CN109556931B - 水泥土环刀样制备装置及水泥土渗透系数测定方法、设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种水泥土环刀样制备装置及水泥土渗透系数测定方法、设备，其中方法包括：步骤S1：将现场取得的水泥土试样切成圆柱状；步骤S2：将标准环刀固定在钢圆筒指定高度以组装标准环刀和钢圆筒；步骤S3：将切好的圆柱状的水泥土试样放入装有标准环刀的钢圆筒内，并放置于试验台；步骤S4：把融化的工业蜡沿着钢圆筒内壁倾倒，直至淹没整个圆柱状的水泥土试样；步骤S5：静置试样待工业蜡完全冷却，拆卸钢圆筒；步骤S6：切除标准环刀两端多余水泥土，削平环刀样，制得水泥土环刀样；步骤S7：将水泥土环刀样安装于变水头渗透试验自动测试仪中，测得水泥土渗透系数。与现有技术相比，本发明能够很好解决试样侧壁止水问题，达到很好的止水效果。
Description
技术领域
本发明涉及地下工程材料性能测试领域，尤其是涉及一种水泥土环刀样制备装置及水泥土渗透系数测定方法、设备。
背景技术
采用注浆法、深层搅拌法、高压旋喷法将水泥浆液同土体拌和所形成的固结体被称为水泥土。水泥的水解水化作用以及水泥浆液与土颗粒之间的胶结作用和离子交换使得土颗粒分散度降低，土颗粒进一步团聚使其孔隙缩小甚至封闭，故而水泥土的强度和抗渗性能大幅提高。在实际工程中，水泥土搅拌桩被广泛用于深基坑止水帷幕、防渗堤坝等防渗工程中，而且水泥土搅拌桩在垃圾填埋场及严重土体污染地区进行污染物隔离具有良好的应用前景。但实际工程应用中，施工工艺和土体本身性质的差别等原因使得水泥土的渗透性差别较大，为了满足不同工程对水泥土搅拌桩渗透性能的要求，必须要准确测定水泥土的渗透系数。查阅资料发现目前测定水泥土渗透系数的方法主要基于柔性壁，利用橡胶膜和气压来密封试样侧壁以达到止水的效果，此类试验方法严格控制式样尺寸的统一。普通粉土和粘性土等渗透性较小的软质土的渗透系数的测定主要采用变水头试验测得，试样采用的是标准环刀样，但水泥土的硬度较大，利用变水头试验测其渗透系数的难点在于环刀样的制备，水泥土制备环刀样时，试样与环刀内壁的贴合不紧密，无法制备可进行渗透试验的环刀样，故需采用特殊的方法来对试样与环刀侧壁密封。
中国专利CN 101603913A公开了一种水泥土渗透系数测定装置及测定方法，其主要利用压力室和试样外侧套橡胶膜的方法来达到试样侧壁止水的目的，该方法采用的试样尺寸没有特定的限定装置，不同试样的尺寸存在较大的差异，压力室施加一定的压力时，试样可能产生一定的变形，测得的渗透系数会受到一定的影响；同时，该装置的开发成本昂贵；中国专利CN 104849193A则公开了一种测定水泥土渗透系数的装置及方法，该方法利用橡胶止水环和橡胶膜来达到试样侧壁止水的目的，方法简单经济，但无法实现数据自动采集的效果，人为读取数据，工作效率较低。
发明内容
本发明的目的是为了克服已有的利用柔性壁水泥土渗透系数测定方法中试样制备困难且无法标准化的缺点而提供一种水泥土环刀样制备装置及水泥土渗透系数测定方法、设备。
就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种水泥土环刀样制备装置及水泥土渗透系数测定方法、设备。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种水泥土环刀样制备装置，包括：
可拆卸的钢圆筒，用于填充水泥土试样；
标准环刀，置于钢圆筒内，用于将水泥土试样成型为环刀样；
钢圆筒底部加厚圈，用于支撑水泥土试样底部。
所述钢圆筒侧面上设有用于拧紧以固定标准环刀的钢圆筒拼装螺帽。
一种水泥土渗透系数测定方法，包括：
步骤S1：将现场取得的水泥土试样切成圆柱状，圆柱水泥土试样的直径略小于标准环刀的内径；
步骤S2：将标准环刀固定在钢圆筒指定高度以组装标准环刀和钢圆筒；
步骤S3：将切好的圆柱状的水泥土试样放入装有标准环刀的钢圆筒内，并放置于试验台；
步骤S4：把融化的工业蜡沿着钢圆筒内壁倾倒，直至淹没整个圆柱状的水泥土试样；
步骤S5：静置试样待工业蜡完全冷却，拆卸钢圆筒；
步骤S6：切除标准环刀两端多余水泥土，削平环刀样，制得水泥土环刀样；
步骤S7：将水泥土环刀样安装于变水头渗透试验自动测试仪中，测得水泥土渗透系数Kr。
所述步骤S1中处理得到的圆柱状水泥土样的高度为4cm。
所述步骤S1中处理得到的圆柱状水泥土样比标准环刀的内径小0.5～1.5毫米。
所述水泥土渗透系数Kr为：
Kr＝/A×ln
其中：a为变水头管的截面积，L为水泥土环刀样的高，t1为当前时刻，A为水泥土环刀样的横截面面积，t0为初始时刻，h0为测得的初始时刻的总水头，h1为测得的当前时刻的总水头。
一种设备，包括变水头渗透试验自动测试仪和水泥土环刀样制备装置。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1)蜡封法能够很好解决试样侧壁止水问题，即使侧壁存在凹凸不平的情况，融化的蜡可填充试样与环刀侧壁的缝隙，达到很好的止水效果。
2)利用环刀这种刚性壁，可以保证试样不受侧向压力，且能够很好控制试样尺寸，和粉土及粘性土变水头渗透试验一样，将用于水泥土渗透系数测定的试样标准化，能够对比多次试验结果。
3)蜡封法制备水泥土环刀样所需装置简单，只需在现有的比较普遍的变水头试验的基础上增加钢圆筒，并采用工业蜡进行侧壁止水，试验能够多个同时进行，且节省开发特定装置的费用，经济合理。
附图说明
图1为本发明的水泥土环刀样制备的装置；
图2为本发明测定方法的主要步骤流程示意图；
图3为本发明的水泥土环刀样测得的试验结果；
其中：1、钢圆筒，2、标准环刀，3、钢圆筒拼装螺帽；4、水泥土试样；5、钢圆筒底部加厚圈。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
一种水泥土环刀样制备装置，如图1所示，包括：
可拆卸的钢圆筒1，用于填充水泥土试样4，内径63.9mm，外径66mm，厚2.1mm，高50mm；
标准环刀2，内径61.8mm，高20mm，厚2.1mm，置于钢圆筒1内，用于将水泥土试样4成型为环刀样；
钢圆筒底部加厚圈5，厚1.5mm，用于支撑水泥土试样4底部。
钢圆筒1侧面上设有用于拧紧以固定标准环刀2的钢圆筒拼装螺帽3。
本申请利用蜡封的方法制备水泥土环刀样来解决水泥土渗透试验试样侧壁止水无法处理的问题且标准环刀制样的方法克服了柔性壁方法测定水泥土渗透系数时试样的尺寸无法标准化的问题。具体如下：
一种水泥土渗透系数测定方法，如图2所示，包括：
步骤S1：将现场取得的水泥土试样4切成圆柱状，圆柱水泥土试样的直径略小于标准环刀2的内径，其中处理得到的圆柱状水泥土样4的高度为4cm。处理得到的圆柱状水泥土样4比标准环刀2的内径小0.5～1.5毫米。
步骤S2：将标准环刀2固定在钢圆筒1指定高度以组装标准环刀2和钢圆筒1；
步骤S3：将切好的圆柱状的水泥土试样4放入装有标准环刀2的钢圆筒1内，并放置于试验台；
步骤S4：把融化的工业蜡沿着钢圆筒1内壁倾倒，直至淹没整个圆柱状的水泥土试样4；
步骤S5：静置试样待工业蜡完全冷却，拧开钢圆筒1的螺丝，拆卸钢圆筒1；
步骤S6：切除标准环刀2两端多余水泥土，削平环刀样，制得水泥土环刀样；
步骤S7：将水泥土环刀样安装于变水头渗透试验自动测试仪中，如图3所示，测得水泥土渗透系数Kr：
Kr＝a×L/At1-t0×lnh0/h1
其中：a为变水头管的截面积，L为水泥土环刀样的高，t1为当前时刻，A为水泥土环刀样的横截面面积，t0为初始时刻，h0为测得的初始时刻的总水头，h1为测得的当前时刻的总水头。
最后，测试结束后，将所有的测试数据保存。
Claims (5)
1.一种利用水泥土环刀样制备装置的水泥土渗透系数测定方法，其特征在于，所述水泥土环刀样制备装置包括：
可拆卸的钢圆筒(1)，用于填充水泥土试样(4)；
标准环刀(2)，置于钢圆筒(1)内，用于将水泥土试样(4)成型为环刀样；
钢圆筒底部加厚圈(5)，用于支撑水泥土试样(4)底部；
所述钢圆筒(1)侧面上设有用于拧紧以固定标准环刀(2)的钢圆筒拼装螺帽(3)；
所述方法包括：
步骤S1：将现场取得的水泥土试样(4)切成圆柱状，圆柱水泥土试样的直径略小于标准环刀(2)的内径，
步骤S2：将标准环刀(2)固定在钢圆筒(1)指定高度以组装标准环刀(2)和钢圆筒(1)，
步骤S3：将切好的圆柱状的水泥土试样(4)放入装有标准环刀(2)的钢圆筒(1)内，并放置于试验台，
步骤S4：把融化的工业蜡沿着钢圆筒(1)内壁倾倒，直至淹没整个圆柱状的水泥土试样(4)，
步骤S5：静置试样待工业蜡完全冷却，拆卸钢圆筒(1)，
步骤S6：切除标准环刀(2)两端多余水泥土，削平环刀样，制得水泥土环刀样，
步骤S7：将水泥土环刀样安装于变水头渗透试验自动测试仪中，测得水泥土渗透系数Kr；
利用环刀这种刚性壁，可以保证试样不受侧向压力，且能够很好控制试样尺寸，和粉土及粘性土变水头渗透试验一样，将用于水泥土渗透系数测定的试样标准化，能够对比多次试验结果。
2.根据权利要求1所述的水泥土渗透系数测定方法，其特征在于，所述步骤S1中处理得到的圆柱状水泥土样(4)的高度为4cm。
3.根据权利要求1所述的水泥土渗透系数测定方法，其特征在于，所述步骤S1中处理得到的圆柱状水泥土样(4)比标准环刀(2)的内径小0.5～1.5毫米。
4.根据权利要求1所述的水泥土渗透系数测定方法，其特征在于，所述水泥土渗透系数Kr为：
Kr＝(a×L)/A(t1-t0)×ln(h0/h1)
其中：a为变水头管的截面积，L为水泥土环刀样的高，t1为当前时刻，A为水泥土环刀样的横截面面积，t0为初始时刻，h0为测得的初始时刻的总水头，h1为测得的当前时刻的总水头。
5.一种实现权利要求1～4中任一所述的水泥土渗透系数测定方法的设备，其特征在于，包括变水头渗透试验自动测试仪和水泥土环刀样制备装置。
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