CN107860627B

CN107860627B - 一种叠置型土样制备装置及其使用方法

Info

Publication number: CN107860627B
Application number: CN201711410328.0A
Authority: CN
Inventors: 魏建东; 刘忠玉
Original assignee: Zhengzhou University
Current assignee: Zhengzhou University
Priority date: 2017-12-23
Filing date: 2017-12-23
Publication date: 2023-10-03
Anticipated expiration: 2037-12-23
Also published as: CN107860627A

Abstract

本发明公开了一种叠置型土样制备装置及其使用方法，属于土工实验研究领域。该装置主要由多个叠置的基本单元组成，每个基本单元从下到上依次由支承环、透水石、环刀、垫环组成。所有的基本单元通过支撑杆相串联，并放置在水槽内，每个基本单元都可制作一个土样。垫环的材质为橡胶，且内置有钢丝环。垫环内从下到上，各钢丝环的直径先减小再增大。水槽中的水淹没加压板上表面。本装置一次可制备多个不同尺寸的饱和重塑粘性土环刀试样，快速、高效。

Description

一种叠置型土样制备装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及土工实验研究领域，特别涉及一种叠置型土样制备装置及其使用方法。

背景技术

在饱和黏性土地区进行基础工程施工时，地基或路基常常出现较大的沉降。为了研究及控制地基或路基的沉降，需要对饱和黏性土地区的地基土或路基土的流变特性和渗透特性进行试验研究。饱和原状黏性土试样常常不易获得，试验研究以室内试验为主，且多以饱和重塑黏性土试样为研究对象。目前，制备饱和重塑黏性土试样的方法有击实法和泥浆固结法。由于击实法制备的试样常常出现分层现象，密实度不够均匀，制备出的环刀试样还需要在饱和器中饱和，制备试样流程复杂，耗时较长，目前使用较少。泥浆固结法主要靠静力加载，能较好地模拟天然土体在自重等长期荷载作用下的固结过程，可得到不同孔隙比的饱和黏性土试样，制备的试样密实度均匀，被广泛应用。泥浆固结法制备试样时使用固结筒，在试样达到所需要的孔隙比后，需要将制备的土样从固结筒中推出，这将会对土样造成一次扰动；随后再用环刀取样，土样又容易产生挤压变形；也可能使部分土样与环刀内壁不能紧密接触。这些因素都会对试验结果造成很大的影响，亟待对现有装置进行改进。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的不足和问题，提供了一种叠置型土样制备装置及其使用方法。

本发明提供的叠置型土样制备装置及其使用方法，由多个基本单元组成，标准的基本单元从下到上依次由支承环、透水石、环刀、垫环构成，最底部的基本单元无支承环，所有的基本单元通过支撑杆相串联，并放置在水槽内，水槽中的水淹没加压板上表面；垫环的材质为橡胶，且内置有钢丝环，垫环内从下到上，各钢丝环的直径先减小再增大；传力杆的下端接触加压板上表面，传力杆的上端与可通过旋转加力的手柄相连。在试样的制备过程中，泥浆始终处于饱和状态，可以得到饱和重塑黏性土环刀试样。环刀的底部隔一张滤纸放置在透水石上，最终只需用刮土刀修整环刀的上端，简化了环刀试样的制作。该装置可一次制备多个满足要求的饱和重塑黏性土环刀试样。本发明中的垫环内配置有数根钢丝环，可保证在压力的作用下，垫环内的泥浆体不发生大的横向变形；垫环斜面端的倾斜方向与环刀的上端倾斜面相对应，使垫环具有较大的竖向变位能力，垫环内的不同直径的钢丝环的排列，可确保钢丝环的加入，不增加橡胶体竖向的刚度，从而使垫环不会消耗过大的压力，保证压力基本上在泥浆中传递，从而使最终得到的各环刀试样具有基本相同的孔隙比。

优选地，底座板上有带内螺纹的支撑杆固定槽，支撑杆下端有相应的外螺纹，支撑杆与底座板采用螺纹连接，确保支撑杆与底座板牢固连接。

优选地，所述加压板上表面中间有球面形的承力槽，传力杆下端有相应的球形凸起，球形凸起对应的半径小于承力槽对应的半径。

优选地，支承环上过杆孔的内径比支撑杆的外径大0.1毫米。如此小的间隙，可使支承环与支撑杆接触密贴，确保各基本单元的横向稳定性。

优选地，所述的透水石的外径比支承环的内径小0.05毫米，可确保泥浆中的小颗粒，不会从透水石与支承环的间隙内漏出。

优选地，所述的垫环高10毫米。该高度可确保有足够的泥浆满足制作环刀试样需要。

优选地，所述的环刀内径61.8毫米、壁厚1.6毫米。

优选地，所述的横梁上有穿过支撑杆的孔，中部有带内螺纹的竖孔，传力杆有相应的外螺纹。通过调整施加的压力大小，可制备不同密实度的环刀试样。

优选地，所述的水槽、底座板、支撑杆、支承环、环刀、加压板、传力杆的材质为不锈钢。保证所得到的试样不被铁锈污染，也为了增加该装置的使用寿命。

采用该土样制备装置制备土样的方法，包括以下步骤：

1): 准备数个环刀，在环刀内表面涂抹一层凡士林；

2): 将各支撑杆旋入底座板上的支撑杆固定槽；

3): 在各支撑杆之间，对称地放置一块透水石，把一张滤纸放置在透水石上表面，取一个环刀，端面平整的一端放置在滤纸上，在上端放置一个垫环，垫环有斜面的一端与环刀的上端相对；

4): 向环刀和垫环形成的内腔缓慢倒入调制均匀的泥浆，至泥浆上表面凸起，即将溢出，上置一张滤纸；

5): 取一个支承环，使其过杆孔穿在支撑杆上，支承环对称地压在垫环上表面；

6): 按步骤3)到步骤5)循环安装其他基本单元；

7): 在完成最后一个基本单元后，将泥浆刮平，放置一张滤纸，再上压一块透水石，随后放置加压板；

8): 手柄和传力杆已连接为一体，将传力杆旋入横梁中部的孔中，竖直下放横梁，使支撑杆从横梁两端的孔中穿过，传力杆的下端接触加压板后，对称地旋紧传力杆上端的螺母，旋转手柄，施加预先设定大小的压力；

9): 通过手柄，提升已安装的组合体，放入制样台上的水槽内，使水槽内水面淹没加压板；

10): 24小时后，泥浆已固结成样，通过手柄，将组合体拎出水槽，按安装时的相反顺序，拆解组合体；在去除垫环后，用刮土刀修整环刀内土样的上表面，即可得到各饱和重塑黏性土环刀试样。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：在试样的制作过程中，泥浆始终处于饱和状态，从而得到饱和试样；可同时得到多个环刀试样；避免了对土样的二次扰动和挤压变形；便于同时制备不同高度规格的环刀试样；该装置制作简单，成本低，操作方便，制备试样流程简单、高效、快捷。

附图说明

图1 本发明的结构示意图。

图2 加压板示意图。

图3 垫环示意图。

图4 支承环示意图。

图中标识：1-制样台;2-支撑杆固定槽;3-透水石;4-过杆孔;5-滤纸;6-环刀;7-垫环;8-泥浆;9-加压板;10-水孔;11-传力杆;12-底座板;13-支承环;14-水槽;15-支撑杆;16-横梁;17-手柄;18-承力槽;19-钢丝环; 20-带孔翼板。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例，并结合附图对本发明的技术方案进行了描述，但本发明并不限于这个实施例。

实施例1

该实施例以制备4个高度20毫米的饱和重塑黏性土环刀试样为例，制备装置参见图1-图4,由多个基本单元组成，标准的基本单元从下到上依次由支承环13、透水石3、环刀6、垫环7构成，最底部的基本单元无支承环13，所有的基本单元通过支撑杆15相串联，并放置在水槽14内，水槽14中的水淹没加压板9上表面。底座板12上有带内螺纹的支撑杆固定槽2，支撑杆15下端有相应的外螺纹，支撑杆15与底座板12采用螺纹连接。环刀6内径61.8毫米、壁厚1.6毫米、高20毫米。垫环7高10毫米。垫环7的厚度为5毫米，其材质为橡胶，且内置有钢丝环19，垫环7内从下到上，各钢丝环19的直径先减小再增大；支撑杆15的外径为10.0毫米；支承环13上过杆孔4的内径为10.1毫米；透水石3的外径为65.0毫米，高为10毫米；支承环13的内径小为65.05毫米。传力杆11的下端接触加压板9上表面，传力杆11的上端与可通过旋转加力的手柄17相连。加压板9上表面有4个水孔10；加压板9中间有球面形的承力槽18，传力杆11下端有相应的球形凸起，球形凸起对应的半径小于承力槽18对应的半径。横梁16上有穿过支撑杆的孔，中部有带内螺纹的竖孔，传力杆11有相应的外螺纹。水槽14、底座板12、支撑杆15、支承环13、环刀6、加压板9、传力杆11的材质为不锈钢。采用该土样制备装置制备土样的过程，包括以下步骤：

1): 准备数个环刀6，在环刀6内表面涂抹一层凡士林；

2): 将各支撑杆15旋入底座板12上的支撑杆固定槽2；

3): 在各支撑杆15之间，对称地放置一块透水石3，把一张滤纸5放置在透水石3上表面，取一个环刀6，端面平整的一端放置在滤纸5上，在上端放置一个垫环7，垫环7有斜面的一端与环刀6的上端相对；

4): 向环刀6和垫环7形成的内腔缓慢倒入调制均匀的泥浆8，至泥浆8上表面凸起，即将溢出；

5): 取一个支承环13，使其带孔翼板20上的过杆孔4穿在支撑杆15上，支承环13对称地压在垫环7上表面；

6): 按步骤3)到步骤5)循环安装其他基本单元；

7): 在完成最后一个基本单元后，将泥浆8刮平，放置一张滤纸5，再上压一块透水石3，随后放置加压板9；

8): 手柄17和传力杆11已连接为一体，将传力杆11旋入横梁16中部的孔中，竖直下放横梁16，使支撑杆15从横梁16两端的孔中穿过，传力杆11的下端接触加压板9后，旋紧传力杆11上端的螺母，旋转手柄17，施加预先设定大小的压力；

9): 通过手柄17，提升已安装的组合体，放入制样台1上的水槽14内，使水槽14内水面淹没加压板9；

10): 24小时后，泥浆8已固结成样，通过手柄17，将组合体拎出水槽14，按安装时的相反顺序，拆解组合体；在去除垫环7后，用刮土刀修整环刀6内土样的上表面，即可得到各饱和重塑黏性土环刀试样。

上述具体实施方式的描述仅用于说明本发明,而不用于限制本发明的权利保护范围。

Claims

1.一种叠置型土样制备装置，其特征在于：由多个基本单元组成，标准的基本单元从下到上依次由支承环、透水石、环刀、垫环构成；最底部的基本单元无支承环，支承在底座板上；所有的基本单元通过支撑杆相串联，并放置在水槽内，水槽中的水淹没加压板上表面；两个所述的支撑杆的上端各连接呈水平状的横梁的一端；所述的横梁上有穿过支撑杆的孔，中部有带内螺纹的竖孔，传力杆有相应的外螺纹；垫环的材质为橡胶，且内置有钢丝环，垫环内从下到上，各钢丝的直径先减小再增大；传力杆的下端接触加压板上表面，传力杆的上端与可通过旋转加力的手柄相连。

2.如权利要求1所述的叠置型土样制备装置，其特征在于：所述底座板上有带内螺纹的支撑杆固定槽，支撑杆下端有相应的外螺纹，支撑杆与底座板采用螺纹连接。

3.如权利要求1所述的叠置型土样制备装置，其特征在于：所述加压板有数个水孔，加压板上表面中间有球面形的承力槽，传力杆下端有相应的球形凸起，球形凸起对应的半径小于承力槽对应的半径。

4.如权利要求1所述的叠置型土样制备装置，其特征在于：支承环上过杆孔的内径比支撑杆的外径大0.1毫米。

5.如权利要求1所述的叠置型土样制备装置，其特征在于：所述的透水石的外径比支承环的内径小0.05毫米。

6.如权利要求1所述的叠置型土样制备装置，其特征在于：所述的垫环高10毫米。

7.如权利要求1所述的叠置型土样制备装置，其特征在于：所述的环刀内径61.8毫米、壁厚1.6毫米。

8.如权利要求1所述的叠置型土样制备装置，其特征在于：所述的水槽、底座板、支撑杆、支承环、环刀、加压板、传力杆的材质为不锈钢。

9.如权利要求1～8项中的任一项所述的叠置型土样制备装置的使用方法，包括以下步骤：

1):准备数个环刀，在环刀内表面涂抹一层凡士林；

2):将各支撑杆旋入底座板上的支撑杆固定槽；

3):在各支撑杆之间，对称地放置一块透水石，把一张滤纸放置在透水石上表面，取一个环刀，端面平整的一端放置在滤纸上，在上端放置一个垫环，垫环有斜面的一端与环刀的上端相对；

4):向环刀和垫环形成的内腔缓慢倒入调制均匀的泥浆，至泥浆上表面凸起，即将溢出，上置一张滤纸；

5):取一个支承环，使其过杆孔穿在支撑杆上，支承环对称地压在垫环上表面；

6):按步骤3)到步骤5)循环安装其他基本单元；

7):在完成最后一个基本单元后，将泥浆刮平，放置一张滤纸，再上压一块透水石，随后放置加压板；

8):手柄和传力杆已连接为一体，将传力杆旋入横梁中部的孔中，竖直下放横梁，使支撑杆从横梁两端的孔中穿过，传力杆的下端接触加压板后，对称地旋紧传力杆上端的螺母，旋转手柄，施加预先设定大小的压力；

9):通过手柄，提升已安装的组合体，放入制样台上的水槽内，使水槽内水面淹没加压板；

10):24小时后，泥浆已固结成样，通过手柄，将组合体拎出水槽，按安装时的相反顺序，拆解组合体；在去除垫环后，用刮土刀修整环刀内土样的上表面，即可得到各饱和重塑黏性土环刀试样。