CN106568623A - 一种拼接式的大体积圆柱状重塑土试样的制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种拼接式的大体积圆柱状重塑土试样的制作方法，具体步骤包括两部分。第一部分为分段制样：将PVC管裁为数段15‑30厘米的“PVC管标准件”(2)，将两段“PVC管标准件”用PVC管直接接头(3)拼接，装入重塑土样，上下放置金属垫块(1)后通过“双面整体夯实法”进行夯实，得到一段“标准试件”。第二部分为拼接部分，将按上部分步骤制得的数段“标准试件”通过PVC管直接接头逐段拼接为整体(4)。在每段拼接过程中应对拼接面土体进行凿毛喷水等处理，并对接头进行密封处理。每拼接一段“标准试件”后需将试件整体进行振动。本发明的制样方法操作简单，所得试样干密度易于控制，试样高度可任意控制。

Description

一种拼接式的大体积圆柱状重塑土试样的制作方法

技术领域

本发明属于岩土工程土工试验技术领域，涉及一种制样方法，具体是一种分段拼接式的大体积圆柱状重塑土试样的制作方法。

背景技术

在本技术领域，所得试样是用于岩土工程土工试验中的水分迁移试验与土壤渗透相关试验，现有的试样制作方法有：

①通过所需干密度以及容器总容积计算得所需干土重，配置土样后测量土样含水量，然后根据实测含水量计算得到所需湿土总质量，将全部湿土填入容器后进行整体夯实至指定体积从而得到所需试样。

②将配置好的土样经计算后分层填入容器，每层填入完毕后将重锤从固定高度自由落体对土层进行夯击，通过控制夯击数或每层填土夯沉量的方法来控制试样的干密度。

③通过钢板焊接的方法制作槽形容器，将容器横向放置，并将配置好的土体填入容器进行横向夯实，分层夯实满后将槽状容器焊接上顶板，然后将容器整体立起放置，从而得到横截面为矩形的试样。

以上三种方法为现在常用的三种制样方法，但各自都有较大的缺陷。第一种方法仅适用于制备要求干密度较小的试样，试样的高度有较大限制，并且制得的试样存在两侧土体比中间土体干密度大的缺陷。第二种方法适用范围较第一种方法广，但是人工夯击的随意性比较大，土层干密度的控制标准难以标准化，并且由于只能在一个方向进行夯击，制作得到的土样总会存在下部土体干密度高于上部土体的现象。第三种方法可以保证试样在高度方向的干密度较为一致，但却无法避免水平方向的干密度不均匀以及分层现象，并且该方法制作难度较高。

在岩土工程土工试验涉及渗透与水势的试验中，试样的干密度要求很高，因为土体的渗透能力和保水能力与干密度有很大关系，干密度的微小变化有可能对其造成较大的影响。而上述三种常用的试样制作方法均难以控制试样的干密度以及保证试样干密度的均匀性。并且在制样过程、制作难度和试样的制作高度上均有不同程度的限制。

发明内容

针对现有制样方法存在的缺陷或不足，本发明的目的在于，提供一种分段拼接式的大体积圆柱状重塑土试样的制作方法，该方法将重塑土样压入PVC管中制成柱状重塑土样，对土样的干密度较易控制，制得的试样干密度均匀。由于采用拼接式制样，试样的高度可以任意控制。该方法具有操作容易，制作时间短的优点。利用该方法制得的土样可用于土工试验中水势试验或渗透相关试验。

为了实现上述技术任务，本发明采用如下技术解决方案：

一种拼接式的大体积圆柱状重塑土试样的制作方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一：将制样所需的重塑土样配至最优含水量，将PVC管(直径根据试样所需确定)根据所需土样干密度裁成15-30cm长度(干密度越高，PVC管越短)，制成若干等高度的“PVC管标准件”；

步骤二：将裁好的“PVC管标准件”两端5cm范围外壁与PVC管直接接头内壁均匀地涂抹一层凡士林，然后将两截“PVC管标准件”通过直接接头拼接成一体作为制样容器；

步骤三：根据试样土体要求的干密度、重塑土样实际含水量与每截PVC管容积，计算得出每截PVC管所需土样质量，将土装入制样容器内，并在上下两端装入高度5cm直径为PVC管内径的实心金属垫块；

步骤四：将试件上下两端封闭，整体反复夯击地面，通过惯性力将PVC管中土样夯实，在夯击过程中，根据试样所需干密度的大小，每10-30击后翻转试样后继续夯击，根据夯沉量控制土柱高度，当土柱高度接近“PVC管标准件”的高度时，将下端金属垫块取出并继续夯击至土柱尺寸正好与“PVC管标准件”吻合。然后将上部“PVC管标准件”连同直接接头整体敲下，完成一个“标准试件”的制作；

步骤五：重复步骤二到步骤四，根据试样所需高度，制作若干“标准试件”；

然后进行“标准试件”的拼接工作：

步骤六：将需拼接的“标准试件”拼接面的土体凿毛，填入适量重塑土样并均匀喷洒一层纯净水，在拼接面两端的PVC管外壁上缠上止水胶带并涂抹填缝剂，然后通过PVC管直接接头拼接，在上端垫上柔性垫块后用重锤敲击试件至上部“标准试件”不再下沉为止，将拼接完成的试件整体夯击地面进一步使其接缝密实；

步骤七：重复步骤六，将“标准试件”拼接至所需试样高度，完成试样的制作。

本发明的拼接式的大体积圆柱状重塑土试样的制作方法，采用分段式制样法，将试样制作成相同长度的“标准试件”，再进行拼接，操作难度较低，干密度控制标准易于掌控，并且制成的试样干密度较为均匀；试样的高度可以任意控制，对“标准试件”的拼接位置进行了处理，拼接后的效果较好，接缝对试验的影响较小；“标准试件”中土体的夯实采用“双面整体振动夯实法”，将试件整体向地面进行夯击；将土样压实的惯性力是一种体力，而非传统方法中重锤夯实的面力，并由于试件高度较低，且双面交替夯击，因而制得的试样干密度较为均匀；另外由于夯击为双面交替进行，当交换方向进行夯击时，试件内的土体会产生相对管壁的滑移，从而减小管壁与土体摩擦力的影响，进一步提高试样干密度的均匀性；试样的振动压实过程中，上下各配置了一个直径等于PVC管内径、高度为5CM的圆柱型金属垫块，该垫块可以保证在振动压实的过程中，土样上下平面平整、土体不会洒出，并且垫块的自重在夯击过程中也能对夯实起到辅助作用。本发明采用了多种有效措施保证圆柱形重塑土试样的干密度均匀性，降低制样过程控制干密度的难度，并通过分段制样法使试样的高度可以任意控制，解决了重塑土水分迁移试验与渗透相关试验的制样难题，通过提高制样的干密度控制精度，大幅度提高试验的精确度。

附图说明

图1是本发明的制样流程示意图；

图2是采用本发明的方法制备的试样效果图。

其中图1的标记分别表示：①为PVC管标准件与PVC管直接接头连接，②为PVC管标准件底部安装金属垫块和填入重塑土样，③为整体夯击，④为夯击过程，⑤为翻转试样180度继续进行夯击，⑥为翻转试样夯击过程，⑦为底部金属垫块移除整体夯击，⑧为试样内土柱的高度等于一个PVC管标准件，⑨为将底部金属垫块移除，⑩为一个标准试件，⑾为标准试件的拼接，⑿为拼接过程，⒀为整体夯击，⒁为得到的整体试样。

图2的标记分别表示：1、金属垫块，2、“PVC管标准件”，3、PVC管直接接头。

以下结合附图及具体实施例对本发明进行进一步详细说明。

具体实施方式

本实施例给出一种拼接式的大体积圆柱状重塑土试样的制作方法，该方法能够保证制得试样干密度的均匀性，并且通过拼接“标准试件”这一分段式制样法可以达到制作任意高度试样的目的。

如图1所示，首先将两个裁剪好等高度的“PVC管标准件”通过PVC管直接接头连接，在底部放置定制的金属垫块(金属垫块的直径为PVC管的内径，高度为5cm)；填入配置为最优含水量的重塑土样，重塑土样所需的干密度根据实际情况确定(重塑土样干密度越高，PVC管越短)，PVC管内径定义为r，“PVC管标准件”高度定义为h，重塑土样的实际含水量定义为w，随着重塑土样的填入，需要不断地振动PVC管使土样连续、平整；填土完毕后将上部金属垫块放置好，然后将试样从固定高度自由落体向地面夯击，并每10-30击后翻转试样180度继续进行夯击，直至试样内土柱的高度等于一个“PVC管标准件”的高度为止；将底部金属垫块移除，继续夯击至土柱尺寸正好与“PVC管标准件”吻合；将上部“PVC管标准件”连同PVC管直接接头一同移除，完成一个“标准试件”的制作；

根据试样所需高度，重复上述过程制作数个“标准试件”；随后进行“标准试件”的拼接过程：首先将拼接接缝两端面的土体凿毛，加入适量填土，并喷洒适量纯净水，在接缝两端的PVC管壁上缠绕止水胶带并涂抹填缝剂；将“标准试件”通过PVC管直接接头连接；在上端放置柔性垫块后用重锤夯击至上端“标准试件”不再下沉；将连接成整体的试样整体夯击地面保证土柱之间接触严密；重复上述拼接步骤直至达到要求高度。

下面是对本发明的原理进行说明：

本发明为提高试样干密度的控制精度，以及制作任意高度的试样，因而采用分段式制样法，将试样制作成相同长度的“标准试件”后再进行拼接，可以降低操作难度，使干密度易于控制，并且制成的试样干密度较为均匀；在分段式拼接制样过程中，对“标准试件”的拼接处进行了有效拼接处理，拼接后的效果较好，接缝对试验的影响较小；传统制样法中，分层夯实采用的是重锤夯实，其夯实作用力为面力，并且由于先夯实的土层还会受到后续夯实过程的作用，造成制成的试样底部干密度高于上部干密度，而本发明采用的“双面整体振动夯实法”克服了以上缺点，夯实过程采用的惯性力为体力，并且夯实为双面交替进行，试样的干密度均匀性能够大幅度提高；另外由于夯击为双面交替进行，当交换方向进行夯击时，试件内的土体会产生相对管壁的滑移，从而减小管壁与土体摩擦力的影响，进一步提高试样干密度的均匀性；试样的振动压实过程中，上下各配置了一个直径等于PVC管内径、高度为5CM的圆柱型金属垫块，该垫块可以保证在振动压实的过程中，土样上下平面平整、土体不会洒出，并且垫块的自重在夯击过程中也能对夯实起到辅助作用。本发明采用了多种有效措施保证圆柱形重塑土试样的干密度均匀性，降低制样过程控制干密度的难度，并通过分层制样法使试样的高度可以任意控制，解决了重塑土水分迁移试验与渗透相关试验的制样难题，通过提高制样的干密度控制精度，大幅度提高试验的精确度。使用本方法制作完成了6个水分迁移试验试样干密度从1.2g/cm3到1.7g/cm3不等，通过对其不同高度土样干密度进行检测发现，干密度误差均能控制在±2％以内，并且接缝处土体连接严密，能够保证试验的顺利完成以及试验结果的严密性。

Claims (1)

1.一种拼接式的大体积圆柱状重塑土试样的制作方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一：将制样所需的重塑土样配至最优含水量，将PVC管根据所需土样干密度裁成15-30cm长度，制成若干个等高度的“PVC管标准件”；

步骤二：将裁好的“PVC管标准件”两端5cm范围外壁与PVC管直接接头内壁均匀地涂抹一层凡士林，然后将两截“PVC管标准件”通过直接接头拼接成一体作为制样容器；

步骤三：根据试样土体要求的干密度、重塑土样实际含水量与每截PVC管容积，计算得出每截PVC管所需土样质量，将土装入制样容器内，并在上下两端装入高度5cm直径为PVC管内径的实心金属垫块；

步骤四：将试件上下两端封闭，整体反复夯击地面，通过惯性力将PVC管中土样夯实，在夯击过程中，根据试样所需干密度的大小，每夯击10-30次后翻转试样后继续夯击，根据夯沉量控制土柱高度，当土柱高度接近“PVC管标准件”的高度时，将下端金属垫块取出并继续夯击至土柱尺寸正好与“PVC管标准件”吻合；然后将上部“PVC管标准件”连同直接接头整体敲下，完成一个“标准试件”的制作；

步骤五：重复步骤二到步骤四，根据试样所需高度，制作若干“标准试件”；

然后再进行“标准试件”的拼接工作：

步骤六：将需拼接的“标准试件”拼接面的土体凿毛，填入适量重塑土样并均匀喷洒一层纯净水，在拼接面两端的PVC管外壁上缠上止水胶带并涂抹填缝剂，然后通过PVC管直接接头拼接，在上端垫上柔性垫块后用重锤敲击试件至上部“标准试件”不再下沉为止，将拼接完成的试件整体夯击地面进一步使其接缝密实；

步骤七：重复步骤六，将“标准试件”拼接至所需试样高度，完成试样的制作。