本發(fā)明涉及一種土樣的排水固結(jié)裝置以及制備方法，屬于試驗(yàn)裝置領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著疏浚行業(yè)的技術(shù)發(fā)展，對(duì)水、機(jī)、土之間相互作用的研究愈發(fā)深入。疏浚施工存在許多涉土過程，如射流破土、絞刀耙頭切削等，其面臨的問題都非常復(fù)雜，往往需要通過室內(nèi)的大尺度實(shí)驗(yàn)進(jìn)行研究，為防止研究結(jié)果的偶然性，需進(jìn)行重復(fù)性實(shí)驗(yàn)，同時(shí)為獲得規(guī)律性結(jié)果，需提供單一的土質(zhì)條件，這對(duì)制備性質(zhì)均勻的大尺度土樣提出了要求。而且，土樣制備是研究土體性質(zhì)過程中的首要環(huán)節(jié)，土樣制備的優(yōu)劣對(duì)研究結(jié)果影響較大。但是，土質(zhì)條件受諸多因素影響，大尺度均勻土樣的制備成為難點(diǎn)，尤其是對(duì)于研究?jī)r(jià)值較大的高強(qiáng)度土而言，還需提供較高載荷進(jìn)行固結(jié)排水才能在可控時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)制備。

目前應(yīng)用較成熟的排水固結(jié)方式有：水箱圍壓固結(jié)、堆載預(yù)壓和真空預(yù)壓等，其裝置和方法在制備大尺度、高強(qiáng)度均勻土樣的制備時(shí)，存在如下問題：（1）大多針對(duì)小尺寸土樣，尺度增加后如果簡(jiǎn)單地等比例縮放，調(diào)勻、擊實(shí)等操作均不便于操作，甚至根本無法實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)，如通過水箱圍壓方式固結(jié)，大尺度水箱的加壓密封裝置極其龐大而復(fù)雜；（2）堆載預(yù)壓通過配重的方式進(jìn)行加載，對(duì)于大尺度土樣而言，受載面積增加而需較大配重，不僅搬運(yùn)不便，操作繁重，而且配重所占空間極大而不易實(shí)現(xiàn)，或堆載過高而存在安全隱患。（3）真空預(yù)壓最大可利用載荷為大氣壓強(qiáng)，壓力有限，制備高強(qiáng)度土樣耗時(shí)過長(zhǎng)，且能耗過大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

目的：針對(duì)目前排水固結(jié)方法不適合大尺度土樣的問題，本發(fā)明提出一種土樣的排水固結(jié)裝置以及制備方法，利用杠桿原理加倍土樣的施加載荷，施加壓力方便調(diào)節(jié)，固結(jié)過程中載荷穩(wěn)定，可測(cè)量排水體積而實(shí)時(shí)預(yù)估土樣含水率和性質(zhì)變化，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)易、無耗能。

技術(shù)方案：為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：

一種土樣的排水固結(jié)裝置，包括底板、前面板、后面板、左面板、右面板、上壓板、兩根支撐桿、兩根承接壓力桿、杠桿組、活節(jié)螺栓和集水盤，所述底板設(shè)置在集水盤的正中間，所述前面板、后面板、左面板和右面板分別通過活節(jié)螺栓固定在底板的四周，形成箱體結(jié)構(gòu)，且前、后、左、右四塊面板中相鄰兩塊之間采用活節(jié)螺栓連接，所述前面板和后面板外側(cè)面各對(duì)稱焊接有兩根方鋼，所述方鋼的上端開有方形孔，所述上壓板的上方兩側(cè)對(duì)稱設(shè)有若豎直支架，所述豎直支架的上端開有半圓孔，所述支撐桿的兩端通過螺栓固定在方鋼上端的方形孔上，所述承接壓力桿安裝在上壓板上方的豎直支架的半圓孔中，所述杠桿組包括砝碼盤和杠桿，所述杠桿的一端設(shè)有砝碼盤，另一端開有圓孔，所述杠桿開有圓孔的一端穿過支撐桿，且在杠桿上與承接壓力桿相對(duì)應(yīng)的位置上開有半圓孔，使其穿過承接壓力桿。

優(yōu)選地，所述底板、前面板、后面板、左面板、右面板和上壓板上均開有直徑6mm間隔20mm的密集通孔。

優(yōu)選地，所述集水盤的下端裝有出水閥門。

一種土樣制備方法，采用所述的一種土樣的排水固結(jié)裝置制備土樣，具體方法如下：

1）土樣制備：

1a）測(cè)定所取土料的基本性質(zhì)，主要包括：含水率、粒級(jí)分布、顆粒比重、液塑限、最優(yōu)含水率和最大干密度；

1b）根據(jù)所需土粒質(zhì)量備取一定質(zhì)量的土料，考慮測(cè)量誤差以及制備時(shí)土料的浪費(fèi)，所取土量應(yīng)當(dāng)比理論計(jì)算值多30%；

1c）將步驟1b）中所取得土料曬干，去除雜物，干燥后用平板振動(dòng)器碾碎，再將碾碎土粒過2mm篩，取篩下土粒密封保存，并測(cè)定其含水率；

2）準(zhǔn)備制備裝置

2a）安裝制備裝置，先將前、后、左、右面板安裝于底板四周，擰緊活節(jié)螺栓，然后將其安放于集水盤正中間；

2b）鋪設(shè)砂墊層，在箱體內(nèi)鋪設(shè)粗砂和細(xì)砂兩層砂墊，粗砂在下細(xì)砂在上，厚度根據(jù)所需透水量和土樣尺度而定；

2c）在細(xì)砂層之上以及箱體四面內(nèi)壁鋪設(shè)一層土工布，并在四周預(yù)留比箱體寬度長(zhǎng)10%的土工布，再在土工布內(nèi)側(cè)鋪設(shè)200目的不銹鋼網(wǎng)；

3）拌合土料

3a）根據(jù)比土體液限高出10～20%的含水率，稱量一定質(zhì)量的水，倒入攪拌機(jī)內(nèi)筒；

3b）開動(dòng)攪拌機(jī)，稱量一定質(zhì)量的干土料，緩慢、均勻地逐漸投放于攪拌機(jī)內(nèi)，與水充分?jǐn)嚢?，待其均勻后，再攪?5分鐘，停止攪拌；

3c）取出步驟3b）中攪拌好的粘土料，置于密封塑料桶內(nèi)靜置一晝夜，以確保水與土粒拌合充分；

4）裝土施壓

4a）將步驟3）拌合好的土料，分層填入箱體內(nèi)，相鄰兩層間的結(jié)合面需進(jìn)行刨毛處理，每層厚度不超過100mm；

4b）隨后將不銹鋼網(wǎng)和土工布包裹住整個(gè)土料，然后在其上鋪設(shè)一定厚度砂墊層，再在其上方放置上壓板，并使杠桿開有圓孔的一端穿過支撐桿，然后采用螺栓將支撐桿兩端分別固定在前后面板的方鋼上端的方形孔中，承接壓力桿安放于上壓板上的豎直支架上端的半圓孔中，并使得杠桿架于承接壓力桿之上；

4c）在土樣頂部適當(dāng)位置，通過磁性表座安裝百分表，以監(jiān)測(cè)土樣的沉降位移；

4d）根據(jù)設(shè)計(jì)載荷依次在砝碼盤中放置砝碼，適時(shí)記錄經(jīng)過一定時(shí)間后的壓縮量和排水體積；

4e）等待固結(jié)排水完成。

有益效果：本發(fā)明提供了一種土樣的排水固結(jié)裝置以及制備方法，通過集水盤可以收集土樣固結(jié)過程中的排水，從而測(cè)量排水體積，與傳統(tǒng)的土樣排水固結(jié)方式相比，上述制備裝置操作過程簡(jiǎn)易，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，拆卸搬運(yùn)輕松，改變了缺失在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行大尺度的土樣排水固結(jié)裝置的狀況。

附圖說明

圖1為本發(fā)明制備裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明制備裝置正視圖；

圖3為本發(fā)明制備裝置俯視圖；

圖4為本發(fā)明上壓板三維圖；

圖5為本發(fā)明集水盤三維圖；

圖6為本發(fā)明底板三維圖。

圖中：1底板、2前面板、3后面板、4左面板、5右面板、6上壓板、7支撐桿、8承接壓力桿、9杠桿組、9-1-杠桿、9-2-砝碼盤、10活節(jié)螺栓、11集水盤。

具體實(shí)施方式

為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本申請(qǐng)中的技術(shù)方案，下面將結(jié)合本申請(qǐng)實(shí)施例中的附圖，對(duì)本申請(qǐng)實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本申請(qǐng)一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒旧暾?qǐng)中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都應(yīng)當(dāng)屬于本申請(qǐng)保護(hù)的范圍。

如圖1-6所示，一種土樣的排水固結(jié)裝置，包括底板、前面板、后面板、左面板、右面板、上壓板、兩根支撐桿、兩根承接壓力桿、杠桿組、活節(jié)螺栓和集水盤，所述底板設(shè)置在集水盤的正中間，所述前面板、后面板、左面板和右面板分別通過活節(jié)螺栓固定在底板的四周，形成箱體結(jié)構(gòu)，且前、后、左、右四塊面板中相鄰兩塊之間采用活節(jié)螺栓連接，所述前面板和后面板外側(cè)面各對(duì)稱焊接有兩根方鋼，所述方鋼的上端開有方形孔，所述上壓板的上方兩側(cè)對(duì)稱設(shè)有若豎直支架，所述豎直支架的上端開有半圓孔，所述支撐桿的兩端通過螺栓固定在方鋼上端的方形孔上，所述承接壓力桿安裝在上壓板上方的豎直支架的半圓孔中，所述杠桿組包括砝碼盤和杠桿，所述杠桿的一端設(shè)有砝碼盤，另一端開有圓孔，所述杠桿開有圓孔的一端穿過支撐桿，且在杠桿上與承接壓力桿相對(duì)應(yīng)的位置上開有半圓孔，使其穿過承接壓力桿。

優(yōu)選地，所述底板、前面板、后面板、左面板、右面板和上壓板上均開有直徑6mm間隔20mm的密集通孔，有利于排水固結(jié)。

優(yōu)選地，所述集水盤的下端裝有出水閥門，可測(cè)量土樣固結(jié)的排水體積。

一種土樣制備方法，采用所述的一種土樣的排水固結(jié)裝置制備土樣，具體方法如下：

1）土樣制備：

1a）測(cè)定所取土料的基本性質(zhì)，主要包括：含水率、粒級(jí)分布、顆粒比重、液塑限、最優(yōu)含水率和最大干密度；

1b）根據(jù)所需土粒質(zhì)量備取一定質(zhì)量的土料，考慮測(cè)量誤差以及制備時(shí)土料的浪費(fèi)，所取土量應(yīng)當(dāng)比理論計(jì)算值多30%；

1c）將步驟1b）中所取得土料曬干，去除雜物，干燥后用平板振動(dòng)器碾碎，再將碾碎土粒過2mm篩，取篩下土粒密封保存，并測(cè)定其含水率；

2）準(zhǔn)備制備裝置

2a）安裝制備裝置，先將前、后、左、右面板安裝于底板四周，擰緊活節(jié)螺栓，然后將其安放于集水盤正中間；

2b）鋪設(shè)砂墊層，在箱體內(nèi)鋪設(shè)粗砂和細(xì)砂兩層砂墊，粗砂在下細(xì)砂在上，厚度根據(jù)所需透水量和土樣尺度而定；

2c）在細(xì)砂層之上以及箱體四面內(nèi)壁鋪設(shè)一層土工布，并在四周預(yù)留比箱體寬度長(zhǎng)10%的土工布，再在土工布內(nèi)側(cè)鋪設(shè)200目的不銹鋼網(wǎng)；

3）拌合土料

3a）根據(jù)比土體液限高出10～20%的含水率，稱量一定質(zhì)量的水，倒入攪拌機(jī)內(nèi)筒，注意需對(duì)攪拌機(jī)進(jìn)行適當(dāng)密封措施，防止漏水；

3b）開動(dòng)攪拌機(jī)，稱量一定質(zhì)量的干土料，緩慢、均勻地逐漸投放于攪拌機(jī)內(nèi)，與水充分?jǐn)嚢瑁渚鶆蚝?，再攪?5分鐘，停止攪拌，若土量過大，超過攪拌機(jī)內(nèi)筒體積的1/3，可分幾次進(jìn)行攪拌，然后將每次的攪拌土料在依次取出形同質(zhì)量進(jìn)行攪拌，以確保攪拌均勻；

3c）取出步驟3b）中攪拌好的粘土料，置于密封塑料桶內(nèi)靜置一晝夜，以確保水與土粒拌合充分；

4）裝土施壓

4a）將步驟3）拌合好的土料，分層填入箱體內(nèi)，每層厚度不超過100mm，各層裝入后采用平板抹平，借助激光水平儀，調(diào)整各層高度，注意盡量減少土層內(nèi)氣泡。裝入上層前，需在下層表面進(jìn)行刨毛處理，以減小分層的影響；

4b）隨后將不銹鋼網(wǎng)和土工布包裹住整個(gè)土料，然后在其上鋪設(shè)一定厚度砂墊層，再在其上方放置上壓板，并使杠桿開有圓孔的一端穿過支撐桿，然后采用螺栓將支撐桿兩端分別固定在前后面板的方鋼上端的方形孔中，承接壓力桿安放于上壓板上的豎直支架上端的半圓孔中，并使得杠桿架于承接壓力桿之上；

4c）在土樣頂部適當(dāng)位置，通過磁性表座安裝百分表，以監(jiān)測(cè)土樣的沉降位移；

4d）根據(jù)設(shè)計(jì)載荷依次在砝碼盤中放置砝碼，適時(shí)記錄經(jīng)過一定時(shí)間后的壓縮量和排水體積，本發(fā)明依靠杠桿原理，在杠桿一端施加砝碼，使土樣能受到較大的壓力，且固結(jié)過程中壓力穩(wěn)定；

4e）等待固結(jié)排水完成。

本發(fā)明中，活節(jié)螺栓安裝于各面板兩邊處，土料放入其形成的箱體內(nèi)，蓋上上壓板，通過在砝碼盤上加砝碼，利用杠桿原理，對(duì)土樣進(jìn)行施加壓力；所述的底板、前面板、后面板、左面板、右面板、上壓板的厚度可依據(jù)實(shí)際所需壓實(shí)土樣強(qiáng)度改變。

本發(fā)明中，杠桿數(shù)量可以依據(jù)實(shí)際需要調(diào)節(jié)，但是需要對(duì)稱布置，砝碼依據(jù)需要進(jìn)行配重。

本發(fā)明中提及的砝碼、百分表、攪拌機(jī)、土工布、不銹鋼網(wǎng)均為常規(guī)技術(shù)手段，故而未加詳述。

本發(fā)明提及的集水盤中間為一凸起面，這樣水會(huì)流入四周下凹的集水槽內(nèi)，從而可將閥門打開進(jìn)行收集測(cè)量。

對(duì)所公開的實(shí)施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對(duì)這些實(shí)施例的多種修改對(duì)本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會(huì)被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。