CN103837385B - 粗粒土高聚物注浆三轴试验制样器及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种粗粒土高聚物注浆三轴试验制样器及其使用方法，该制样器包括制样器组件和击实装置，制样器组件包括对开模、支撑对开模的底座和第一透水板，击实装置包括塑料套管、击实锤和位于击实锤下方的击实垫片，塑料套管一端插入第一透水板中间圆孔中，击实装置对对开模中的粗粒土进行击实，击实后的粗粒土上方设置顶盖，顶盖通过压紧装置压紧在对开模上；该制样器的使用方法包括固定对开模、击实粗粒土、浸泡制样器、高聚物注浆等步骤。本发明的制样器结构紧凑，可以方便的拆卸对开模，可以通过水箱的排水量测算注浆量的体积，结合试样初始孔隙率判断内部注浆是否完整；该制样器使用方法简便，易于操作。

Description

粗粒土高聚物注浆三轴试验制样器及其使用方法

技术领域

本发明涉及土木水利工程试验技术领域，尤其涉及粗粒土高聚物注浆三轴试验制样器及其使用方法。

背景技术

随着西部大开发的进展，在我国西南部地区建立了一批高土石坝，这些大坝由于坝高，库容大，一旦失事，将会给下游人民带来灾难性的后果。高聚物注浆技术作为一种新型的地基处理加固技术，已经广泛应用于岩土工程的众多领域。在本发明之前，“专利：一种高聚物注浆土石坝及其施工方法(申请号：201210007131.3)”公开了一种高聚物注浆土石坝，把该技术引入到高土石坝抗震。高聚物注浆后粗粒土静动力特性是评价高聚物注浆后土石坝的抗震稳定性的前提条件，目前关于高聚物注浆粗粒土静动力特性的研究尚不多见，因此有必要开展这方面的研究，开发相应的注浆仪器设备。

在本发明之前，“专利：一种注浆试验制样器制备装置(申请号：201020200285.0)”公开了一种注浆试验制样器制备装置，该装置采用空气压缩机与气压注浆装置、制样装置分别相连，通过气缸活塞来对试验制样器施加压力，达到模拟现场不同深度土层的化学注浆过程并制备实验室内所需的试验制样器，主要适用于深厚松散土(深部土层)化学注浆试验制样器的制备，对于粗粒土试验制样器的制备并不适用，且该发明的装置较为复杂，注浆量的多少不易于控制，无法进行粗粒料圆柱试验制样器的击实，很难控制试验制样器的均匀性和试验制样器的总体密度。

在本发明之前，“专利：一种适用于土体三轴试验的多功能制样器(申请号：200820237840.X)”公开了一种三轴试验的多功能制样器，该设备采用双面底座，一面带有螺纹型圆孔，用于固定导杆，因此可以制备常规的三轴试验圆柱样及砂心圆柱样，但对于粗粒土高聚物注浆试验制样器的制备并不适用。

此外，试验制样器在高聚物注浆后，高聚物与成模桶之间的粘结力较大，采用常规的对开模或等分的三开模，很难拆卸。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提出一种粗粒土高聚物注浆三轴试验制样器及其使用方法，可以方便的拆卸对开模，通过水箱的排水量测算注浆量的体积，结合试样初始孔隙率判断内部注浆是否完整。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明的一种粗粒土高聚物注浆三轴试验制样器，包括制样器组件和击实装置，所述制样器组件包括对开模、支撑对开模的底座和第一透水板，所述对开模包括左模、右模、连接左模与右模的固定装置和分离左模与右模的分离装置，所述击实装置包括塑料套管、在塑料套管上下移动的击实锤和位于击实锤下方的击实垫片，塑料套管一端插入第一透水板中间圆孔中，击实装置对对开模中的粗粒土进行击实，当粗粒土高度达到试验要求后，在击实粗粒土上方设置顶盖，顶盖通过压紧装置压紧在对开模上。

作为优选，所述固定装置包括对开模上的若干对凸体，所述每对凸体上设有钻孔，通过螺栓固定左模和右模。

作为优选，所述分离装置包括对开模上的若干对凸起，每对凸起任意一个凸起设有螺纹孔。

作为优选，所述压紧装置包括位于底座上的支架连杆和位于对开模上的固定套管，固定套管固定在支架连杆上，顶盖下方设有第二透水板，当对粗粒土进行击时，固定在支架连杆上的固定套管箍紧对开模，当粗粒土击实后，击实的粗粒土上依次设置第二透水板和顶盖，翻转固定套管压在顶盖上，固定套管通过固定在支架连杆上压紧顶盖和第二透水板。

作为优选，所述塑料套管有两根，两根塑料套管通过导管接头连接，塑料套管包括空心段和实心段，实心段为塑料套管长度的1/3～1/4，空心段的壁上设有若干个孔。

作为优选，所述粗粒土上端面和下端面与第二透水板和第一透水板之间分别设有滤纸。

本发明还公开了上述粗粒土高聚物注浆三轴试验制样器的使用方法，包括以下步骤：

(1)在底座上放置第一透水板，安装对开模、固定套管和支架连杆，在对开模内壁涂抹凡士林；

(2)采用导管接头连接两根塑料套管，塑料套管一端插入透水板圆孔内部，铺设滤纸，分层填入粗粒土，通过击实垫片和击实锤对粗粒土进行击实，直至达到设定的高度，移除导管接头和外部的塑料套管；

(3)在粗粒土顶端放置滤纸、第二透水板，移除固定套管，安装顶盖，将固定套管翻转安装在顶盖上，通过支架连杆对固定套管进行固定；

(4)把整个装置放入水箱中，三轴试验制样器进行饱和，并注满水箱中的水，往塑料套管内部注入高聚物混合物，并封堵塑料套管顶端；高聚物在试验制样器内部充分发生化学反应，体积膨胀，充填试验制样器内部的孔隙，将试验制样器内部的水排出，通过量测水箱豁口的排水量即可获得试验制样器内部注浆体积量，待排水量不变时，表明高聚物化学反应已经停止，静止一段时间让浆液与粗粒土充分胶结；

(5)拆除固定套管、顶盖、第二透水板和对开模上的固定螺栓，旋转对开模凸起的螺钉分离对开模和试样，取出注浆完成后的试样，整个试样制备完成。

在本发明中，所述塑料套管的长度为试样的高度加2倍的透水板厚度加顶盖的厚度再加5～10cm，塑料套管一段实心，另一段为空心，实心段的长度为1/3～1/4的塑料套管的高度，在空心段布置若干圆孔，圆孔的直径为0.2～0.6cm。

所述的导管接头为台阶状，两端的直径与塑料套管的内直径相等，长度为导管内直径的3～5倍，中间的直径与塑料套管的外直径相等，长度为0.2～0.5cm。

所述试验顶盖分布若干圆孔，方便水渗透到粗粒土中。

有益效果：本发明的一种粗粒土高聚物注浆三轴试验制样器及其使用方法，具有以下优点：

(1)试验制样器在制备过程中采用特制的对开模，通过旋转螺钉，可以较为方便的分离对开模和试样；

(2)塑料套管一段为空心，另一段为实心，在空心段布置若干孔，保证了试验制样器在注浆过程中浆液能够在试验制样器内部充分发生化学反应，并均匀的充填整个试验制样器；

(3)塑料套管通过导管接头进行连接，可以作为试验制样器制备过程中击实导杆，避免了试验制样器制备过程中需要较长的塑料套管；

(4)注浆过程中通过测量水箱豁口处的排水量，可以获得试验制样器内部注浆量的体积，结合试样初始孔隙率判断试验制样器内部注浆是否完整。

附图说明

图1为本发明的制样器结构示意图；

图2为本发明注浆时的结构示意图；

图3为图1中局部A位置放大图；

图4为图2中沿B-B线剖面图；

图5为图2中顶盖结构示意图；

图6为图1中塑料套管结构示意图；

图7为图6中沿D-D剖面图；

图中：1、底座；2、固定套管；3、第一透水板；4、粗粒土；5、对开模；6、支架连杆；7、滤纸；8、击实锤；9、击实垫片；10、塑料套管；11、导管接头；12、豁口；13、顶盖；14、水箱；15、螺钉；16、水；第二透水板17。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图1至图7所示，本发明的一种粗粒土高聚物注浆三轴试验制样器，包括制样器组件和击实装置，所述制样器组件包括对开模5、支撑对开模5的底座1和位于底座1上的第一透水板3，所述对开模5包括左模、右模、连接左模与右模的固定装置和分离左模与右模的分离装置，所述击实装置包括塑料套管10、在塑料套管10上下移动的击实锤8和位于击实锤8下方的击实垫片9，塑料套管10一端插入第一透水板3中间圆孔中，击实装置对对开模5中的粗粒土4进行击实，当粗粒土4高度达到试验要求后，击实的粗粒土4上方依次设置第二透水板17和顶盖13，翻转固定套管2压在顶盖13上，固定套管2通过固定在支架连杆6上压紧顶盖13和第而透水板17。

在本发明中，所述固定装置包括对开模5上的若干对凸体，所述每对凸体上设有钻孔，通过螺栓固定左模和右模；所述分离装置包括对开模5上的若干对凸起，每对凸起任意一个凸起设有螺纹孔，螺纹孔里安装有螺钉15，当左模和右模需要分离时，拧动螺钉15，螺钉15顶开另一个凸起，使得左模和右模分开；所述压紧装置包括位于底座1上的支架连杆6和位于对开模5上的固定套管2，固定套管2固定在支架连杆6上，当击实粗粒土4时，固定在支架连杆6上的固定套管2箍紧对开模5，当粗粒土4击实后，翻转固定套管2压在顶盖13上，固定套管2通过固定在支架连杆6上压紧顶盖13和第二透水板17；所述塑料套管10有两根，两根塑料套管10通过导管接头11连接，塑料套管10包括空心段和实心段，实心段为塑料套管10长度的1/3～1/4，空心段的壁上设有若干个孔，圆孔的直径为0.2～0.6cm，塑料套管10可以当作击实锤8的导杆使用；所述的导管接头11为台阶状，两端的直径与塑料套管10的内直径相等，长度为导管内直径的3～5倍，中间的直径与塑料套管10的外直径相等，长度为0.2～0.5cm，所述顶盖13分布若干圆孔，所述粗粒土4上端面与第二透水板17之和下端面与第一透水板3之间分别设有滤纸7，方便水渗透到粗粒土4中。

高聚物注浆后粗粒土静动力特性是评价高聚物注浆后土石坝的抗震稳定性的前提条件，目前关于高聚物注浆粗粒土静动力特性的研究尚不多见，因此开发了上述粗粒土高聚物注浆三轴试验制样器。该粗粒土高聚物注浆三轴试验制样器的具体使用方法，包括以下步骤：

(1)在底座1上放置第一透水板3，安装对开模5、固定套管2和支架连杆6，在对开模5内壁涂抹凡士林，对开模5使用螺栓固定；

(2)采用导管接头11连接两根塑料套管10，塑料套管10一端插入第一透水板3圆孔内部，铺设滤纸7，分层填入粗粒土4，通过击实垫片9和击实锤8对粗粒土4进行击实，直至粗粒土4达到设定的高度，移除导管接头11和外部的塑料套管10；

(3)在粗粒土4顶端放置滤纸7、第二透水板17，移除固定套管2，安装顶盖13，将固定套管2翻转安装在顶盖13上，通过支架连杆6对固定套管2进行固定；

(4)把整个装置放入水箱14中，三轴试验制样器中的粗粒土4进行饱和，并注满水箱14中的水16，然后往塑料套管10内部注入高聚物混合物，并封堵塑料套管10顶端；高聚物混合物在试验制样器内部充分发生化学反应，体积膨胀，充填试验制样器内部的孔隙，将试验制样器内部的水16排出，通过量测水箱豁口12的排水量即可获得试验制样器内部注浆体积量，待排水量不变时，表明高聚物化学反应已经停止，静止一段时间让浆液与粗粒土4充分胶结；

(5)拆除固定套管2、顶盖13、第二透水板17和对开模5上的固定螺栓，旋转对开模5凸起的螺钉15分离对开模5和试样，取出注浆完成后的试样，整个试样制备完成。

在本发明中，在注浆过程中通过测量水箱豁口12处的排水量，可以获得试验制样器内部注浆量的体积，结合试样初始孔隙率判断试验制样器内部注浆是否完整，检验注浆过程中注浆质量的好坏。可见本发明方便提供一种粗粒土高聚物注浆三轴试验制样器，方便研究高聚物注浆粗粒土4静动力特性。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，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，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种粗粒土高聚物注浆三轴试验制样器，其特征在于：包括制样器组件和击实装置，所述制样器组件包括对开模(5)、支撑对开模(5)的底座(1)和位于底座(1)上的第一透水板(3)，所述对开模(5)包括左模、右模、连接左模与右模的固定装置和分离左模与右模的分离装置；所述击实装置包括塑料套管(10)、在塑料套管(10)上下移动的击实锤(8)和位于击实锤(8)下方的击实垫片(9)，塑料套管(10)一端插入第一透水板(3)中，击实装置对对开模(5)中的粗粒土(4)进行击实，当粗粒土(4)高度达到试验要求后，击实的粗粒土(4)上方设置顶盖(13)，顶盖(13)通过压紧装置压紧在对开模(5)上；所述分离装置包括对开模(5)上的若干对凸起，每对凸起任意一个凸起设有螺纹孔，螺纹孔里安装有螺钉。

2.根据权利要求1所述的粗粒土高聚物注浆三轴试验制样器，其特征在于：所述固定装置包括对开模(5)上的若干对凸体，所述每对凸体上设有钻孔，通过螺栓固定左模和右模。

3.根据权利要求1或2所述的粗粒土高聚物注浆三轴试验制样器，其特征在于：所述压紧装置包括位于底座(1)上的支架连杆(6)和位于对开模(5)上的固定套管(2)，固定套管(2)固定在支架连杆(6)上，顶盖(13)下方设有第二透水板(17)，当对粗粒土(4)进行击实时，固定在支架连杆(6)上的固定套管(2)箍紧对开模(5)，当粗粒土(4)击实后，在击实的粗粒土(4)上设置第二透水板(17)，翻转固定套管(2)压在顶盖(13)上，固定套管(2)通过固定在支架连杆(6)上压紧顶盖(13)和第二透水板(17)。

4.根据权利要求3所述的粗粒土高聚物注浆三轴试验制样器，其特征在于：所述塑料套管(10)有两根，两根塑料套管(10)通过导管接头(11)连接，塑料套管(10)包括空心段和实心段，实心段为塑料套管(10)长度的1/3～1/4，空心段的壁上设有若干个孔。

5.根据权利要求4所述的粗粒土高聚物注浆三轴试验制样器，其特征在于：所述粗粒土(4)的上端面和下端面与第二透水板(17)和第一透水板(3)之间分别设有滤纸(7)。

6.一种权利要求5所述的粗粒土高聚物注浆三轴试验制样器的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)在底座(1)上放置第一透水板(3)，安装对开模(5)、固定套管(2)和支架连杆(6)，在对开模(5)内壁涂抹凡士林；

(2)采用导管接头(11)连接两根塑料套管(10)，塑料套管(10)一端插入第一透水板(3)中，铺设滤纸(7)，分层填入粗粒土(4)，通过击实垫片(9)和击实锤(8)对粗粒土(4)进行击实，直至达到设定的高度，移除导管接头(11)和外部的塑料套管(10)；

(3)在粗粒土(4)顶端放置滤纸(7)、第二透水板(17)，移除固定套管(2)，安装顶盖(13)，将固定套管(2)翻转安装在顶盖(13)上，通过支架连杆(6)对固定套管(2)进行固定；

(4)把整个装置放入水箱(14)中，对其进行饱和，并注满水箱(14)中的水，往塑料套管(10)内部注入高聚物混合物，并封堵塑料套管(10)顶端；高聚物混合物在试验制样器内部充分发生化学反应，体积膨胀，充填试验制样器内部的孔隙，将试验制样器内部的水排出，通过量测水箱豁口(12)的排水量即可获得试验制样器内部注浆体积量，待排水量不变时，表明高聚物化学反应已经停止，静止一段时间让浆液与粗粒土(4)充分胶结；

(5)拆除固定套管(2)、顶盖(13)、第二透水板(17)和对开模(5)上的固定螺栓，旋转对开模(5)凸起上的螺钉(15)分离对开模(5)和试样，取出注浆完成后的试样，整个试样制备完成。