一种流塑状态土的渗流固结土样制备装置

摘要

本发明公开了一种流塑状态土的渗流固结土样制备装置，包括带渗水孔的刚性底座、圆筒；圆筒的底部于刚性底座上设有渗水石，圆筒的上部设有可在圆筒内上下移动的不透水挡板，在不透水挡板和渗水石之间填充有流塑状态土样；圆筒内于不透水挡板上设有加载重物，用于将流塑状态土样均匀挤压变形，流塑状态土样在被压缩过程中，水分通过刚性底座的渗水孔及时排出。本发明结构简单，操作方便，成本较低，时效性好，可以根据要求制取不同尺寸的土样，可以对土样进行固结排水，对土进行低压固结试验测试土的固结参数；并保证制取的土样尽量接近原状土所处的实际环境，减少了扰动对土的结构的影响，使得对土的物化性质以及强度测定更具真实性。

说明书

技术领域

本发明涉及土样制备装置的技术领域，尤其涉及一种流塑状态土的渗流固结土样制备装置，适用于对在水下沉降流塑状态土制取土样。

背景技术

随着经济的发展，对矿产品的需求大幅度增加，矿业开发规模也越来越大，产生的尾矿数量随之增加，为了满足矿产品的日益增加的需求，选矿规模也日益增大，从而产生的尾矿的数量也急剧增加，尾矿的大量堆积，产生很多环境、经济以及安全性问题。随着尾矿以及工业废渣越堆越高，造成尾矿库成为一个高势能的人造泥石流的危险源，存在溃坝的危险，而且会造成其中的有害成分排放，破坏农田，淤塞河道等环境问题，所以对尾矿的化学以及力学性质研究尤为重要。

尾矿是由固、液、气三相组成的复杂多孔介质，各相状态及其相互作用对尾矿的物化性质及土体强度都有重要影响，尾矿排到尾矿库以后，尾矿经水力充填沉降，逐年加高形成尾矿坝，但是尾矿成分中各部分沉降时间相差较大，各部分的固结度、密度、应力场也不尽相同。

当前对尾矿的物化性质的以及强度的研究都是采用烘干再对土样进行各种模拟现场土体条件，土样结构在制取土样过程中因扰动可能发生破坏，并不符合现场尾矿坝逐渐堆高把土体压实的过程，并且在进行土的室内三轴试验时，要把土样制成一定规格的圆柱形试样，通常为39.1mm×80mm；进行土的室内固结、渗透实验或直剪实验时，要把土样制成61.8mm×40mm或61.8mm×20mm。对于流塑状态土，经过固结脱水以后，土样体积变小，很难达到所需要的试样的高度。

发明内容

基于现有技术存在的不足，本发明所要解决的技术问题在于提供一种流塑状态土的渗流固结土样制备装置，结构简单、操作方便快捷，可以根据要求制取不同尺寸的土样，可以对土样进行固结排水，以及可以对土进行低压固结试验，测试土的固结参数。

为实现上述目的，本发明采用以下技术措施：

一种流塑状态土的渗流固结土样制备装置，包括带渗水孔的刚性底座、放置于所述刚性底座上的圆筒；所述圆筒的底部于所述刚性底座上设有渗水石，所述圆筒的上部设有可在圆筒内上下移动的不透水挡板，在所述不透水挡板和渗水石之间填充有流塑状态土样；所述圆筒内于所述不透水挡板上设有加载重物，用于将流塑状态土样均匀挤压变形，流塑状态土样在被压缩过程中，水分通过刚性底座的渗水孔及时排出。

优选的，所述渗水石上设有一层滤纸，用于使流塑状态土样在压缩过程中水得以排出，并保证土样不会流失；所述流塑状态土样放置在所述不透水挡板和滤纸之间。

进一步的，所述刚性底座的下端具有镂空的存水空间。

优选的，所述存水空间的侧面底部连接有排水软管。

优选的，所述圆筒的内径为61.8mm或39.1mm。

本发明通过增加取土装置的尺寸，对于尾矿而言，一般属于细粒土，塑性指数越大，其压缩性也较大，超固结比越大，通常变形模量也越大，采取对土样在不同重量的砝码对土进行压实，在这个过程中土的刚度或变形模量都会随砝码的重量的增加而增加，并且达到不同的要求的固结比。

本发明提供了一种操作方便快捷的流塑状态土的取土装置，装置结构简单，可以根据要求制取不同尺寸的土样。该装置制取土样较符合尾矿所处的实际现场尾矿逐步被压实的环境，减少了烘干土样再制取重塑土过程对土的强度和物化性质的影响。

该发明解决了对传统的水下土只能取样烘干研究土的成分以及力学性质，通过对土进行固结脱水取出土样更符合现场的实际情况，并通过设计装置的尺寸对土进行固结排水从而增加制取土样的尺寸。

上述7个部件中，最关键的部件是圆筒和砝码，砝码可以调整固结时需要的围压，而圆筒尺寸和三轴试样尺寸相同，通过本装置可以直接制得三轴试样，将带渗水孔的刚性底座与软管相连，上面放置圆筒，圆筒的底部依次放置透水石与滤纸，在滤纸上放置试样，在试样上面放置不透水挡板与重物，这样对土进行固结脱水取出土样更符合现场的实际情况，同时调整砝码的重量就可以实现轴压的改变，同时圆筒为透明的雅可比材料，便于监控固结程度，该装置制取土样较符合尾矿所处的实际现场尾矿逐步被压实的环境，减少了烘干土样再制取重塑土过程对土的强度和物化性质的影响。

与现有技术相比，本发明的流塑状态土的渗流固结土样制备装置的有益效果和优点在于：

1、操作简便，装置结构简单成本低。

2、使得流塑状态土在体积压缩后还可以达到要求的试样尺寸。

3、通过改变砝码重量达到制备不同的固结比的土样。

4、流塑状态土在经过压缩后水分可以通畅排除水分。

5、制取土样密度较均匀并且可以通过拆卸装置取出土样。

附图说明

图1为本发明的流塑状态土的渗流固结土样制备装置的结构示意图。

图2为本发明的流塑状态土的渗流固结土样制备装置的各部件的结构示意图。

其中，1—加载重物、2—不透水挡板、3—滤纸、4—透水石、5—带渗水孔的刚性底座、6—排水软管、7—圆筒。

具体实施方式

下面参见图1至图2对本发明的流塑状态土的渗流固结土样制备装置进行详细说明。

如图1所示，本发明所提供的一种流塑状态土的渗流固结土样制备装置，包括带渗水孔的刚性底座5、透水石4、滤纸3、流塑状态土样、不透水挡板2、加载重物(例如砝码)1、圆筒7、排水软管6，该装置存放土样的尺寸较大，适应于流塑性土压缩性较大的特点，存放土样的圆筒7尺寸可为61.8mm×240mm，用传统的加载重物代替压力系统，将土样放在圆筒7的压力室里，结构简单，操作方便。圆筒7的内径也可以设定为39.1mm。

加载重物1可以根据要求进行调整，不透水挡板2和圆筒7都是刚性的，不会因为受力而发生形变，流塑状态土样放置在不透水挡板2和滤纸3之间，只有流塑状态土样发生变形，刚性底座5带透水渗水孔，可以让流塑状态土样在被压过程中，水分及时排出，刚性底座5下端有镂空的空间存水，刚性底座5在侧面底部连接排水软管6，排水软管6与刚性底座5下端的存水空间连通，然后水分可以通过排水软管6排出。

其中，加载重物1、不透水挡板2、流塑状态土样、滤纸3和透水石4从上到下依次设置在圆筒7的内部。

加载重物1作用在不透水挡板2上使得流塑状态土样在被压缩过程中受力均匀，使得土样密度较均匀。流塑状态土样下端垫一层滤纸3，使得流塑状态土样在压缩过程中水得以排出，并且保证土样不会流失，滤纸3的下端为透水石4，透水石4下面是带渗水孔的刚性底座5，当土样固结排水，通过滤纸3经过透水石4，再经过下部的渗水孔，流到刚性底座5中，最后通过排水软管6把水排出。

其中，透水石4还起到了支撑土样的作用，保证整个系统只有土样被压缩，按照一定的固结比制取的压缩土样。

本发明通过加载重物1对挡板加载，间接对土样实现均匀压缩。土样下端存在滤纸3和透水石4，在土样固结排水过程可以让水分顺利排出，刚性筒壁尺寸较大，在进行压缩后，制取土样还是可以到达三轴试验所需的试样尺寸。本发明结构简单，操作方便，所需成本较低，时效性好，保证制取的土样尽量接近原状土所处的实际环境，减少了扰动对土的结构的影响，使得对土的物化性质以及强度测定更具真实性。

以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可理解得到的变换或者替换，都应该涵盖在本发明的包含范围之内。