CN205333379U - 人工制备结构性土养护装置 - Google Patents

Abstract

人工制备结构性土养护装置，属于土木建筑技术领域，以克服现有的结构性土养护装置无法充分水化水硬性材料且无法使得充分带走可溶性固体颗粒的缺点。包括从上到下设置有上水槽、容置区及下水槽的装置本体，上水槽包括装置台及挡板，装置台下方设置有支撑脚，支撑脚与装置本体内侧侧壁固定连接，支撑脚下部设有柱孔，装置台设置有过水孔；容置区用于容置试样模块，试样模块分别放置于钢管下方，还包括具有杠杆的杠杆模块，杠杆后部设有预留挂载孔，预留挂载孔连接有用于放置砝码的托盘，杠杆前端连接有用于支撑试样模块的支撑架，杠杆前部两侧分别设有与柱孔相匹配的杠杆柱，杠杆后部延伸至容置区外侧；本实用新型适用于对结构性土进行制备或养护。

Description

人工制备结构性土养护装置

技术领域

本实用新型属于土木建筑技术领域，涉及一种人工制备结构性土养护装置，具体是一种人工制备初始各向异性及各向同性结构性土养护装置。

背景技术

土的结构性，是指土体颗粒和孔隙的性状和排列形式(或称组构)及颗粒之间的相互作用。自然条件下的大多数土具备结构性，在原状土取样的过程中将对土样造成一定程度的扰动，影响试验准确性。然而，可以利用人工制备结构性土解决该问题。人工制备结构性土是通过在土料中按照一定比例添加水硬性胶凝材料、蔗糖及氯化钠等可溶性固体颗粒的方法进行制备，利用充分搅拌之后在三瓣膜中分层振捣密实形成试样2，经过养护水硬胶凝材料产生胶结以模拟土中的结构性及孔隙结构；在流水中养护人工制备试样时，水硬性胶凝材料发生水化，使颗粒间发生胶结，为试样提供结构性，同时可溶性固体颗粒溶于水并被水流带走，模拟结构性土中的孔隙。因此，试样制备养护过程中的关键就是要确保水硬胶凝材料充分水化，以及可溶性固体颗粒充分溶解。传统的养护方法中，各向同性结构性土通常在击实、真空饱和之后，将试样顺水流方向静置于水槽中，其结构如图1所示，其中，水平的箭头方向为水流方向，两块透水石1之间放有试样，虚线部分与两侧的实线部分组成了试样2，试样2与其顶部和底部的透水石形成试样模块，各向同性结构性土虽然顺水流方向放置，但无法保证有充足的水流经过土样内部，继而无法保证胶凝材料的水化程度及可溶性固体颗粒的溶解程度。传统的养护方法中，对于各向异性结构性土而言，通常在击实、真空饱和之后，将试样垂直于水平面放置，其结构如图2所示，水平的箭头方向为水流方向，垂直的箭头方向为预压荷载方向，通过透水石1在顶部施加预压荷载，预压荷载方向垂直于透水石1，此时只能通过上、下透水石1中的流水将试样2中的可溶性固体颗粒带走，效果更差。因此，亟需一种能够在养护过程中有效带走可溶性固体颗粒并使得水硬性胶凝材料充分水化的结构性土的制备及养护装置。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是为了克服现有技术中结构性土的养护装置无法充分水化水硬性胶凝材料且无法使得流水充分带走可溶性固体颗粒的缺点，提供一种人工制备结构性土养护装置。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：人工制备结构性土养护装置，包括装置本体，所述装置本体从上到下设置有上水槽、容置区及下水槽，所述上水槽包括装置台及围绕在装置台四周的挡板，挡板上设有第一排水孔，装置台四个角下方各设置有一个支撑脚，支撑脚与装置本体内侧侧壁固定连接，支撑脚下部设有柱孔，装置台上均匀设置有若干个过水孔，每个过水孔处固定有一个钢管，钢管下部设置有进水孔，第一排水孔的高度高于进水孔的高度；所述容置区用于容置试样模块，每个试样模块分别放置于每一钢管下方，还包括杠杆模块，所述杠杆模块包括杠杆，杠杆后部设有预留挂载孔，预留挂载孔连接有用于放置砝码的托盘，杠杆前端连接有用于支撑试样模块并给试样模块施加荷载的支撑架，杠杆前部两侧分别设有与柱孔相匹配的杠杆柱，所述支撑架顶端到杠杆柱的水平距离与杠杆柱到预留挂载孔的水平距离的比例范围为1:2.5～1:1.5，杠杆后部延伸至容置区外侧。

具体的，所述钢管焊接或卡接到过水孔中，所述过水孔为偶数个，呈两列均匀分布。

进一步的，每个钢管上的进水孔的数目为4个，且呈十字形分布。

优选的，所述试样模块中的透水石外侧还设有铁片，所述铁片上设置有若干个通孔。

具体的，所述支撑脚具体为焊接在装置台下方的角钢支撑脚。

进一步的，所述下水槽包括底板和侧板，其侧板上设有第二排水孔。

具体的，所述装置本体的规格为40cm×40cm×21.5cm，钢管的直径为5cm，高为4cm，挡板的高度为5.5cm，在挡板上距离底端3.5cm处设置第一排水孔，下水槽的底板高7cm，第二排水孔距底板的距离为5.25cm，杠杆模块中支撑架顶端到杠杆柱的水平距离为10cm，杠杆柱到预留挂载孔的水平距离为20cm，预留挂载孔到杠杆尾端的距离为4cm。

优选的，所述支撑架呈“口”字状。

优选的，所述砝码的质量范围为4.0～6.68kg。

本实用新型的有益效果是：结构简单，易于制作，使得足够的水流自试样上部的上水槽流入并从底部的下水槽流出试样，能够通过水流有效带走可溶性固体颗粒，并提高水硬性胶凝材料的水化程度，提高试样的质量。本实用新型适用于对结构性土进行制备或养护。

附图说明

图1是现有技术中对各向同性结构性土进行养护的结构示意图；

图2是现有技术中对各向异性结构性土进行养护的结构示意图；

图3是本实用新型的结构示意图；

图4是本实用新型中上水槽的俯视图；

图5是钢管与过水孔的剖面结构示意图；

图6是图5中B-B面的剖视图；

图7是本实用新型中杠杆的侧视图；

图8是本实用新型中杠杆的俯视图；

图9是本实用新型中的试样模块的结构示意图；

图10是铁片的结构示意图；

其中，1为透水石，2为试样，3为铁片，11为上水槽，12为装置台，13为挡板，14为第一排水孔，15为钢管，16为进水孔，17为过水孔，18为支撑脚，181为柱孔，21为容置区，22为杠杆，23为预留挂载孔，24为托盘，25为支撑架，26为杠杆柱，31为下水槽，30为通孔。

具体实施方式

下面结合附图，详细描述本实用新型的技术方案。

如图3～10所示，本实用新型的人工制备结构性土养护装置，包括装置本体，所述装置本体从上到下设置有上水槽11、容置区21及下水槽31。所述上水槽11包括装置台12及围绕在装置台12四周的挡板13，可以以多种方式形成上水槽，如在装置台上部围绕其四周焊接有挡板形成顶部有开口的上水槽。挡板13上设有第一排水孔14，装置台12下方四角处各设置有一个支撑脚18，支撑脚18与装置本体内侧侧壁固定连接，为了增强固定力，支撑脚采用焊接在装置台下方的角钢支撑脚，整个装置台自重及由杠杆传递的竖直向下的拉力均由位于四角的支撑脚支撑，其参数选择只要满足使用要求即可。支撑脚下部设有柱孔181。在本申请中，端指的是端头，下部指的是部件的下半部分。装置台12上均匀设置有若干个过水孔17，每个过水孔17上固定有一个钢管15，钢管15下部设置有进水孔16，设置过水孔是为了确保上水槽中的水流过钢管的进水孔进入钢管内，之后经过过水孔，而后向下经铁片、透水石进入试样。所述第一排水孔14的高度高于进水孔16的高度，设置第一排水孔以排出水槽中多余的来水。

所述容置区21用于容置试样模块，如背景技术中所言，试样模块包括试样及分别位于试样上下端的透水石，所述试样是通过将土料、可溶性固体颗粒及水硬性胶凝材料按照一定的比例混合，充分搅拌之后在三瓣膜中分层振捣密实而成的。每个试样模块分别放置于每一钢管15下方；还包括杠杆模块。杠杆模块在进行固结实验、快剪实验中均已应用，分别通过杠杆及其联接部件，从试样顶部给试样施加向下的荷载，但是现有技术中未发现采用杠杆部件从试样底部给试样施加向上荷载情况，本申请的杠杆模块灵感来源于以上两种已经比较成熟的实验仪器。根据所需要施加的荷载不同，通过力学计算，杠杆及其连接处在强度、刚度满足使用条件的前提下，无其他特殊要求。具体而言，本申请中的杠杆模块包括杠杆22，杠杆后部设有预留挂载孔23，预留挂载孔23连接有用于放置砝码的托盘24，杠杆22前端连接有用于支撑试样模块并给试样模块施加荷载的支撑架25，杠杆前部两侧分别设有与柱孔181相匹配的杠杆柱26，杠杆后部延伸至容置区外侧，即预留挂载孔、托盘及一部分杠杆放置在容置区外侧，所述支撑架顶端到杠杆柱的水平距离与杠杆柱到预留挂载孔的水平距离的比例范围为1:2.5～1:1.5，该比例可根据使用者需求灵活调整。考虑到比例过大，可能引起杠杆末端过长，使用过程中将造成不便，如该比例过小，则在杠杆末端砝码盘中需要放置较重砝码，综合以上情况，最优比例为1:2。

本实用新型能够通过加载不同砝码实现不同预压应力的初始各向异性结构性土的制备及养护。此外，也可以通过更换不同尺寸的试样模块底部透水石及铁片，分别制备及养护初始各向异性结构性土、各向同性结构性土。

由于一般使用直径5cm、高度10cm的试样，因此，基于实用性及适用性考虑，可以将装置本体设计为40cm×40cm×21.5cm的规格。为了能够一次性对多个试样进行养护，且实现较好的效果，可以在装置台上设有4个直径为4cm的过水孔17，过水孔17处均焊接有高4cm，直径5.0cm钢管，钢管可以焊接在过水孔17处，也可以卡接进去。采用直径为4cm的过水孔是为了确保铁片的抗剪强度满足要求。上述钢管直径选用5cm，仅仅是因为试样直径为5cm。在具体使用过程中，可以截取废旧橡胶膜包裹试样模块以防止水流从顶部透水石流出，并余出一定长度的废旧橡胶膜使之为铁片与上水槽底端提供一定止水效果，利用一段废旧橡胶模封堵钢管上进水孔。当然，也可根据使用者自身需求更改钢管及过水孔直径。但必须保证过水孔直径≤钢管内径，确保钢管与上水槽底部的焊接完好，可以隔水，使水流只能经过钢管上的进水孔进入试样。

为了方便装置台12布设，钢管和过水孔的数目一般采用偶数孔，且两列布设，杠杆部件布设与装置台长边一侧。考虑到结构性土养护7天，可采用8孔，一次性对7天内试样进行养护。当需要制备的试样不多时，可采用4孔。设计4个过水孔，以便可以一次性进行四个结构性土养护。钢管的厚度可以设计为0.3cm，使得既能节约成本又能实现最佳效果。钢管距离底部1cm处加工4个进水孔，进水孔的直径可以设为1cm，各进水孔成十字形分布，如图6所示。进水孔只是为了保证水流可以经过其进入钢管内部，进水孔数量及直径可根据使用者需求及加工便利程度自行设置，本设计中采用4个仅做示意。考虑易于封堵及进水便利，建议设置进水孔两个以上。在装置台周围焊接5.5cm高的挡板，挡板厚度为0.3cm，形成上水槽，在上水槽高3.5cm处设置第一排水孔14。

所述下水槽31包括底板和侧板，其侧板上设有第二排水孔。可以设置有若干个第二排水孔，此外，也可以在下水槽底部设置成导流槽，导流槽直接将水导至诸如废水回收装置等其他设备中或导至其他地方排掉。下水槽的底板尺寸可以大于或等于上水槽的装置台的尺寸，但基于节约成本的角度考虑，只需要下水槽能将通过进水孔流入试样的部分水排出即可，即只要将下水槽设置在进水孔下方，保证进水孔组成的区域能完全投影到下水槽的底板中即可。因此，基于如上考虑，下水槽可以采用39.4cm×28cm×7cm规格，在其侧壁上距离底板5.25cm处设置第二排水孔。

如图7及图8所示，杠杆模块中距离杠杆左端(即其尾端)4cm设有直径1cm的预留挂载孔，可通过挂载砝码施加荷载；杠杆柱到预留挂载孔的水平距离为20cm，即距离左端24cm处焊接有杠杆柱，在杠杆的前端安装支撑架，可以设置支撑架顶端到杠杆柱的水平距离为10cm。支撑架可以为一整体平面实心支撑架，也可以为空心的“口”字状支撑架，可以利用支撑架支撑起试样模块即可。图中使用“口”字状支撑架以节约制作支撑架的成本。其形成过程具体为先在杠杆前端焊接U型杆件，而后在U型口的两端焊接加荷柱，用于给试样施加荷载。所述砝码的质量范围为4.0～6.68kg。各向同性结构性土仅需放置可以支撑试样的砝码即可。以为初始各向异性结构性土施加50kPa预应力为例，当支撑架顶端到杠杆柱的水平距离与杠杆柱到预留挂载孔的水平距离的比例为1:2.5时，砝码盘中可放置4.0kg砝码；当上述杠杆模块中的对应比例为1:2时，砝码盘中可放置5kg砝码；当上述杠杆模块中的对应比例为1:1.5时，砝码盘中放置6.68kg砝码。当支撑架顶端到杠杆柱的水平距离与杠杆柱到预留挂载孔的水平距离的比例为1:2时，初始应力各向异性结构性土，当试样底端需要施加25kPa预应力时，砝码盘中可放置2.5kg砝码，当需要施加50kPa预应力时，砝码盘中可放置5kg砝码，以此类推。

另外，根据试样及三瓣膜重量、砝码盘重量，经过计算应在砝码盘中放置修正砝码，抵消试样及砝码盘对荷载的影响。

如图9及10所示，在将试样安装到本装置之前，需要在试样顶部和底部分别放置厚度1cm、直径为6cm的透水石，为保证透水石不破坏，透水石外侧应放置厚度0.3cm、直径6cm的铁片，具体而言，初始各向异性结构性土采用直径为5cm透水石及铁片，各向同性结构性土采用直径为6cm透水石及铁片，所述铁片上设置有若干个通孔，每个通孔直径为1cm，相邻的通孔的间距为1.5cm。为确保铁片抗剪强度满足要求，原则上在通孔应尽量分布在铁片中部。

本实用新型的使用方法如下：

1.利用三瓣膜制样。

将土料、可溶性固体颗粒及水硬性胶凝材料按照一定的比例混合，充分搅拌之后在三瓣膜中分层振捣密实，形成试样。可以是不同的直径试样，为了方便说明，下文均以直径5cm、高度10cm规格试样,三瓣膜端部外径为6cm为例。

2.根据不同试样要求安装试样。

在试样顶部安放直径6cm、厚度为1cm的透水石，并在透水石外加载铁片以保护透水石，形成试样模块。在试样进行正常养护时，顶部铁片承受剪切作用。如需得到初始各向异性结构性土，在三瓣膜底部放置直径为5cm的透水石及铁片；如需得到各向同性结构性土，在三瓣膜底部放置直径为6cm的透水石及铁片，此时荷载施加于三瓣膜上。

截取直径5cm的废旧橡胶膜5cm左右长度(土工试验中橡胶膜为消耗品，且废旧橡胶膜仍具备较好的隔水效果)，包裹三瓣膜顶部约2cm长度及透水石、铁片侧面，以防止水流从顶部透水石流出，余出2cm左右长度可为铁片与上水槽底端提供一定止水效果。

优选的，将试样模块进行真空饱和，在静水中静置12h之后，再将其安装于本装置进行养护。

3.安装试样。

将试样顶部对准上水槽的过水孔，杠杆焊接加荷柱经过试样底部中心，根据不同的加荷要求在杠杆末端的砝码盘中添加砝码。整个装置安装好后，在上水槽中添加清水，清水经进水孔、铁片、透水石进入试样，之后由底端透水石流入下水槽。如果进水过多，多余进水将通过上水槽的第一排水孔宣泄。应确保下水槽水位淹没试样底部透水石，确保试样的饱和度。下水槽多余进水将从下水槽的第二排水孔宣泄。

针对初始各向异性结构性土，利用杠杆原理，通过与试样直径相同的透水石，直接在土样底部施加相应预应力；针对各向同性结构性土，采用直径与三瓣膜外径相仿的透水石，在透水石底部施加一定荷载固定试样。在该装置上养护7d之后，将试样取下进行相关试验。

步骤4：养护完成之后取样。

为保证取样之后，上水槽中的水不会由进水孔直接流入下水槽，取样前，将直径为5cm的废旧橡胶膜裁剪得到5cm左右长度，包裹排水孔。上述步骤完成之后可将试样取下。考虑到安全因素，建议杠杆末端砝码盘在正常养护时距地面高度不超过5cm。

Claims (9)

1.人工制备结构性土养护装置，其特征在于，包括装置本体，所述装置本体从上到下设置有上水槽(11)、容置区(21)及下水槽(31)，所述上水槽(11)包括装置台(12)及围绕在装置台(12)四周的挡板(13)，挡板(13)上设有第一排水孔(14)，装置台(12)四个角下方各设置有一个支撑脚(18)，支撑脚(18)与装置本体内侧侧壁固定连接，支撑脚下部设有柱孔(181)，装置台(12)上均匀设置有若干个过水孔(17)，每个过水孔(17)处固定有一个钢管(15)，钢管(15)下部设置有进水孔(16)，第一排水孔(14)的高度高于进水孔(16)的高度；所述容置区(21)用于容置试样模块，每个试样模块分别放置于每一钢管(15)下方；还包括杠杆模块，所述杠杆模块包括杠杆(22)，杠杆后部设有预留挂载孔(23)，预留挂载孔(23)连接有用于放置砝码的托盘(24)，杠杆(22)前端连接有用于支撑试样模块并给试样模块施加荷载的支撑架(25)，杠杆前部两侧分别设有与柱孔(181)相匹配的杠杆柱(26)，所述支撑架顶端到杠杆柱的水平距离与杠杆柱到预留挂载孔的水平距离的比例范围为1:2.5～1:1.5，杠杆后部延伸至容置区外侧。

2.如权利要求1所述的人工制备结构性土养护装置，其特征在于，所述钢管(15)焊接或卡接到过水孔(17)中，所述过水孔(17)为偶数个，呈两列均匀分布。

3.如权利要求1所述的人工制备结构性土养护装置，其特征在于，每个钢管上的进水孔的数目为4个，且呈十字形分布。

4.如权利要求1所述的人工制备结构性土养护装置，其特征在于，所述试样模块中的透水石外侧还设有铁片，所述铁片上设置有若干个通孔。

5.如权利要求1所述的人工制备结构性土养护装置，其特征在于，所述支撑脚具体为焊接在装置台下方的角钢支撑脚。

6.如权利要求1所述的人工制备结构性土养护装置，其特征在于，所述下水槽(31)包括底板和侧板，其侧板上设有第二排水孔。

7.如权利要求6所述的人工制备结构性土养护装置，其特征在于，所述装置本体的规格为40cm×40cm×21.5cm，钢管的直径为5cm，高为4cm，挡板的高度为5.5cm，在挡板上距离底端3.5cm处设置第一排水孔，下水槽的底板高7cm，第二排水孔(32)距底板的距离为5.25cm，杠杆模块中支撑架顶端到杠杆柱的水平距离为10cm，杠杆柱到预留挂载孔的水平距离为20cm，预留挂载孔到杠杆尾端的距离为4cm。

8.如权利要求1所述的人工制备结构性土养护装置，其特征在于，所述支撑架呈“口”字状。

9.如权利要求1所述的人工制备结构性土养护装置，其特征在于，所述砝码的质量范围为4.0～6.68kg。