一種飽和黏土的真空制樣裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種飽和黏土的真空制樣裝置，其包括制樣器以及至少一套抽真空裝置；抽真空裝置包括蓄水槽和真空泵，真空泵經(jīng)壓力管與蓄水槽連通；制樣器為一雙層筒體結(jié)構(gòu)，其包括外壁、與外壁為一體結(jié)構(gòu)的內(nèi)壁以及密封蓋，外壁與內(nèi)壁之間形成的空腔為反濾層空腔，由內(nèi)壁圍成的空腔為土樣腔，土樣腔的上部設(shè)有可移動的密封活塞，內(nèi)壁的中下部設(shè)有濾水孔；反濾層空腔內(nèi)設(shè)有反濾層，在反濾層空腔內(nèi)設(shè)有至少3套濾水管，濾水管經(jīng)壓力管與濾水槽連通，濾水管上設(shè)有多個圓孔；蓄水槽上設(shè)有真空表，制樣器上面設(shè)有閥門。本實用新型制樣裝置結(jié)構(gòu)輕巧，便于操作，可重復(fù)利用；所制備試樣均勻性好，飽和度高；制樣時間縮短。
【專利說明】一種飽和黏土的真空制樣裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種土工實驗技術(shù)，尤其涉及一種室內(nèi)飽和黏土試樣的制備裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]飽和黏土在環(huán)境變化和外荷載作用下的響應(yīng)所導(dǎo)致的工程問題非常突出，通過試驗研究、合理確定飽和黏土的變形與強(qiáng)度特性及其工程參數(shù)是黏土地基上工程建設(shè)中的關(guān)鍵問題之一。通常獲取原狀黏土試樣花費較大，而且在土工試驗與分析中存在許多問題，主要是土樣成份不均一，可比較性差，而且一般很難得到飽和土樣，試驗時需要對試樣進(jìn)行真空處理使其飽和，經(jīng)過如此處理的試樣很難反映實際，而對于實際的非飽和土樣目前無論在實驗技術(shù)還是計算理論方面尚處于探索階段。因此，對利用實驗室試樣制備技術(shù)人工制備的土樣進(jìn)行試驗研究，是目前探索飽和黏土的變形與強(qiáng)度特性的一種途徑。
[0003]目前所采用的飽和黏土制樣技術(shù)主要有兩種:(1)泥漿加壓固結(jié)制樣法:該方法通過空氣壓力機(jī)施加壓力，使土樣進(jìn)行固結(jié)，排水一直持續(xù)74hr，然后擠壓到薄壁不銹鋼桶中，通過蠟封保持含水率儲藏。所采用的這種制樣方法主要存在以下缺點:①加荷裝備比較笨重，而且不能制備體積較大的土樣，否則不能保證固結(jié)的均勻性。②操作比較復(fù)雜，操作中進(jìn)入泥漿的氣泡不易排出，土樣的飽和程度不易滿足要求。(2)真空預(yù)壓制樣法:《水運工程》1997年第12期文獻(xiàn)《室內(nèi)真空預(yù)壓制備土樣的技術(shù)及應(yīng)用》中聞澍旺等設(shè)計了室內(nèi)真空預(yù)壓粘土制樣方法，其優(yōu)點是，與泥漿加壓固結(jié)法相比，固結(jié)時間縮短，能夠制備比較均勻樣品，泥漿中氣體相對容易抽出。而其缺點是，①由于真空度約80kPa，泥漿中的氣體難以完全抽出，所制成土樣的飽和程度不高抽吸設(shè)備僅安置在泥漿上部，不能制備厚度較大的土樣，否則土樣固結(jié)將不均勻，而且制樣過程中停泵，泥漿中的水下滲至底部，容易造成土樣含水率差別較大。③所制備的土樣不能在實驗機(jī)上直接使用，需采用取土器取樣而造成擾動。
實用新型內(nèi)容
[0004]本實用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種結(jié)構(gòu)輕巧、操作方便、制樣歷時短、飽和程度高且能夠重復(fù)利用的飽和黏土的真空制樣裝置。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本實用新型所采取的技術(shù)方案是:一種飽和黏土的真空制樣裝置，其關(guān)鍵技術(shù)在于:其包括制樣器以及至少一套抽真空裝置；所述抽真空裝置包括蓄水槽和真空泵，所述真空泵經(jīng)壓力管與蓄水槽連通，所述蓄水槽經(jīng)壓力管與制樣器連通；
[0006]所述制樣器為一雙層筒體結(jié)構(gòu)，其包括外壁、與外壁為一體結(jié)構(gòu)的內(nèi)壁以及密封蓋，所述外壁與內(nèi)壁之間形成的空腔為反濾層空腔，由內(nèi)壁圍成的空腔為土樣腔，所述土樣腔的上部設(shè)有可移動的密封活塞，所述內(nèi)壁的中下部設(shè)有濾水孔；
[0007]所述反濾層空腔內(nèi)設(shè)有反濾層，在反濾層空腔內(nèi)設(shè)有至少3套濾水管，所述濾水管經(jīng)壓力管與濾水槽連通，所述濾水管上設(shè)有多個圓孔；
[0008]所述蓄水槽上設(shè)有真空表，所述制樣器上面設(shè)有閥門。
[0009]優(yōu)選的，所述反濾層由內(nèi)層和外層構(gòu)成，內(nèi)層為直徑f 2mm的粗砂，f 1.5mm和1.5?2mm粗砂的質(zhì)量比為2:1 ;外層為直徑2?3mm的礫石，2?2.5mm和2.5?3mm礫石的質(zhì)量比為1:1。
[0010]優(yōu)選的，所述濾水管環(huán)繞內(nèi)壁、且緊貼外壁從上到下設(shè)置3套。上、中、下三套濾水管距密封蓋的距離分別為150 mm、75 mm、O mm ;
[0011]所述濾水管為PVC管或鋼管，直徑為20mm，所述圓孔的直徑為1mm，所述圓孔沿管長方向間距為10mm，環(huán)向間隔角度為45°。
[0012]優(yōu)選的，所述抽真空裝置設(shè)置2套，3套濾水管兩側(cè)各借助一個四通分別與蓄水槽經(jīng)帶閥門的壓力管連通。
[0013]優(yōu)選的，所述濾水孔為均勻分布的直徑0.8mm的圓孔，濾水孔沿土樣腔的高度方向間距為2mm，環(huán)向間隔角度為15°。
[0014]以上所述的制樣裝置的制樣方法如下:
[0015]⑴配制泥漿
[0016]配制的泥漿的含水率在液限的1.2?2.5倍，取研究區(qū)黏土或人工配制黏土，將其烘干、碾碎后，過Imm的土工篩，去除顆粒較大的石子、樹根等雜物，加一定量的水浸泡3、天后，用攪拌機(jī)攪拌均勻，配制成含水率合適的泥漿；
[0017]加水質(zhì)量的計算方法按式:Wiw =(1-2?計算，
[0018]式中為加水的質(zhì)量-JBs為烘干土的質(zhì)量A為黏土的液限；
[0019](2)連接管路
[0020]將制樣裝置中的壓力管與蓄水槽、真空泵、制樣器連接好，保持管路暢通；
[0021](3)制樣器的布置
[0022]將制樣器倒置，在反濾層空腔中放置反濾層，將土工布制成的圓筒緊貼土樣腔壁，放置在土樣腔內(nèi)，倒入制備好的泥漿，擰緊底部的密封蓋；然后將制樣器放正，打開閥門，向反濾層空腔灌滿清水，并記錄灌入清水的體積；然后打開真空泵開始抽吸制樣，抽吸穩(wěn)定時，真空表保持在97±2kPa，抽吸3飛天即可制成所需試樣；
[0023](4)切削成樣
[0024]抽吸結(jié)束后，打開閥門，擰開底部的密封蓋，將試樣和土工布一起從土樣腔中取出，將土樣在三軸切削器上切削成所需試樣，即可進(jìn)行土工測試；同時，利用切削掉的不同部位的土，進(jìn)行含水率測試，比較試樣是否均勻，飽和度是否達(dá)到要求
[0025](5)重復(fù)制樣
[0026]除“在反濾層空腔7中放置反濾層5”這步操作外，完成上述步驟(3)中的其他操作，即可利用制樣器重復(fù)制備飽和黏土試樣。
[0027]采用上述技術(shù)方案所產(chǎn)生的有益效果在于:本實用新型利用反濾層原理和真空負(fù)壓抽吸方法設(shè)計，具體具備下述優(yōu)點:
[0028](I)制樣裝置結(jié)構(gòu)輕巧，便于操作，可重復(fù)利用；本實用新型中制樣器+泥漿+反濾層的總重量少于40kg，單人即可完成制樣工作。與以往制備飽和黏土的泥漿加壓固結(jié)法和真空預(yù)壓制樣法相比較，結(jié)構(gòu)輕巧、方便操作，而且無需重新安裝反濾層，重復(fù)步驟(3)即可重復(fù)制樣；
[0029](2)所制備試樣均勻性好，飽和度高；由于以混合均勻的泥漿作為制樣的原材料，并采用真空負(fù)壓抽吸的方法制樣，樣品中的氣泡，甚至水中的氣泡都能抽出，致使樣品的飽和度高、且很均勻。
[0030](3)制樣時間縮短，而且制備的圓柱形試樣經(jīng)切削可直接用于土工試驗；
[0031]以往真空抽吸方法制備樣品，抽吸過程需要約10天的時間，而目前的制樣技術(shù)僅需3飛天，主要由于土樣腔體積小且使用了至少3個環(huán)繞土樣周圍的濾水管抽吸，抽吸效果好。而且制備的樣品去掉兩端后，可直接放到制樣器上切削。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0032]圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033]圖2是本實用新型制樣器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034]圖3是圖2的俯視示意圖；
[0035]圖4是本實用新型土樣腔的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0036]圖5是濾水管的示意圖；
[0037]其中，1、真空泵；2、蓄水槽；3、壓力管；4、內(nèi)壁；5、反濾層；6、外壁；7、反濾層空腔；8、閥門；9、濾水管；10、濾水孔；11、密封活塞；12、密封蓋；13、土樣腔；14、真空表。
【具體實施方式】
[0038]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本實用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0039]參見附圖1-5，本實用新型包括制樣器以及2套抽真空裝置；所述抽真空裝置包括蓄水槽2和真空泵1，所述真空泵I經(jīng)壓力管與蓄水槽2連通，所述蓄水槽2經(jīng)壓力管與制樣器連通；
[0040]所述制樣器是采用不銹鋼制作的雙層筒體結(jié)構(gòu)，其包括外壁6、與外壁6為一體結(jié)構(gòu)的內(nèi)壁4以及密封蓋12，所述外壁6與內(nèi)壁4之間留有空腔，所述外壁6與內(nèi)壁4之間形成的空腔為反濾層空腔7，由內(nèi)壁4圍成的圓形空腔為土樣腔13，所述土樣腔13的上部設(shè)有可移動的密封活塞11，所述內(nèi)壁4的中下部設(shè)有濾水孔10 ;在反濾層空腔內(nèi)7設(shè)有三套濾水管9，所述濾水管9緊貼反濾層空腔7外壁設(shè)置，且其環(huán)繞內(nèi)壁，其埋設(shè)于反濾層5內(nèi)，三套濾水管9上、下布置,其中上、中、下三套濾水管距密封蓋12的距離分別為150 mm、75mm、0 mm,當(dāng)然可根據(jù)需要設(shè)置一套、兩套或其他數(shù)目的濾水管9。
[0041]三套濾水管9的兩側(cè)分別設(shè)置一個四通，經(jīng)匯流后通過壓力管與蓄水槽2連通，壓力管上安裝有閥門。所述濾水管9上設(shè)有多個圓孔；所述蓄水槽2上設(shè)有真空表14，所述制樣器上面設(shè)有閥門8。
[0042]制作時，制樣器采用不銹鋼制作(也可采用其他材料)，其外形尺寸直徑X高X壁厚=300_X 300_X 3_，內(nèi)部由內(nèi)壁4隔開，分為反濾層空腔7和土樣腔2部分，這2部分通過濾水孔10連通，底部有旋轉(zhuǎn)式的密封蓋12。反濾層空腔7內(nèi)放置有反濾層5和濾水管9，土樣腔13內(nèi)放置需要制備試樣的泥漿。土樣腔13結(jié)構(gòu)如附圖2、3和4所示，其為圓柱形腔，其直徑X高X壁厚=150mmX300mmX3mm，上半部為供可移動式密封活塞11移動的內(nèi)壁，下半部為開有濾水孔10的內(nèi)壁。濾水孔10為均勻分布的直徑0.8mm的圓孔，圓孔沿土樣腔13的軸向方向間距為2mm，環(huán)向間隔角度為15°。
[0043]所述濾水管9為PVC管或鋼管,直徑為20mm,管上均勻分布直徑Imm的圓孔(也可為其他形狀的孔)，圓孔沿管長方向間距為10mm，環(huán)向間隔角度為45°，這里的環(huán)向間隔角度是指沿濾水管9的周向角度。濾水管9設(shè)計成環(huán)狀，緊貼反濾層空腔7的外壁。3套濾水管9位置距罐底部分別為0、75、150mm，埋設(shè)在反濾層5中。
[0044]所述反濾層空腔內(nèi)7設(shè)有反濾層5，所述反濾層5由內(nèi)層和外層構(gòu)成，反濾層5使用直徑為廣3_的砂、礫石。制作時，用硬紙卷成直徑為22.5_筒狀，放在反濾層空腔7中部，將f 2_的粗砂放置在土樣腔13和紙筒之間，形成內(nèi)層，將2~3_的砂礫石放置在紙筒和制樣器外壁之間形成外層，然后再將硬紙卷抽出來即可。
[0045]使用時，所述真空泵可采用型號為2XZ - 2型的產(chǎn)品2個；所述蓄水槽設(shè)置2個，長方體，采用有機(jī)玻璃板加工形成，長X寬X高X壁厚=300mmX 200mmX 150mm X IOmm ；所述壓力管為PVC透明軟管，內(nèi)徑6mm，壁厚2_5mm，工作壓力0.5-1.5MPa，市場有售；所述真空表為Z-150型，市場有售。
[0046]采用以上所述制樣裝置的制樣方法如下:
[0047](I)測定黏土的液限、含水率、密度和比重。
[0048](2)配制泥漿
[0049]配制泥漿方法:配制的泥漿不宜過稀或過稠，一般泥漿的含水率在液限的1.2~2.5倍比較合適。可以取研究區(qū)黏土，也可以人工配制黏土，例如取某一地區(qū)的黏性土，將其烘干、碾碎后，過Imm的土工篩，去除顆粒較大的石子、樹根等雜物，然后稱重得到I，加一定量的水浸泡3飛天后，用攪拌機(jī)攪拌均勻，配制成含水率合適的泥漿。加水質(zhì)量的計算
方法按式子:
【權(quán)利要求】
1.一種飽和黏土的真空制樣裝置，其特征在于:其包括制樣器以及至少一套抽真空裝置；所述抽真空裝置包括蓄水槽(2)和真空泵(I )，所述真空泵(I)經(jīng)壓力管與蓄水槽(2)連通，所述蓄水槽(2)經(jīng)壓力管與制樣器連通； 所述制樣器為一雙層筒體結(jié)構(gòu)，其包括外壁(6)、與外壁(6)為一體結(jié)構(gòu)的內(nèi)壁(4)以及密封蓋(12)，所述外壁(6)與內(nèi)壁(4)之間形成的空腔為反濾層空腔(7)，由內(nèi)壁(4)圍成的空腔為土樣腔(13)，所述土樣腔(13)的上部設(shè)有可移動的密封活塞(11)，所述內(nèi)壁(4)的下半部分設(shè)有濾水孔(10)； 在反濾層空腔(7)內(nèi)設(shè)有反濾層(5)，在反濾層空腔內(nèi)設(shè)置至少3套濾水管(9)，所述濾水管(9)經(jīng)壓力管與蓄水槽(2)連通，所述濾水管(9)上設(shè)有多個圓孔； 所述蓄水槽(2 )上設(shè)有真空表(14 )，所述制樣器上面設(shè)有閥門(8 )。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的飽和黏土的真空制樣裝置，其特征在于:所述反濾層(5)由內(nèi)層和外層構(gòu)成，內(nèi)層為直徑f 2mm的粗砂，外層為直徑2?3mm的礫石。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的飽和黏土的真空制樣裝置，其特征在于:三套濾水管(9)環(huán)繞內(nèi)壁(4)、且緊貼外壁(6)從上到下設(shè)置，上、中、下三套濾水管距密封蓋(12)的距離分別為 150 mm,75 mm、0 mm ； 所述濾水管(9)為PVC管或鋼管，直徑為20mm，所述圓孔的直徑為1mm，所述圓孔沿管長方向間距為10mm，環(huán)向間隔角度為45°。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的飽和黏土的真空制樣裝置，其特征在于:所述抽真空裝置設(shè)置2套，3套濾水管(9)兩側(cè)各借助一個四通分別與蓄水槽(2)經(jīng)帶閥門的壓力管連通。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的飽和黏土的真空制樣裝置，其特征在于:所述濾水孔(10)為均勻分布的直徑0.8mm的圓孔，濾水孔(10)沿土樣腔(13)的高度方向間距為2mm，環(huán)向間隔角度為15°。
【文檔編號】G01N1/28GK203719989SQ201420049420
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年1月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月25日
【發(fā)明者】齊劍峰, 羅會來, 賀可強(qiáng) 申請人:石家莊經(jīng)濟(jì)學(xué)院