CN107607385B - 用于三轴重塑土制样的真空试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于三轴重塑土制样的真空试验装置，涉及岩土工程室内试验技术领域。所述装置包括土样制作设备、加压系统、振动系统及排水系统。土样制作设备用于制作试样；加压系统包括抽真空设备和带孔活塞，抽真空设备用于产生真空负压，带孔活塞用于向土样施加竖向压力；振动系统用于加速土样的固结；排水系统用于排出制样时产生的多余的水。本发明提供的方案有益效果在于：采用真空预压，使土样固结而不破坏土样颗粒原有结构；加入适量水且最后从顶端排出，可使试样孔隙在排出空气后一直被水充填，并使试样保持饱和；即能够制出保持土样颗粒原有结构的标准规格的重塑土饱和试样；使试样符合室内三轴压缩试验要求，有效提高室内土工试验的效率。

Description

用于三轴重塑土制样的真空试验装置

技术领域

本发明属于岩土工程室内试验技术领域，尤其是涉及一种用于三轴重塑土制样的真空试验装置。

背景技术

近年来，随着我国基础设施大规模建设的逐步推进，岩土工程技术领域面临着新的发展和挑战。其中，土体在地震、交通荷载等复杂动力作用下的力学响应特性，常常需要开展室内土工试验研究，如三轴试验。原状土样具有原位应力状态和原始结构，可用于研究土体的强度与变形等原生各向异性规律，但原状土样取样花费较大，保存较困难，难以确保所取试样的均匀性和可对比性，而且一般很难取得饱和试样，而经过处理的试样很难反应实际，不利于土体次生各向异性的研究，故采用性质均一的重塑土进行室内试验研究是研究上述应力路径下土体的一种重要技术手段。以往室内制备重塑土试样的方法主要有击实法和固结法，然而，由于孔隙中气体的存在、加压方式以及排水方式的不同，目前尚无一款试验装置能够制出用于三轴试验的保有土样颗粒原有结构的重塑土饱和试样。

发明内容

本发明的目的在于：克服现有技术的不足，提供一种用于三轴重塑土制样的真空试验装置。

为实现上述目标，本发明提供了如下技术方案:

一种用于三轴重塑土制样的真空试验装置，包括土样制作设备、加压系统、振动系统及排水系统；

所述土样制作设备用于制作重塑土饱和试样；

所述加压系统用于在制样时产生真空负压，并向土样施加竖向压力；

所述振动系统用于在制样时加速土样的固结；

所述排水系统用于排出制样时产生的多余的水。

其中，所述加压系统包括抽真空设备，所述抽真空设备包括压力室、真空泵和压力表；所述压力室包括钢柱、高强度钢化玻璃、顶盖和底座；所述压力室的侧面外层为钢柱，内层为圆柱形的高强度钢化玻璃；所述高强度钢化玻璃的两侧面分别设有圆形排气孔，所述圆形排气孔分别通过带排气阀的排气管各自连接一个真空泵，两个真空泵分别位于压力室的左右两侧，用于抽出压力室中的空气，产生真空负压；钢柱设置在底座上，并用于支撑顶盖；顶盖可拆卸，且其上设有两个圆形开孔分别用于穿越另一排气管和连接位于顶盖上方的压力表，所述另一排气管的外端与另一真空泵连接。

其中，所述土样制作设备包括承膜筒、橡皮膜和密封圈；所述承膜筒是钢制的圆柱形金属筒，其直径与标准试样相匹配，高度略高于标准试样；所述橡皮膜紧贴承膜筒内壁，所述密封圈用于将橡皮膜的下部箍紧于所述底座顶部；承膜筒右侧设有一圆形开孔用于连接所述另一排气管的内端，并通过所述另一排气管连接所述另一真空泵，以便吸走橡皮膜与承膜筒之间的空气。

进一步，所述加压系统还包括带孔活塞，所述带孔活塞由不锈钢金属制成，其直径略小于承膜筒直径，且其上设置有沿圆周成圆形分布的圆孔，所述圆孔用于排出土样中的气体和多余的水；在橡皮膜内放置土样和水后，所述带孔活塞置于土样之上用于压密土样。

优选的，所述带孔活塞的顶端中部设置有一半圆环连接细线，以方便分期制样再次加入土样时取出带孔活塞。

其中，所述振动系统包括设置于所述承膜筒两侧的两个微型激振器，其用于加速土样的固结。

其中，所述排水系统包括所述底座上设置的排水孔，以及排水孔上设置的排水阀。

本发明采用的以上技术方案，与现有技术相比，作为举例而非限定，具有以下的有益效果：本发明提供的用于三轴重塑土制样的真空试验装置采用真空预压，使土样固结而不破坏土样颗粒原有结构；加入适量水且最后从顶端排出，可使试样孔隙在排出空气后一直被水充填，并使试样保持饱和；即能够制出保持土样颗粒原有结构的标准规格的重塑土饱和试样；以弥补已有方法的不足，使试样符合室内三轴压缩试验的要求，有效地提高室内土工试验的效率。

附图说明

图1为本发明提供的用于三轴重塑土制样的真空试验装置的结构示意图。

附图标记说明：

11为钢柱，12为高强度钢化玻璃，13为顶盖，14为压力表，15为底座，16为排水孔，17为排水阀，21为承膜筒，22为橡皮膜，23为密封圈，24为带孔活塞，3为重塑土，4为微型激振器，51为真空泵，52为真空泵，53为真空泵，54为排气管，55为排气阀，56为排气孔，57为排气管。

具体实施方式

下面将结合具体实施例及其附图对本发明提供的用于三轴重塑土制样的真空试验装置的技术方案作进一步说明。结合下面说明，本发明的优点和特征将更加清楚。

需要说明的是，本发明的实施例有较佳的实施性，并非是对本发明任何形式的限定。本发明实施例中描述的技术特征或者技术特征的组合不应当被认为是孤立的，它们可以被相互组合从而达到更好的技术效果。本发明优选实施方式的范围也可以包括另外的实现，且这应被本发明实施例所属技术领域的技术人员所理解。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限定。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。

本发明的附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的，并非是限定本发明可实施的限定条件。任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的效果及所能达成的目的下，均应落在本发明所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。且本发明各附图中所出现的相同标号代表相同的特征或者部件，可应用于不同实施例中。

如图1所示，本发明提供一种用于三轴重塑土制样的真空试验装置。该真空试验装置包括土样制作设备、加压系统、振动系统及排水系统；所述土样制作设备用于制作重塑土饱和试样；所述加压系统用于在制样时产生真空负压，并向土样施加竖向压力；所述振动系统用于在制样时加速土样的固结；所述排水系统用于排出制样时产生的多余的水。

其中，加压系统中包括抽真空设备，所述抽真空设备包括压力室、真空泵和压力表14。所述压力室是基于三轴仪压力室改装而成的，其整体框架由不锈钢金属钢柱11和高强度钢化玻璃12组成，顶盖13采用可拆卸的钢板，底座15是三轴仪的基座。

所述压力室的侧面外层为钢柱11，内层为圆柱形的高强度钢化玻璃12，并可通过高强度钢化玻璃12观察室内情况；且高强度钢化玻璃12的两侧面分别设有圆形排气孔56；所述圆形排气孔56分别通过带排气阀55的排气管57连接真空泵52和真空泵53；真空泵52和真空泵53分别位于压力室的左右两侧，用于抽出压力室中的空气，产生真空负压。钢柱11设置在底座15上，并用于支撑顶盖13；顶盖13可拆卸，且其上设有两个圆形开孔分别用于穿越排气管54和连接压力表14；所述压力表14仅有一个，并位于顶盖13的上方，用于观测压力室中的压力值；所述排气管54的外端与真空泵51连接。

所述土样制作设备包括承膜筒21、橡皮膜22、密封圈23。承膜筒21是钢制的圆柱形金属筒，用于制样，其直径与标准试样相匹配，高度略高于标准试样。橡皮膜22紧贴承膜筒21内壁，密封圈23将橡皮膜22下部箍紧于压力室底座15顶部。承膜筒21右侧设有一圆形开孔用于连接排气管54，并通过排气管54的内端连接压力室外的真空泵51，以便吸走橡皮膜22与承膜筒21之间的空气。

所述加压系统包括抽真空设备和带孔活塞24。在橡皮膜22内放置土样和水后，带孔活塞24置于土样之上用于压密土样；具体的，当抽真空设备在压力室内产生真空负压(真空预压)，同时所述带孔活塞24会对土样产生竖向的压力，土样在双重作用下压密。进一步，该带孔活塞24由不锈钢金属制成，其直径略小于承膜筒21直径，且其上设置有沿圆周成圆形分布的圆孔，所述圆孔用于排出土样中的气体和多余的水；其顶端中部设置有一半圆环连接细线，以方便分期制样再次加入土样时取出带孔活塞24。

所述振动系统包括设置于承膜筒21两侧的两个微型激振器4，其用于加速土样的固结。

所述排水系统包括压力室底座15上设置的排水孔16，以及排水孔16上设有的排水阀17；该排水系统用于排出制样时多余的水。

本发明提供的用于三轴重塑土制样的真空试验装置在使用时，首先将顶盖13打开，在承膜筒21内壁铺设好橡皮膜22，橡皮膜22底部用密封圈23箍紧于底座15顶部，利用真空泵51抽走承膜筒21和橡皮膜22之间的空气，使橡皮膜22紧贴于承膜筒21内壁。再向紧贴承膜筒21的橡皮膜22内加入一定量的重塑土3和水，水稍漫过重塑土3，将带孔活塞24置于重塑土3之上，装好顶盖13，使压力室密封；同时关闭排水阀17，打开排气阀55和真空泵52、真空泵53抽走压力室中的空气，并利用压力表14观测压力室内的压力；此时，重塑土3孔隙中的空气在真空负压作用下通过带孔活塞24上的圆孔被排出，试样达到饱和状态。进而，打开微型激振器4，使重塑土3在振动作用和带孔活塞24产生的压力作用下发生固结。一期固结完成后，关闭真空泵51、真空泵52、真空泵53。根据需要进行下一期制样，重复上述步骤直至制出高度略高于标准试样的试样，多余的水由试样顶部漫出承膜筒22，打开排水阀17后，多余的水就会从排水孔16排出。制样完成后，取出试样，在三轴切削器上切成试验所需的标准试样，利用切下的土样可以测出试样的含水率、饱和度等，以确定试样是否满足试验要求。

本发明的技术方案，作为举例而非限定，具有如下有益效果：本发明提供的用于三轴重塑土制样的真空试验装置采用真空预压，使土样固结而不破坏土样颗粒原有结构；加入适量水且最后从顶端排出，可使试样孔隙在排出空气后一直被水充填，并使试样保持饱和；即能够制出保持土样颗粒原有结构的标准规格的重塑土饱和试样；以弥补已有方法的不足，使试样符合室内三轴压缩试验的要求，有效地提高室内土工试验的效率。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非是对本发明范围的任何限定。任何熟悉该领域的普通技术人员根据上述揭示的技术内容做出的任何变更或修饰均应当视为等同的有效实施例，均属于本发明技术方案保护的范围。

Claims (2)

1.一种用于三轴重塑土制样的真空试验装置，其特征在于：包括土样制作设备、加压系统、振动系统及排水系统；

所述土样制作设备用于制作重塑土饱和试样；

所述加压系统用于在制样时产生真空负压，并向土样施加竖向压力；

所述振动系统用于在制样时加速土样的固结；

所述排水系统用于排出制样时产生的多余的水；

所述加压系统包括抽真空设备，所述抽真空设备包括压力室、真空泵和压力表；

所述压力室包括钢柱、高强度钢化玻璃、顶盖和底座；所述压力室的侧面外层为钢柱，内层为圆柱形的高强度钢化玻璃；所述高强度钢化玻璃的两侧面分别设有圆形排气孔，所述圆形排气孔分别通过带排气阀的两根排气管各自连接一个真空泵，这两个真空泵分别位于压力室的左右两侧，用于抽出压力室中的空气，产生真空负压；所述钢柱设置在底座上，用于支撑顶盖；所述顶盖可拆卸，且其上设有两个圆形开孔分别用于穿越另一排气管和连接位于顶盖上方的压力表，所述另一排气管的外端与另一真空泵连接；所述土样制作设备包括承膜筒、橡皮膜和密封圈；

所述承膜筒是钢制的圆柱形金属筒，其直径与标准试样相匹配，高度略高于标准试样；所述橡皮膜紧贴承膜筒内壁，所述密封圈用于将橡皮膜的下部箍紧于所述底座顶部；承膜筒右侧设有一圆形开孔用于连接所述另一排气管的内端，并通过所述另一排气管连接所述另一真空泵，以便吸走橡皮膜与承膜筒之间的空气；

所述加压系统还包括带孔活塞，所述带孔活塞由不锈钢金属制成，其直径略小于承膜筒直径，且其上设置有沿圆周成圆形分布的圆孔，所述圆孔用于排出土样中的气体和多余的水，在橡皮膜内放置土样和水后，所述带孔活塞置于土样之上用于压密土样；

所述带孔活塞的顶端中部设置有一半圆环连接细线，以方便分期制样再次加入土样时取出带孔活塞；

所述振动系统包括设置于所述承膜筒两侧的两个微型激振器，用于加速土样的固结。

2.根据权利要求1所述的用于三轴重塑土制样的真空试验装置，其特征在于：所述排水系统包括所述底座上设置的排水孔，以及排水孔上设置的排水阀。

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