CN206208628U - 一种防倾斜的膨润土固结装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种防倾斜的膨润土固结装置，底座上设置有外护套，外护套内设置有环刀，环刀与底座之间构成容纳样品的槽腔，外护套上端设置有上座板，上座板压设在环刀的上端面，上座板上设置有传压板穿过的开口，传压板穿过上座板的开口进入槽腔内，上座板与底座之间通过紧固螺栓固定为一体。上述的土样放置在环刀与底座之间形成的槽腔内，通过加压装置驱动传压板穿过上座板的开口进入槽腔，从而实现对样本土的压实，由于在环刀上端压设有上座板，从而可避免由于环刀上移导致的土样挤出的情况，进而可显著提高后续试验数据的准确性。

Description

一种防倾斜的膨润土固结装置

技术领域

本实用新型涉及实验设备技术领域，具体涉及一种防倾斜的膨润土固结装置。

背景技术

膨润土在产业上的应用十分广泛，实验室中膨润土需要进行膨胀实验来获取膨润土的各种物理参数，现有的膨润土固结装置包括底座，在底座上设置有透水石，透水石上设置有环刀，所述环刀内设置有加压活塞，加压活塞与载荷连接，待固结的膨润土存放在环刀与透水石之间形成的腔室内，通过载荷驱动加压活塞朝向腔室移动，从而实施对腔室内的膨润土的挤压。上述的膨润土固结装置在实际使用的过程中存在下述问题：其一，在实验过程中，当土样遇水后，土样发生膨胀，位于腔室底部的土样膨胀时，容易导致环刀抬高，使得环刀与底部的透水石分离，位于环刀底部的土样容易被挤出；其二，由于膨润土膨胀存在不均匀的情况，导致土面表面歪斜，进而影响后续的实验；其三，在加压过程中，当加载压力过大时，经常导致土样从环刀与加压活塞之间的缝隙挤出。

实用新型内容

本实用新型的目的就是提供一种防倾斜的膨润土固结装置，能够避免膨润土挤出，提高后续的实验数据的准确性。

为实现上述目的，本组合结构实用新型采用的技术方案是：

一种防倾斜的膨润土固结装置，包括底座，所述底座上设置有外护套，所述外护套内设置有环刀，所述环刀与底座之间构成容纳样品的槽腔，所述外护套上端设置有上座板，所述上座板压设在环刀的上端面，所述上座板上设置有传压板穿过的开口，所述传压板穿过上座板的开口进入槽腔内，所述上座板与底座之间通过紧固螺栓固定为一体。

本实用新型还存在的附加特征在于：

所述上座板上设置有保持架，所述紧固螺栓的上端穿过保持架的上端设置有第一紧固螺母，所述保持架与上座板之间的紧固螺栓的杆身上套设有第一保持管，所述紧固螺栓穿过上座板的杆身设置有第二紧固螺母，所述传压板的上板面设置有传力杆，所述传力杆上端穿过传压板与压力百分表的顶针抵靠，所述压力百分表固定在表杆上，压力百分表位于表杆上的高度可调。

所述底座与外护套的下端面设置有第一密封圈。

所述环刀的上端与外护套的上端结合面之间设置有第二密封圈。

所述上座板与外护套的上端面设置有第三密封圈。

所述底座上设置有凹槽，所述凹槽内设置有第一透水板，所述传压板的下板面设置有第二透水板。

所述上座板的上板面设置有塑料管，所述塑料管的下端固定在上座板的上板面，塑料管的管芯构成传压板穿过的开口。

所述表杆杆身竖直且穿过保持架与上座板的上板面固连，所述保持架与上座板之间的表杆杆身上套设有第二保持管，所述表杆位于上座板的上板面的杆身上设置有第三紧固螺母。

所述保持架上设置有直线轴承，所述传力杆的杆身穿过直线轴承。

所述底座上设置有第一、第二连通孔，所述第一、第二连通孔的一端孔口分别与底座上的凹槽连通，所述第一连通孔的另一端孔口与排气阀的进气口连通，所述第二连通孔的另一端孔口与三通阀的一端开口连通，所述三通阀的另一端开口设置有压力传感器。

所述上座板上设置有第三连通孔，所述第三连通孔的一端孔口与上座板的开口连通，第三连通孔的另一端孔口与外界连通。

与现有技术相比，本实用新型具备的技术效果为：

上述的土样放置在环刀与底座之间形成的槽腔内，通过加压装置驱动传压板穿过上座板的开口进入槽腔，从而实现对样本土的压实，由于在环刀上端压设有上座板，从而可避免由于环刀上移导致的土样挤出的情况，进而可显著提高后续试验数据的准确性。

附图说明

图1是防倾斜的膨润土固结装置的结构示意图；

具体实施方式

结合图1，对本实用新型作进一步地说明：

一种防倾斜的膨润土固结装置，包括底座10，所述底座10上设置有外护套20，所述外护套20内设置有环刀30，所述环刀30与底座10之间构成容纳样品的槽腔，所述外护套20上端设置有上座板40，所述上座板40压设在环刀30的上端面，所述上座板40上设置有传压板50穿过的开口，所述传压板50穿过上座板40的开口进入槽腔内，所述上座板40与底座10之间通过紧固螺栓60固定为一体；

上述的固结装置在实际使用时，将土样放置在环刀30与底座10之间的槽腔内，通过压力加载设备将传压板50加载压力，并且使得传压板50穿过上座板40的开口并实施对槽腔内的样本的挤压，从而实现对土样的固结。

作为本实用新型的优选方案，所述上座板40上设置有保持架70，所述紧固螺栓60的上端穿过保持架70的上端设置有第一紧固螺母61，所述保持架70与上座板40之间的紧固螺栓60的杆身上套设有第一保持管63，所述紧固螺栓60穿过上座板40的杆身设置有第二紧固螺母62，所述传压板50的上板面设置有传力杆51，所述传力杆51上端穿过传压板50与压力百分表80的顶针抵靠，所述压力百分表80固定在表杆81上，压力百分表80位于表杆81上的高度可调；

上述的传压板50通过传力杆51设置在保持架70上，通过调节百分表80位于表杆81上的高度，从而实现对槽腔内的土样的加压，通过观察百分表80上的指针读数即可得出加载在传压板50的压力，通过保持架70可以防止由于土样膨胀导致的传压板5-倾斜、侧斜或者受力不均匀导致的后续的实验结果不准确以及土样挤出的问题。

为进一步避免水从底座10与外护套20之间的间隙渗出，所述底座10与外护套20的下端面设置有第一密封圈91；

为避免水从环刀30与外护套20之间的间隙渗出，所述环刀30的上端与外护套20的上端结合面之间设置有第二密封圈92；

为避免水从外护套20与上座板40之间的间隙渗出，所述上座板40与外护套20的上端面设置有第三密封圈93；

上述的第一、第二、第三密封圈91、92、93，可有效防止在膨胀实验中渗水问题的发生。

所述底座10上设置有凹槽，所述凹槽内设置有第一透水板11，所述传压板50的下板面设置有第二透水板52；

进一步地，所述上座板40的上板面设置有塑料管42，所述塑料管42的下端固定在上座板40的上板面，塑料管42的管芯构成传压板50穿过的开口；

上述的塑料管42可以确保土样膨胀后仍然可将土样浸泡，提高土样室的水位。

更进一步地，所述表杆81杆身竖直且穿过保持架70与上座板40的上板面固连，所述保持架70与上座板40之间的表杆81杆身上套设有第二保持管82，所述表杆81位于上座板40的上板面的杆身上设置有第三紧固螺母83，所述保持架70上设置有直线轴承71，所述传力杆51的杆身穿过直线轴承71；

上述的直线轴承71不仅能够防止在膨胀、固结实验中传压板倾斜、侧歪、受力不均匀的问题，而且直线轴承71低摩擦特性，使得传力杆51受到额外的摩擦力较小，从而确保数据的准确性。

进一步地，所述底座10上设置有第一、第二连通孔12、13，所述第一、第二连通孔12、13的一端孔口分别与底座10上的凹槽连通，所述第一连通孔12的另一端孔口与排气阀14的进气口连通，所述第二连通孔13的另一端孔口与三通阀15的一端开口连通，所述三通阀15的另一端开口设置有压力传感器16。

所述上座板40上设置有第三连通孔41，所述第三连通孔41的一端孔口与上座板40的开口连通，第三连通孔41的另一端孔口与外界连通。

由于现有技术中存在加压过程中，当加载压力过大时，经常导致土样从环刀与传压板之间的缝隙挤出，分析认为，这是由于膨润土的渗透系数比一般粘性土的渗透系数小，所以采用传统的固结实验方法(加载24小时后，加下移载荷)并不能使土样固结完全，对此，申请人采用如下加载方法：

首先加载时，延长单次载荷的施加时间，具体是当载荷小于200kPa时，每次载荷时间为48小时，当载荷大于200kPa时，单次载荷时间为72小时；通过上述方法可显著解决上述问题。

下面阐述该固结装置的实际使用过程：

首先，将试样按照土工试验规范要求装进环刀30内；

其次，底座10上放第一透水板11，在第一透水板11上放滤纸，然后放置第三密封圈93与外护套20，其次安放外护套20与环刀30之间的第二密封圈92，并把装好的试样放入；

再次，在外护套20与上座板40之间安放第一密封圈91，并按照土工试验规范要求放入滤纸以及第二透水板52，然后用紧固螺栓60把上座板40与底座10紧固；

最后，把保持架70与传压板50一起放在第二透水板52上，并在传压板50顶部架上百分表80，开始试验。

下面来介绍一下有关膨润土的试验方法：

首先是土样的制备方法：开展试验前，需要制备试验所需要的不同初始含水率的试样；制样前，取一定质量的膨润土粉末M_土，测出其含水率w′；再根据式(2-1)称取一定量的水M_水，将水与膨润土混合后搅拌；当土样搅拌均匀后，将土样用质量较好的塑料袋进行密封浸润，浸润时间为2～3天；将浸润后的土样再进行含水率测试，获得浸润后土样的目标含水率w。；

M_水＝M_土/(1+w。)*(w-w′) (2-1)

在此之后，将制备好的指定含水率的土样装入环刀30；装样时，采用分层三层填压，填压过程中，注意土样的密实，尽量将气泡挤出；当土样填满后，用土工刀将环刀30表面刮平；再制样过程中，为了确保制样质量，所以采取质量控制法，即根据式(2-2)计算出环刀体积(60cm³)下所需要的土样的质量；土样制备好后，称取环刀30中土样的质量，如果土样质量大于计算质量的95％以上，认为土样制备合格，如果不满足这个要求，重新制样；

M′_土＝V*Gs*(1+w/(1+Gsw) (2-2)

式(2-2)中，V为环刀30的体积，w为土样含水率，Gs为土颗粒比重，M′为需要填入环刀30中土样的质量。

其次是膨润土膨胀力试验方法，所述试验方法利用了上述的防倾斜的膨润土固结装置，为了了解不同含水率时膨润土的膨胀力，方法步骤如下：

第一步，制备不同初始含水率的土样，按照上述土样的制备方法制备不同初始含水率的土样，含水率w₀在180～530％(0.7～2倍液限)间；

第二步，将制备好的土样装入上述的固结装置的槽腔内，并将固结装置并安装到加载装置上，并将压力百分表80安装好；

第三步，向固结装置的槽腔内中注满水，将土样浸泡，当压力百分表80发生转动，立即用加载装置增加适当的压力，使压力百分表80回到原位；

第四步，当压力百分表80在某荷载下保持原位2小时以上不发生回弹，结束本次试验，土样上的固结压力为该初始含水率下土样的膨胀力。

再次是膨润土一维膨胀特性试验方法，膨润土一维膨胀特性试验可分为两大类型，第一种是不考虑固结压力，让土样在无荷载情况下，遇水后充分膨胀，在土样膨胀稳定后再加载压缩固结。

第一种类型的试验方法也利用了上述的防倾斜的膨润土固结装置，方法步骤如下：

第一步，制备不同初始含水率的土样，含水率w₀在120％～300％间；

第二步，将制备好的不同初始含水率的试样装入固结装置的槽腔内后，在土样表面放置滤纸和第一透水板11，并架设压力百分表80；

第三步，向固结装置的槽腔内充水，并确保水能够淹没土样；

第四步，土样会发生膨胀，定时读取压力百分表80读数，记录数据并进行处理，当土样每天的膨胀量少于0.02mm后，停止读数，完成试验。

膨润土一维膨胀特性试验的第二种类型是指让土样在有不同荷载的情况下遇水膨胀，所述该中类型的试验方法也利用了上述的防倾斜的膨润土固结装置，方法步骤如下：

第一步，制备土样，土样的初始含水率w₀为157％；

第二步，将制备好的不同初始含水率的试样装入固结装置的槽腔内，把环刀30加入固结装置的槽腔后并放置好滤纸和第二透水板52后，

第三步，将固结装置安装到加载装置上，在土样上施加不同的固结压力，分别为0.5kPa、6.25kPa、12.5kPa、25kPa、50kPa；

第四步，定时测读压力百分表80读数，获得膨胀量。

最后是压缩试验方法，上述土样膨胀结束后，对于第一种膨润土一维膨胀特性试验，将固结装置安装到加载装置上，准备加载；

对于第二种膨润土一维膨胀特性试验，直接施加下一荷载。需要说明，为了进行对比，本文还开展了另一种试验，制备与膨胀试验初始含水率一一对应的另外一组试样；与膨胀试验不同的是，这组试样在遇水后，不让其发生膨胀，而是直接施加荷载，荷载的顺序是0.5kPa、6.25kPa、12.5kPa、25kPa、50kPa，即在某级荷载下，土样仍存在膨胀时，立即时间下一级荷载。

压缩固结实验的加载方式采用加载比例为1的方式加载，加载次序为6.25kPa、12.5kPa、25kPa、50kPa、100kPa、200kPa、400kPa、800kPa、1200kPa。另外，考虑到膨润土渗透系数远低于传统的粘性土，因此，本次试验每级荷载的加载时间并没有按照规范规定的24小时，而是按照每级荷载加载48～72小时后在加载下一级荷载。

需要说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种防倾斜的膨润土固结装置，其特征在于：包括底座(10)，所述底座(10)上设置有外护套(20)，所述外护套(20)内设置有环刀(30)，所述环刀(30)与底座(10)之间构成容纳样品的槽腔，所述外护套(20)上端设置有上座板(40)，所述上座板(40)压设在环刀(30)的上端面，所述上座板(40)上设置有传压板(50)穿过的开口，所述传压板(50)穿过上座板(40)的开口进入槽腔内，所述上座板(40)与底座(10)之间通过紧固螺栓(60)固定为一体。

2.根据权利要求1所述的防倾斜的膨润土固结装置，其特征在于：所述上座板(40)上设置有保持架(70)，所述紧固螺栓(60)的上端穿过保持架(70)的上端设置有第一紧固螺母(61)，所述保持架(70)与上座板(40)之间的紧固螺栓(60)的杆身上套设有第一保持管(63)，所述紧固螺栓(60)穿过上座板(40)的杆身设置有第二紧固螺母(62)，所述传压板(50)的上板面设置有传力杆(51)，所述传力杆(51)上端穿过传压板(50)与压力百分表(80)的顶针抵靠，所述压力百分表(80)固定在表杆(81)上，压力百分表(80)位于表杆(81)上的高度可调。

3.根据权利要求1或2所述的防倾斜的膨润土固结装置，其特征在于：所述底座(10)与外护套(20)的下端面设置有第一密封圈(91)。

4.根据权利要求3所述的防倾斜的膨润土固结装置，其特征在于：所述环刀(30)的上端与外护套(20)的上端结合面之间设置有第二密封圈(92)。

5.根据权利要求4所述的防倾斜的膨润土固结装置，其特征在于：所述上座板(40)与外护套(20)的上端面设置有第三密封圈(93)。

6.根据权利要求3所述的防倾斜的膨润土固结装置，其特征在于：所述底座(10)上设置有凹槽，所述凹槽内设置有第一透水板(11)，所述传压板(50)的下板面设置有第二透水板(52)。

7.根据权利要求3所述的防倾斜的膨润土固结装置，其特征在于：所述上座板(40)的上板面设置有塑料管(42)，所述塑料管(42)的下端固定在上座板(40)的上板面，塑料管(42)的管芯构成传压板(50)穿过的开口。

8.根据权利要求2所述的防倾斜的膨润土固结装置，其特征在于：所述表杆(81)杆身竖直且穿过保持架(70)与上座板(40)的上板面固连，所述保持架(70)与上座板(40)之间的表杆(81)杆身上套设有第二保持管(82)，所述表杆(81)位于上座板(40)的上板面的杆身上设置有第三紧固螺母(83)，所述保持架(70)上设置有直线轴承(71)，所述传力杆(51)的杆身穿过直线轴承(71)。

9.根据权利要求3所述的防倾斜的膨润土固结装置，其特征在于：所述底座(10)上设置有第一、第二连通孔(12、13)，所述第一、第二连通孔(12、13)的一端孔口分别与底座(10)上的凹槽连通，所述第一连通孔(12)的另一端孔口与排气阀(14)的进气口连通，所述第二连通孔(13)的另一端孔口与三通阀(15)的一端开口连通，所述三通阀(15)的另一端开口设置有压力传感器(16)。

10.根据权利要求9所述的防倾斜的膨润土固结装置，其特征在于：所述上座板(40)上设置有第三连通孔(41)，所述第三连通孔(41)的一端孔口与上座板(40)的开口连通，第三连通孔(41)的另一端孔口与外界连通。