与加水隔板的中央通孔对接。
10.实验状态时，所述圆台主体的外壁涂有润滑硅脂，聚偏氟乙烯薄膜的下表面中心处安装有土压力盒和孔隙水压力计。所述圆台主体位于土体中，底板位于待测土层上，圆台主体位于加水隔板以上的腔体内装有水。
11.进一步，所述圆台主体、底板和加水隔板均由铝板制成，底板和加水隔板均呈圆形。
12.进一步，所述圆台主体的倾斜角度为45
°
。
13.本实用新型的技术效果是毋庸置疑的，本实用新型设计了一种能够消除侧壁摩阻力及基底负孔压力并且可以准确判断内箱起浮瞬间的浮力精确测量装置，在模型底部同时埋设土压力盒和孔隙水压力计，通过加减水箱内水量，使土压力盒测量值等于孔隙水压力计时，箱体刚好浮起，此时箱体与箱内水重力之和便是箱体底部所接触的土层浮力大小。本实用新型可以最大限度消除摩擦力与负孔压力。通过将箱体做成倒圆台状并在外侧涂抹润滑硅脂来消除摩擦力；通过在箱体底部设计透气不透水隔层并与外界大气压相通从而消除负孔压力。
附图说明
14.图1为本实用新型装置的三维图；
15.图2为本实用新型装置的剖视图；
16.图3为本实用新型装置的正视图。
17.图中：圆台主体1、底板2、透气管道3和加水隔板4。
具体实施方式
18.下面结合实施例对本实用新型作进一步说明，但不应该理解为本实用新型上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本实用新型上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本实用新型的保护范围内。
19.实施例1：
20.本实施例公开了一种消除摩擦力和负孔压的精确测量土层中浮力实验装置，包括圆台主体1、底板2、透气管道3和加水隔板4。
21.参见图1，所述圆台主体1为内部中空且上端敞口的倒置圆台结构，圆台主体1的下端具有底板2。
22.参见图2，所述底板2开设有若干通孔，底板2的下表面贴有聚偏氟乙烯薄膜。
23.所述加水隔板4位于圆台主体1内并固定在圆台主体1的内壁上。
24.参见图3，所述加水隔板4与底板2存在间隙，加水隔板4具有中央通孔，透气管道3的下端与加水隔板4的中央通孔对接，透气管道3与加水隔板4的连接处经防水处理，可使水储存在加水隔板4上方的腔体内。所述聚偏氟乙烯薄膜的特性是透气不透水，通过透气通道3连通大气压，可以消除底板2与土层接触时产生的负孔压力。
25.所述圆台主体1由厚度1mm轻质铝板制成，圆台主体1的倾斜角度为45
°
。所述底板2为圆形铝板，厚度3mm。所述加水隔板4为圆形铝板，厚度1mm。
26.实验时，先在所述圆台主体1的外壁均匀涂满润滑硅脂，在聚偏氟乙烯薄膜的下表面中心处安装土压力盒和孔隙水压力计。再将所述圆台主体1放入土体中，底板2位于待测土层上，孔隙水压力计和土压力盒分设在待测土层内。往所述圆台主体1位于加水隔板4以上的腔体内加入设定量的水。之后将所述圆台主体1内的水逐渐排出。当所述土压力盒与孔隙水压力计的示数相等时，停止排水，确定圆台主体1内的水位，计算剩余水重力，剩余水重力与试验装置重力之和为该土层的浮力。
27.值得说明的是，本实施例所述结构的特点是可以最大限度消除摩擦力与负孔压力。通过将箱体做成倒圆台状并在外侧涂抹润滑硅脂来消除摩擦力；通过在箱体底部设计透气不透水隔层并与外界大气压相通从而消除负孔压力，精确测量土层浮力。
28.实施例2：
29.本实施例公开了一种消除摩擦力和负孔压的精确测量土层中浮力实验装置，包括圆台主体1、底板2、透气管道3和加水隔板4。
30.参见图1，所述圆台主体1为内部中空且上端敞口的倒置圆台结构，圆台主体1的下端具有底板2。
31.参见图2，所述底板2开设有若干通孔，底板2的下表面贴有聚偏氟乙烯薄膜。
32.所述加水隔板4位于圆台主体1内并固定在圆台主体1的内壁上。
33.参见图3，所述加水隔板4与底板2存在间隙，加水隔板4具有中央通孔，透气管道3的下端与加水隔板4的中央通孔对接。
34.实验状态时，所述圆台主体1的外壁涂有润滑硅脂，聚偏氟乙烯薄膜的下表面中心处安装有土压力盒和孔隙水压力计。所述圆台主体1位于土体中，底板2位于待测土层上，圆台主体1位于加水隔板4以上的腔体内装有水。
35.实施例3：
36.本实施例主要结构同实施例2，进一步，所述圆台主体1、底板2和加水隔板4均由铝板制成，底板2和加水隔板4均呈圆形。
37.实施例4：
38.本实施例主要结构同实施例2，进一步，所述圆台主体1的倾斜角度为45
°
。


技术特征：
1.一种消除摩擦力和负孔压的精确测量土层中浮力实验装置，其特征在于：包括圆台主体(1)、底板(2)、透气管道(3)和加水隔板(4)；所述圆台主体(1)为内部中空且上端敞口的倒置圆台结构，圆台主体(1)的下端具有底板(2)；所述底板(2)开设有若干通孔，底板(2)的下表面贴有聚偏氟乙烯薄膜；所述加水隔板(4)位于圆台主体(1)内并固定在圆台主体(1)的内壁上；所述加水隔板(4)与底板(2)存在间隙，加水隔板(4)具有中央通孔，透气管道(3)的下端与加水隔板(4)的中央通孔对接；实验状态时，所述圆台主体(1)的外壁涂有润滑硅脂，聚偏氟乙烯薄膜的下表面中心处安装有土压力盒和孔隙水压力计；所述圆台主体(1)位于土体中，底板(2)位于待测土层上，圆台主体(1)位于加水隔板(4)以上的腔体内装有水。2.根据权利要求1所述的一种消除摩擦力和负孔压的精确测量土层中浮力实验装置，其特征在于：所述圆台主体(1)、底板(2)和加水隔板(4)均由铝板制成，底板(2)和加水隔板(4)均呈圆形。3.根据权利要求1所述的一种消除摩擦力和负孔压的精确测量土层中浮力实验装置，其特征在于：所述圆台主体(1)的倾斜角度为45
°
。

技术总结
本实用新型公开了一种消除摩擦力和负孔压的精确测量土层中浮力实验装置，包括圆台主体、底板、透气管道和加水隔板。圆台主体为内部中空且上端敞口的倒置圆台，其下端具有底板。底板具有若干通孔，底板下表面贴有聚偏氟乙烯薄膜。加水隔板固定在圆台主体内。透气管道的下端与加水隔板的中央通孔对接。实验时，在圆台主体外壁涂满润滑硅脂，在聚偏氟乙烯薄膜下表面中心处安装土压力盒和孔隙水压力计。再将圆台主体放入土体，底板位于待测土层上，往加水隔板以上的腔体加水。之后将圆台主体内的水逐渐排出。当土压力盒与孔隙水压力计的示数相等时，停止排水，计算剩余水重力，剩余水重力与试验装置重力之和为该土层的浮力。试验装置重力之和为该土层的浮力。试验装置重力之和为该土层的浮力。


技术研发人员：张艳梅 孙伟鑫 邹育麟 韩馥柽 仉文岗 高学成
受保护的技术使用者：重庆大学
技术研发日：2021.12.20
技术公布日：2022/6/28