重塑软粘土空心圆柱试样的真空预压制备装置及方法

摘要

本发明公开了一种重塑软粘土空心圆柱试样的真空预压制备装置及方法，包括装样固结筒、排水底座与三瓣排水体等三个主要部件，以及三脚支架、土工布、乳胶膜、配套顶盖、橡胶密封垫圈、气动阀门、螺栓等配套零件。装样固结筒中部设有通气孔，排水底座由实心法兰盘制成，其上设有安置橡胶密封垫圈与三瓣排水体的凹槽，通过设置具有渗透排水与内壁成型双重作用的三瓣排水体，实现一次性直接制作具有国际常用内径的重塑软粘土空心圆柱试样的目的。本发明在缩短制样周期的同时，避免了试样的二次削切、扰动与浪费，简化了重塑软粘土空心圆柱试样的制作流程，进而有效提高了主应力轴旋转相关试验研究的效率。

说明书

技术领域

本发明涉及岩土工程中的试样制备技术领域，尤其是涉及一种重塑软粘土空心圆柱试样的真空预压制备装置及方法。

背景技术

在岩土工程技术领域中，为了获取土体在地震、交通与波浪荷载等复杂动力条件下的力学响应特性，常常需要开展主应力轴旋转路径下空心圆柱试样的试验研究。原状土样具有原位应力状态和原始结构，可以真实反映土体在天然条件下的各种力学性质，往往成为进行室内试验最理想的选择。但是原状样取样仪器及操作过程复杂、运输与保存中存在应力释放及失水问题、花费代价较高等，在实际操作中多采用重塑土样进行试验研究。

目前有关重塑软粘土制样的专利主要有中国专利ZL200920106559.7、ZL201020558288.1和ZL 201310251375.0，但是前两者制样体积较大，需进行切割分块，该三者皆无法直接制得标准的重塑软粘土空心圆柱试样，与原状软粘土空心圆柱试样相同，仍是要将试验制得的实心土块放在专门削切成空心圆柱样的装置上进行制备，比如采用中国专利ZL 200710070117.7与ZL 200710070119.6公开的空心圆柱试样的制备方法与相关装置，但将长方体土块最终削切成可开展试验研究的空心圆柱试样仍需要花费较多的时间，且取芯操作过程复杂费力，不可避免的造成了重塑试样的二次削切、扰动与浪费。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供了一种重塑软粘土空心圆柱试样的真空预压制备装置及方法，通过对以往真空固结制备重塑土样装置的改造，一次性直接制作符合国际常用内径（60mm或120mm）的重塑软粘土空心圆柱试样，避免了试样的二次削切、扰动与浪费，简化了重塑软粘土空心圆柱试样的操作流程，进而有效提高了主应力轴旋转相关试验的效率。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种重塑软粘土空心圆柱试样的真空预压制备装置，包括装样固结筒、排水底座与三瓣排水体三个主要部件，以及三脚支架、土工布、乳胶膜、配套顶盖、橡胶密封垫圈、气动阀门、螺栓等配套零件。装样固结筒中部设有通气孔，距底部2cm处设有法兰盘，三瓣排水体周身设有梅花型均匀排列的透水圆孔，试验时其上部放置有配套顶盖，外部贴有一层滤纸，排水底座由实心法兰盘制成，其上设有安置密封圈与三瓣排水体的凹槽，装样固结筒与排水底座通过法兰盘由螺栓固定。

所述的三瓣排水体由有机玻璃管均等分割而成，外径与空心圆柱试样的内径一致。

所述的配套顶盖上设有梅花型均匀排列的透水圆孔，其上有1cm深的插槽，外环与内环的间距等于三瓣排水体的厚度，可使三瓣排水体牢牢固定在配套顶盖内，不发生错动。

所述的排水底座厚3cm，安置三瓣排水体的凹槽深2cm，凹槽内外径尺寸与三瓣排水体保持一致，凹槽外围有个凸起的圆环，圆环高1cm，内径与三瓣排水体外径相同，因此可保证三瓣排水体在试验时处于竖直状态。

一种重塑软粘土空心圆柱试样的真空预压制备方法，其主要技术步骤如下：

（1）将现场取得的土风干，碾碎，过筛，加水配制设计含水率泥浆，浸泡24小时。

（2）排水底座置于三脚支架上，在三瓣排水体外部涂一层凡士林之后，将其插入排水底座的插槽中，再将配套顶盖插在三瓣排水体上端。

（3）在固定好的三瓣排水体外围及顶部裹一层润湿的滤纸，并在其上下两端用橡皮筋套牢，防止泥浆从孔隙处进入排水体内部。

（4）乳胶膜上下端分别外翻1-2cm套在装样固结筒上，在排水底座上部垫上一层土工布，最后通过螺栓将装样固结筒与排水底座通过法兰盘固定。

（5）用真空泵通过装样固结筒上的通气孔将乳胶膜与装样固结筒之间的空气抽尽，使乳胶膜紧贴装样固结筒内壁，之后将通气孔扎紧。

（6）将之前配好含水率的泥浆均匀的倒入装样固结筒内，边倒边震荡搅拌，静置4小时后，将上端的乳胶膜扎口密封。

（7）接通电源，开始真空预压制备试样。根据后面连接的水汽分离装置测出排水量来估算土样的含水率，当达到预定要求时，停止实验。

（8）取样时，将三瓣排水体顶部土体切去，取下配套顶盖后，用钳子将三瓣排水体逐一抽出，再使土样外径满足要求后，便制成标准重塑土空心圆柱试样。

根据以上技术方案，本发明可实现的有益效果是：

通过在以往真空固结制备重塑土样装置的基础上，设置具有渗透排水与内壁成型双重作用的三瓣排水体，实现一次性直接制作具有国际常用内径的重塑软粘土空心圆柱试样的目的，在缩短制样周期的同时，还避免了试样的二次削切、扰动与浪费，简化了重塑软粘土空心圆柱试样的操作流程，进而有效提高了主应力轴旋转相关试验的工作效率。

附图说明

图1是本发明重塑软粘土空心圆柱试样的真空预压制备装置的整体结构剖面图。

图2是本发明的排水底座俯视图。

图3是本发明的配套顶盖仰视图。

图中：1、乳胶膜；2、装样固结筒；3、滤纸；4、三瓣排水体；5、橡胶密封垫圈；6、排水底座；7、三脚支架；8、凹槽；9、排水孔；10、插槽圆；11、配套顶盖；12、通气孔；13、土工布；14、螺栓；15、法兰盘；16、气动阀门；17、内环；18、透水圆孔；19、外环。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步介绍。

如附图1和图2所示，本发明所述的重塑软粘土空心圆柱试样的真空预压制备装置，包括装样固结筒2、排水底座6与三瓣排水体4三个主要部件，以及三脚支架7、土工布13、乳胶膜1、配套顶盖11、橡胶密封垫圈5、气动阀门16、螺栓14等配套零件。装样固结筒2中部设有通气孔12，距底部2cm处设有法兰盘15，三瓣排水体4由有机玻璃管均等分割而成，外径与空心圆柱试样的内径一致，其周身设有梅花型均匀排列的透水圆孔，试验时其上部放置有配套顶盖11，外部贴有一层滤纸3，配套顶盖11设有梅花型均匀排列的透水圆孔18，其上有1cm深的插槽，可使排水体牢牢固定在配套顶盖11内，不发生错动，厚3cm的排水底座6由实心法兰盘制成，其上分别设有与橡胶密封垫圈5和三瓣排水体4尺寸相符的凹槽，安置三瓣排水体4的凹槽深2cm，凹槽外凸起的圆环高1cm，以便保证三瓣排水体4在试验时处于竖直状态，装样固结筒2与排水底座6通过法兰盘15由螺栓14固定。

重塑软粘土空心圆柱试样的真空预压制备方法，其主要技术步骤如下：

（1）将现场取得的土风干，碾碎，过筛，加水配制设计含水率泥浆，浸泡24小时。

（2）排水底座6置于三脚支架7上，在三瓣排水体4外部涂一层凡士林之后，将其插入排水底座6的插槽中，再将配套顶盖11插在三瓣排水体4上端。

（3）在固定好的三瓣排水体4外围及顶部裹一层润湿的滤纸3，并在其上下两端用橡皮筋套牢，防止泥浆从孔隙处进入排水体内部。

（4）乳胶膜1上下端分别外翻1-2cm套在装样固结筒2上，在排水底座6上部垫上一层土工布13，最后通过螺栓14将装样固结筒2与排水底座6通过法兰盘15固定。

（5）用真空泵通过装样固结筒2上的通气孔12将乳胶膜1与装样固结筒2之间的空气抽尽，使乳胶膜1紧贴装样固结筒2内壁，之后将通气孔12扎紧。

（6）将之前配好含水率的泥浆均匀的倒入装样固结筒2内，边倒边震荡搅拌，静置4小时后，将上端的乳胶膜1扎口密封。

（7）接通电源，开始真空预压制备试样。根据后面连接的水汽分离装置测出排水量来估算土样的含水率，当达到预定要求时，停止实验。

（8）取样时，将三瓣排水体4顶部土体切去，取下配套顶盖11后，用钳子将三瓣排水体4逐一抽出，再使土样外径满足要求后，便制成标准重塑土空心圆柱试样。