专利名称：一种饱和土试样快速制备装置及方法
技术领域：
本发明涉及一种饱和土试样快速制备装置及方法，尤其适用于对深部冻土基本力
学性质的研究。
背景技术：
采用冻结壁(或冻土墙)作为临时支护结构在深厚表土冻结凿井工程和城市地下 工程有着较为广泛的应用，目的在于阻挡水土压力，并在其保护下进行土体开挖。因此，深 部土、深部冻土力学特性，特别是经历K。固结(即土体在没有侧向变形条件下进行固结) 的深部土、深部冻土力学特性问题得到了广泛的研究。深部冻土是经历K。固结，冻结，卸荷 等一系列复杂工况而形成的，室内试验是研究深部冻土基本力学性质的重要方法和手段。 而饱和黏土试样的快速制备则是深部土、深部冻土室内试验研究成果可靠与否的基础和前 提。 目前重塑饱和黏土试样的制备主要通过先分层击实，然后采用毛细管饱法或抽气 饱和法，这种方法通常只能获取较高含水量(含水量高于塑限)的饱和黏土试样，适用于常 规三轴试验，而对于低含水量(含水量低于塑限)的饱和黏土试样，先分层击实后抽气饱和 的方法难以适用。 保证压力作用下饱和黏性土中的水顺利排出，是快速制备低含水量(含水量低于 塑限)饱和黏土试样的关键，但由于黏土固结的时间比较漫长，可重复性差，至今还没有一 个有效的制备方法。
发明内容
技术问题本发明的目的是提供一种结构简单，制备速度快，能够满足含水量低于 塑限的饱和黏土试样的饱和土试样快速制备装置及方法。 技术方案本发明的饱和土试样快速制备装置，它包括中部为一凸台的底座，固定 在底座上的刚性套筒，刚性套筒内设有筒形透水石，筒形透水石上设有水平压力传感器，筒 形透水石的下端设有套装在底座凸台上的固定套筒，底座的凸台上设有封住筒形透水石底 端的透水石，透水石上设有垂直压力传感器，筒形透水石的上端设有封住其端口的上覆透 水石，上覆透水石上设有与刚性套筒滑动配合的活塞，刚性套筒对应筒形透水石处的外壁 上开有多个排水孔，其外部设有一真空腔体，真空腔体上设有与抽真空设备相连接的抽气 孔，底座的内部设有下排水孔，活塞的内部设有上排水孔。 所述的活塞与刚性套筒之间设有密封圈；所述的底座与刚性套筒螺栓联接，之间 设有密封圈。 本发明的饱和土试样快速制备方法将嵌装了水平压力传感器的筒形透水石从底 部嵌入刚性套筒内，用固定套筒固定筒形透水石，然后将嵌装了垂直压力传感器的透水石 放入固定套筒内，之后将中部为一凸台的底座嵌入，使底座与刚性套筒之间刚性联接；将饱 和土试样装入刚性套筒内，在饱和土试样上安放上覆透水石，然后装入活塞对装入的饱和土试样进行挤压；同时启动真空设备，对抽气孔抽真空，使真空腔内形成一个标准大气压的 负压环境；当饱和土试样被挤压至筒形透水石上表面位置时，分离活塞和底座，取出饱和土 试样。
有益效果 1.活塞上的上排水孔，底座上的下排水孔，真空腔体上的抽气孔可单独或同时与 外部抽真空设备连接，具有极大的灵活性。 2.制备饱和土试样的同时实现静止土压力系数K。(即，土体在没有侧向变形条件 下所受到的水平压力与垂直压力比值)的测定，可为深部土、深部冻土力学特性试验研究 提供可靠的试样制备保障。 3.深部饱和黏土试样制备的时间平均可縮短6 10倍；获得的深部饱和土 (其 液限约为20%左右)试样含水量在20%以下。
附图是本发明的制备装置结构图。 图中刚性套筒-l，底座-2，活塞-3，真空腔体-4，侧面排水孔-5，筒形透水石-6， 水平压力传感器_7，透水石_8，垂直压力传感器_9，抽气孔-10，下排水孔-11，上排水 孔-12，固定套筒-13、饱和土试样-14、上覆透水石-15。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明的一个实施例作进一步的描述 附图所示，饱和土试样快速制备装置，主要由刚性套筒1、中部为一凸台的底座2、 活塞3、真空腔体4以及固定套筒13构成。刚性套筒l内嵌装有筒形透水石6，筒形透水石 6内嵌装有水平压力传感器7，筒形透水石6的下端设有与其对应并套装在底座2凸台上 的固定套筒13，固定套筒13与刚性套筒1螺纹连接，底座2的凸台上设有与筒形透水石6 下端口相对应、内嵌有垂直压力传感器9的透水石8，筒形透水石6的筒内装放饱和土试样 14，筒形透水石6的上端口设有封住饱和土试样14的上覆透水石15，上覆透水石15上设有 与刚性套筒1滑动配合的活塞3，活塞3与刚性套筒1之间设有密封圈，活塞3的内部开有 通向外部的上排水孔12 ;刚性套筒1对应筒形透水石6处的外壁上开有多个排水孔5，其外 部设有真空腔体4，真空腔体4上设有与抽真空设备相连接的抽气孔10，底座2的内部开有 通向外部的下排水孔11。下排水孔11、抽气孔IO和上排水孔12可单独或同时与外部抽真 空设备连接。活塞3与刚性套筒1为动配合，之间设有密封圈。底座2与刚性套筒1之间 经法兰螺栓联接，之间设有密封圈。 本发明饱和土试样快速制备方法利用荷载_真空联合固结原理对饱和黏土进行 挤压以获取低含水量(含水量低于塑限)的饱和黏土试样，将嵌套了水平压力传感器7的 筒形透水石6从底部嵌入刚性套筒1内，装入固定套筒13，将筒形透水石6顶靠在刚性套 筒1的台肩位置，然后将嵌套了垂直压力传感器9的透水石8放入固定套筒13内，之后嵌 入底座2，将底座2与刚性套筒1之间密封并经法兰螺栓固定；将饱和土试样14装入刚性 套筒1内，在饱和土试样14上安放上覆透水石15，然后装入活塞3将装入饱和土试样14进 行挤压；同时启动真空设备，对抽气孔10抽真空，使真空腔4内形成一个标准大气压的负压环境，通过真空腔体的负压条件加快饱和黏土在活塞挤压作用下的排水过程，当饱和土试 样14被挤压至筒形透水石6上表面位置时，分离活塞3和底座2，取出饱和土试样14，完成 饱和土试样的快速制备。 在完成饱和土样制备同时，通过水平压力传感器7和垂直压力传感器9获得饱和 黏土所受到的水平应力与垂直应力，进而可得到静止土压力系数K。(即，土体在没有侧向变 形条件下所受到的水平压力与垂直压力比值)。
权利要求
一种饱和土试样快速制备装置，其特征在于它包括中部为一凸台的底座(2)，固定在底座(2)上的刚性套筒(1)，刚性套筒(1)内设有筒形透水石(6)，筒形透水石(6)上设有水平压力传感器(7)，筒形透水石(6)的下端设有套装在底座(2)凸台上的固定套筒(13)，底座(2)的凸台上设有封住筒形透水石(6)底端的透水石(8)，透水石(8)上设有垂直压力传感器(9)，筒形透水石(6)的上端设有封住其端口的上覆透水石(15)，上覆透水石(15)上设有与刚性套筒(1)滑动配合的活塞(3)，刚性套筒(1)对应筒形透水石(6)处的外壁上开有多个排水孔(5)，其外部设有一真空腔体(4)，真空腔体(4)上设有与抽真空设备相连接的抽气孔(10)，底座(2)的内部设有下排水孔(11)，活塞(3)的内部设有上排水孔(12)。
2. 根据权利要求l所述的饱和土试样快速制备装置，其特征在于所述的活塞(3)与 刚性套筒(1)之间设有密封圈。
3. 根据权利要求1所述的饱和土试样快速制备装置，其特征在于所述的底座(2)与 刚性套筒(1)螺栓联接，之间设有密封圈。
4. 一种如权利要求1所述装置的饱和土试样快速制备方法，其特征在于将嵌装了水 平压力传感器(7)的筒形透水石(6)从底部嵌入刚性套筒(1)内，用固定套筒(13)固定筒 形透水石(6)，然后将嵌装了垂直压力传感器(9)的透水石(8)放入固定套筒(13)内，之后 将中部为一凸台的底座(2)嵌入，使底座(2)与刚性套筒(1)之间刚性联接；将饱和土试样 (14)装入刚性套筒(1)内，在饱和土试样(14)上安放上覆透水石(15)，然后装入活塞(3) 对装入的饱和土试样(14)进行挤压；同时启动真空设备，对抽气孔(10)抽真空，使真空腔 (4)内形成一个标准大气压的负压环境；当饱和土试样(14)被挤压至筒形透水石(6)上表 面位置时，分离活塞(3)和底座(2)，取出饱和土试样(14)。
全文摘要
一种饱和土试样快速制备装置及方法，利用荷载-真空联合固结原理对饱和黏土进行挤压以获取低含水量(含水量低于塑限)的饱和黏土试样，其装置主要包括套筒，底座，活塞，真空腔体以及固定套筒。套筒上按顺序分别设有滑配活塞，内嵌水平压力传感器的筒形透水石，固定套筒。活塞，底座、套筒上分别设有上排水孔、下排水孔和侧面排水孔。真空腔上设有真空抽气孔。通过真空腔体的负压(约为101.325kPa)条件加快饱和黏土在活塞挤压作用下的排水过程，同时通过水平压力传感器和垂直压力传感器获得饱和黏土所受到的水平应力与垂直应力，进而得到静止土压力系数K0(在没有侧向变形条件下，土样所受到的水平压力与垂直压力比值)。
文档编号G01N1/28GK101738337SQ20091025839
公开日2010年6月16日 申请日期2009年12月9日 优先权日2009年12月9日
发明者况联飞, 刘志强, 周国庆, 周金生, 商翔宇, 廖波, 胡坤, 赵光思, 赵晓东, 陈国舟, 马金荣 申请人:中国矿业大学