CN104215487B - 一种模型试验地基土及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种模型试验地基土及其制备方法，属于建筑与土木工程领域。由粉末状膨润土和甘油构成；通过十字板剪切实验确定模型试验所需膨润土和甘油的质量配比，按得到的质量配比用揉捏式土工搅拌机将膨润土与甘油充分混合拌匀，后用落锤进行压实，使甘油充满于膨润土颗粒之间的孔隙中。本发明的地基土不仅具有与自然形成的土体相似的物理力学性质，而且性质更加稳定；与自然形成的土体相比，本发明的地基土达到稳态的不排水剪切强度时，其所用时间较少，节省试验时间；该地基土在试验中无需固结，没有挥发性，且可以重复利用，避免试验材料的浪费，在模型试验前后其强度变化很小，避免了在模型试验过程中由于排水过快导致强度增长的问题。而且本发明生产工艺简单，实施简便易行，适用性广。
Description
技术领域
本发明涉及建筑土木工程领域，尤其是涉及一种模型试验地基土及其制备方法。
背景技术
缩尺物理模型试验是一种经济且有效的试验方法，尤其是涉及到关于地震过程中土体结构相互作用的研究。其中，做缩尺物理模型试验面临的最大的挑战之一是如何获得一种能充分模拟原型土壤地震响应的物理模型土壤。一些自然界形成的土或人工配制的重塑土已经被应用到缩尺模型试验中，这包括建立在软土地基上的结构试验等；虽然大多数物理模型土壤已被证明是有用的，但是它们的性能受应力时程、触变性以及在离心试验自旋过程中发生固结等因素的影响较大。同时，自然界形成的土或人工配制的重塑土用作模型试验地基土时，为了能够更加真实的模拟实际情况，往往需要通过预固结形成初始应力，达到所需的初始强度和刚度，但是预固结过程需要的时间太长，时间成为影响模型试验的重要因素，且在模型试验前后其强度变化很大，存在模型试验过程中由于排水过快而导致强度增长的问题。此外，在试验中用作代替原土的物理模型土壤通常是难以制备的，且它很难放置于试验所用的剪切盒内，而且由于在测试过程中要进行干燥和除湿等操作，这些土壤通常仅可使用一次，重复利用性差。
综上所述，由于自然界形成的土或人工配制的重塑土存在以上缺点，其限制了模型土壤的通用性，特别是应用于离心机试验时，其对模型土壤的要求更加严格。因此，急切需要一种人造土壤来代替常规模型的土壤来克服以上的缺点。
发明内容
本发明根据以上情况提出了一种有效避免模型试验前后强度变化大、重复利用性差、试验历时长以及室温挥发性大的模型试验地基土，以及为得到该模型试验地基土的一种模型试验地基土及其制备方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种模型试验地基土，由粉末状膨润土和甘油构成；通过十字板剪切实验确定模型试验所需粉末头膨润土和甘油的质量配比，按得到的质量配比用揉捏式土工搅拌机将膨润土与甘油充分混合拌匀，后用落锤进行压实，使甘油充满于膨润土颗粒之间的孔隙中。所述粉末状膨润土为钠基膨润土。
本发明中，所述甘油为工业甘油（丙三醇）。
本发明提出的一种模型试验地基土的制备方法，具体步骤如下：
(1)：按照质量配比称取粉末状膨润土和甘油；
(2)：用揉捏式土工搅拌机把所称得的膨润土和甘油充分混合拌匀，搅拌时间至少为30分钟；
(3)：把混合均匀的膨润土和甘油放入试验模具中用落锤进行压实，直到试样的体积密度达到由标准压实实验所测得的最大体积密度的95%以上时，压实过程结束；
(4)：把混合均匀并压实后的膨润土和甘油及试验模具移至室温（22±1°C）下进行养护，养护时间至少为5天。
(5)：通过十字板剪切实验确定该膨润土和甘油的质量配比是否为该模型试验所需要的质量配比；
(6)：重复步骤(1)-(5)，直到配出模型试验所需的膨润土和甘油的质量配比为止；为了节省试验时间，可以使多组不同配比的膨润土和甘油同时进行试验；其中：所述的模型试验所需的膨润土和甘油的质量配比是指：当通过十字板剪切实验测出的养护后膨润土和甘油混合体的不排水抗剪强度与模型试验所需的不排水抗剪强度相同或者差别不大时，其所对应的膨润土和甘油的质量比。
与现有的技术相比，本发明的模型实验地基土具有稳定的物理力学性质，当达到稳态的不排水剪切强度时，其所用时间较少，节省试验时间；该地基土在试验中无需固结，没有挥发性和腐蚀性，且可以重复利用，避免试验材料的浪费，在模型试验前后其强度变化很小，避免了在模型试验过程中由于排水过快导致强度增长的问题，无需在该土中加添加剂降低其渗透系数或强度，降低成本。而且本发明生产工艺简单，实施简便易行，适用性广。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细的说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1：
已知某实验室要做缩尺物理模型试验，其中包括离心机试验，现需要制备模型试验地基土，其要求为制备地基土的不排水抗剪强度需要达到软土不排水抗剪强度Cu=8kPa。
本实施例涉及一种模型试验地基土及其制备方法，由粉末状膨润土和甘油构成；通过十字板剪切实验确定模型试验所需膨润土和甘油的质量配比，按得到的质量配比用揉捏式土工搅拌机将膨润土与甘油充分混合拌匀，后用落锤进行压实，使甘油充满于膨润土颗粒之间的孔隙中。
本实施例所涉及的粉末状膨润土为钠基膨润土。
本实施例所涉及的甘油为工业甘油（丙三醇）。
本实施例通过以下步骤实现模型实验地基土的制备：
第一步：按照不同质量配比称取的膨润土和甘油，分别编号试样为人工土40，人工土42.5，人工土45，人工土47.5，人工土50；
第二步：用揉捏式土工搅拌机把所称得不同配比组（试样人工土40，人工土42.5，人工土45，人工土47.5，人工土50）的膨润土和甘油分别地进行混合拌匀，每组试样的搅拌时间至少为30分钟；
第三步：把不同配比组（试样人工土40，人工土42.5，人工土45，人工土47.5，人工土50）混合均匀的膨润土和甘油分别放入试验模具中用落锤进行压实，直到各个试样的体积密度达到所对应的由标准压实实验所测得的最大体积密度的95%以上时，试样压实过程结束；
第四步：把混合均匀并压实后不同配比组（试样人工土40，人工土42.5，人工土45，人工土47.5，人工土50）的膨润土和甘油及试验模具移至室温（22±1°C）下进行养护，每组试样的养护时间至少为5天。
第五步：通过十字板剪切实验测定不同配比组（试样人工土40，人工土42.5，人工土45，人工土47.5，人工土50）的膨润土和甘油混合体的不排水抗剪强度(kPa)。
第六步：通过不同质量配比的膨润土和甘油混合体的不排水抗剪强度与该实例所需要达到得软土不排水抗剪强度Cu=8kPa相比较得出，试样人工土50符合该实例中模型实验地基土的要求，它是本实施例中所需要的模型实验地基土。
Claims (1)
1.一种模型试验地基土的制备方法，所述试验地基土由粉末状膨润土和甘油构成；通过十字板剪切实验确定模型试验所需膨润土和甘油的质量配比，按得到的质量配比用揉捏式土工搅拌机将膨润土与甘油充分混合拌匀，后用落锤进行压实，使甘油充满于膨润土颗粒之间的孔隙中，所述粉末状膨润土为钠基膨润土；其特征在于，具体步骤如下：
(1)：按质量配比称取粉末状膨润土和甘油；
(2)：用揉捏式土工搅拌机把所称得的粉末状膨润土和甘油充分混合拌匀，搅拌时间至少为30分钟；
(3)：把混合均匀的粉末状膨润土和甘油放入试验模具中用落锤进行压实，直到试样的体积密度达到由标准压实实验所测得的最大体积密度的95%以上时，压实过程结束；
(4)：把混合均匀并压实后的步骤(3)所得产物及试验模具移至室温22±1°C下进行养护，养护时间至少为5天；
(5)：通过十字板剪切实验确定该粉末状膨润土和甘油的质量配比是否为该模型试验所需要的质量配比；
(6)：重复步骤(1)-(5)，直到配出模型试验所需的膨润土和甘油的质量配比为止；为节省试验时间，使多组不同配比的膨润土和甘油同时进行试验；其中：所述的模型试验所需的膨润土和甘油的质量配比是指：当通过十字板剪切实验测出的养护后膨润土和甘油混合体的不排水抗剪强度与模型试验所需的不排水抗剪强度相同或者差别不大时，其所对应的膨润土和甘油的质量比。
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