CN112504785A - 一种制备超软土样的试验装置及其实施方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种制备超软土样的试验装置,包括真空搅拌装置、固结排水装置和排水监测装置,所述真空搅拌装置与固结排水装置通过滑板连接,所述真空搅拌装置顶部通过抽气管与抽气装置连接,固结排水装置通过排水管与排水监测装置连接。该试验装置可以制备出能够充分反映土体性质、质地均匀、试样具有可重复性、且样本含水量可以准确控制的超软土样,用于相关试验研究,且有效地节省了现场取样成本。
Description
技术领域
本发明涉及海洋土木工程技术领域,特别涉及一种制备超软土样的试验装置,还涉及一种制备超软土样的试验装置制备超软土样的实施方法。
背景技术
近年来,随着陆地资源的大力开发与日渐匮乏,世界各国越来越注重开发和利用海洋空间环境与油气能源。然而,在近海岸海涂围垦工程和海底能源开采工程中,经常会遇到由超软土引发的工程问题,例如:海涂围垦区超软土地基的加固问题、海底表层超软土上的油气管道铺设问题、受波浪或地震等影响形成的海底滑坡问题等。为了解决这些超软土相关的工程问题,有必要对超软土进行细致探讨,因此,通过试验手段对超软土样进行制备与研究,对相关工程设计和施工有十分重要的参考价值。
相较于传统的软土工程而言,超软土的工程性质更为极端,更加软弱。超软土通常表现出含水量极高、强度极低、孔隙比大、欠固结等特征,这使得超软土的性质与软土相差很大。为了准确研究超软土的各类特性,试验研究过程中需要提供能够充分反映土体性质(即具有代表性)、质地均匀、具有试验可重复性的超软土样。然而,在近海工程现场或海底直接获取超软土样所需工序极其复杂、工程造价很高,且常见室内土样制备方法很难获得高含水量、欠固结的均质超软土样用于试验研究。基于此,亟需提出一种试验装置及方法,制备用于试验研究中均质超软土样。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供种超软土样制备的试验装置,该试验装置可制备出能够充分反映土体性质、质地均匀的土样,土样具有可重复性、且土样含水量可以准确控制,便于相关试验研究,有效地节省了现场取样成本。
为此,本发明提供的一种制备超软土样的试验装置,包括真空搅拌装置、固结排水装置和排水监测装置,所述真空搅拌装置与固结排水装置通过滑板连接,所述真空搅拌装置顶部通过抽气管与抽气装置连接,固结排水装置通过排水管与排水监测装置连接。
本发明中,土样和水通过真空搅拌装置充分搅拌,能够使土体性质、质地均匀,且搅拌过程处于真空环境,确保制备的土样不含空气,符合真实超软土样品特性。通过固结排水装置进行等压固结双向排水,将土样中水排出并通过排水管传输至排水监测装置,将排水监测装置内的实际水量进行称重,根据确定超软土样的含水量变化情况。能够准确控制超软土样的含水量,获取高含水率、极低强度、欠固结态的均质超软土样。用于相关试验研究,且有效地节省了现场取样成本。
附图说明
图1为本发明提供的一种制备超软土样的试验装置使用时的实施流程示意图;
图2为本发明提供的一种制备超软土样的试验装置的结构示意图;
图3为图2中一种制备超软土样的试验装置中固结排水装置的结构示意图;
图4为图3中一种制备超软土样的试验装置中真空搅拌装置开口处的结构示意图;
图5为图4中一种制备超软土样的试验装置中真空搅拌装置开口处的剖面结构示意图;
图6为图5中一种制备超软土样的试验装置中A处的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例,对本发明进一步详细说明。其中相同的零部件用相同的附图标记表示。需要说明的是,下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向,词语“底面”和“顶面”、“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。
参照图1-6所示,本发明提供一种制备超软土样的试验装置,包括真空搅拌装置、固结排水装置和排水监测装置,所述真空搅拌装置包括真空容器1,所述真空容器内具有搅拌装置2,搅拌装置优选旋转式搅拌刀头。所述固结排水装置包括模型箱3,模型箱的上端为开口端。所述真空搅拌装置与固结排水装置通过滑板4连接,即真空容器1与模型箱3通过滑板4连接,滑板倾斜设于真空容器1与模型箱3之间,所述滑板4横截面呈弧面状。所述真空搅拌装置顶部通过抽气管5与抽气装置6连接,固结排水装置通过排水管7与排水监测装置8连接。土样和水通过真空搅拌装置充分搅拌,能够使土体性质、质地均匀。同时,抽气装置6通过抽气管5向真空搅拌装置抽气,使搅拌过程处于真空环境,确保制备的土样不含空气,符合真实超软土样品特性。
所述模型箱3底部设置有开孔,模型箱3底部与排水监测装置11通过排水管7连接,所述排水管7的前端穿过开孔置于模型箱3内腔底部,在模型箱3底部再分别铺设细砂层8和滤纸层9,排水管7置于模型箱内的端口位于滤纸层9下方,有利于底部排水与水的采集。细砂层8和滤纸层9铺设完成后,真空容器完成的泥浆态饱和土样10,通过滑板4快速填充入模型箱3内。将所述排水管7后端位于模型箱3外并与排水监测装置11连接。所述模型箱具有顶盖12,顶盖12可选用塑料材质,所述顶盖12上均布有多个排水孔13。顶盖12压盖在泥浆态饱和土样10的顶部,可在顶盖12上增加配重。所述顶盖上排水孔13与虹吸管14一端连接,虹吸管14另一端与排水管7导通连接。透明集水袋15对应排水管7处设有通孔,排水管7穿过通孔,模型箱外部通过透明集水袋15密封,虹吸管置于透明集水袋15内,虹吸管14有利于顶部排水与水的采集。通过虹吸管14和排水管7两条路径进行等压固结双向排水,将土样中水排出并通过排水管传输至排水监测装置11,所述排水监测装置11具有称重功能,将排水监测装置11内的实际水量进行称重,根据确定超软土样的含水量变化情况。能够准确控制超软土样的含水量,获取高含水率、极低强度、欠固结态的均质超软土样。用于相关试验研究,且有效地节省了现场取样成本。
所述真空容器1上设有与滑板相对应的开口16,所述开口处连接有可打开的盖板17,盖板的边缘具有橡胶圈27。所述盖板17上端与开口铰接,所述盖板17下端设有卡扣装置。卡扣装置包括扣钩18和卡块19,所述扣钩18向开口方向延伸并与开口适配,所述卡块19向盖板外部延伸并与扣钩位置对应。所述盖板扣合状态时,扣钩18卡入开口16上。
卡块19底部设置有容纳槽20,容纳槽20内配置有按键块21,按压按键块21控制扣钩打开或扣合。容纳槽20底部与按键块21之间设置有复位弹簧22,按键块21外端延伸至盖板17内。所述盖板17内设有翘板23,所述翘板23一端与扣钩18固定连接,翘板23另一端部抵于按键块21外端的下表面上,所述翘板23两侧下端面均装配有下复位弹簧28。同时,翘板23靠近扣钩18的一侧上端也设置有上复位弹簧29。所述真空容器外壁固定有定位块24,所述定位块24设有与卡块19相适配的卡扣槽25,所述定位块24与卡块19之间设置有拉绳26,所述拉绳26一端固定并环绕按键块21外端部,所述拉绳26另一段固定在定位块24上。打开盖板时,只需拉动拉绳26,按键块21受到拉绳的压力按压,按键块21外端部下压翘板一端,使与扣钩18连接的翘板另一端部翘起,扣钩18脱离开口,盖板17即可脱离开口呈打开状态。当真空容器内的泥浆态饱和土样10完成后,打开盖板,泥浆态饱和土样10沿滑板4滑入模型箱3内,使用方便。所述盖板打开状态时,卡块卡入卡扣槽内。
基于一种制备超软土样的试验装置的制备方法,步骤如下:
(1)依托真空搅拌装置制备泥浆态饱和土样。
准备干土样和水,干土样和水按照初始含水量配比后,含水量高于土样液限值的3倍,将土样和水倒入真空容器1中,通过真空搅拌装置2的旋转式刀头充分搅拌,在搅拌过程中,抽气装置6对真空搅拌装置进行抽气,确保搅拌过程处于真空环境,确保在制备的土样不含空气,以符合真实超软土样品特性,超软土多为饱和土样,不含空气。土样在真空搅拌装置中至少搅拌2个小时以上,获得土体性质、质地均匀的泥浆态饱和土样10。
(2)安装固结排水装置。
在模型箱3底部设置排水管7,排水管7由模型箱3内腔底部延伸至模型箱外,在模型箱3底部铺设细砂层8,细砂层优选8mm,再铺设一层滤纸层9,滤纸层9选用标准滤纸,细砂层8和滤纸层9有利于底部排水与水的采集。所述模型箱3设有顶盖12,顶盖12上具有均匀排列的排水孔13,所述排水孔13与虹吸管14连接,虹吸管14两一端与模型箱3外部的排水管7导通连接,虹吸管14有利于顶部排水与水的采集,所述排水管外端部与排水监测装置11连接;
(3)固结排水。
将顶盖12打开,将模型箱倾斜放置,将获得的泥浆态饱和土样10从真空搅拌装置连续、快速地沿滑板滑入固结排水装置内,直至土样充满整个模型箱3,该方法可避免空气混入土样中。泥浆态饱和土样10可从模型箱顶部滑入模型箱3内,也可在模型箱3底部设置开口,从开口处将泥浆态饱和土样滑入模型箱内,开口处可用塞子或盖板可拆卸的密封连接。再将顶盖覆盖在土样上方,为了加快排水速度,在顶盖12顶部增加配重,添加适当的上覆荷载。模型箱3外侧包裹透明集水袋15,模型箱3和虹吸管14置于透明集水袋15内,透明集水袋15都模型箱进行密封。在荷载作用下通过虹吸管14和排水管7两条路径进行等压固结双排水,将排水水分倒入至排水监测装置8中。
(4)计算土样含水量,获得具有符合含水量条件的超软土样。
排水过程中,通过称量排水监测装置8中的实际水量,确定超软土样的含水量变化情况,当土样含水量达到样品制备的目标值时,停止制样,撤去排水监测装置,打开箱顶塑料顶盖12,即可获得具有某一含水量条件的超软土样,超软土样中含水量可以准确控制,用于相关试验研究,且有效地节省了现场取样成本。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例,凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种制备超软土样的试验装置,其特征是:包括真空搅拌装置、固结排水装置和排水监测装置,所述真空搅拌装置与固结排水装置通过滑板连接,所述真空搅拌装置顶部通过抽气管与抽气装置连接,固结排水装置通过排水管与排水监测装置连接,所述固结排水装置外部通过透明集水袋密封。
2.根据权利要求1所述的一种制备超软土样的试验装置,其特征是:所述真空搅拌装置包括真空容器,所述真空容器内具有搅拌装置,真空容器通过滑板与固结排水装置连接,所述滑板倾斜设于真空容器与固结排水装置之间。
3.根据权利要求1或2所述的一种制备超软土样的试验装置,其特征是:固结排水装置包括模型箱,所述模型箱的上端为开口端,所述模型箱底部分别铺设细砂层和滤纸层,所述模型箱设有顶盖,所述顶盖上均布有多个排水孔,模型箱底部与真空搅拌装置通过排水管连接,所述顶盖上排水孔与虹吸管一端连接,虹吸管另一端与排水管导通连接。
4.根据权利要求3所述的一种制备超软土样的试验装置,其特征是:所述模型箱底部设置有开孔,所述排水管的前端穿过开孔置于模型箱内腔底部,排水管置于模型箱内的端口设位于细砂层和滤纸层下方,所述排水管后端位于模型箱外,排水管置于模型箱外的端口与排水监测装置连接。
5.根据权利要求4所述的一种制备超软土样的试验装置,其特征是:所述模型箱外部通过透明集水袋密封,所述透明集水袋对应排水管处设有通孔,排水管穿过通孔,虹吸管置于透明集水袋内。
6.根据权利要求2所述的一种制备超软土样的试验装置,其特征是:所述搅拌装置为旋转式搅拌刀头。
7.根据权利要求3所述的一种制备超软土样的试验装置,其特征是:所述真空容器上设有与滑板相对应的开口,所述开口处连接有可打开的盖板,所述盖板的边缘具有橡胶圈,所述盖板上端与开口铰接,所述盖板下端具有卡扣装置,所述卡扣装置包括扣钩和卡块,所述扣钩向开口方向延伸并与开口适配,所述卡块向盖板外部延伸并与扣钩位置对应,所述卡块底部设置有容纳槽,容纳槽内具有按键块,所述按键块控制扣钩打开或扣合,所述真空容器外壁固定有定位块,所述定位块设有与卡块相适配的卡扣槽,所述盖板打开状态时,卡块卡入卡扣槽内,所述盖板扣合状态时,扣钩卡入开口上。
8.根据权利要求7所述的一种制备超软土样的试验装置,其特征:所述定位块与卡块之间设置有拉绳,所述拉绳一端固定在按键块外端部,所述拉绳另一段固定在定位块上。
9.根据权利要求7或8所述的一种制备超软土样的试验装置,其特征:所述按键块置于容纳槽内,容纳槽底部与按键块之间设置有复位弹簧,按键块外端延伸至盖板内,所述盖板内设有翘板,所述翘板一端与扣钩固定连接,翘板另一端部抵于按键块外端的下表面上,所述翘板两侧下端面均装配有下弹力复位装置,所述翘板靠近扣钩的一侧上端设置有上弹力复位装置。
10.基于根据权利要求1所述的一种制备超软土样的试验装置的制备方法,其特征是:步骤如下,
(1)依托真空搅拌装置制备泥浆态饱和土样,
准备干土样和水,干土样和水按照初始含水量配比后,含水量高于土样液限值的3倍,将土样和水倒入真空搅拌装置中,通过真空搅拌装置充分搅拌,在搅拌过程中,抽气装置对真空搅拌装置进行抽气,确保在制备的土样不含空气,土样在真空搅拌装置中至少搅拌2个小时以上,获得泥浆态饱和土样;
(2)安装固结排水装置,
在模型箱底部设置排水管,排水管由模型箱内腔底部延伸至模型箱外,在模型箱底部铺设细砂层,再铺设一层滤纸层,所述模型箱顶部开口端设有顶盖,顶盖上具有均匀排列的排水孔,所述排水孔与虹吸管连接,虹吸管两一端与模型箱外部的排水管导通连接,所述排水管外端部与排水监测装置连接;
(3)固结排水,
将获得的泥浆态饱和土样从真空搅拌装置沿滑板滑入固结排水装置内,直至土样充满整个固结排水装置,将顶盖覆盖在土样上方,在顶盖顶部增加配重,添加上覆荷载,模型箱外侧包裹透明集水袋,模型箱和虹吸管置于透明集水袋内,在荷载作用下通过等压固结双排水,将水分排出;
(4)计算土样含水量,获得具有符合含水量条件的超软土样,
排水过程中,通过称量排水监测装置中的实际水量,确定超软土样的含水量变化情况,当土样含水量达到样品制备的目标值时,停止制样,撤去排水监测装置,打开箱顶塑料顶盖,即可获得具有某一含水量条件的超软土样。
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