一種可控含水量與孔隙比的軟黏土單面排水固結精確制樣裝置的製作方法

2023-05-12 14:01:22 1

本實用新型屬於建設工程技術領域，涉及土工試驗中飽和重塑土樣的製備，尤其針對含水量高且不易成型的飽和重塑軟黏土試樣的製備。

背景技術：

現階段，含有壓縮試驗、滲透試驗、三軸試驗、剪切試驗、貫入試驗、流變試驗等在內的土工重塑試驗在進行試驗前，都應製備試驗所需的重塑土樣。土樣製備效果與質量直接關乎土工試驗結果的準確性。因此，基於穩定、均勻、可控的制樣方式，製備出的試樣對工程實踐以及科學研究都有巨大的幫助。

常用的土樣製備方式有：第一種，把幹土製成均勻泥漿，利用烘乾箱烘乾等方式，將泥漿含水量降至規定要求，然後進行人工揉搓或壓樣器擠壓，製備成不同形狀、不同含水量、不同孔隙比的土樣。但其弊端是，在分析其制樣的結果時，由於脫水採用風乾或烘乾的方式，導致內部與表面失水速度不同，土樣會出現較多硬塊。再者人工揉搓以及填土擠壓導致土樣存在分層情況，呈現出非均勻狀態，影響測試結果準確性，進而影響試驗結果。且當含水量較高，土樣不能成形時，以往制樣方法難以成樣；第二種，採用模型箱預壓的方法，將土樣放在模型箱中，土體通過頂部與底部細沙層或土工布進行排水，在土樣頂部預壓荷載。但運用此方法時，由於各自的上下表面的排水條件變化較大，且土樣含水量變化多以經驗確定，難以量化計算，因此，無法確定當前土樣的狀態，據此確定預壓的時間。

技術實現要素：

針對現有技術中，傳統飽和土樣製備方法不均勻、不穩定且不可控的缺陷。本實用新型提供一種可控含水量與孔隙比的軟黏土單面排水固結精確制樣裝置，該裝置通過頂面預壓固結，採用頂面不排水，底面基於均勻透水石排水的方式，並通過記錄當前狀態土層的厚度，收集裝置下底面排出水量，精確計算土樣當前狀態的含水量與孔隙比，精確製備均勻的試樣。本實用新型可通過製作不同大小和型號的裝置，滿足不同土工試驗的要求，如將該裝置其放在低溫控制箱中，可研究不同溫度的制樣影響。

為了達到上述目的，本實用新型的技術方案是：

一種單面排水固結的土工精確制樣裝置，包括不透水加載蓋板1、帶有刻度的儲樣圓管2、透水石板3、槽型圓臺4、裝置底座5、集水槽6。

所述的透水石板3嵌入槽型圓臺4中，採用膠黏劑粘結，制樣時，透水石板3上方放置濾紙；所述的裝置底座5通過膠黏劑粘結在槽型圓臺4的底面；所述的獨立的集水槽6位於透水石板3下方，裝置底座5內部，用於放置排出的水8，精確測定土樣7當前的含水量和孔隙比；所述的帶有刻度的儲樣圓管2 通過膠黏劑粘結在槽型圓臺4的頂面，土樣7在儲樣圓管2內部，制樣時，採用凡士林均勻塗抹在儲樣圓管2的壁面；所述的不透水加載蓋板1位於土樣7 上方，制樣時，不透水加載蓋板1側面均勻塗抹凡士林，防止頂面透水，減少摩擦。以上各部分均採用透明度好、強度高、耐久性好的有機玻璃製成，組裝完成後檢驗該裝置的密閉性。

使用該制樣裝置時，首先，將凡士林均勻塗抹在儲樣圓管2的壁面，再將濾紙墊在透水石板3上，把制樣裝置和集水槽6分別稱重，將配製好的泥漿土樣沿儲樣圓管壁2滑入；然後，將不透水加載蓋板1側面均勻塗抹凡士林後，放在儲樣圓管2中，記錄試樣高度H與裝置質量；最後，在不透水加載蓋板1 上亞重砝碼，進行單面排水固結，記錄當前的試樣高度和集水槽的質量，計算出當前狀態下試樣的含水量與孔隙比，以此確定壓重荷載以及時間。

本實用新型的有益效果為：該裝置造價低，經濟性好，裝置連接簡單，體積輕便，操作容易。製備的試樣，均勻不分層無硬塊。且該製備的多組土樣差別甚小，穩定極好。可嚴格控制土樣的含水量和孔隙比，製備精確度高。

附圖說明

圖1是土工精確制樣裝置的主視圖；

圖2是土工精確制樣裝置的左視圖；

圖3是土工精確制樣裝置的俯視圖；

圖4是土工精確制樣裝置的仰視圖；

圖5是圖3中A-A的剖面圖；

圖中：1不透水加載蓋板；2帶有刻度的儲樣圓管；3透水石板；4槽型圓臺；5裝置底座；6集水槽；7土樣；8排出的水。

具體實施方式

以下結合技術方案(和附圖)詳細敘述本實用新型的具體實施方式。

在圖中，以上實用新型可根據試驗土樣的具體要求，製作不同型號和大小的各組件。建議採用透明度較好，強度較高，耐久性好的有機玻璃製作。各部分按順序連接，首先，將透水石板3嵌入槽型圓臺4中，用膠黏劑粘結；再將裝置底座5用膠黏劑粘結在槽型圓臺4的底面；將帶有刻度的儲樣圓管2用膠黏劑粘結在槽型圓臺4的頂面，最後放入獨立的不透水加載蓋板1，獨立的集水槽6。以上各部分均採用透明度好、強度高、耐久性好的有機玻璃製成，組裝完成後檢驗該裝置的密閉性。

使用該灌漿裝置時，首先，將凡士林均勻塗抹在儲樣圓管2的壁面，再將濾紙墊在透水石板3上，把裝置和集水槽稱重，將配製好的泥漿(已知m0、ms、 w0、ds)沿儲樣圓管壁2滑入，稱重；然後，將面積為S的不透水加載蓋板1側面均勻塗抹凡士林後，放在圓管1中，記錄試樣高度H0；最後，加載蓋板亞重砝碼，進行單面排水固結，記錄當前狀態試樣高度H和集水槽6的質量。基於公式計算出當前狀態下試樣的含水量與孔隙比，以此確定壓重荷載與時間。最後滑出試樣，進行相關土工試驗，清洗相關裝置，試樣製備結束。

按下式可計算出當前狀態下土樣精確的含水量與孔隙比。

V0＝S·H0 (1.1)

V＝S·H (1.2)

ρ0＝m0/V0 (1.3)

m＝m0-m排 (1.4)

ρ＝m/V (1.5)

w＝ms/(m0-m排) (1.6)

e0＝(1+w0)dsρw/ρ0-1 (1.7)

e＝(1+w)dsρw/ρ-1 (1.8)

式中：V0代表土樣的初始體積；S代表不透水加載蓋板的面積；H0代表帶有刻度的儲樣圓管初始高度；V代表土樣的當前體積；H代表帶有刻度的儲樣圓管當前高度；ρ0代表土樣初始密度；m0代表土樣初始質量；m排代表集水槽中水的質量；m代表土樣的當前質量；ρ代表土樣當前密度；w代表土樣當前含水率； ms代表幹土樣初始質量；e0代表土樣的初始孔隙比；w0代表土樣初始含水率；ds代表土粒比重；ρw代表水的質量；e代表土樣的當前孔隙比。