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一种适用于土工三轴剪切试验中松散饱和砂样的制备装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种适用于土工三轴剪切试验中松散饱和砂样的制备装置及方法，包括落砂支架、储砂罐、压力室底座、有机玻璃套筒、对开圆模筒和透水石；首先，由于松散砂样的相对密实度较小，本设计采用水下落砂法完成砂样的制备，有效保证砂样的均匀性与相对密实度的可控性；其次，本设计中的有机玻璃套筒高于对开圆模筒，方便在水位达到对开圆模筒顶端时继续落砂工作，同时套筒与胶圈的设计既能确保内部的密封性，也有着安装简便、易于拆卸的优点；再次，本设计在完成制备工作后，拆除储砂罐、落砂喷嘴与有机玻璃套筒即可，不会对乳胶膜内的试样做过多的扰动，避免了松散砂样的颗粒结构被破坏，从而影响到参数测定结果的准确性。

Description

一种适用于土工三轴剪切试验中松散饱和砂样的制备装置及 方法
技术领域
本发明属于岩土工程技术领域，具体来说涉及一种适用于土工三轴剪切试验中松散饱和砂样的制备装置及方法。
背景技术
为了对实际工程中遇到的技术问题进行指导，在工程前期会针对实际场地中的土壤展开室内土工试验，包括直剪试验、三轴剪切试验等等。由于砂土结构易受扰动，因此在室内三轴剪切试验中制备出原状试样较为困难，因此，在土工试验中合理的砂土制样方式便显得尤为重要。
在常规的砂土三轴试样制备过程中，普遍采用分层击实的方法进行制备一定密实度的砂样。如果制备的为饱和试样，则可在对开圆模筒中预先填入约1/3高度的水，随后将预先煮沸的砂料填入，重复上述步骤直至砂样达到预定高度。该方法实施起来较为简便，但并不适用与饱和松散砂样的制备，对于密实度较小的松散砂样，其颗粒结构极易受到扰动，同时击实的方法也无法保证达到其密实度要求。
室内模型试验中针对饱和松散砂土地基的制备，可采用水下落砂法，对于颗粒级配较为均匀的砂样，其竖向与水平向均匀程度较高，且可通过调整落砂喷嘴到水面的距离与水面到砂层的距离达到制备不同密实程度的饱和松散砂土地基的目的。
基于此，根据室内模型试验中的水下落砂法，提出一种适用于土工三轴剪切试验中松散饱和砂样的制备装置及方法有十分重要的科研与实用价值。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种适用于土工三轴剪切试验中松散饱和砂样的制备装置及方法，该装置在不影响砂样颗粒结构与相对密实度情况下，根据三轴试样的尺寸较为精准地完成饱和松散砂土试样的制备工作，使试样的相对密实度达到可控要求，并提高试验精度与准确性。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种适用于土工三轴剪切试验中松散饱和砂样的制备装置，包括落砂支架、储砂罐、压力室底座、有机玻璃套筒、对开圆模筒和透水石；
所述落砂支架上沿垂直地面方向放置储砂罐，所述储砂罐的垂直下方设置压力室底座，所述压力室底座表面形成有圆形沟槽，所述有机玻璃套筒底部通过密封胶圈放置于所述压力室底座的圆形沟槽内，所述有机玻璃套筒筒壁开设小孔并连接导水软管；所述压力室底座中心处放置透水石，透水石上铺设土工滤纸，外覆乳胶膜与对开圆模筒。
在上述技术方案中，所述落砂支架包括基座外套杆和升降支架，所述升降支架的内套杆安装于所述基座外套杆，并可沿其上下移动，抬高旋钮设置于基座外套杆和内套杆的连接段，在高度调节后通过抬高旋钮对高度进行限位。
在上述技术方案中，所述储砂罐下连接落砂喷嘴。
在上述技术方案中，所述喷嘴直径略小于对开圆模筒内径，方便伸入对开圆模筒中实现落砂
在上述技术方案中，所述落砂喷嘴呈网状。
在上述技术方案中，所述透水石的直径为35-40mm，厚度3-5mm。
在上述技术方案中，所述乳胶膜尺寸可采用50×200×0.3mm。
在上述技术方案中，所述土工滤纸的直径为35-40mm。
一种适用于土工三轴剪切试验中松散饱和砂样的制备方法，按照下述步骤进行：
步骤一、组装好各部件后，对开圆模筒中预先注入一定高度的水，随后将落砂喷嘴伸入对开圆模筒中，固定落砂喷嘴到水面的距离与水面到砂层的距离，开始水下落砂工作；在落砂过程中不断提升落砂喷嘴的高度与水位高度，使得落砂喷嘴到水面的距离与水面到砂层的距离固定为一定值；当水面高度与对开圆模筒顶部齐平时，从有机玻璃套筒的导水软管向内部注水，当对开圆模筒外部的水位与圆模筒内部水位齐平后，减缓注水速度，使水面缓慢抬升至指定高度，继续落砂工作，直至砂样高度与对开圆模筒顶部齐平；
步骤二、拆除装置时，首先将储砂罐与落砂喷嘴取下，从导水软管处将有机玻璃套筒内部水导出，随后取下有机玻璃套筒，用刮刀将对开圆模筒以上的砂土缓慢削除，并依次放置土工滤纸、透水石与反压帽，清除掉多余砂土颗粒后安置压力室，陆续开展试样的饱和、固结与剪切等后续步骤。
本发明的优点和有益效果为：
该套饱和松散砂样制备装置的设计充分考虑了试样制备过程中的各项细节。首先，由于松散砂样的相对密实度较小，本设计采用水下落砂法完成砂样的制备，有效保证砂样的均匀性与相对密实度的可控性；其次，本设计中的有机玻璃套筒高于对开圆模筒，方便在水位达到对开圆模筒顶端时继续落砂工作，同时套筒与胶圈的设计既能确保内部的密封性，也有着安装简便、易于拆卸的优点；再次，本设计在完成制备工作后，拆除储砂罐、落砂喷嘴与有机玻璃套筒即可，不会对乳胶膜内的试样做过多的扰动，避免了松散砂样的颗粒结构被破坏，从而影响到参数测定结果的准确性。
附图说明
图1为本发明一种适用于土工三轴剪切试验中松散饱和砂样的制备装置的结构示意图。
其中：1、储砂罐；2、落砂支架；3、抬高旋钮；4、落砂喷嘴；5、有机玻璃套筒；6、对开圆模筒；7、导水软管；8、透水石；9、密封胶圈；10、压力室底座。
对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据以上附图获得其他的相关附图。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。
实施例
一种适用于土工三轴松散饱和砂样的制备装置由落砂支架2、储砂罐1、落砂喷嘴4、有机玻璃套筒5、导水软管7、密封胶圈9、抬高旋钮3、对开圆模筒6、透水石8、土工滤纸和压力室底座10组成。
所述落砂支架2包括基座外套杆和升降支架，所述升降支架的内套杆安装于所述基座外套杆，并可沿其上下移动，抬高旋钮3设置于基座外套杆和内套杆的连接段，在高度调节后通过抬高旋钮3对高度进行限位。
所述落砂支架2上沿垂直地面方向放置储砂罐1，所述储砂罐1下连接落砂喷嘴4。所述喷嘴直径略小于对开圆模筒6内径，方便伸入对开圆模筒中实现落砂，所述落砂喷嘴4呈网状。
所述储砂罐1的垂直下方设置压力室底座10，所述压力室底座10表面形成有圆形沟槽，所述有机玻璃套筒4底部通过密封胶圈9放置于所述压力室底座10的圆形沟槽内，所述有机玻璃套筒5筒壁开设小孔并连接导水软管7；所述压力室底10座中心处放置透水石8，透水石8上铺设土工滤纸，外覆乳胶膜与对开圆模筒6。透水石尺寸可采用直径39mm，厚度5mm，乳胶膜尺寸可采用50×200×0.3mm，土工滤纸可选择直径39.1mm。
试样制备之前，首先组装好储砂罐1、密封胶圈9与对开圆模筒6等各部分组件，根据落砂喷嘴4到水面的距离要求调节抬升装置，随后在对开圆模筒6内注入一定高度的水，开始落砂工作。随着砂层高度的升高，每落一层砂便抬高储砂罐高度，同时向对开圆模筒内注入一定高度的水，确保落砂喷嘴4到水面的距离与水面到砂层的距离维持不变。当水面达到对开圆模筒6顶部时，在外面密封胶圈9处罩上有机玻璃套筒5，并透过导水软管7向套筒内部注水，当水面高度达到对开圆模筒6高度时，减缓注水速度，直至水层高度达到水面到砂层的距离要求，继续落砂工作。重复操作直至砂层高度达到对开圆模筒高度。
当试样制备完成后，首先拆除上方储砂罐1与落砂喷嘴4，从导水软管7处将套筒内水导出，随后用刮刀缓慢削除对开圆模筒6以上的砂土，并依次在砂样上安置土工滤纸、透水石8与反压力帽。将外翻的乳胶膜翻回包裹住反压力帽与透水石8，并拆除对开圆模筒6。清理试样周围散碎的砂土颗粒，拆除密封胶圈，安装压力室后，可开展后续饱和、固结与剪切等步骤，具体可参考《中华人民共和国行业标准:土工试验规程(SL237-1999)》。
本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种适用于土工三轴剪切试验中松散饱和砂样的制备装置，其特征在于，包括落砂支架、储砂罐、压力室底座、有机玻璃套筒、对开圆模筒和透水石；所述落砂支架上沿垂直地面方向放置储砂罐，所述储砂罐的垂直下方设置压力室底座，所述压力室底座表面形成有圆形沟槽，所述有机玻璃套筒底部通过密封胶圈放置于所述压力室底座的圆形沟槽内，所述有机玻璃套筒筒壁开设小孔并连接导水软管；所述压力室底座中心处放置透水石，透水石上铺设土工滤纸，外覆乳胶膜与对开圆模筒；
所述落砂支架包括基座外套杆和升降支架，所述升降支架的内套杆安装于所述基座外套杆，并可沿其上下移动，抬高旋钮设置于基座外套杆和内套杆的连接段，在高度调节后通过抬高旋钮对高度进行限位；所述储砂罐下连接落砂喷嘴；所述喷嘴直径略小于对开圆模筒内径，方便伸入对开圆模筒中实现落砂；所述落砂喷嘴呈网状。
2.根据权利要求1 所述的一种适用于土工三轴剪切试验中松散饱和砂样的制备装置，其特征在于：所述透水石的直径为35-40mm，厚度3-5mm。
3.根据权利要求1 所述的一种适用于土工三轴剪切试验中松散饱和砂样的制备装置，其特征在于：所述乳胶膜尺寸采用50×200×0.3mm。
4.根据权利要求1 所述的一种适用于土工三轴剪切试验中松散饱和砂样的制备装置，其特征在于：所述土工滤纸的直径为35-40mm。
5.利用如权利要求1所述的制备装置进行制备适用于土工三轴剪切试验中松散饱和砂样的方法，其特征在于，按照下述步骤进行：
步骤一、组装好各部件后，对开圆模筒中预先注入一定高度的水，随后将落砂喷嘴伸入对开圆模筒中，固定落砂喷嘴到水面的距离与水面到砂层的距离，开始水下落砂工作；在落砂过程中不断提升落砂喷嘴的高度与水位高度，使得落砂喷嘴到水面的距离与水面到砂层的距离固定为一定值；当水面高度与对开圆模筒顶部齐平时，从有机玻璃套筒的导水软管向内部注水，当对开圆模筒外部的水位与圆模筒内部水位齐平后，减缓注水速度，使水面缓慢抬升至指定高度，继续落砂工作，直至砂样高度与对开圆模筒顶部齐平；
步骤二、拆除装置时，首先将储砂罐与落砂喷嘴取下，从导水软管处将有机玻璃套筒内部水导出，随后取下有机玻璃套筒，用刮刀将对开圆模筒以上的砂土缓慢削除，并依次放置土工滤纸、透水石与反压帽，清除掉多余砂土颗粒后安置压力室，陆续开展试样的饱和、固结与剪切的后续步骤。
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