专利名称：室内沉降柱模拟淤积土自重沉积固结过程试验装置的制作方法
技术领域：
本发明属于岩土工程基本试验与环境工程交叉技术领域，具体是涉及一种室内沉 降柱模拟淤积土自重沉积固结过程试验装置。
背景技术：
沉降柱试验是研究河湖相、海相淤积土沉降淤积、自重固结规律的重要试验装置， 利用沉降柱试验装置可以模拟测定不同浓度下沉降淤积土泥浆的自重固结系数cv。试验结 果为河道疏浚拓宽工程、港口清淤治理工程、湖泊保护治污工程等提供基本工程参数，通过 室内沉降柱试验为工程实施方案与设计思路提供必要的技术支持。土体自重沉降固结过程 的研究也可应用于吹填土吹填造陆工程，应用室内模拟试验研究吹填土重力作用下沉降变 形规律。因而沉降柱模拟淤积土自重沉降固结过程试验在河道、湖泊、港口治理，沿海围海 造陆等工程中有着重要指导意义。土样固结系数(^可由多种试验方法测定，常规室内试验是通过多级加荷得到土体 沉降量s与历时t之间关系曲线，根据曲线推求土样固结系数。室内固结试验确定固结系数 的方法应用最为普遍，其缺点是试验试件小、工作量大、试验时间长、费用高及土样扰动大。 由于土样无法准确的反映施工现场实际条件，室内试验结果与现场土体的真实值有较大的 差异，并不能完全反映现场土体的实际固结系数，无法考虑土体自重应力作用下土体固结 特点。室内沉降柱试验是研究土样在高含水率，高空隙比条件下自重应力作用下沉积固 结规律。土样起始浓度可配制为2500%至300%，土样成流动状态，抗剪强度为0。沉降柱 试验模拟淤积土由散粒体结构、絮凝结构到自重作用下沉降固结过程。根据实际悬浊液液 面高度与时间的关系确定沉降土体所处的状态，由土体沉降固结厚度确定自重固结程度和 固结系数cv。本试验装置研究土体自重应力作用下沉降固结特点，历时较长，测得的自重应 力固结系数为吹填土固结沉降和淤积土沉积淤积规律研究提供基本参数，结果相对准确。
发明内容
技术问题本发明的目的在于改进室内固结试验方法，设计研制出适用高含水率、高孔隙比、 自重应力作用下淤积土自重沉降固结过程，制作与操作过程相对简单可靠的室内沉降柱模 拟淤积土自重沉积固结过程试验装置。本发明的目的是通过以下技术方案来实现的一种室内沉降柱模拟淤积土沉积固结过程试验装置，其特征在于该装置包括沉降柱，泥浆搅拌器、小扰动土样取土器三部分所组成。其中沉降柱由有机玻璃管柱身与底座连 接，柱身外壁对称设置刻度纸尺，柱身管口用密封膜通过橡皮筋绑扎密封；泥浆搅拌器由金 属杆通过螺纹与底金属盘固定连接；小扰动土样取土器由热缩管固定薄壁环刀串与金属手 柄连接，手柄顶端的固定螺栓与内置挡塞相连接。
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所述的沉降柱的有机玻璃管柱身高800 1200mm，壁厚8 12mm，内径100 130mm ；所述的底座为有机玻璃制作，厚度10 15mm、直径150 180mm沉降柱柱身与底座 用有机胶固定连接。所述的泥浆搅拌器的金属杆长度1000 1400mm，直径2 3mm，通过末端螺纹与 金属盘固定连接；底金属盘直径90 120mm，对称设置四个直径20 30mm排水圆孔，中央 有一个内螺纹。所述取土器的薄壁环刀串是将10个铝合金的单环刀串连在实心塑胶棒上，然后 用加热的热缩管外包冷却收缩后扎紧，再拔出实心塑胶棒，单个环刀内径15 20mm，高 10 20mm，所述的手柄顶端的固定螺栓旋转调节内置挡塞在手柄内的相对位置。为便于观测泥浆浊液面随时间t下降位置h，沉降柱管壁外侧对称设置两条最小 刻度1mm纸尺，用照相机拍照记录浊液面实际沉降位置存档备案。泥浆搅拌器，由直径90 120mm底金属盘，与长度1000 1400mm金属杆用螺纹连接组成，底金属盘上对称设置四个 直径20 30mm排水圆孔。为防止上层水分过度挥发，沉降柱管口密封膜用橡皮筋绑扎密 封。土样取土器采用轻质小扰动原位取土器，主要有薄壁环刀串、热缩管、手柄、内置挡塞、 固定螺栓组成。单个环刀为铝合金材质，单个环刀内径15 20m，高10 20mm，通过热缩管 受热收缩固定，并与手柄连接；手柄顶端固定螺栓旋转调节内置挡塞在手柄内的相对位置， 土层深度方向分层取土。试验开始前，预先配置试验用浓度淤积土泥浆悬浊液，将悬浊液注入有机玻璃沉 降柱身管内，插入泥浆搅拌器上下搅拌均勻1 2min，往复搅拌不少于30次。取出泥浆搅 拌器，密封膜密封沉降柱身管口，淤积土自重沉积固结过程开始，记录起始时间、。用相机 拍摄记录不同时刻浊液面实际高度位置，根据淤积土浊液面沉降变化曲线确定土样固结完 成时间，准备固结土样取样工作。取样采用小扰动原位取土器取土，测定土层不同深度孔隙 比e，根据固结系数计算公式确定试验土样固结系数cv。本发明的创新点1、沉降柱柱身采用有机玻璃管，强度高，能承受较大水压力；管壁均勻透明，便于 液面读数；管壁与底座的连接强度高、耐久性强、密封性好，试验期间无漏水渗液现象；加 工制作过程简单。2、沉降柱管壁外侧对称设置最小刻度1mm纸尺，读数取其平均值；避免因为采用 塑料、金属类材料热胀冷缩、浊液面不平等因素影响，提高读数精度；3、沉降柱管口密封膜密封，有效减小水分挥发，防止水液面蒸发降低过大。4、沉积土样采用“直接法”小扰动取土器原位取土，提高数据可靠性。本发明优点室内沉降柱模拟淤积土自重沉积固结过程试验装置测定高含水率、 高孔隙比淤积土自重作用下沉降固结系数，研究淤积土自流动状态到自重固结沉降具备早 期强度的整个沉降过程，克服一般室内压缩固结试验无法测定高含水率土样固结系数、试 验试件小、工作量大、费用高及土样扰动大、必须分级加荷，以及忽略土样自重应力因素影 响的弊端。本发明试验装置研究土体自重应力作用下沉降固结特点，试验历时较长，测得的 自重应力固结系数为吹填土固结沉降和淤积土沉积淤积规律研究提供基本参数，结果相对 准确可靠。
权利要求
一种室内沉降柱模拟淤积土沉积固结过程试验装置，其特征在于该装置包括沉降柱，泥浆搅拌器、小扰动土样取土器三部分所组成，其中沉降柱由有机玻璃管柱身(1)与底座(2)连接，柱身外壁对称设置刻度纸尺(3)，柱身管口用密封膜(4)通过橡皮筋(5)绑扎密封；泥浆搅拌器由金属杆(8)通过螺纹与底金属盘(9)固定连接；小扰动土样取土器由热缩管(13)固定薄壁环刀串(12)与金属手柄(15)连接，手柄顶端的固定螺栓(16)与内置挡塞(14)相连接。
2.根据权利要求1所述的室内沉降柱模拟淤积土沉积固结过程试验装置，其特征在于 所述的沉降柱的有机玻璃管柱身(1)高800 1200mm，壁厚8 12mm，内径100 130mm ； 所述的底座⑵为有机玻璃制作，厚度10 15mm、直径150 180mm，沉降柱柱身(1)与底 座(2)用有机胶固定连接。
3.根据权利1所述的室内沉降柱模拟淤积土沉积固结过程试验装置，其特征在于所述 的泥浆搅拌器的金属杆(8)长度1000 1400mm，直径2 3mm，通过末端螺纹与金属盘(9) 固定连接；底金属盘(9)直径90 120mm，对称设置四个直径20 30mm排水圆孔(10)，中 央有一个内螺纹(11)。
4.根据权利要求1所述的室内沉降柱模拟淤积土沉积固结过程试验装置，其特征在 于所述取土器的薄壁环刀串(12)是将10个铝合金的单环刀串连在实心塑胶棒上，然后用 加热的热缩管外包冷却收缩后扎紧，再拔出实心塑胶棒，单个环刀内径15 20mm，高10 20mm，所述的手柄(15)顶端的固定螺栓(16)旋转调节内置挡塞(14)在手柄(15)内的相 对位置。
全文摘要
本发明公开了一种室内沉降柱模拟淤积土沉积固结过程试验装置，包括有机玻璃管沉降柱、泥浆搅拌器、土样取土器等几部分组成。其中沉降柱的柱身与底座连接，柱身管壁外贴有纸尺，将泥浆悬浊液注入有机玻璃管沉降柱身后，插入搅拌器上下搅拌、拌合均匀，柱身管口用密封膜封口后用橡皮筋绑扎密封，通过观测管壁外侧刻度纸尺记录浊液面随时间下降高度，研究淤积土泥浆自重作用下自由沉降规律；淤积土自重沉积固结过程完成后，用取土器分层取土，测定不同深度土层孔隙比e，研究淤积土自重固结规律，计算土体固结系数cv。本试验装置具有占地面积小，操作方便、数据观测准确可靠、水分损失少、土样扰动小等特点，可应用于河道疏浚、港口清淤、吹填土回填造陆等工程的初期试验研究中。
文档编号E02B3/02GK101813690SQ20101016850
公开日2010年8月25日 申请日期2010年5月11日 优先权日2010年5月11日
发明者张磊, 张福海, 李玉龙, 杨立国, 郭帅杰 申请人:河海大学