CN207408192U - 一种非饱和重塑黏土的制样装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种非饱和重塑黏土的制样装置，它包括饱和缸，所述饱和缸的顶部和底部均设置有出水口，其顶部的出水口通过软管分别与溢流缸和空压机相连，其底部的出水口在试验开始前与储水设备连接向饱和缸内注水，待试样饱和后关闭底部出水口，并将其与溢流缸的底部以及干燥剂模块相连。将土样先饱和再脱湿至所需饱和度，通过模拟自然状态下土体的脱湿固结过程，调整了土样中的水分分布。初期土壤中充满水分，在空压机的作用下孔隙中的空气会驱动水分排出土体，中后期土样饱和度逐渐降低，颗粒间开始形成大量水膜，此时空气的流动主要起干燥作用，使多余的水分蒸发而排出。

Description

一种非饱和重塑黏土的制样装置

技术领域

本实用新型涉及室内土工试验技术领域，具体地指一种用于非饱和重塑黏土的制样装置。

背景技术

室内重塑非饱和土通常利用传统湿击法，即配制好一定饱和度的湿土，用击锤分层击实为一定干密度的土样。大量研究表明，这种方法制备的土样分层性明显，水土作用不充分，尤其是在制备饱和度较低的黏土样时，颗粒间丧失的水膜张力会导致土样抗剪强度远远低于天然土体，使得试验结果可信度大打折扣。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种非饱和重塑黏土的制样装置，将土样先饱和再脱湿至所需饱和度，通过模拟自然状态下土体的脱湿固结过程，调整了土样中的水分分布。初期土壤中充满水分，在空压机的作用下孔隙中的空气会驱动水分排出土体，中后期土样饱和度逐渐降低，颗粒间开始形成大量水膜，此时空气的流动主要起干燥作用，使多余的水分蒸发而排出。与传统湿击法相比，这种方法最大程度地恢复了土颗粒间的水膜张力（基质吸力），因此其试样的强度特性更接近天然土体。

为了解决上述技术问题，本实用新型提出以下技术方案：一种非饱和重塑黏土的制样装置，它包括饱和缸（12），所述饱和缸（12）的顶部和底部均设置有出水口，其顶部的出水口通过软管分别与溢流缸（8）和空压机（11）相连，其底部的出水口在在试验开始前与储水设备连接向饱和缸（12）内注水，待试样饱和后关闭底部出水口，并将其与溢流缸（8）的底部以及干燥剂模块（16）相连。

所述饱和缸（12）的上盖和下盖通过螺杆和螺母固定相连，上盖、下盖与中仓之间通过橡胶圈密封，饱和缸（12）能够在支架（18）上进行卸换；支架（18）上有一滑杆连至饱和缸（12）内部，试验时滑杆顶针顶住土样，滑杆上带有高度传感器（17）。

所述饱和缸（12）内部设置有承样架（13），在承样架（13）的外部套装有乳胶膜（14），在承样架（13）的上、下端设置有透水石（15）。

所述饱和缸（12）内部上方有一定长度的螺杆，螺杆上安装有与空压机相连的漏斗型加压盖（19）。

所述溢流缸（8）与真空泵（9）相连；在溢流缸（8）的顶部安装有负压表（10）和进气口，底部设置有进水口，侧面设置有出气口。

所述空压机（11）的进气口与干燥剂模块（16）通过软管相连，出气口与饱和缸（12）相连。

所述干燥剂模块（16）两端为可拆卸的螺旋接口。

所述饱和缸（12）的顶部出水口与溢流缸（8）相连的软管上安装有第一阀门（1），与空压机（11）相连的软管上安装有第二阀门（2）；所述饱和缸（12）的底部出水口与干燥剂模块（16）的软管上安装有第三阀门（3），与溢流缸（8）相连的软管上安装有第四阀门（4）。

所述溢流缸（8）的顶部进气口安装有第五阀门（5），侧面出气口安装有第六阀门（6），与真空泵（9）相连的软管上安有第七阀门（7）。

本实用新型有如下有益效果：

本实用新型装置通过模拟自然状态下土体脱湿固结的过程，可重塑出强度特性与天然土体较为接近的非饱和黏土试样。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

图1 为一种非饱和重塑黏土的制样装置示意图。

图2为以宜昌地区粉质黏土为试验对象，采用本实用新型重塑出的非饱和试样抗剪强度参数（黏聚力c）与饱和度的变化关系曲线，为更好说明本实用新型对土体抗剪强度的提升作用，图中还包含了原状土样（代表天然土样强度特性）、传统湿击法试样的试验结果以作对比。

图中： 第一阀门1、第二阀门2、第三阀门3、第四阀门4、第五阀门5、第六阀门6、第七阀门7、溢流缸8、真空泵9、负压表10、空压机11、饱和缸12、承样架13、乳胶膜14、透水石15、干燥剂模块16、高度传感器17、固定支架18、漏斗型加压盖19。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的实施方式做进一步的说明。

如图1，一种非饱和重塑黏土的制样装置，它包括饱和缸12，所述饱和缸12的顶部和底部均设置有出水口，其顶部的出水口通过软管分别与溢流缸8和空压机11相连，其底部的出水口在在试验开始前与储水设备连接向饱和缸12内注水，待试样饱和后关闭底部出水口，并将其与溢流缸8的底部以及干燥剂模块16相连。通过采用上述的制样装置将土样先饱和再脱湿至所需饱和度，通过模拟自然状态下土体的脱湿固结过程，调整了土样中的水分分布。初期土壤中充满水分，在空压机的作用下孔隙中的空气会驱动水分排出土体，中后期土样饱和度逐渐降低，颗粒间开始形成大量水膜，此时空气的流动主要起干燥作用，使多余的水分蒸发而排出。与传统湿击法相比，这种方法最大程度地恢复了土颗粒间的水膜张力，因此其试样的强度特性更接近天然土体。

进一步的，所述饱和缸12的上盖和下盖通过螺杆和螺母固定相连，上盖、下盖与中仓之间通过橡胶圈密封。通过橡胶圈密封保证了密封效果。

进一步的，所述饱和缸12内部设置有承样架13，在承样架13的外部套装有乳胶膜14，在承样架13的上、下端设置有透水石15。试验时将乳胶膜6套上承样架，放入土样，上下塞入透水石7。

进一步的，所述高度传感器17通过滑杆顶针顶住土样，监测土样在脱湿固结过程中的高度变化。

进一步的，所述溢流缸8与真空泵9相连；在溢流缸8的顶部安装有负压表10和进气口，底部设置有进水口，侧面设置有出气口。

进一步的，所述空压机11的进气口与干燥剂模块16通过软管相连，出气口与饱和缸12相连。

进一步的，所述干燥剂模块16两端为可拆卸的螺旋接口。可随时拆卸。

进一步的，所述饱和缸12的顶部出水口与溢流缸8相连的软管上安装有第一阀门1，与空压机11相连的软管上安装有第二阀门2；所述饱和缸12的底部出水口与干燥剂模块16的软管上安装有第三阀门3，与溢流缸8相连的软管上安装有第四阀门4。

进一步的，所述溢流缸8的顶部进气口安装有第五阀门5，侧面出气口安装有第六阀门6，与真空泵9相连的软管上安有第七阀门7。

本实施例装置测定步骤如下：

一、计算所需重塑样干密度，并按照所用击实模具的大小计算出所需重塑样的高度。按土工试验规范将采回的黏土填筑击实成样（因土样在后续脱湿固结过程中体积会有所变化，此时击实的高度应稍高于所需重塑样高度），承样架内套好乳胶膜，置入土样，两头塞入透水石称重并记录；

二、将承样架放入饱和缸，打开注水设备，水通过进水口充满饱和缸，多余的水将进入溢流缸。之后关闭进水口阀门；

三、打开真空泵，连续真空抽气数小时，然后停止抽气，静置数小时。本方法中饱和步骤的目的只是为了让水分充分贯通土壤孔隙，因此这一环节对饱和度的要求不高，饱和时长可适时缩短；

四、待试样饱和后，打开第四阀门4，使饱和缸中的水流入全部流入溢流缸，关闭第四阀门4。取出承样架称重并计算试样饱和后的质量；

五、将干燥剂模块接入饱和缸下出水口，安装加压盖，放置好滑杆前顶针，打开第三阀门3和第四阀门4，打开空压机，对饱和试样缓缓加压；

六、在这一过程中土样会产生微量的压缩，高度传感器监测土样高度（即干密度）的变化，根据土样高度的变化调整空压机加压大小。饱和试样逐渐排出水分，定时拆卸干燥剂，称量其增重并记录，直到饱和试样脱湿至所需饱和度。关闭空压机，取出试样，重塑完成。

由图2可以看出传统湿击法重塑的非饱和黏土试样其黏聚力与饱和度关系曲线存在拐点，即含水率较低时，黏聚力随含水率的增大而增大，当含水率达到一定值时，黏聚力开始随含水率的增大而减小。而采用本实用新型重塑的试样，黏聚力随含水率的增大呈现出线性减小的趋势，无明显拐点，与不同含水率下原状土剪切试验的一般规律相符。

通过上述的说明内容，本领域技术人员完全可以在不偏离本项实用新型技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改都在本实用新型的保护范围之内。本实用新型的未尽事宜，属于本领域技术人员的公知常识。

Claims (9)

1.一种非饱和重塑黏土的制样装置，其特征在于：它包括饱和缸（12），所述饱和缸（12）的顶部和底部均设置有出水口，其顶部的出水口通过软管分别与溢流缸（8）和空压机（11）相连，其底部的出水口在试验开始前与储水设备连接向饱和缸（12）内注水，待试样饱和后关闭底部出水口，并将其与溢流缸（8）的底部以及干燥剂模块（16）相连。

2.根据权利要求1所述的一种非饱和重塑黏土的制样装置，其特征在于：所述饱和缸（12）的上盖和下盖通过螺杆和螺母固定相连，上盖、下盖与中仓之间通过橡胶圈密封，饱和缸（12）能够在支架（18）上进行卸换；支架（18）上有一滑杆连至饱和缸（12）内部，试验时滑杆顶针顶住土样，滑杆上带有高度传感器（17）。

3.根据权利要求1所述的一种非饱和重塑黏土的制样装置，其特征在于：所述饱和缸（12）内部设置有承样架（13），在承样架（13）的外部套装有乳胶膜（14），在承样架（13）的上、下端设置有透水石（15）。

4.根据权利要求1所述的一种非饱和重塑黏土的制样装置，其特征在于：所述饱和缸（12）内部上方有一定长度的螺杆，螺杆上安装有与空压机相连的漏斗型加压盖（19）。

5.根据权利要求1所述的一种非饱和重塑黏土的制样装置，其特征在于：所述溢流缸（8）与真空泵（9）相连；在溢流缸（8）的顶部安装有负压表（10）和进气口，底部设置有进水口，侧面设置有出气口。

6.根据权利要求1所述的一种非饱和重塑黏土的制样装置，其特征在于：所述空压机（11）的进气口与干燥剂模块（16）通过软管相连，出气口与饱和缸（12）相连。

7.根据权利要求1所述的一种非饱和重塑黏土的制样装置，其特征在于：所述干燥剂模块（16）两端为可拆卸的螺旋接口。

8.根据权利要求1所述的一种非饱和重塑黏土的制样装置，其特征在于：所述饱和缸（12）的顶部出水口与溢流缸（8）相连的软管上安装有第一阀门（1），与空压机（11）相连的软管上安装有第二阀门（2）；所述饱和缸（12）的底部出水口与干燥剂模块（16）的软管上安装有第三阀门（3），与溢流缸（8）相连的软管上安装有第四阀门（4）。

9.根据权利要求5所述的一种非饱和重塑黏土的制样装置，其特征在于：所述溢流缸（8）的顶部进气口安装有第五阀门（5），侧面出气口安装有第六阀门（6），与真空泵（9）相连的软管上安有第七阀门（7）。