CN108398306A - 一种饱和土样制备用试验装置及其制样方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种饱和土样制备用试验装置及其制样方法，包括球形结构的真空罩，包括上部真空罩和下部真空罩，上部真空罩和下部真空罩分别通过排气管与抽气机连接，上部真空罩和下部真空罩之间设置有用于放置试验用土样的饱和器，饱和器通过螺栓分别与上部真空罩和下部真空罩连接，真空罩的下端还通过引水管与水缸连接，下部真空罩连接有用于支撑试验装置的支架，支架为圆台型结构。本发明可提高制备饱和土样的效率，土样达到饱和时的信号明显，并可使土样达到最佳饱和效果。
Description
技术领域
本发明属于土工试验中土样和试样制备技术领域，具体涉及一种饱和土样制备用试验装置及其制样方法。
背景技术
土工试验中常常需要我们制备饱和土样以测定其相关物理指标。根据《公路土工试验规程》(JTG E40—2007)第4章中土样和试样制备的相关规程，土的性质决定其饱和方法，对于砂类土可直接在仪器内浸水饱和；对于较易透水的粘性土，采用毛细管饱和法较为方便或采用浸水饱和法；而对于不易透水的粘性土，则通常采用真空饱和法。当前使用的仪器设备为将饱和器置于真空缸中，利用大气压将水压入土样使其饱和。此仪器的不足有如下几点：
①现有仪器使用重叠式饱和器时，为使土样内的孔隙处于真空状态，土样中气体逸出路径较长，相应用时较长；
②土样浸水后，达到饱和状态的特征不明显；
③使土样饱和的效果不佳，并且所需时间较长；
④注水过程中，为保持真空缸内气压不变，需不断调节管夹，操作反复且人为调节易产生误差。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种饱和土样制备用试验装置及其制样方法，以克服现有技术中将土样抽至真空时间较长，达到饱和状态时特征不明显，达到饱和状态所需时间较长，需反复调节等问题。
本发明采用以下技术方案：
一种饱和土样制备用试验装置，包括球形结构的真空罩，真空罩包括上部真空罩和下部真空罩，上部真空罩和下部真空罩分别通过排气管与抽气机连接，上部真空罩和下部真空罩之间设置有用于放置试验用土样的饱和器，饱和器通过螺栓分别与上部真空罩和下部真空罩连接，真空罩的下端还通过引水管与水缸连接，下部真空罩连接有用于支撑试验装置的支架，支架为圆台型结构。
具体的，上部真空罩上设置有第一橡皮塞，抽气机与上部真空罩之间设置有第一排气管，第一排气管的一端与抽气机连接，另一端穿过第一橡皮塞后与上部真空罩连接，第一排气管上设置有第一二通阀。
具体的，下部真空罩上设置有第二橡皮塞，抽气机与下部真空罩之间设置有第二排气管，第二排气管的一端与抽气机连接，另一端穿过第二橡皮塞后与下部真空罩连接，第二排气管上设置有第二二通阀。
进一步的，引水管的一端穿过第二橡皮塞与下部真空罩连接，引水管上设置有管夹。
具体的，饱和器为圆柱形结构，内部设置有用于放置试验用土样的凹槽，饱和器的上下两侧与上部真空罩和下部真空罩的连接处均设置有环形结构的橡胶垫，橡胶垫上间隔设置有螺孔。
进一步的，饱和器上侧橡胶垫与上部真空罩的接触面设置有上层透水石，饱和器下侧橡胶垫与下部真空罩的接触面设置有下层透水石。
进一步的，上层透水石和下层透水石上均设置有滤纸，滤纸设置在试验用土样的上下两侧。
一种饱和土样的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将下部真空罩放置于支架上，其上放置环形结构的橡胶垫，橡胶垫的螺孔与下部真空罩的螺孔对齐，橡胶垫上面依次放下层透水石与滤纸；
S2、将饱和器放置于下部真空罩上，使滤纸与下层透水石嵌入饱和器内，并用螺栓连接，饱和器的孔内均匀涂抹薄层凡士林，将带土样的环刀放入孔内，并依次放置滤纸与上层透水石；
S3、将上部真空罩放置在饱和器的上部，上部真空罩和饱和器之间放置环形结构的橡胶垫，橡胶垫上依次放上层透水石和滤纸，并用螺栓连接；
S4、分别在上部真空罩和下部真空罩的端口分别布置第一橡皮塞和第二橡皮塞以及第一排气管和第二排气管，下部真空罩通过引水管与水缸连接，第一排气管和第二排气管连接抽气机；
S5、关闭引水管上的管夹，分别打开第一排气管上的第一二通阀和第二排气管上的第二二通阀，开动抽气机，抽出装置内及土中气体；当真空压力表示数达到一个负大气压力值后，关闭第二二通阀同时开启管夹，利用大气压力使水从水缸中沿引水管进入装置内，在注水过程中，抽气机继续从第一排气管抽气，使装置内真空压力保持不变；
S6、当从上部真空罩观察到透水石上有薄层水渗出时，关闭第一二通阀，饱和土样制备完成。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
本发明制备饱和土样用试验装置通过在球形结构真空罩的上下两端分别通过排气管与抽气机连接，真空罩的下端还通过引水管与水缸连接，饱和器设置在真空罩内，制备饱和土样时，环刀带土样水平放置于饱和器内，通过上、下排气管连接抽气机抽气，土样中空气逸出最长路径仅为土样高度的1/2与透水石高度之和，有效的减少空气的逸出路径，从而加快达到真空环境的速度。
进一步地，真空罩为透明材质制成，制备试样时，若透过上部真空罩观察到透水石上有薄层水渗出，即可判断饱和器中的土样已完成饱和，较之前仪器有明显的饱和信号。
进一步的，真空罩上下均设置有橡皮塞，用于保证试验气密性，在注水过程中，两个排气管的二通阀和引水管的管夹同时打开，抽气与注水同时进行，无需调节管夹，操作简便。
进一步地，水由下部真空罩通过下部透水石～滤纸～土样～滤纸～透水石，当上部透水石有薄层水渗出时，即可判断土样达到饱和，且饱和效果更佳。
本发明还公开了一种利用真空饱和法制备饱和土样的方法，与以往制备饱和土样的泥浆加压固结法和真空预压制样法相比较，结构轻巧、方便操作，制备的样品饱和度高、且很均匀，整个制样时间缩短，而且制备的土样经切削可直接用于土工试验。
综上所述，本发明可提高制备饱和土样的效率，土样达到饱和时的信号明显，并可使土样达到最佳饱和效果。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明整体示意图；
图2为本发明上、下真空罩的剖面图；
图3为本发明支架的结构图，其中，(a)为主视图，(b)为俯视图；
图4为本发明饱和器的结构图，其中，(a)为俯视图，(b)为剖面图；
图5为本发明橡胶垫的示意图。
其中：1.第一排气管；2.第一橡皮塞；3.第一二通阀；4.上部真空罩；5.饱和器；6.下部真空罩；7.第二排气管；8.第二橡皮塞；9.引水管；10.水缸；11.管夹；12.第二二通阀；13.支架；14.上层透水石；15.下层透水石；16.橡胶垫。
具体实施方式
请参阅图1，本发明一种饱和土样制备用试验装置，包括真空罩、饱和器5、支架13和水缸10，饱和器5设置在真空罩内，真空罩设置在支架13上，真空罩的上部设置有第一橡皮塞2，第一排气管1的一端穿过第一橡皮塞2与真空罩上部连接，另一端与抽气机连接，真空罩的下部设置有第二橡皮塞8，第二排气管7的一端穿过第二橡皮塞8与真空罩下部连接，另一端与抽气机连接，引水管9的一端穿过第二橡皮塞8与真空罩下部连接，另一端与水缸10连接，制备试样时，将试样放置于饱和器5内，饱和器5的上、下均需放置滤纸与透水石以及垫环形橡胶垫，利用螺栓与上、下真空罩连接。
请参阅图2和图4，真空罩为球形结构，由半球形的上部真空罩4和半球形的下部真空罩6组成，饱和器5为圆柱形结构，设置在上部真空罩4和下部真空罩6之间，饱和器5的直径与真空罩的直径相同，在饱和器5的内部设置有四个用于放置土样的凹槽，饱和器5与上部真空罩4的连接处设置有上层透水石14，饱和器5与下部真空罩6的连接处设置有下层透水石15，上层透水石14与上部真空罩4的接触面以及下层透水石15与下部真空罩6的接触面均设置有滤纸。
饱和器5上下两侧与上部真空罩4和下部真空罩6的连接处均设置有环形结构的橡胶垫16，饱和器5通过橡胶垫16分别与上部真空罩4和下部真空罩6螺栓连接，如图5所示，
上部真空罩4由第一橡皮塞2插入第一排气管1并连接抽气机，第一排气管1上设置第一二通阀3；
下部真空罩6由第二橡皮塞8插入第二排气管7及引水管9，第二排气管7上设置第二二通阀12，引水管9设置管夹11，第二排气管7连接抽气机，引水管9引入水缸10。
将螺栓连接好的上部真空罩4和下部真空罩6放置于圆台型结构的支架13上，如图3所示。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中的描述和所示的本发明实施例的组件可以通过各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
土工试验中根据工程实际情况要得到饱和土的物理指标时，需要在实验室制备饱和土样，使用本发明制备饱和土样的步骤如下：
S1、将下部真空罩6放置于支架13上，其上放置环形结构的橡胶垫16，橡胶垫16的螺孔与下部真空罩6的螺孔对齐，橡胶垫16上面依次放下层透水石15与滤纸；
S2、将饱和器5放置于下部真空罩6上，使滤纸与下层透水石15嵌入饱和器5内，并用螺栓连接；
饱和器5的孔内均匀涂抹薄层凡士林，将带土样的环刀放入孔内，并依次放置滤纸与上层透水石14。
S3、将上部真空罩4放置在饱和器5的上部，上部真空罩4和饱和器5之间放置环形结构的橡胶垫16，橡胶垫16上依次放上层透水石14和滤纸，并用螺栓连接；
S4、参照图1分别在上部真空罩4和下部真空罩6的端口分别布置第一橡皮塞2和第二橡皮塞8以及第一排气管1和第二排气管7，下部真空罩6通过引水管9与水缸10连接，第一排气管1和第二排气管7连接抽气机；
S5、关闭引水管9上的管夹11，分别打开第一排气管1上的第一二通阀3和第二排气管7上的第二二通阀12，开动抽气机，抽出装置内及土中气体；当真空压力表示数达到-101.325kPa(一个负大气压力值)后，关闭第二二通阀12同时开启管夹11，利用大气压力使水从水缸10中沿引水管9进入装置内，在注水过程中，抽气机继续从第一排气管1抽气，使装置内真空压力保持不变；
S6、当从上部真空罩4观察到透水石上有薄层水渗出时，关闭第一二通阀3，饱和土样制备完成。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种饱和土样制备用试验装置，其特征在于，包括球形结构的真空罩，真空罩包括上部真空罩(4)和下部真空罩(6)，上部真空罩(4)和下部真空罩(6)分别通过排气管与抽气机连接，上部真空罩(4)和下部真空罩(6)之间设置有用于放置试验用土样的饱和器(5)，饱和器(5)通过螺栓分别与上部真空罩(4)和下部真空罩(6)连接，真空罩的下端还通过引水管(9)与水缸(10)连接，下部真空罩(6)连接有用于支撑试验装置的支架(13)，支架(13)为圆台型结构。
2.根据权利要求1所述的一种饱和土样制备用试验装置，其特征在于，上部真空罩(4)上设置有第一橡皮塞(2)，抽气机与上部真空罩(4)之间设置有第一排气管(1)，第一排气管(1)的一端与抽气机连接，另一端穿过第一橡皮塞(2)后与上部真空罩(4)连接，第一排气管(1)上设置有第一二通阀(3)。
3.根据权利要求1所述的一种饱和土样制备用试验装置，其特征在于，下部真空罩(6)上设置有第二橡皮塞(8)，抽气机与下部真空罩(6)之间设置有第二排气管(7)，第二排气管(7)的一端与抽气机连接，另一端穿过第二橡皮塞(8)后与下部真空罩(6)连接，第二排气管(7)上设置有第二二通阀(12)。
4.根据权利要求3所述的一种饱和土样制备用试验装置，其特征在于，引水管(9)的一端穿过第二橡皮塞(8)与下部真空罩(6)连接，引水管(9)上设置有管夹(11)。
5.根据权利要求1所述的一种饱和土样制备用试验装置，其特征在于，饱和器(5)为圆柱形结构，内部设置有用于放置试验用土样的凹槽，饱和器(5)的上下两侧与上部真空罩(4)和下部真空罩(6)的连接处均设置有环形结构的橡胶垫(16)，橡胶垫(16)上间隔设置有螺孔。
6.根据权利要求5所述的一种饱和土样制备用试验装置，其特征在于，饱和器上侧橡胶垫(16)与上部真空罩(4)的接触面设置有上层透水石(15)，饱和器下侧橡胶垫(16)与下部真空罩(6)的接触面设置有下层透水石(15)。
7.根据权利要求6所述的一种饱和土样制备用试验装置，其特征在于，上层透水石(14)和下层透水石(15)上均设置有滤纸，滤纸设置在试验用土样的上下两侧。
8.一种根据权利要求1至7中任一项所述装置制备饱和土样的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将下部真空罩(6)放置于支架(13)上，其上放置环形结构的橡胶垫，橡胶垫的螺孔与下部真空罩(6)的螺孔对齐，橡胶垫(16)上面依次放下层透水石与滤纸；
S2、将饱和器(5)放置于下部真空罩(6)上，使滤纸与下层透水石(15)嵌入饱和器(5)内，并用螺栓连接，饱和器(5)的孔内均匀涂抹薄层凡士林，将带土样的环刀放入孔内，并依次放置滤纸与上层透水石；
S3、将上部真空罩(4)放置在饱和器(5)的上部，上部真空罩(4)和饱和器(5)之间放置环形结构的橡胶垫，橡胶垫上依次放上层透水石和滤纸，并用螺栓连接；
S4、分别在上部真空罩(4)和下部真空罩(6)的端口分别布置第一橡皮塞和第二橡皮塞以及第一排气管和第二排气管，下部真空罩(6)通过引水管(9)与水缸(10)连接，第一排气管和第二排气管连接抽气机；
S5、关闭引水管(9)上的管夹，分别打开第一排气管上的第一二通阀和第二排气管上的第二二通阀，开动抽气机，抽出装置内及土中气体；当真空压力表示数达到一个负大气压力值后，关闭第二二通阀同时开启管夹，利用大气压力使水从水缸(10)中沿引水管(9)进入装置内，在注水过程中，抽气机继续从第一排气管抽气，使装置内真空压力保持不变；
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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