CN108645675A - 一种压样法制作不同固结度土样的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种压样法制作不同固结度土样的方法，所采用的设备包括多个土样模型和抽真空装置，每个土样模型包括，排水底座、透水石、分支抽气管、设置在分支抽气管上的真空表和刻度模型筒；抽真空装置包括与各个分支抽气管相连的总抽气管、带有总真空表的水气分离罐、真空压力控制阀和真空泵，依据试验方案要求，每当一个模型筒的土样达到规定沉降值时关闭支路的真空压力控制阀，即可获得所需固结度的土样，并记录该模型筒中土体的沉降量和固结时间，支路中的其他剩余的真空压力控制阀应保持打开状态，确保其他剩余模型筒中的土样在真空压力下继续进行固结排水。本发明操作简单，制样周期短，节约成本及时间。

Description

一种压样法制作不同固结度土样的方法

技术领域

本发明涉及一种压样法制作不同固结度土样的系统。

背景技术

固结度是表征土的固结程度的参数，是指土层在某一级荷载下的固结过程中某一时刻孔隙水压力平均消散值与初始孔压增量的比值或压缩量与最终压缩量的比值，以百分率表示。对于软土地基来讲，不同固结度的土样力学性质不同，因此确定不同固结度下的地基强度是解决各级填料填筑高度和填筑时间问题的理论基础。

为深入研究不同固结度下软土的力学特性，常常需要开展室内模型试验，从而为工程实践提供可靠保证。目前许多专家利用室内模型试验也取得了一些有益的成果。比如：①采用三联式单杠杆对土样进行固结试验作为预备性试验，测定土样在不同压力作用下达到不同固结度所需的时间，而后根据预备试验中所确定的固结度与时间的关系来进行不同固结度下软土的变形、渗透及强度特性的相关试验研究；②通过对土样的围压控制,采用分次施加围压来进行土的不同固结度强度试验。调整试样固结围压与剪切围压的比值进行试验,得到不同固结度下土的抗剪强度参数；③通过离心模型试验控制离心机旋转不同时间，根据固结问题的时间比尺关系，模拟天然软土在自重应力场作用下不同时间的固结状态,测试各土样的强度,得出不同固结状态下土体强度的变化规律。此外有学者根据固结度定义预先给试样施加恒定围压，通过控制孔压消散的程度来控制固结度。

制作不同固结状态的土样时应尽量减少试验方法和人为操作的误差，传统方法在实施过程中存在诸多的不确定因素，导致土样的某些数据可信度较低，最终导致试验结果误差较大。此外在做各项试验研究的过程中，经常会进行对比试验，因此试样的制备环境和外部条件等主要因素应尽可能的保持一致，才能使对比分析后的结论更具说服力。

除此之外，一些大型的物理模型试验存在试验成本高昂、费时费力，需要投入大量的财力和人力，如离心机试验，前期准备时间5天左右，一次试验的成本从几千到几万。

综上所述，目前对于制作不同固结度土样的试验模型存在以下问题：

1.试验模型多是需要在经验公式的前提下来模拟土样的不同固结度，而并非是土样实际的固结度，对于对固结度要求较高的试验无法准确的得到其数据结果，导致试验结果不理想。

2.常规不同固结度试验模型主要通过三轴剪切仪或是对其进行改装来达到试验目的，暂无一套专门的用来制作不同固结度土样的试验装置，相较而言，达不到节约成本的目的。

3.在实验过程中，制取土样的固结效果直接关系到试验结果的成败，传统试验模型由于尺寸较大，难免会出现固结不均匀的现象，从而增加试验误差。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种压样法制作不同固结度土样的装置，以供做室内模型试验所需。此方法其操作简单，制样周期短，节约成本及时间。技术方案如下：

一种压样法制作不同固结度土样的系统，所采用的设备包括多个土样模型和抽真空装置，每个土样模型包括，排水底座、刻度模型筒、透水石和分支抽气管，刻度模型筒置于排水底座上，沿刻度模型筒内壁布置真空膜，预留合适长度的真空膜于模型筒外；在刻度模型筒底部放置有透水石，真空膜的下部周边被压在透水石和排水底座之间，在向刻度模型筒中加入一定高度试验土样后；用扎带连接分支抽气管和预留真空膜；抽真空装置包括与在设置在所各分支抽气管上的真空表和真空压力控制阀、汇总各路分支抽气管的总抽气管、带有总真空表的水气分离罐和真空泵；总抽气管连通到水气分离罐；水气分离罐通过总压力控制阀与真空泵相连，总压力控制阀用于控制整个抽真空装置的真空压力，制作不同固结度土样的步骤如下：

(1)连接土样模型和抽真空装置，检查装置的气密性；

(2)向各个模型筒中加入等量试验土样到一定高度后，用刮土刀将土体表面平整，把真空膜和各分支抽气管用扎带绑接；

(3)把各个分支抽气管与总抽气管相连；

(4)连接总抽气管和水气分离罐；

(5)设定阈值，打开真空泵，进行抽真空，观察水气分离罐的真空表及各分支抽气管上的真空表读数；若真空压力低于此阈值，再次检查各分支抽气管与总抽气管的连接处以及各模型筒真空膜和分支抽气管的连接处，直到抽真空后真空压力表稳定在此阈值后开始进行下一步操作；

(6)依据试验方案要求，每当一个模型筒的土样达到规定沉降值时关闭支路的真空压力控制阀，即可获得所需固结度的土样，并记录该模型筒中土体的沉降量和固结时间，支路中的其他剩余的真空压力控制阀应保持打开状态，确保其他剩余模型筒中的土样在真空压力下继续进行固结排水。

本发明存在以下几个方面的优点：

(1)制样周期短；相比其它试验的制样方法而言，本装置所用模型筒尺寸大小合适，土体固结所用的时间铰短。

(2)节约成本；本套装置的模型筒为有机玻璃材质，在满足试验要求的同时，又能反复使用，节约成本。

(3)操作简单；本套装置的各器件通过管道连接，布置简单易懂，方便操作使用。

附图说明

图1是压样法制作不同固结度试样的模型剖面布置图

图2是压样法制作不同固结度试样的模型平面布置图

图中标号说明：1透水石；2刻度模型筒；3试验土样；4真空膜；5分支抽气管；6真空表；7总抽气管道；8真空压力控制阀；9排水底座；10塑料扎带；11总压力控制阀。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行说明。

参见图1和图2，本发明提供的一种压样法制作不同固结度土样的方法(装置)包括多个土样模型和一套抽真空装置，具体试验装置连接如下：

(1)连接土样模型和抽真空装置，检查装置的气密性；

(2)沿各个刻度模型筒2内壁布置真空膜4，并预留合适长度的真空膜4于模型筒2外；

(3)在各个模型筒2底部放入透水石1，使透水石1外侧压住真空膜4于模型筒2内壁和透水石1之间；

(4)向各个模型筒2中加入等量试验土样到一定高度后，用刮土刀将土体表面平整，把真空膜4和各分支抽气管5用塑料扎带10绑接；

(5)把各个分支抽气管5与总抽气管7相连；

(6)连接总抽气管7和水气分离罐；

(7)打开真空泵，进行抽真空，观察水气分离罐的真空表及各分支抽气管5上的真空表读数；若真空压力低于90kPa，再次检查各分支抽气管5与总抽气管7的连接处以及各模型筒真空膜4和分支抽气管5的连接处，直到抽真空后真空压力表稳定在90kPa，则开始进行下一步操作；

(8)依据试验方案要求，每当一个模型筒的土样达到规定沉降值时关闭支路的真空压力控制阀8，即可获得所需固结度的土样，并记录该模型筒中土体的沉降量和固结时间。需要注意的是，支路中的其他剩余的真空压力控制阀8应保持打开状态，确保其他模型筒中的土样在真空压力下进行固结排水。

(9)试验完成后关闭真空泵和总压力控制阀11，整理并清洗模型筒等试验器材以便下次试验再次使用。

Claims (1)

1.一种压样法制作不同固结度土样的方法，所采用的设备包括多个土样模型和抽真空装置，每个土样模型包括，排水底座、刻度模型筒、透水石和分支抽气管，刻度模型筒置于排水底座上，沿刻度模型筒内壁布置真空膜，预留合适长度的真空膜于模型筒外；在刻度模型筒底部放置有透水石，真空膜的下部周边被压在透水石和排水底座之间，在向刻度模型筒中加入一定高度试验土样后；用扎带连接分支抽气管和预留真空膜；抽真空装置包括与在设置在所各分支抽气管上的真空表和真空压力控制阀、汇总各路分支抽气管的总抽气管、带有总真空表的水气分离罐和真空泵；总抽气管连通到水气分离罐；水气分离罐通过总压力控制阀与真空泵相连，总压力控制阀用于控制整个抽真空装置的真空压力。制作不同固结度土样的步骤如下：

(1)连接土样模型和抽真空装置，检查装置的气密性；

(2)向各个模型筒中加入等量试验土样到一定高度后，用刮土刀将土体表面平整，把真空膜和各分支抽气管用扎带绑接；

(3)把各个分支抽气管与总抽气管相连；

(4)连接总抽气管和水气分离罐；

(5)设定阈值，打开真空泵，进行抽真空，观察水气分离罐的真空表及各分支抽气管上的真空表读数；若真空压力低于此阈值，再次检查各分支抽气管与总抽气管的连接处以及各模型筒真空膜和分支抽气管的连接处，直到抽真空后真空压力表稳定在此阈值后开始进行下一步操作；

(6)依据试验方案要求，每当一个模型筒的土样达到规定沉降值时关闭支路的真空压力控制阀，即可获得所需固结度的土样，并记录该模型筒中土体的沉降量和固结时间，支路中的其他剩余的真空压力控制阀应保持打开状态，确保其他剩余模型筒中的土样在真空压力下继续进行固结排水。