本實(shí)用新型屬于建設(shè)工程技術(shù)領(lǐng)域，涉及土工試驗(yàn)中飽和重塑土樣的制備，尤其針對含水量高且不易成型的飽和重塑軟黏土試樣的制備。

背景技術(shù)：

現(xiàn)階段，含有壓縮試驗(yàn)、滲透試驗(yàn)、三軸試驗(yàn)、剪切試驗(yàn)、貫入試驗(yàn)、流變試驗(yàn)等在內(nèi)的土工重塑試驗(yàn)在進(jìn)行試驗(yàn)前，都應(yīng)制備試驗(yàn)所需的重塑土樣。土樣制備效果與質(zhì)量直接關(guān)乎土工試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。因此，基于穩(wěn)定、均勻、可控的制樣方式，制備出的試樣對工程實(shí)踐以及科學(xué)研究都有巨大的幫助。

常用的土樣制備方式有：第一種，把干土制成均勻泥漿，利用烘干箱烘干等方式，將泥漿含水量降至規(guī)定要求，然后進(jìn)行人工揉搓或壓樣器擠壓，制備成不同形狀、不同含水量、不同孔隙比的土樣。但其弊端是，在分析其制樣的結(jié)果時，由于脫水采用風(fēng)干或烘干的方式，導(dǎo)致內(nèi)部與表面失水速度不同，土樣會出現(xiàn)較多硬塊。再者人工揉搓以及填土擠壓導(dǎo)致土樣存在分層情況，呈現(xiàn)出非均勻狀態(tài)，影響測試結(jié)果準(zhǔn)確性，進(jìn)而影響試驗(yàn)結(jié)果。且當(dāng)含水量較高，土樣不能成形時，以往制樣方法難以成樣；第二種，采用模型箱預(yù)壓的方法，將土樣放在模型箱中，土體通過頂部與底部細(xì)沙層或土工布進(jìn)行排水，在土樣頂部預(yù)壓荷載。但運(yùn)用此方法時，由于各自的上下表面的排水條件變化較大，且土樣含水量變化多以經(jīng)驗(yàn)確定，難以量化計(jì)算，因此，無法確定當(dāng)前土樣的狀態(tài)，據(jù)此確定預(yù)壓的時間。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)中，傳統(tǒng)飽和土樣制備方法不均勻、不穩(wěn)定且不可控的缺陷。本實(shí)用新型提供一種可控含水量與孔隙比的軟黏土單面排水固結(jié)精確制樣裝置，該裝置通過頂面預(yù)壓固結(jié)，采用頂面不排水，底面基于均勻透水石排水的方式，并通過記錄當(dāng)前狀態(tài)土層的厚度，收集裝置下底面排出水量，精確計(jì)算土樣當(dāng)前狀態(tài)的含水量與孔隙比，精確制備均勻的試樣。本實(shí)用新型可通過制作不同大小和型號的裝置，滿足不同土工試驗(yàn)的要求，如將該裝置其放在低溫控制箱中，可研究不同溫度的制樣影響。

為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案是：

一種單面排水固結(jié)的土工精確制樣裝置，包括不透水加載蓋板1、帶有刻度的儲樣圓管2、透水石板3、槽型圓臺4、裝置底座5、集水槽6。

所述的透水石板3嵌入槽型圓臺4中，采用膠黏劑粘結(jié)，制樣時，透水石板3上方放置濾紙；所述的裝置底座5通過膠黏劑粘結(jié)在槽型圓臺4的底面；所述的獨(dú)立的集水槽6位于透水石板3下方，裝置底座5內(nèi)部，用于放置排出的水8，精確測定土樣7當(dāng)前的含水量和孔隙比；所述的帶有刻度的儲樣圓管2 通過膠黏劑粘結(jié)在槽型圓臺4的頂面，土樣7在儲樣圓管2內(nèi)部，制樣時，采用凡士林均勻涂抹在儲樣圓管2的壁面；所述的不透水加載蓋板1位于土樣7 上方，制樣時，不透水加載蓋板1側(cè)面均勻涂抹凡士林，防止頂面透水，減少摩擦。以上各部分均采用透明度好、強(qiáng)度高、耐久性好的有機(jī)玻璃制成，組裝完成后檢驗(yàn)該裝置的密閉性。

使用該制樣裝置時，首先，將凡士林均勻涂抹在儲樣圓管2的壁面，再將濾紙墊在透水石板3上，把制樣裝置和集水槽6分別稱重，將配制好的泥漿土樣沿儲樣圓管壁2滑入；然后，將不透水加載蓋板1側(cè)面均勻涂抹凡士林后，放在儲樣圓管2中，記錄試樣高度H與裝置質(zhì)量；最后，在不透水加載蓋板1 上亞重砝碼，進(jìn)行單面排水固結(jié)，記錄當(dāng)前的試樣高度和集水槽的質(zhì)量，計(jì)算出當(dāng)前狀態(tài)下試樣的含水量與孔隙比，以此確定壓重荷載以及時間。

本實(shí)用新型的有益效果為：該裝置造價低，經(jīng)濟(jì)性好，裝置連接簡單，體積輕便，操作容易。制備的試樣，均勻不分層無硬塊。且該制備的多組土樣差別甚小，穩(wěn)定極好?？蓢?yán)格控制土樣的含水量和孔隙比，制備精確度高。

附圖說明

圖1是土工精確制樣裝置的主視圖；

圖2是土工精確制樣裝置的左視圖；

圖3是土工精確制樣裝置的俯視圖；

圖4是土工精確制樣裝置的仰視圖；

圖5是圖3中A-A的剖面圖；

圖中：1不透水加載蓋板；2帶有刻度的儲樣圓管；3透水石板；4槽型圓臺；5裝置底座；6集水槽；7土樣；8排出的水。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合技術(shù)方案(和附圖)詳細(xì)敘述本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式。

在圖中，以上實(shí)用新型可根據(jù)試驗(yàn)土樣的具體要求，制作不同型號和大小的各組件。建議采用透明度較好，強(qiáng)度較高，耐久性好的有機(jī)玻璃制作。各部分按順序連接，首先，將透水石板3嵌入槽型圓臺4中，用膠黏劑粘結(jié)；再將裝置底座5用膠黏劑粘結(jié)在槽型圓臺4的底面；將帶有刻度的儲樣圓管2用膠黏劑粘結(jié)在槽型圓臺4的頂面，最后放入獨(dú)立的不透水加載蓋板1，獨(dú)立的集水槽6。以上各部分均采用透明度好、強(qiáng)度高、耐久性好的有機(jī)玻璃制成，組裝完成后檢驗(yàn)該裝置的密閉性。

使用該灌漿裝置時，首先，將凡士林均勻涂抹在儲樣圓管2的壁面，再將濾紙墊在透水石板3上，把裝置和集水槽稱重，將配制好的泥漿(已知m₀、m_s、 w₀、d_s)沿儲樣圓管壁2滑入，稱重；然后，將面積為S的不透水加載蓋板1側(cè)面均勻涂抹凡士林后，放在圓管1中，記錄試樣高度H₀；最后，加載蓋板亞重砝碼，進(jìn)行單面排水固結(jié)，記錄當(dāng)前狀態(tài)試樣高度H和集水槽6的質(zhì)量?；诠接?jì)算出當(dāng)前狀態(tài)下試樣的含水量與孔隙比，以此確定壓重荷載與時間。最后滑出試樣，進(jìn)行相關(guān)土工試驗(yàn)，清洗相關(guān)裝置，試樣制備結(jié)束。

按下式可計(jì)算出當(dāng)前狀態(tài)下土樣精確的含水量與孔隙比。

V₀＝S·H₀ (1.1)

V＝S·H (1.2)

ρ₀＝m₀/V₀ (1.3)

m＝m₀-m_排 (1.4)

ρ＝m/V (1.5)

w＝m_s/(m₀-m_排) (1.6)

e₀＝(1+w₀)d_sρ_w/ρ₀-1 (1.7)

e＝(1+w)d_sρ_w/ρ-1 (1.8)

式中：V₀代表土樣的初始體積；S代表不透水加載蓋板的面積；H₀代表帶有刻度的儲樣圓管初始高度；V代表土樣的當(dāng)前體積；H代表帶有刻度的儲樣圓管當(dāng)前高度；ρ₀代表土樣初始密度；m₀代表土樣初始質(zhì)量；m_排代表集水槽中水的質(zhì)量；m代表土樣的當(dāng)前質(zhì)量；ρ代表土樣當(dāng)前密度；w代表土樣當(dāng)前含水率； m_s代表干土樣初始質(zhì)量；e₀代表土樣的初始孔隙比；w₀代表土樣初始含水率；d_s代表土粒比重；ρ_w代表水的質(zhì)量；e代表土樣的當(dāng)前孔隙比。