一种饱和重塑黏性土环刀试样的制备装置及其使用方法与流程

本发明涉及土工实验研究领域，特别涉及一种饱和重塑黏性土环刀试样的制备装置及其使用方法。

背景技术：

在饱和黏性土地区进行基础工程施工时，地基或路基常常出现较大的沉降。为了研究及控制地基或路基的沉降，需要对饱和黏性土地区的地基土或路基土的流变特性和渗透特性进行试验研究。饱和原状黏性土试样常常不易获得，试验研究以室内试验为主，且多以饱和重塑黏性土试样为研究对象。目前，制备饱和重塑黏性土试样的方法有击实法和泥浆固结法。由于击实法制备的试样常常出现分层现象，密实度不够均匀，制备出的环刀试样还需要在饱和器中饱和，制备试样流程复杂，耗时较长，目前使用较少。泥浆固结法主要靠静力加载，能较好地模拟天然土体在自重等长期荷载作用下的固结过程，可得到不同孔隙比的饱和黏性土试样，制备的试样密实度均匀，被广泛应用。泥浆固结法制备试样时使用固结筒，在试样达到所需要的孔隙比后，需要将制备的土样从固结筒中推出，这将会对土样造成一次扰动；随后再用环刀取样，土样又容易产生挤压变形；也可能使部分土样与环刀内壁不能紧密接触。这些因素，都会对试验结果造成很大的影响，亟待对现有装置进行改进。

技术实现要素：

本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的不足和问题，提供了一种饱和重塑黏性土环刀试样的制备装置及其使用方法。

本发明提供的一种饱和重塑黏性土环刀试样的制备装置及其使用方法，制备装置主要包括制样台、制样筒、环刀、水槽、加载机构，其特征在于：制样筒为对半式圆筒，通过卡箍将两个筒片组装在一起，拼接处一侧的筒片侧面设有凹槽，凹槽内有橡胶条；制样筒的内壁设有环刀定位槽，环刀定位槽内放置多个环刀，相邻的环刀之间有垫环；制样筒下部有排水孔；制样筒内部从下往上依次有透水石、滤纸、泥浆、滤纸、透水石和加压板，加压板有竖直的通孔；制样筒放置在水槽内，水淹没制样筒；加载机构利用杠杆加压至加压板。本装置通过不同的砝码加载，加速泥浆固结，可得到不同孔隙比的试样。在试样的制备过程中，泥浆始终处于饱和状态，可以得到饱和重塑黏性土环刀试样。

优选地，所述水槽内部底板上有制样筒固定槽，用于制样筒的定位，保证其在制样过程中稳定。

优选地，所述加压板上表面有带内螺纹的槽，传力杆下端有相应的外螺纹，加压板与传力杆用螺纹连接。

优选地，所述垫环为对半式，垫环的两个环片分别放置在相应的筒片内，垫环的壁厚等于环刀的壁厚，垫环在拼装后的内径等于环刀内径。确保制样筒拼装后，内部柱状空间的直径相同。

优选地，所述的环刀定位槽深度等于环刀的壁厚，一端有与环刀的斜端面相对应的向内倾斜的端面。在安装环刀后，环刀内壁与其余段的制样筒内径相等。

优选地，所述的透水石和加压板的外径，比制样筒的非环刀定位槽段的内径小0.2毫米。这样的设计，便于安装透水石和加压板，且保证不会从缝隙中漏浆。

优选地，所述的筒片与另一筒片拼接处凹槽的深度为5毫米，橡胶条在此方向的无压力厚度为7毫米。制样筒的两个筒片间的接缝不透水，确保无微小颗粒从拼接缝漏出。

优选地，所述的环刀内径61.8毫米、壁厚1.6毫米，所述的制样筒底部重叠放置两块透水石，其中上层透水石上表面高出排水孔最高处3毫米。

优选地，所述的水槽、制样筒、加压板、传力杆、环刀、卡箍、螺栓组件、垫环的材质为不锈钢。保证所得到的试样不被铁锈污染，也为了增加该装置的使用寿命。

所述的饱和重塑黏性土环刀试样的制备装置的使用方法，包括以下步骤：

1) 准备多个环刀，内表面涂抹一层凡士林；

2) 将准备好的环刀依次放入一个内侧向上、水平放置的筒片的环刀定位槽中，相邻环刀之间放置环片，环片沉入筒片内，环片的外露侧表面与筒片此时的上表面平齐；

3) 在每个环片的上方，放置对应的另一个环片，拿来另一个筒片，在两个筒片的凹槽中放入橡胶条，随后将第二个筒片扣上第一个筒片上，组成制样筒，沿制样筒长度方向均匀安装三个卡箍，旋紧各螺母，使制样筒的拼接缝密贴；

4) 将制样筒有排水孔的一端，插入水槽中的制样筒固定槽内；

5) 在制样筒底部放两块透水石，并加盖一层滤纸，然后将搅拌均匀的泥浆倒入制样筒中，使泥浆上表面离制样筒高端的端面50mm，将泥浆表面整平，泥浆上表面放一层滤纸，随后放入一块透水石；

6) 移动水槽并抬动杠杆，使加压板进入制样筒，压在透水石上，向水槽内加水，直至水淹没制样筒最高端10mm；

在砝码盘中放置预先选定质量的砝码，利用杠杆加压至加压板；

7) 经过24小时后，泥浆已固结成样，抬升杠杆，从制样筒中移出加压板，旋出制样筒，将其移出水槽，打开并移去卡箍，将制样筒平放在制样台上，使一个筒片位于另一个的正下方，移除正上方的筒片，取出多个环刀与土样的粘结体并移除垫环，用切土刀切割各环刀两端，得到各饱和重塑黏性土环刀试样。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：在试样的制作过程中，泥浆始终处于饱和状态，从而得到饱和试样；可同时得到多个环刀试样；避免了对土样的二次扰动和挤压变形；该装置制作简单，成本低，操作方便，制备试样流程简单、高效、快捷。

附图说明

图1 本发明的结构示意图。

图2 过环刀定位槽的制样筒横断面示意图。

图3 筒片示意图。

图4 过环刀定位槽的筒片横断面示意图。

图5 卡箍示意图。

图6 环片示意图。

图中标识：1-制样台;2-制样筒固定槽;3-透水石;4-排水孔;5-滤纸;6-环刀;7-垫环;8-泥浆;9-加压板;10-通孔;11-传力杆;12-制样筒;13-卡箍;14-水槽;15-支撑杆;16-杠杆;17-砝码盘;18-环刀定位槽;19-凹槽;20-橡胶条;21-螺母;22-筒片;23-螺栓;24-环片;25-砝码。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例，并结合附图对本发明的技术方案进行了描述，但本发明并不限于这个实施例。

实施例1

该实施例以制备4个高度20毫米的饱和重塑黏性土环刀试样为例，制备装置参见图1-图6。制备装置主要包括制样台1、制样筒12、环刀6、水槽14，和由支撑杆15、杠杆16、砝码盘17、砝码25、传力杆11、加压板9组成的加载机构。制样筒12长240毫米，壁厚8毫米，内径61.8毫米，外径77.8毫米，为对半式圆筒，通过卡箍13将两个筒片22组装在一起，拼接处一侧的筒片22侧面设有凹槽19，凹槽19内有橡胶条20；制样筒12的内壁设有环刀定位槽18，环刀定位槽18内放置多个环刀6，相邻的环刀6之间有垫环7；制样筒12下部有排水孔4；制样筒12内部从下往上依次有透水石3、滤纸5、泥浆8、滤纸5、透水石3和加压板9，加压板9有竖直的通孔10；制样筒12放置在水槽14内，水淹没制样筒12；加载机构利用杠杆16加压至加压板9。水槽14内部底板上有制样筒固定槽2。加压板9上表面有带内螺纹的槽，传力杆11下端有相应的外螺纹，加压板9与传力杆11用螺纹连接。垫环7为对半式，垫环7的两个环片24分别放置在相应的筒片22内，垫环7的壁厚等于环刀6的壁厚，垫环7在拼装后的内径等于环刀6的内径。环刀定位槽18深度等于环刀6的壁厚，一端有与环刀6的斜端面相对应的向内倾斜的端面。透水石3和加压板9的外径，比制样筒12的非环刀定位槽18段的内径小0.2毫米。两筒片22相拼接处凹槽19的深度为5毫米，橡胶条20在相应方向的无压力厚度为7毫米。凹槽19宽度为4毫米。环刀6内径61.8毫米、壁厚1.6毫米。制样筒12底部重叠放置两块透水石3，其中上层透水石3上表面高出排水孔4最高处3毫米。制备装置中的水槽14、制样筒12、加压板9、传力杆11、环刀6、卡箍13、螺栓23和螺母21组成的螺栓组件、垫环7的材质为不锈钢。制备过程中的过程包括如下步骤：

1) 准备4个20毫米的不锈钢标准环刀6，内表面涂抹一层凡士林；

2) 将准备好的环刀6依次放入一个内侧向上、水平放置的筒片22的环刀定位槽18中，相邻环刀6之间放置环片24，环片24的外露侧表面与筒片22此时的上表面平齐；

3) 在每个环片24的上方，放置对应的另一个环片24，再扣上另一个筒片22，组成制样筒12，沿制样筒12长度方向均匀安装三个卡箍13，旋紧各螺母21；

4) 将制样筒12带排水孔4的一端，插入水槽14中的制样筒固定槽2内；

5) 在制样筒12底部放两块透水石3并加盖一层滤纸5，然后将搅拌均匀的泥浆8倒入制样筒12中，使泥浆8上表面离制样筒12高端的端面50mm，将泥浆8表面整平，泥浆8上表面放一层滤纸5，随后放入一块透水石3；

6) 抬动杠杆16，使加压板9进入制样筒12，压在透水石3上，向水槽14内加水，直至水淹没制样筒12最高端10mm。在砝码盘17中放置预先选定质量的砝码25，利用杠杆16加压至加压板9；

7) 经过24小时后，泥浆8已固结成样，抬升杠杆16，从制样筒12中移出加压板9，旋出制样筒12，将其移出水槽14。打开并移去卡箍13，将制样筒12平放在制样台1上，使一个筒片22位于另一个的正下方，移除正上方的筒片22，取出多个环刀6与土样的粘结体并移除垫环7，用切土刀切割各环刀6两端，得到各饱和重塑黏性土环刀试样。

实施例2

该实施例以制备2个高度40毫米的饱和重塑黏性土环刀试样为例。与实施例1不同之处在于，环刀6的高度为40毫米，环刀定位槽18内放置两个环刀6，中间放置一个相应的垫环7。

实施例3

该实施例以制备2个高度20毫米和1个高度40毫米的饱和重塑黏性土环刀试样为例。与实施例1不同之处在于，采用两种规格的环刀6，一种规格的高度为20毫米，另一种规格的高度为40毫米，环刀定位槽18内放置两个高度为20毫米的环刀6，和一个高度为40毫米的环刀6，各环刀6间放置一个相应的垫环7。

上述具体实施方式的描述仅用于说明本发明,而不用于限制本发明的权利保护范围。