专利名称：一种粉土三轴试验试样的制备方法及其装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种三轴试验(静三轴和动三轴)所用试样的泥浆制备方法，主要适用于粉土。
背景技术：
粉土在我国分布广，其中以黄土为典型，黄土面积占国土面积的6.3%。为了研究粉土的力学，三轴试验是一种常见的技术手段。通�？梢圆捎醚姑芊ɡ粗票干巴寥哦匝惩潦匝靡嬗谒恼承裕捎迷赐烈子谑迪�。作为砂土和粘土之间的一种土，如果简单地按照砂土或粘土的方法制备试样，将使试样的微观结构较大地有别于现场的实际情况，导致试验结果较大程度地不同于现场实际情况。粉土具有一定的粘性，但粘结力不高，不足以抵抗非扰动土样制备过程中的破坏，这样造成了粉土试样制备的困难，阻碍了粉土的研究。为了更好地开展粉土力学特性的研究，制备可靠的试样显得十分重要。
发明内容
本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种能重现土的微观结构，土的力学行为更接近真实情况，而且土样重现度高，尽可能的减少试样之间的差异性对试验结果的影响的粉土三轴试验试样的制备方法。本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种实现该粉土三轴试验试样的制备方法的装置。为了解决上述第一个技术问题，本发明提供的粉土三轴试验试样的制备方法在粉土中加入足量水，使含水量是液限的1. 5倍，然后采用自动搅拌机低速搅拌土样，使土样成流塑状态的泥浆；将泥浆倒入放在三轴仪底座上对开圆模(两片合成)内，对开圆模内套有橡皮膜、透水石和滤纸；让泥浆在自重作用下沉淀，为了保证上层水不挥发，用塑料薄膜将上层水封闭；在泥浆上部加死载，为了保证泥浆不溢出，缓慢逐步加载，待泥浆在当前荷载下完成固结排水后，再添加下一级荷载；待泥浆在上部死载作用下完成固结成试样后，撤除死载，去掉试样上层蒸馏水，用橡皮膜和橡胶圈封闭试样；由于侧壁摩擦，固结压力从上至下不均匀，为了改善试样的均匀性，连接真空负压，使试样在负压下进一步固结；待试样在负压下完成固结，撤除负压即可。所述的自动搅拌机的低速为55转/分钟 65转/分钟。所述的真空负压的值大于死载引起的应力，小于三轴试验所需的固结压力。为了解决第二个技术问题，本发明提供的实现粉土三轴试验试样的制备方法的装置，对开圆模上端对接有PVC管，所述的对开圆�：退龅腜VC管套装有橡皮膜，所述的对开圆模下端设有底座和第一橡皮圈，所述的PVC管上设有上帽和第二橡皮圈，所述的底座上方依次设有第一透水板和第一滤纸，所述的上帽的下方依次设有第二透水板和第二滤纸，所述的对开圆模的下端设置在压力室内支架的下端，所述的压力室内支架上端设有压力杆，所述的压力杆的下端与所述的上帽对接，所述的压力杆上端设有死载，所述的压力室内支架上设有作用于所述的压力杆的轴向位移表，所述的底座设有底座水阀，所述的上帽设有上帽水阀，一个真空负压器与所述的底座水阀和所述的上帽水阀通过水管连接，还包括一个长嘴漏斗。所述的真空负压器设有存水室和干燥室，所述的存水室通过第一气阀和第二气阀分别与所述的水管连接，所述的干燥室通过上气阀与真空源连接。采用上述技术方案的粉土三轴试验试样的制备方法及其装置，操作简单，技术手段易于掌握；制备试样所需设备比较简单，所需试样制备成本低；采用这种方案，土样内部均匀性比较好，土样在同种条件下实验结果重现度高，可以较高程度地再现自然界土层的微观结构，不需要切割土样，减小扰动，试验结果可信度高。因此，本发明专利是一种有效可靠的粉土三轴试验试样的制备方法及其装置。
图1是通过漏斗将泥浆倒入对开圆模内的示意图。图2是泥浆在死载下固结的示意图。图3是泥浆在真空负压下固结的示意图。附图1-3中1 一底座、2—第一透水板、3—第一滤纸、4一橡皮膜、5—第一橡胶圈、
6一对开圆模、7—PVC管、8—长嘴漏斗、9一底座水阀、10一泥衆、11一第二滤纸、12—第二透水板、13—上帽、14 一蒸馏水、15—压力室内支架、16—压力杆、17—轴向位移表、18—死载、19 一第二橡I父圈、20 一上帽水阀、21 一存水室、22 一干燥室、23 一上气阀、24 一第一气阀、25—第二气阀、26—水管。
具体实施例方式以下结合附图对本发明的具体实施方式
做详细说明。本提供的粉土三轴试验试样的制备方法，在粉土中加入足量水，使含水量是液限的1. 5倍，然后采用自动搅拌机低速搅拌土样，使土样成流塑状态；将泥浆倒入放在三轴仪底座上对开圆模(两片合成)内，对开圆模内套有橡皮膜、透水石和滤纸；让土样在自重作用下沉淀，为了保证上层水不挥发，用塑料薄膜将上层水封闭；在试样上部加死载，为了保证泥浆不溢出，缓慢逐步加载，待土样在当前荷载下完成固结排水后，再添加下一级荷载；待土样在上部死载作用下完成固结后，撤除死载，去掉试样上层蒸馏水，用橡皮膜和橡胶圈封闭试样；由于侧壁摩擦，固结压力从上至下不均匀，为了改善试样的均匀性，连接真空负压(其值大于死载引起的应力，小于三轴试验所需的固结压力)，使试样在负压下进一步固结；待试样在负压下完成固结，即可撤除负压，组装三轴试验装备，进行三轴试验。参见图1、图2和图3，本发明提供的实现粉土三轴试验试样的制备方法的装置的结构是对开圆模6上端对接有PVC管7，对开圆模6和PVC管7套装有橡皮膜4，对开圆模6下端设有底座I和第一橡皮圈5，PVC管7上设有上帽13和第二橡皮圈19，底座I上方依次设有第一透水板2和第一滤纸3，上帽13的下方依次设有第二透水板12和第二滤纸11,对开圆模6的下端设置在压力室内支架15的下端，压力室内支架15上端设有压力杆16，压力杆16的下端与上帽13对接，压力杆16上端设有死载18，压力室内支架15上设有作用于压力杆16的轴向位移表17，底座I设有底座水阀9，上帽13设有上帽水阀20，底座水阀9和上帽水阀20分别与水管26连接，真空负压器设有存水室21和干燥室22，存水室21通过第一气阀24和第二气阀25分别与水管26连接，干燥室22通过上气阀23与真空源连接，还包括一个长嘴漏斗8。参见图1、图2和图3，本发明在具体实施中，由下列步骤来实现第一步选取1000克粉土，倒入搅拌机的容器内，往土样中倒入蒸馏水，使土样含水量为液限的1. 5倍，采用抹刀搅拌土样，使其处于流塑状态；第二步为了避免水分挥发，用塑料纸密封装有土样的搅拌机容器，并静置一夜(约10个小时)，使土颗粒充分吸收水。第三步采用带有扁平桨叶(搅拌过程中不会产生很多气泡)的搅拌机搅拌土样15分钟，为了避免引起过多气泡，应低速(55转/分钟 65转/分钟)搅拌，使土样搅拌均匀成为泥浆。第四步在泥浆搅拌过程中，在三轴仪压力室直径为71mm的底座I上按顺序放好第一透水板2和第一滤纸3 (直径均为71mm)，在底座I外套好内径为71mm的橡皮膜4，并用第一橡皮圈5将橡皮膜4套牢在底座I上，避免后面过程中泥浆中的水分从底座外围渗出。第五步将内直径为71mm的制样对开圆模6套住底座1，箍紧对开圆模6。将橡皮膜4在对开圆模6内伸展开并在它的顶部反扣。为了保证试样表面平顺度，通过对开圆模6的吸气孔施加真空负压90kPa(尽可能大的负压)，使橡皮膜4紧贴在对开圆模6内壁。第六步在对开圆模6上部套上一个可以卸装的内直径为71. 5mm的高强度的PVC管7，PVC管7的高度以对开圆模6套上PVC管7后能装下泥浆为准。为了避免从PVC管7和对开圆模6接口处漏浆漏水，套上PVC管7前，在PVC管7接口内壁涂上少许的油脂。第七步待泥浆搅拌均匀，将其通过长嘴漏斗8倒入套有PVC管7的对开圆模6内，直到预定位置(为了制备高度为142_的试样，需要通过多次尝试得到该位置，做好标记)，用塑料纸或保鲜膜封盖PVC管7，避免泥浆10中水分挥发。第八步待泥浆10在自重作用下沉淀3小时(该时间是通过不断尝试得到的，宗旨是防止放置上帽13时溢浆)，然后轻轻地将第二滤纸11、第二透水板12和上帽13 —起轻轻地放置在泥浆10上方，并在上帽13上放一定量的蒸馏水14防止泥浆10水分挥发。让泥浆10在第二透水板12和上帽13压力下排水2小时。第九步安装三轴仪压力室内支架15，将压力杆16穿过压力室顶部轨道放置在泥浆顶的上帽13上，在压力杆16上安装好轴向位移表17，记录泥浆竖向变形，让泥浆在压力杆16重量下(包括轴向位移计重量)完成固结(根据竖向变形-log时间曲线判断固结是否完成)。第十步在压力杆16顶端逐步增加死载18，待泥浆10在当前死载18下完成固结成试样后(根据竖向变形-log时间曲线判断固结是否完成)，再加下一级荷载，最终所有竖向荷载使试样顶端竖向固结压应力约达到30kPa。第十一步由于泥浆10和橡皮膜4之间的摩擦，竖向固结压力从上往下会减小，固结压力不均会导致试样密度不均。为了提供均布固结压力，撤除竖向死载18，用真空负压一40kPa进一步固结试样。实施方案如下逐步撤除死载18，避免对下面试样产生较大扰动，卸除压力支架15、压力杆16和轴向位移计17 ;用针管吸除上帽表层蒸馏水14，然后撤掉上帽13、第二透水板12和第二滤纸11 ;用蒸馏水冲净上帽13和第二透水板12，然后将新的浸透过的第二滤纸11和冲净的第二透水板12和上帽13放置在试样上，在上帽13上套上橡皮膜4和第二橡皮圈19以封闭试样；通过水管26将底座水阀9和上帽13接通真空负压器，真空负压器包括存水室21和干燥室22，存水室下有第一气阀24和第二气阀25，真空负压通过干燥室22之上的上气阀23进入真空负压器。缓慢加负压至一 40kPa，使试样同时通过试样上、下端排水固结，记录试样固结竖向变形，根据竖向变形-log时间曲线判断固结是否完成。第十二步让试样在真空负压下完成固结后，缓慢降低负压至零，然后撤除排水管和对开圆模6，这时试样制备完毕，组装加压等设备，即可进行静三轴或动三轴试验。采用以上泥浆沉淀法制备试样，从头到尾耗时约为2天。本发明专利介绍制备直径为71mm、高度为142mm的试样,可适当地改装设备来制备其他大小的试样,制样原理和步骤相同。
权利要求
1.一种粉土三轴试验试样的制备方法，其特征是在粉土中加入足量水，使含水量是液限的1. 5倍，然后采用自动搅拌机低速搅拌土样，使土样成流塑状态的泥浆；将泥浆倒入放在三轴仪底座上对开圆模内，对开圆模内套有橡皮膜、透水石和滤纸；让泥浆在自重作用下沉淀，用塑料薄膜将上层水封闭；在泥浆上部加死载，为了保证泥浆不溢出，缓慢逐步加载，待泥浆在当前荷载下完成固结排水后，再添加下一级荷载；待泥浆在上部死载作用下完成固结成试样后，撤除死载，去掉试样上层蒸馏水，用橡皮膜和橡胶圈封闭试样；连接真空负压，使试样在负压下进一步固结；待试样在负压下完成固结，撤除负压即可。
2.根据权利要求1所述的粉土三轴试验试样的制备方法，其特征是所述的自动搅拌机的低速为55转/分钟 65转/分钟。
3.根据权利要求1或2所述的粉土三轴试验试样的制备方法，其特征是所述的真空负压的值大于死载引起的应力，小于三轴试验所需的固结压力。
4.实现权利要求1所述的粉土三轴试验试样的制备方法的装置，其特征是对开圆模 (6)上端对接有PVC管(7)，所述的对开圆模(6 )和所述的PVC管(7)套装有橡皮膜(4)，所述的对开圆模(6)下端设有底座(I)和第一橡皮圈(5)，所述的PVC管(7)上设有上帽(13) 和第二橡皮圈(19)，所述的底座(I)上方依次设有第一透水板(2)和第一滤纸(3)，所述的上帽(13)的下方依次设有第二透水板(12)和第二滤纸(11)，所述的对开圆模(6)的下端设置在压力室内支架(15)的下端，所述的压力室内支架(15)上端设有压力杆(16)，所述的压力杆(16)的下端与所述的上帽(13)对接，所述的压力杆(16)上端设有死载(18)，所述的压力室内支架(15)上设有作用于所述的压力杆(16)的轴向位移表(17)，所述的底座(I)设有底座水阀(9)，所述的上帽(13)设有上帽水阀(20)，一个真空负压器与所述的底座水阀(9) 和所述的上帽水阀(20 )通过水管(26 )连接，还包括一个长嘴漏斗(8 )。
5.根据权利要求1所述的实现粉土三轴试验试样的制备方法的装置，其特征是所述的真空负压器设有存水室(21)和干燥室(22 )，所述的存水室(21)通过第一气阀(24 )和第二气阀(25 )分别与所述的水管(26 )连接，所述的干燥室(22 )通过上气阀(23 )与真空源连接。
全文摘要
本发明公开了一种粉土三轴试验试样的制备方法及其装置。在粉土加入蒸馏水，搅拌后使土样成流塑状态即泥浆。让泥浆在对开圆模内在自重作用下沉淀。在试样上部加死载，为了保证泥浆不溢出，缓慢逐步加载，等土样完成当前荷载下固结排水后，再添加下一级荷载，撤除上部死载，采用真空负压-40kPa使试样进一步固结。最后，撤除负压和对开圆模，试样制备完毕，即可组装三轴试验设备，进行静三轴或动三轴试验。本发明操作简单，技术方法易于掌握；制备试样所需设备比较简单，所需试样制备成本低；土样内部均匀性比较好，土样之间重现度高，可以较高程度地再现自然界土层的微观结构，不需切割土样，减少扰动，试验结果可信度高。
文档编号G01N1/28GK103018085SQ20121053012
公开日2013年4月3日 申请日期2012年12月11日 优先权日2012年12月11日
发明者王树英, 阳军生 申请人:中南大学
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