CN111307548A - 一种黏土与砂土的互层土制样装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种黏土与砂土的互层土制样装置及其使用方法，所述制样装置包括：三瓣模、底座、环箍、透水石、冻结模具以及取样柄；所述冻结模具用于制备冻结砂土层；所述取样柄设有吸盘用于取放所述冻结砂土层。所述制样装置的使用方法包括如下步骤S10制备黏土土膏以及冻结砂土层；S20组装制样装置；S30在制样桶内壁涂凡士林；S40互层土的制备；S50施压成型。本发明的所述互层土制样装置结构及其使用方法简单，便于控制互层土中各层的厚度，互层土制样的制成率和制样质量高。

Description

一种黏土与砂土的互层土制样装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及岩土工程技术领域，具体涉及一种黏土与砂土的互层土制样装置及其使用方法。

背景技术

在我国沿江、沿湖、沿海地区由于沉积环境的变化和海洋动力作用，堆积着一种黏土和砂土交替出现的土层，俗称千层饼土，即所谓互层土。所述互层土往往分布较广、厚度较大、性质特殊。该种土层既具有一般软弱土的性质，也具有自己的特性，而且它埋藏较浅，往往成为建构筑物基础的持力层，其物理、力学性能指标都直接影响建构筑物地基基础的设计、施工等工程活动，因此有必要对互层土进行室内试验研究。

对互层土进行力学特性研究最理想的是获取原状试样进行实验。然而，实际操作中发现，这种互层土在取样过程中很容易被扰动且扰动后基本难以恢复。一种有效地获取原状样的方法是冻结取样，但是对于互层土操作困难，无法实施。为此，人工制备黏土与砂土的互层土成为实验研究互层土力学特性的关键一步。

传统的实验室制备土样的装置与方法都是以单一性质的土层为目标，尚无互层土的制样装置与方法。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种黏土与砂土的互层土制样装置及其使用方法，所述互层土制样装置结构及其使用方法简单，便于控制互层土中各层的厚度，互层土制样的制成率和制样质量高。

为了实现以上目的，本发明采取的一种技术方案是：

一种黏土与砂土的互层土制样装置，包括：三瓣模、底座、环箍、透水石、冻结模具以及取样柄，三片所述三瓣模拼接成制样桶；所述环箍设置于所述制样桶外壁；所述透水石设置于所述底座的中心，所述制样桶一端容置于所述透水石与所述底座所形成的环形缝隙内；所述冻结模具用于制备冻结砂土层；所述取样柄设有吸盘用于取放所述冻结砂土层。

进一步地，所述三瓣模为透明材料，所述制样桶外壁沿轴线方向设有刻度线，所述刻度线的最小单位为毫米。

进一步地，所述底座以及所述环箍为金属材料，所述透水石为多孔陶瓷材料；所述底座为圆环形，所述底座的内径大于所述制样桶的外壁的外径；所述透水石为圆柱形，所述透水石的外径小于所述底座的内径，所述透水石的外径不大于所述制样桶内壁的内径。

进一步地，所述冻结模具为圆桶状，所述冻结模具的内径不大于所述制样桶内壁的内径，所述冻结模具的端口设有方形的边沿。

进一步地，所述取样柄还包括把手，所述吸盘通过抓手设置在所述把手的末端，所述吸盘至少四个，每个所述吸盘的吸面在同一平面内，所述把手与所述吸面垂直，所述抓手长度相同。

本发明还提供了一种黏土与砂土的互层土制样装置的使用方法，包括如下步骤：S10制备黏土土膏以及冻结砂土层，按比例将水和黏土粉末搅拌均匀后装密封袋润湿24小时待用；按比例将干砂土和水倒入至少两个冻结模具内至所述边沿获得湿砂土，将所述取样柄轻轻放在所述湿砂土表层，将放有所述取样柄的所述冻结模具放入冰箱冷冻；S20组装制样装置，将三片三瓣模拼装成制样桶，用环箍将所述制样桶箍紧，同时将透水石置于底座内，后将所述制样桶一端插入所述透水石与所述底座之间的环形缝隙内；S30在制样桶内壁涂凡士林，在所述制样桶内壁上均匀涂覆一层凡士林；S40互层土试样的制备，将一定量所述黏土土膏缓慢倒入所述制样桶内并抹平上表面获得第一黏土层，从冰箱取出一个所述冻结模具，手拉把手使用取样柄将所述冻结砂土层取出并放置在所述第一黏土层上，获得第一冻结砂土层；同样的方法制得第n黏土层以及第n冻结砂土层，获得所述互层土试样，其中n为2、3、4、5、6、7中的任何一个数；S50施压成型，在所述互层土试样上加一块透水石，对所述透水石施压，拆模，获得互层土。

进一步地，所述三瓣模为透明材料，所述制样桶外壁沿轴线方向设有刻度线，所述刻度线的最小单位为毫米。

进一步地，所述底座以及所述环箍为金属材料，所述透水石为多孔陶瓷材料；所述底座为圆环形，所述底座的内径大于所述制样桶的外壁的外径；所述透水石为圆柱形，所述透水石的外径小于所述底座的内径，所述透水石的外径不大于所述制样桶内壁的内径。

进一步地，所述冻结模具为圆桶状，所述冻结模具的内径不大于所述制样桶内壁的内径，所述冻结模具的端口设有方形的边沿。

进一步地，所述取样柄还包括把手，所述吸盘通过抓手设置在所述把手末端，所述吸盘至少四个，每个所述吸盘的吸面在同一平面内，所述把手与所述吸面垂直，所述抓手长度相同。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

(1)本发明的黏土与砂土的互层土制样装置的结构及其使用方法简单，实现了人工制备互层土。所述三瓣模为透明材料组成且有刻度，可以方便控制所要制备的互层土中每层厚度，互层土制样的制成率和制样质量高，层面整齐。使用冷冻砂土层与黏土层相间排列制备互层土的方法，所获得互层土分层明显。

(2)本发明的黏土与砂土的互层土制样装置的使用方法，将砂土层冻结后再放置在黏土层上，可以避免由于所述黏土层放置、抹平而对下层砂土层的扰动。所述互层土试样的上设置透水石，可以避免施压步骤对所述砂土层的扰动。

(3)本发明的黏土与砂土的互层土制样装置的使用方法，在脱模前通过透水石对互层土试样进行加压操作，可以给互层土试样一定的初始强度，有利于后续试验切样和装样操作，同时可以防止脱模后互层土塌陷，提高互层土制样的制成率。

(4)本发明的黏土与砂土的互层土制样装置的使用方法，整个制样的过程中只加了水，没有添加其他物质，不需要考虑杂质问题，避免杂质对之后互层土性能测试影响。

附图说明

下面结合附图，通过对本发明的具体实施方式详细描述，将使本发明的技术方案及其有益效果显而易见。

图1所示为本发明一实施例的黏土与砂土的互层土制样装置的部分部件结构图；

图2所示为本发明一实施例的黏土与砂土的互层土制样装置的冻结模具的结构图；

图3所示为本发明一实施例的黏土与砂土的互层土制样装置的取样柄的结构图；

图4所示为本发明一实施例的黏土与砂土的互层土制样装置的三瓣模与环箍组装后的结构图；

图5所示为本发明一实施例的黏土与砂土的互层土制样装置使用方法流程图；

图6～图13所示为使用本发明一实施例的黏土与砂土的互层土制样装置制备互层土的过程图。

附图标记

1三瓣模、11制样桶、2底座、3环箍、4透水石、5冻结模具、51端口、52边沿、6取样柄、61吸盘、62把手、621末端、63抓手、7黏土层、8冻结砂土层。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域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。

如图1～图4所示，本发明实施例提供了一种黏土与砂土的互层土制样装置，包括三瓣模1、底座2、环箍3、透水石4、冻结模具5以及取样柄6。

所述三瓣模1为透明材料，可以选用玻璃或透明的有机高分子材料制得，优选亚克力。三片所述三瓣模1拼接成制样桶11。所述制样桶11外壁沿轴线方向设有刻度线，所述刻度线的最小单位为毫米。

所述底座2为金属材料，优选合金材料或不锈钢材质。所述底座2为圆环形，所述底座2的内径大于所述制样桶11的外壁的外径。

所述环箍3设置于所述制样桶11外壁，所述环箍3为金属材料，优选合金材料或不锈钢材质。

所述透水石4为多孔陶瓷材料，优选蜂窝陶瓷。所述透水石4为圆柱形，所述透水石4的外径小于所述底座2的内径，所述透水石4的外径不大于所述制样桶11内壁的内径。所述透水石4设置于所述底座2的中心，所述制样桶11一端容置于所述透水石4与所述底座2所形成的环形缝隙内。

所述冻结模具5用于制备冻结砂土层7。所述冻结模具5为圆桶状，所述冻结模具5的内径不大于所述制样桶11内壁的内径，所述冻结模具5的端口51设有方形的边沿52。

所述取样柄6设有吸盘61用于取放所述冻结砂土层7。所述取样柄6还包括把手62，所述吸盘61通过抓手63设置在所述把手62的末端621，所述吸盘61至少四个，每个所述吸盘61的吸面在同一平面内，所述把手62与所述吸面垂直，所述抓手63长度相同。

以制备一直径50mm，黏土层、砂土层厚度均为10mm，高度140mm的黏土、砂土互层土为例对所述制样装置进行说明。

所述三瓣模1选用透明亚克力材料制得，每个所述三瓣模1外壁均印有以毫米为最小单位的刻度线。由所述三瓣模1组装后的所述制样桶11的内径为50mm、外径60mm、高度150mm以及壁厚5mm。所述底座2选用不锈钢材质，所述底座的厚度10mm、内径60.1mm、外径70mm。所述环箍3选用不锈钢材质，内径60mm、外径66mm、环向断面尺寸3mm×3mm。所述透水石4选用多孔陶瓷，尺寸为：直径49.8mm、厚度10mm。所述冻结模具5为有一定延展性的透明亚克力材质以允许冰块侧向扩张，防止砂土与水的混合物在冷冻的过程中对所述冷冻模具5产生不可恢复的损坏。同时降低砂颗粒受到的挤压力，使得取冷冻样时更易操作。所述冻结模具5边沿52为一个长、宽均为60mm厚度3mm的正方形薄板，薄板的中间部分为下凹的形成的有底薄圆饼状空间为用来盛砂和水，所述冻结模具5为杯状，杯桶内径49.9mm，净深度10mm。所述取样柄6上部为直杆并在顶端固定一小圆球，方便手持操作。末端为621对称分布四个抓手63，吸盘61为圆片状，以便与砂土层形成四个接触面，方便冻结砂土层8的取放。所述取样柄6为不锈钢材质，导热性好，方便同所述冷冻砂土层8脱离。

如图5所示，本发明还提供了一种黏土与砂土的互层土制样装置的使用方法，包括如下步骤：S10制备黏土土膏以及冻结砂土层7，按比例将水和黏土粉末搅拌均匀后装密封袋润湿24小时待用；按比例将干砂土和水倒入至少两个冻结模具5内至所述边沿获得湿砂土，将所述取样柄6轻轻放在所述湿砂土表层，将放有所述取样柄6的所述冻结模具5放入冰箱冷冻。S20组装制样装置，将三片三瓣模1拼装成制样桶11，用环箍3将所述制样桶11箍紧，同时将透水石4置于底座2内，后将所述制样桶11一端插入所述透水石4与所述底座2之间的环形缝隙内。S30在制样桶11内壁涂凡士林，在所述制样桶11内壁上均匀涂覆一层凡士林。S40互层土试样的制备，将一定量所述黏土土膏缓慢倒入所述制样桶11内并抹平上表面获得第一黏土层，从冰箱取出一个所述冻结模具5，手拉把手使用取样柄6将所述冻结砂土层7取出并放置在所述第一黏土层上，获得第一冻结砂土层；同样的方法制得第n黏土层以及第n冻结砂土层7，获得所述互层土试样，其中n为2、3、4、5、6、7中的任何一个数。S50施压成型，在最上端的冻结砂土层7上放置一块所述透水石4，对顶端的所述透水石4施压，拆模，获得互层土。

所述步骤S10，黏土土膏的制备过程中需要根据土样含水量计算出所需的干黏土粉末和加水量，并考虑一定的损失量。冻结砂土层7的制备之初需要准备若干组所述冻结模具5以及所述取样柄6。每组所述冻结模具5以及所述取样柄6可以制备一个所述冻结砂土层7。

如图6～7所示，所述步骤S20，所述三瓣模1为透明材料，可以选用玻璃或透明的有机高分子材料制得，优选亚克力。所述制样桶11外壁沿轴线方向设有刻度线，所述刻度线的最小单位为毫米。所述底座2以及所述环箍3为金属材料，优选合金材料或不锈钢材质。所述透水石4为多孔陶瓷材料，优选蜂窝陶瓷。所述底座2为金属材料，优选合金材料或不锈钢材质。所述底座2为圆环形，所述底座2内径大于所述制样桶11的外壁的外径。所述透水石4为圆柱形，所述透水石4的外径小于所述底座2内径，所述透水石4的外径不大于所述制样桶11内壁的内径。所述冻结模具5为圆桶状，所述冻结模具5的内径不大于所述制样桶11内壁的内径，所述冻结模具5的端口51设有方形的边沿52。所述取样柄6包括把手62以及吸盘61，所述吸盘61通过抓手63设置在所述把手末端621，所述吸盘61至少四个，每个所述吸盘61的吸面在同一平面内，所述把手62与所述吸面垂直，所述抓手63长度相同。

所述步骤S30，所述制样桶11内壁上涂覆凡士林，可以利于所述制样桶11插入、拔出所述底座2与所述透水石4之间的缝隙内，方便所述制样装置的组装和拆模，同时利于所述互层土脱模。

如图8～10所示，所述步骤S40，使用三瓣模1上的刻度控制每层黏土层7以及每层冻结砂土层8的厚度。将冻结模具5从冰箱取出，需要静止约一分钟，防止冻结砂土层8不能与冻结模具5分离。然后再手握所述取样柄6将冻结砂土层8从冻结模具5中取出。将冻结砂土层8缓慢放入制样桶11中的黏土层7表面并压紧，否则黏土层7疏松导致冻结砂土层8内的水分融化后两层之间相互融合，导致分层不明显。

如图11～13所示，所述步骤S50，待制样装置内所述冻结砂土层8全部融化后，再将制样装置底座2朝下放在桌面上，后对顶部的透水石4进行施压。所述脱模步骤依次包括移除顶部透水石4、移去环箍3、拆除三瓣模3以及从底座2取出试样。为了符合后续的实验要求还需要将试样多余部分进行切除。

以制备一直径50mm，黏土层、砂土层厚度均为10mm，高度140mm的黏土、砂土互层土为例对所述制样装置的使用方法进行说明。

S10制备黏土土膏以及冻结砂土层7，按比例将水和黏土粉末搅拌均匀后装密封袋润湿24小时待用，在所述黏土土膏的制备过程中需要考虑一定的损失量。准备7组所述冷冻模具5以及所述取样柄6。按比例将干砂土和水倒入至少7个所述冻结模具5内至所述边沿获得湿砂土，在每个所述冻结模具5内所述湿砂土表层防置一个所述取样柄6。后将7组所述冷冻模具5以及所述取样柄6放入冰箱冷冻。S20组装制样装置，将三片三瓣模1拼装成制样桶11，用环箍3将所述制样桶11箍紧，同时将透水石4置于底座2内，后将所述制样桶11一端插入所述透水石4与所述底座2之间的环形缝隙内。S30在制样桶11内壁涂凡士林，在所述制样桶11内壁上均匀涂覆一层凡士林。S40互层土试样的制备，将一定量所述黏土土膏缓慢倒入所述制样桶11内并抹平上表面获得第一黏土层，从冰箱取出一个所述冻结模具5，放置1分钟左右，手拉把手62使用取样柄6将所述冻结砂土层7取出并放置在所述第一黏土层上，获得第一冻结砂土层。同样的方法制得第二黏土层、第二冻结砂土层、第三黏土层、第三冻结砂土层、第四黏土层、第四冻结砂土层、第五黏土层、第五冻结砂土层、第六黏土层、第六冻结砂土层以及第七黏土层、第七冻结砂土层。S50施压成型，在第七冻结砂土层7上放置一块所述透水石4，对顶端的所述透水石4施压，依次拆除顶部透水石4、移去环箍3、拆除三瓣模3以及从底座2，获得互层土。为了符合后续的试验要求将所述互土层进行切除。

以上所述仅为本发明的示例性实施例，并非因此限制本发明专利保护范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种黏土与砂土的互层土制样装置，其特征在于，包括：三瓣模、底座、环箍、透水石、冻结模具以及取样柄，三片所述三瓣模拼接成制样桶；所述环箍设置于所述制样桶外壁；所述透水石设置于所述底座的中心，所述制样桶一端容置于所述透水石与所述底座所形成的环形缝隙内；所述冻结模具用于制备冻结砂土层；所述取样柄设有吸盘用于取放所述冻结砂土层。

2.根据权利要求1所述的黏土与砂土的互层土制样装置，其特征在于，所述三瓣模为透明材料，所述制样桶外壁沿轴线方向设有刻度线，所述刻度线的最小单位为毫米。

3.根据权利要求1所述的黏土与砂土的互层土制样装置，其特征在于，所述底座以及所述环箍为金属材料，所述透水石为多孔陶瓷材料；所述底座为圆环形，所述底座的内径大于所述制样桶的外壁的外径；所述透水石为圆柱形，所述透水石的外径小于所述底座的内径，所述透水石的外径不大于所述制样桶内壁的内径。

4.根据权利要求1所述的黏土与砂土的互层土制样装置，其特征在于，所述冻结模具为圆桶状，所述冻结模具的内径不大于所述制样桶内壁的内径，所述冻结模具的端口设有方形的边沿。

5.根据权利要求1所述的黏土与砂土的互层土制样装置，其特征在于，所述取样柄还包括把手，所述吸盘通过抓手设置在所述把手的末端，所述吸盘至少四个，每个所述吸盘的吸面在同一平面内，所述把手与所述吸面垂直，所述抓手长度相同。

6.一种黏土与砂土的互层土制样装置的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：

S10制备黏土土膏以及冻结砂土层，按比例将水和黏土粉末搅拌均匀后装密封袋润湿24小时待用；按比例将干砂土和水倒入至少两个冻结模具内至所述边沿获得湿砂土，将所述取样柄轻轻放在所述湿砂土表层，将放有所述取样柄的所述冻结模具放入冰箱冷冻；

S20组装制样装置，将三片三瓣模拼装成制样桶，用环箍将所述制样桶箍紧，同时将透水石置于底座内，后将所述制样桶一端插入所述透水石与所述底座之间的环形缝隙内；

S30在制样桶内壁涂凡士林，在所述制样桶内壁上均匀涂覆一层凡士林；

S40互层土试样的制备，将一定量所述黏土土膏缓慢倒入所述制样桶内并抹平上表面获得第一黏土层，从冰箱取出一个所述冻结模具，手拉把手使用取样柄将所述冻结砂土层取出并放置在所述第一黏土层上，获得第一冻结砂土层；同样的方法制得第n黏土层以及第n冻结砂土层，获得所述互层土试样，其中n为2、3、4、5、6、7中的任何一个数；

S50施压成型，在最上端的冻结砂土层上放置一块所述透水石，对顶端的所述透水石施压，拆模，获得互层土。

7.一种黏土与砂土的互层土制样装置的使用方法，其特征在于，所述三瓣模为透明材料，所述制样桶外壁沿轴线方向设有刻度线，所述刻度线的最小单位为毫米。

8.一种黏土与砂土的互层土制样装置的使用方法，其特征在于，所述底座以及所述环箍为金属材料，所述透水石为多孔陶瓷材料；所述底座为圆环形，所述底座的内径大于所述制样桶的外壁的外径；所述透水石为圆柱形，所述透水石的外径小于所述底座的内径，所述透水石的外径不大于所述制样桶内壁的内径。

9.一种黏土与砂土的互层土制样装置的使用方法，其特征在于，所述冻结模具为圆桶状，所述冻结模具的内径不大于所述制样桶内壁的内径，所述冻结模具的端口设有方形的边沿。

10.一种黏土与砂土的互层土制样装置的使用方法，其特征在于，所述取样柄还包括把手，所述吸盘通过抓手设置在所述把手末端，所述吸盘至少四个，每个所述吸盘的吸面在同一平面内，所述把手与所述吸面垂直，所述抓手长度相同。

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