CN104089802B - 一种利用真空预压制备真三轴重塑样的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用真空预压制备真三轴重塑样的装置及方法，包括密封顶盖、试样制备框、排水底座和饱和装置等主要部件，以及橡胶膜、橡胶密封垫圈、保鲜膜和滤纸等配套零件。密封顶盖由矩形空心法兰盘制成；试样制备框由法兰盘和矩形框组成，实现了易于切削和土样沉降预留的目的；排水底座由实心法兰盘制成，其上设有矩形凹槽，凹槽上打设梅花型分布排水孔，实现了排水和预留切削层双重作用，底座另一面设有集水盒；配备了饱和装置，制样后土样可吸水饱和。本发明实现了快速制备稍高含水率饱和试样的目的，制备试样的密度、含水率准确、均匀，避免了二次切削、扰动与浪费，简化了制作流程，有效地提高了真三轴试验的研究效率。

Description

一种利用真空预压制备真三轴重塑样的装置及方法

技术领域

本发明涉及岩土工程领域中试样制备技术，尤其是涉及一种利用真空预压制备真三轴重塑样的装置及方法。

背景技术

常规三轴试验是研究土体性质的重要方法，但其只能反应对称应力状态下土体的性质，无法反应中主应力的影响。而土体实际处于三向不等的三维应力状态，常规三轴试验无法准确地反应出土体的真实性质。高土石坝、地下结构等重大工程日益增多，工程实际愈来需要考虑三维应力状态下土体的变形和稳定，故对土体进行真三轴试验研究十分必要。

试验所用试样分为原状样和重塑样，原状样通常需要切削、包裹、运输、保存等，该过程繁琐，对试样扰动较大，还会造成应力释放，若取样不均还需进行二次处理。鉴于原状样的诸多不足，室内试验多采用重塑试样进行相关试验研究。真三轴试验制样通常采用击实法，即在一定尺寸的矩形框内分层手工击实，取出后抽气饱和。该法有以下不足，试样尺寸与目标含水率、击实功、分层高度等因素存在相互影响，需要针对不同试样尺寸考虑各影响因素的作用，调整相应参数。制备过程中需要分层，每层高度通常用肉眼凭经验判断，而且各层受到的击实功不同，另外层间还存在结构面，余土高度也是一个不易控制的因素，以上因素会导致试样的含水率和密度各层间不均匀，不同试样间的差别也会较大。尤其是对于稍高含水率试样的制备，击实时易形成弹簧土，而且上述不足会更加明显。该方法操作过程复杂，制备试样的含水率、密度不均匀，制备稍高含水率的试样较困难。

本发明克服了上述不足，实现了一次性快速制备多个稍高含水率试样的目的，能保证试样密度、含水率和饱和度的均匀性与准确性，且不必针对试样不同尺寸设定各种参数，操作流程简便，避免了土样的二次切削、扰动与浪费，简化、缩短了试样制作流程和周期，进而有效地提高了真三轴试验的研究效率。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供了一种利用真空预压制备真三轴重塑样的装置及方法，实现了一次快速制作多个标准尺寸的稍高含水率重塑样，保证了试样密度、含水率和饱和度的均匀性与准确性，避免了试样的二次削切、扰动与浪费，简化了真三轴重塑样的制作流程，进而有效地提高了真三轴试验的研究效率。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种利用真空预压制备真三轴重塑样的装置及方法，包括密封顶盖、试样制备框、排水底座和饱和装置等主要部件，以及橡胶膜、橡胶密封垫圈、橡皮筋、保鲜膜、滤纸、螺栓、排水阀门和排水管等配套零件。密封顶盖由矩形空心法兰盘制成；试样制备框由法兰盘和矩形框组成，试样制备框包括预留层框和试样框，实现了易于切削和土样沉降预留的目的；排水底座由实心法兰盘制成，其上设有矩形凹槽，凹槽上打设梅花型分布排水孔，实现了排水和预留切削层双重作用，底座另一面设有集水盒；配备了饱和装置，制样后土样可吸水饱和。密封顶盖、试样制备框与排水底座通过螺栓进行整体固定，并密封各部件间隙。

所述的预留层框、试样框和排水底座三个组成部分间采用3 mm厚橡胶密封垫圈和螺栓保证密封性和装置整体性，其中橡胶密封垫圈为宽10 mm的带状矩形，其内尺寸与试样标准尺寸相同。

所述的试样框内尺寸为试样标准尺寸，该部分即保证试样尺寸，又考虑了土样沉降和切削预留等因素。

所述的排水底座上设有安置试样框的深3 mm矩形凹槽，凹槽尺寸与试样框外尺寸相同，凹槽上设有厚3 mm内尺寸为120 mm×120 mm的密封垫圈，凹槽、密封垫圈和螺栓将试样制备框牢牢固定在槽内保证其密封性。

所述的饱和装置通过吸水管与密封顶盖下带接头的橡胶膜相连接，实现了制样后土样吸水饱和。

一种利用真空预压制备真三轴重塑样的装置及方法，其主要技术步骤如下：

（1）将现场取得的土风干、碾散、过筛、匀土、分样，并加水配制成设计含水率的土样，密封浸泡24小时。

（2）排水底座置于支架上，将滤纸和底座凹槽润湿，在凹槽上依次铺设滤纸和橡胶密封垫圈。

（3）将试样框对准凹槽，用力按压试样框使密封垫圈上下密封，用螺栓将试样框和排水底座牢固连接。

（4）在试样框上铺设密封垫圈，将预留层框对准试样框，用力按压预留层框使密封垫圈上下密封，用螺栓将预留层框和试样框牢固连接。

（5）将试样制备框内壁润湿，把保鲜膜紧贴其上，在上端预留30 mm左右保鲜膜，将保鲜膜向下外翻套在预留层框上，用橡皮筋绷紧扎牢。

（6）将配好含水率的土样分层均匀地装入试样制备框内，并逐层震荡。

（7）在预留层框上铺设带有接头的橡胶膜，盖上密封顶盖，用螺栓把顶盖与试样制备框牢固连接，橡胶膜上接头与吸水管连接，并关闭止水阀，连接排水管和真空设备，静置1小时左右。

（8）接通电源，开始真空预压制备试样。根据水气分离装置中的排水量来控制制备过程中土样含水率，当达到目标含水率时，关闭真空泵。

（9）土样达到目标含水率后，开始吸水饱和，缓慢打开止水阀，让玻璃器皿中的水慢慢吸入制样装置中，此过程保证制样装置内的真空度不变，重新开启真空泵直至集水盒中开始出现积水，关闭排水管上排水阀门，停止抽真空，然后饱和1小时左右。

（10）取样时，依次将密封顶盖和预留层框的螺栓卸去，依次取下密封顶盖、橡胶膜、橡皮筋、预留层框和密封垫圈，将保鲜膜向下外翻套在试样框上，用橡皮筋绷紧扎牢，用钢丝锯切去预留层，用玻璃板封盖试样表面。

（11）卸去试样框上的螺栓，把底座和试样框整体上下翻转，取下底座、密封垫圈和滤纸，用钢丝锯切去底座预留层，用玻璃板封盖试样表面，即完成制样。

附图说明

图1是本发明一种利用真空预压制备真三轴重塑样的装置的整体结构剖面图；

图2是本发明的密封顶盖俯视图；

图3是本发明的试样制备框俯视图；

图4是本发明的排水底座俯视图。

图中：1-密封顶盖；2-试样制备框；3-预留层框；4-试样框；5-排水底座；6-集水盒；7-带接头的橡胶膜；8-橡胶密封垫圈；9-橡皮筋；10-保鲜膜；11-法兰盘；12-滤纸；13-排水孔；14-螺栓；15-排水阀门；16-排水管；17-吸水管；18-止水阀；19-玻璃器皿；20-支架；21-密封顶盖矩形口；22-矩形框；23-排水底座凹槽。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步介绍。

如附图1、图2、图3和图4所示，本发明所述的一种利用真空预压制备真三轴重塑样的装置及方法，包括密封顶盖1、试样制备框2（包括预留层框3和试样框4）、排水底座5和饱和装置（吸水管17、止水阀18、玻璃器皿19）等主要部件，以及橡胶膜7、橡胶密封垫圈8、橡皮筋9、保鲜膜10、滤纸12、螺栓14、排水阀门15和排水管16等配套零件。密封顶盖1由矩形空心法兰盘11制成；试样制备框2由法兰盘11和矩形框22组成，其包括预留层框3和试样框4；排水底座5由实心法兰盘11制成，其上设有梅花型分布排水孔13的矩形凹槽23，另一面设有集水盒6，便于集排水和与真空设备相连接，配备了饱和装置，制样后土样可吸水饱和。密封顶盖1、试样制备框2与排水底座5通过螺栓14进行整体固定，并密封各部件间隙。

利用真空预压制备真三轴重塑样的方法，其主要技术步骤如下：

（1）将现场取得的土风干、碾散、过筛、匀土、分样，并加水配制成设计含水率的土样，密封浸泡24小时。

（2）排水底座5置于支架20上，将滤纸12和底座凹槽23润湿，在凹槽23上依次铺设滤纸12和橡胶密封垫圈8。

（3）将试样框4对准凹槽23，用力按压试样框4使密封垫圈8上下密封，用螺栓14将试样框4和排水底座5牢固连接。

（4）在试样框4上铺设密封垫圈8，将预留层框3对准试样框4，用力按压预留层框3使密封垫圈8上下密封，用螺栓14将预留层框3和试样框4牢固连接。

（5）将试样制备框2内壁润湿，把保鲜膜10紧贴其上，在上端预留30 mm左右保鲜膜10，将保鲜膜10向下外翻套在预留层框3上，用橡皮筋9绷紧扎牢。

（6）将配好含水率的土样分层均匀地装入试样制备框内，并逐层震荡。

（7）在预留层框3上铺设带有接头的橡胶膜7，盖上密封顶盖1，用螺栓14把顶盖1与试样制备框2牢固连接，橡胶膜7上接头与吸水管17连接，并关闭止水阀18，连接排水管16和真空设备，静置1小时左右。

（8）接通电源，开始真空预压制备试样。根据水气分离装置中的排水量来控制制备过程中土样含水率，当达到目标含水率时，关闭真空泵。

（9）土样达到目标含水率后，开始吸水饱和，缓慢打开止水阀18，让玻璃器皿19中的水慢慢吸入制样装置中，此过程保证制样装置内的真空度不变，重新开启真空泵直至集水盒6中开始出现积水，关闭排水管16上排水阀门15，停止抽真空，然后饱和1小时左右。

（10）取样时，依次将密封顶盖1和预留层框3的螺栓14卸去，依次取下密封顶盖1、橡胶膜7、橡皮筋9、预留层框3和密封垫圈8，将保鲜膜10向下外翻套在试样框4上，用橡皮筋9绷紧扎牢，用钢丝锯切去预留层，用玻璃板封盖试样表面。

（11）卸去试样框4上的螺栓14，把底座5和试样框4整体上下翻转，取下底座5、密封垫圈8和滤纸12，用钢丝锯切去底座预留层，用玻璃板封盖试样表面，即完成制样。

Claims (3)

1.一种利用真空预压制备真三轴重塑样的装置，包括密封顶盖、试样制备框、排水底座和饱和装置、橡胶膜、橡胶密封垫圈、橡皮筋、保鲜膜、滤纸、螺栓、排水阀门和排水管，其特征在于：密封顶盖由矩形空心法兰盘制成；试样制备框由法兰盘和矩形框组成，试样制备框包括预留层框和试样框，排水底座由实心法兰盘制成，其上设有矩形凹槽，凹槽上打设梅花型分布排水孔，排水底座另一面设有集水盒，集水盒与排水管相连，排水管用于和真空设备连接；配备了饱和装置，所述的饱和装置通过吸水管与密封顶盖下带接头的橡胶膜相连接，制样后土样可吸水饱和，密封顶盖、试样制备框与排水底座通过螺栓进行整体固定，并密封各部件间隙；所述的预留层框、试样框和排水底座三个组成部分间采用3mm厚橡胶密封垫圈和螺栓保证密封性和装置整体性，其中橡胶密封垫圈为宽10mm的带状矩形，其内尺寸与试样标准尺寸相同；所述的试样框内尺寸为试样标准尺寸。

2.根据权利要求1所述的一种利用真空预压制备真三轴重塑样的装置，其特征在于所述的排水底座上设有安置试样框的深3mm矩形凹槽，凹槽尺寸与试样框外尺寸相同，凹槽上设有厚3mm内尺寸为120mm×120mm的密封垫圈，凹槽、密封垫圈和螺栓将试样制备框牢牢固定在槽内保证其密封性。

3.根据权利要求1所述的一种利用真空预压制备真三轴重塑样的装置的制样方法，其主要技术步骤如下：

1)将现场取得的土风干、碾散、过筛、匀土、分样，并加水配制成设计含水率的土样，密封浸泡24小时；

2)排水底座置于支架上，将滤纸和底座凹槽润湿，在凹槽上依次铺设滤纸和橡胶密封垫圈；

3)将试样框对准凹槽，用力按压试样框使密封垫圈上下密封，用螺栓将试样框和排水底座牢固连接；

4)在试样框上铺设密封垫圈，将预留层框对准试样框，用力按压预留层框使密封垫圈上下密封，用螺栓将预留层框和试样框牢固连接；

5)将试样制备框内壁润湿，把保鲜膜紧贴其上，在上端预留30mm左右保鲜膜，将保鲜膜向下外翻套在预留层框上，用橡皮筋绷紧扎牢；

6)将配好含水率的土样分层均匀地装入试样制备框内，并逐层震荡；

7)在预留层框上铺设带有接头的橡胶膜，盖上密封顶盖，用螺栓把顶盖与试样制备框牢固连接，橡胶膜上接头与吸水管连接，并关闭止水阀，连接排水管和真空设备，静置1小时左右；

8)接通电源，开始真空预压制备试样。根据水气分离装置中的排水量来控制制备过程中土样含水率，当达到目标含水率时，关闭真空泵；

9)土样达到目标含水率后，开始吸水饱和，缓慢打开止水阀，让饱和装置中的玻 璃器皿中的水慢慢吸入制样装置中，此过程保证制样装置内的真空度不变，重新开启真空泵直至集水盒中开始出现积水，关闭排水管上排水阀门，停止抽真空，然后饱和1小时左右；

10)取样时，依次将密封顶盖和预留层框的螺栓卸去，依次取下密封顶盖、橡胶膜、橡皮筋、预留层框和密封垫圈，将保鲜膜向下外翻套在试样框上，用橡皮筋绷紧扎牢，用钢丝锯切去预留层，用玻璃板封盖试样表面；

11)卸去试样框上的螺栓，把底座和试样框整体上下翻转，取下底座、密封垫圈和滤纸，用钢丝锯切去底座预留层，用玻璃板封盖试样表面，即完成制样。