一种CT-固结仪的制作方法

本发明属于岩土工程测试设备技术领域，尤其涉及一种ct-固结仪。

背景技术：

土坡、地基和路堤等大多是非饱和土，其力学特性和内部结构受气候变化(如降雨入渗和蒸发干燥)的影响很大。用常规饱和土固结仪做试验只能得到试样在试验过程中的宏观应力-应变曲线，无法揭示试样在加载过程和干湿循环过程中的细观结构演化，也无法定量描述试样结构的损伤过程。为弥补这一缺陷，利用计算机断层扫描技术(即ct)研制成ct-固结仪及其配套设备。

综上所述，常规饱和土固结仪无法反映试样在加载过程和干湿循环过程中的细观结构演化，也无法定量描述试样结构的损伤过程。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种ct-固结仪，旨在解决常规饱和土固结仪无法反映试样在加载过程和干湿循环过程中的细观结构演化，也无法定量描述试样结构的损伤过程的问题。

本发明是这样实现的，一种ct-固结仪，所述ct-固结仪包括：环刀和环刀底座、环形外罩和底板、加载砝码；配套设备有制样模具；

环刀底座放置于环形外罩的底板；环刀底座上设有排水槽及排水管，排水槽之上放置多孔不锈钢板；土样装在环刀内，环刀和土样一起放置在多孔不锈钢板之上；把环形外罩放在其底板上，用3颗固紧螺钉将二者固定在一起；在土样顶部放在加载砝码。

进一步，所述环刀、环刀底座、环形外罩和底板由特殊合金加工而成。

进一步，所述环刀厚10mm，内径61.8mm，高30mm；从环刀高度的下三分点起制成刃口，刃口下端厚3mm；环刀底座的内侧为斜面，斜面的垂直高度是10mm，与环刀刃口密合。

进一步，所述环刀底座上设有排水槽及排水管，放置直径61.8mm、厚度3mm的多孔不锈钢板，多孔不锈钢板上均匀分布着许多直径1mm的小孔。

进一步，所述环形外罩侧面的缺口与环刀底座的排水管对应；环形外罩和底板通过3颗固紧螺钉固定在一起。

进一步，所述环形外罩的外侧与环刀的上三分点对应处画了一条环形线，环形线对应的断面即为ct扫描的横断面。

进一步，所述加载砝码直径与试样直径相同，每个砝码的重量在试样上产生的压力为10kpa。

进一步，所述制样模具由模具底座、模筒、加压活塞和蝴蝶螺钉组成。

本发明提供的ct-固结仪，与常规固结仪相比，本发明具有下述优点：(1)不仅能实现常规固结仪的功能，而且在试验过程中能实时观察试样内部结构的变化，获得清晰的ct扫描图片和ct数据，进而可对试样的结构损伤演化进行定量描述；(2)结构轻巧，加载、卸载简便，可置于恒温箱中进行干湿循环试验；(3)不仅能用于饱和土，而且可用于各种非饱和土；(4)既可用于原状土，也可用于重塑土。

附图说明

图1是本发明实施例提供的ct扫描用固结仪结构示意图；

图2是本发明实施例提供的制样模具示意图；

图中：1-1、环刀；1-2加压活塞；1-3、模筒；1-4、模具底座；1-5、固紧螺丁；1-6、土样；2-1、环刀底座；2-2、环形外罩；2-3、多孔不锈钢板；2-4、模具底板；2-5、加载砝码；2-6、蝴蝶螺钉；2-7、排水通道。

图3是本发明实施例提供的原状南阳膨胀土在20kpa压力作用下经历5次湿干循环试验中的ct图片。

图4是本发明实施例提供的重塑南阳膨胀土在20kpa压力作用下经历5次湿干循环试验中的ct图片。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。

如图1和图2所示，本发明实施例提供的ct-固结仪包括：环刀1-1和环刀底座2-1、环形外罩2-2和底板2-4，加载砝码2-5；配套设备有制样模具图2。

下面结合附图对本发明的应用原理作进一步的描述

环刀1-1和环刀底座2-1、环形外罩2-2和底板2-4的几何形状、构造和制作材料是专门针对ct成像的要求设计的，均由特殊合金加工而成，对ct成像的干扰可忽略不计，能够得到清晰的试样ct图像。从而实现了ct技术与土工试验技术的巧妙结合，可在试验过程中对试样内部结构进行实时无损检测。

环刀1-1有两个功能：制备试样的工具和试验时试样的容器。为此，对环刀1-1和环刀底座2-1按下述构造特征和尺寸设计：环刀1-1厚10mm以保证试样处于侧限条件，内径61.8mm与常规固结试验的试样相同，高30mm；从环刀1-1高度的下三分点起长10mm制成刃口，刃口下端厚3mm，既可用于制备重塑试样，也可用于制备原状试样。环刀底座2-1的内侧为斜面，斜面的垂直高度是10mm，恰与环刀刃口密合。

环刀底座2-1上设有排水槽及排水管2-7，其上放置直径61.8mm、厚度3mm的多孔不锈钢板2-3，多孔不锈钢板2-3上均匀分布着许多直径1mm的小孔，为试样排水通过通道。

环形外罩2-2及其底板2-4的尺寸与环刀1-1及其底座2-1相配套。环形外罩2-2侧面的缺口与环刀底座2-1的排水管2-7对应。环形外罩2-2和底板2-4通过3颗固紧螺钉2-6固定在一起，同时将环刀1-1和环刀底座2-1锁定，避免了在湿干循环过程中因试样胀缩引起环刀1-1移动而产生试验误差，在ct扫描时试样也不会移动。

为了在每次ct扫描时对准试样的同一个断面，在环形外罩2-2的外侧与环刀1-1的上三分点对应处画了一条环形线，该线对应的断面即为ct扫描的横断面。

用专门设计的砝码2-5直接放在试样上面进行加载。砝码直径与试样直径相同61.8mm，每个砝码的重量在试样上产生的压力为10kpa。根据试验要求可放置多个砝码，因而具有加载简便的优点。传统固结仪通过安装在台架上的杠杆系统加载，体积很大，很笨重，只能做浸水增湿试验，而不能放置在电恒温箱中做干燥减湿试验，也无法知道试样在干燥过程中的饱和度。本项目用砝码2-5直接加载，没有台架，没有杠杆系统，体积小，移动方便；ct-固结仪和砝码可整体图1放入恒温箱干燥减湿，并可随时从恒温箱中整体取出称重以计算试样的实时饱和度，克服了传统固结仪的缺点。

原状试样可直接用环刀1-1削成，制成的试样不必脱模而直接使用。

为了提高重塑土制样的效率，专门设计了一套制样模具图2，由模具底座1-4、模筒1-3和加压活塞1-2组成。制样时，首先把模筒1-3用两个蝴蝶螺钉1-5固定在其底座1-4上；其次按预定的试样干密度称量相应的土料，将土料倒入模筒1-3中，整平；第三，借助加压设备使加压活塞1-2下移，当活塞翼底面与模筒顶面相接触时，试样高度恰好是30mm。这样可一次性制成所需要的试样，十分快捷方便。

下面结合试验对本发明的应用效果作详细的描述。

1应用ct-固结仪进行试验的方法描述

试验的第一步是用环刀1-1和制样模具图2制备所需要的试样1-6；在环刀底座2-1的多孔不锈钢板2-3上放一层滤纸；把环刀1-1连同试样1-6一起放在环刀底座2-1上，再在试样顶面1-6上放一层滤纸；把环刀1-1和环刀底座2-1一起放在环形外罩2-2的底板2-4上，盖上环形外罩2-2，用3颗固紧螺钉2-6将其固定。对试样进行第一次ct扫描，得到扫描断面的ct数me和方差sd，作为描述试样细观结构的初值。

1.1加载试验方法的描述

从扫描床上取下ct-固结仪图1，按预定的第一级荷载在试样顶面的滤纸上放置砝码2-5；直到变形稳定后，对试样进行第二次ct扫描。然后加第二级荷载，重复上述过程，直到最后一级荷载为止，从而得到一系列ct图片及数据(me和sd)。

1.2在一定荷载作用下进行湿干循环试验方法的描述

当在一定荷载作用下试样(1-6)变形稳定且ct扫描后，从试样上端给试样加水增湿，加水量由预定的增湿饱和度计算，待水分均匀和变形稳定后，进行湿态下的ct扫描；扫描后将整个装置(图1)放进恒温箱烘干，温度控制为40℃左右，过一段时间取出试样(不卸荷载)称重，直至试样达到预定的干燥饱和度且固结完成为止，取出试样进行干态下的ct扫描。如此就完成了一次湿干循环的试验。重复上述过程，即可进行多次湿干循环试验，从而得到一系列ct图片及数据(me和sd)。

图3和图4分别是南阳原状膨胀土和重塑膨胀土在20kpa压力作用下经历5次湿干循环得到的ct扫描照片。其中，a为试样的初始状态，b、d、f、h、j、l为湿态(饱和度等于85％)，c、e、g、i、k为干态(饱和度等于25％)。表1是原状土样对应的me值。

表1原状膨胀土试样的me值

利用图3和图4，可对试验过程中试样的结构演化进行定性分析，利用表1则可进行定量分析。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。