一种重塑土的固结方法及固结装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于岩土工程技术领域，涉及一种重塑土的固结方法及固结装置。
【背景技术】
[0002]在进行岩土工程模型试验中，往往需要将重塑土样进行固结使其满足一定的强度、含水率等物理力学指标以模拟原状土的特性。现有的土样固结方法主要有三种，第一种是离心加速固结法，该方法主要优点为土样固结时间短，但通过该固结方法得到的土样往往存在上软下硬的问题，且土样的大小尺寸受离心模型箱限制，无法制备体积较大的土样；第二种方法是真空加压固结法，该方法多需在土中预埋排水管道，而该管道往往会对模型土的连续性造成影响；第三种方法是加压固结的方式，根据压力来源不同目前主要采用重物堆载和千斤顶反力加载两类，重物堆载存在费事费力且压力均匀性控制困难的问题，千斤顶反力加载方式在土样较软情况下极易出现偏压现象而导致很难保证压力的均匀性的问题。
【发明内容】
[0003]针对上述现有技术的不足之处，本发明的目的是提供一种重塑土的固结方法。
[0004]本发明的另一个目的是提供一种上述重塑土的固结方法所使用的固结装置，用于固结重塑土样。
[0005]为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下:
[0006]一种重塑土的固结方法，包括以下步骤:将所要固结的重塑土置于土样模型箱内，整平重塑土的上表面，测定重塑土的高度H，将传力膜铺平在重塑土的表面，调整百分表并记录百分表的读数匕，h作为初始读数；调节气压直至气压的压力值为所需的固结压力值P，排水后按时读取百分表读数h，当次读数和上一次读数的差值小于定值时，重塑土固结完成。
[0007]所述气压调节阀可使土样模型箱内的固结压力值P控制在O?IMPa之间，压力表所显示压力值即为土样模型箱内的固结压力值。
[0008]所述排水后按时读取百分表读数Ii1是指排水后每隔一个小时读取百分表读数h 1<3
[0009]所述当次读数和上一次读数的差值小于定值，其中的定值是指0.0005H。
[0010]—种上述重塑土的固结方法所使用的固结装置，包括土样模型箱以及位于土样模型箱上的盖板，所述盖板的下面四周设有密封垫凹槽，传力膜式密封垫位于所述密封垫凹槽内，所述土样模型箱的外底部设有排水阀门，所述排水阀门通过排水通道与储水槽连接，所述土样模型箱的内底面设有储水槽，所述储水槽内铺设有固体颗粒，所述固体颗粒上铺设有排水板，在土样模型箱的顶部设有檐口，所述盖板通过所述檐口上设有的檐口螺栓圆孔与螺栓配合同土样模型箱连接。
[0011]所述盖板的中部设有贯穿的盖板气压管圆孔，四周设有贯穿的盖板螺栓圆孔，所述盖板气压管圆孔通过气管与气压调节阀连接，所述气压调节阀上设有压力表，气压调节阀的另一端通过气管与气栗连接。
[0012]所述盖板是厚度为5cm的有机玻璃板，所述有机玻璃板四周长、宽方向均设有4个直径为1.5cm的盖板螺栓圆孔。
[0013]所述土样模型箱为中空的长方体，四周侧壁上设有四个方形小孔，所述小孔内设有两道钢丝筛网，所述小孔的边长为4cm，所述钢丝筛网的孔径为2500目，钢丝筛网焊接固定在小孔内。
[0014]所述土样模型箱内设有百分表，通过磁力百分表架固定，所述百分表的测量头顶住钢垫板，所述钢垫板水平位于所述传力膜式密封垫的传力膜上。
[0015]所述土样模型箱底侧面设有圆孔，使储水槽内的水可通过该圆孔排到土样模型箱夕卜，在土样模型箱侧壁的圆孔上安装排水阀门，排水阀门的开闭可控制储水槽的排水情况。
[0016]所述传力膜式密封垫包含密封垫和与其连接的传力膜，所述密封垫的横断面为矩形，所采用的材料为三元乙丙橡胶，传力膜的厚度为0.5mm，材料为三元乙丙橡胶。
[0017]所述檐口为一圈厚度为5mm，宽度为5cm的钢板，所述钢板焊接在所述土样模型箱的顶部，所述檐口的长、宽方向均设有4个直径为1.5cm的圆孔。
[0018]所述储水槽的长、宽均比土样模型箱内部的长、宽尺寸小2?3cm，储水槽的深度为 Icm0
[0019]所述排水板的厚度为2cm，所述排水板为有机玻璃排水板，长和宽均比土样模型箱内部的长、宽尺寸小2?3mm，排水板上布满通透的圆孔，所述圆孔的孔径为0.2mm。
[0020]所述固体颗粒的粒径在0.5?Imm之间，选自石英砂、玻璃微珠、不锈钢细颗粒中的至少一种，优选石英砂。
[0021]所述密封垫凹槽的宽度比密封垫的宽度大2_，深度为密封垫厚度的一半。
[0022]由于采用上述技术方案，本发明具有以下优点和有益效果:
[0023]本发明的气压式重塑土固结装置具有固结压力精准、控制简单、作用于土样上的压力分布均匀的优点。
[0024]本发明通过气压加压方式可实现简单、精准、快速地控制固结压力值，通过设置传力膜式密封垫传递气压，可避免气压直接与土样接触破坏土样，并可保证压力均匀作用在土样上，通过在土样模型箱侧壁开口可使传力膜与土样密贴。
【附图说明】
[0025]图1为本发明实施例的气压式重塑土固结装置的立体结构示意图。
[0026]图2为图1所示的气压式重塑土固结装置的竖向切面结构示意图。
[0027]图3为本发明实施例中土样模型箱的主视图。
[0028]图4为本发明实施例中土样模型箱的俯视图。
[0029]图5为本发明实施例中盖板的俯视图。
[0030]图6为本发明实施例中盖板的主视图。
[0031]图7为本发明实施例中传力膜式密封垫的主视图。
[0032]图8为本发明实施例中传力膜式密封垫的俯视图。
[0033]其中:1为土样模型箱，2为盖板，3为传力膜式密封垫，4为重塑土，5为排水阀门，6为钢垫板，7为檐口，8为檐口螺栓圆孔，9为钢丝筛网，10为磁力百分表架，11为百分表，12为气管，13为气压调节阀，14为压力表，15为气栗，16为固体颗粒，17为储水槽，18为排水板，19为螺栓，20为排水通道，21为密封垫凹槽，22为盖板气压管圆孔，23为盖板螺栓圆孔，24为密封垫，25为传力膜。
【具体实施方式】
[0034]下面结合附图所示实施例对本发明作进一步详细的说明。
[0035]实施例1
[0036]一种重塑土的固结方法，包括以下步骤:将所要固结的重塑土 4置于土样模型箱I内，整平重塑土 4的上表面，测定重塑土 4的高度H，将传力膜25铺平在重塑土 4的表面，调整百分表11并记录百分表11的读数匕，Ii1作为初始读数；调节气压直至气压的压力值为所需的固结压力值P，排水后每隔一个小时读取百分表读数Ii1，当次读数和上一次读数的差值小于0.0005H时，重塑土固结完成。
[0037]其中，i表示测量次数，传力膜25主要有两个作用:(1)传力膜25作为柔性体可以将气压作用到土体表面，且能保证受力均匀；(2)隔开土体与气体，避免出现气压劈裂土体的情况。
[0038]所述气压调节阀13可使土样模型箱I内的固结压力值P控制在O?IMPa之间，压力表11所显示压力值即为土样模型箱I内的固结压力值。
[0039]具体的操作步骤如下:
[0040](I)关闭排水阀门5，将所要固结的重塑土 4置于土样模型箱I内，整平重塑土 4的上表面，测定重塑土 4的高度H (单位mm)；
[0041](2)将所述传力膜式橡胶垫3置于土样模型箱I的顶部，并将传力膜25铺平在重塑土 4的上表面；
[0042](3)在传力膜25中间位置放置钢垫板6，将磁力百分表架10固定在土样模型箱I侧壁上，在磁力百分表架10上装上百分表11，调整百分表11，保证百分表11垂直并使百分表测头顶在钢塾板6上；
[0043](4)盖上有机玻璃盖板2，用扳手拧紧螺栓19，使密封垫24压缩在盖板2的密封垫凹槽21内；
[0044](5)透过有机玻璃盖板2记录百分表11读数Ii1 (单位mm)，并记录作为初始读数；根据百分表11读数可计算土样的沉降量。
[0045](6)打开气栗15，调节气压调节阀13，直至压力表14所显示的压力值为所需的固结压力值P，锁定气压调节阀13 ;
[0046](7)打开