本實用新型涉及一種飽和土樣的制備裝置及方法，尤其涉及一種用于室內(nèi)土工試驗中飽和土樣的制備裝置及方法。

背景技術(shù)：

由于土的形成年代、生成壞境及成分的不同，所以地基的性質(zhì)是復雜而多樣的。因此，工程在設(shè)計前必須對場地進行工程地質(zhì)勘察，并對土進行物理、力學性質(zhì)試驗，作出工程地質(zhì)評價。土工試驗可以確定很多非常重要的參數(shù)，如地基承載力和地基變形計算中的參數(shù)，因此，在各類工程項目建設(shè)中，土工試驗起著非常重要的作用。作在整個巖土工程中，土工試驗與理論計算和施工檢驗是相輔相成的三個環(huán)節(jié)。土工試驗是巖土工程規(guī)劃和設(shè)計的前期工作。該項工作不僅在工程實踐中十分重要，而比在學科理論的研究和發(fā)展中也起著決定性作用。例如早期的摩爾一庫侖強度理論、達西定律、壓實理論等土力學理論幾乎都是基于實驗測試的結(jié)果。

土工試驗中試樣的制備程序是試驗工作的第一個質(zhì)量要素，試樣制作的好壞，將直接影響試驗成果。而很多土工試驗需要制備飽和土試樣，其飽和程度的好壞將直接影響試驗成果。

參考《土工試驗技術(shù)手冊》，土的孔隙逐漸被水填充的過程稱為飽和，當孔隙被水充滿時的土，稱為飽和土。試樣飽和方法宜根據(jù)土樣的透水性能分別采用以下方法:

(一)粗粒土采用浸水飽和法，可直接在儀器上飽和。

(二)滲透系數(shù)大于 cm/s的細粒土采用毛細管飽和法。該法選用框式飽和器。在帶試樣的環(huán)刀上下放濾紙和透水板，裝人飽和器內(nèi)，并旋緊螺母，將飽和器放人水箱內(nèi)，注人清水，水面不宜將試樣淹沒，使土中氣體得以排出。關(guān)上箱蓋，防止水分蒸發(fā)，借土的毛細管作用，使試樣飽和。浸水時間不得少于兩晝夜，使試樣充分飽和。

(三)滲透系數(shù)小(等)于 cm/s的細粒土采用抽氣飽和法。該法選用框式或疊式飽和器和真空飽和裝置。將裝有試樣的飽和器放人真空缸內(nèi)，在蓋和缸之間涂一薄層凡士林，以防漏氣。真空缸和抽氣機接通，啟動抽氣機，當真空壓力表讀數(shù)接近當?shù)匾粋€大氣壓力值時，稍微開啟管夾，使清水徐徐注人真空缸。在注水過程中，真空壓力表讀數(shù)宜保持不變。待水淹沒飽和器后停止抽氣，引水管自供水箱中提出，開管夾使空氣進人真空缸，靜止一段時間，細粒土宜為10h,借大氣壓力使試樣飽和。

(四)飽和度的大小，對滲透試驗、固結(jié)試驗和剪切試驗的成果均有影響。對于不測孔隙水壓力的試驗，一般認為:飽和度大于95%即認為飽和。對于需要測定孔隙水壓力參數(shù)的試驗，如二軸壓縮試驗，應(yīng)變控制加荷固結(jié)試驗，對飽和度的要求較高(99%以上)，宜采用二氧化碳或反壓力飽和方法。

上述的傳統(tǒng)飽和方法，通過大量試驗不難發(fā)現(xiàn)，都有不足之處。浸水飽和法，由于對試樣空隙的壓力不夠，不能完全將土試樣中的氣體排出，飽和度不高，飽和速度也很慢。毛細管飽和法和抽氣飽和法，往往將土樣先裝入金屬飽和器，之后排氣或抽氣飽和，在制樣結(jié)束后取樣時由于土樣與飽和器內(nèi)壁之間有水介入，存在一定的吸力，使得土樣表面部分顆粒被拉離土樣，土樣質(zhì)量損失較大，且表面凹凸不平。同時在安裝試樣時，由于操作人員的熟練度也常會給試驗結(jié)果帶來較大誤差，如拿捏土樣時力度過大會使土樣表面坑洼，直接影響試驗結(jié)果。二氧化碳或反壓力飽和方法，雖能使土樣飽和，但工序復雜且不易操作。

針對不同滲透系數(shù)的土，不同的土工試驗，上述的飽和方法也不通用。鑒于此，設(shè)計一種可以對土試樣快速充分飽和并具有通用性的飽和方法就十分必要了。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型所要解決的技術(shù)問題是針對上述傳統(tǒng)飽和方法的不足，而提出的一種流程簡潔、操作方便、飽和充分快速、通用性強土樣的飽和裝置，它能解決目前方法中通用性差、成本高、設(shè)備很貴、飽和不充分、現(xiàn)場可操作性不強的諸多問題。

為了解決上述技術(shù)問題，本實用新型提出以下技術(shù)方案：一種用于室內(nèi)土工試驗中飽和土樣的制備裝置，它包括支撐架，所述支撐架上安裝有變壓器，變壓器通過線路和電路開關(guān)以及抽水泵構(gòu)成串聯(lián)回路，所述抽水泵的抽水管與供水箱相連，所述抽水泵的出水管與壓力水管的一端相連，所述壓力水管的另一端通過輸水軟管與飽和箱相連，所述輸水軟管的末端連接有多個飽和進水管，所述其中一個飽和進水管的末端通過L型塑料接頭與土工試樣相連，所述土工試樣設(shè)置在飽和箱內(nèi)部。

所述線路包括正極線，所述正極線的兩端連接變壓器的正極和抽水泵的正極，所述變壓器的負極通過第一線纜與電路開關(guān)的一端相連，所述電路開關(guān)的另一端通過第二線纜與抽水泵的負極相連。

所述輸水軟管上靠近壓力水管的一端安裝有壓力水表和閘門開關(guān)。

所述壓力水管的兩端分別通過第一固定夾和第二固定夾豎直固定安裝在支撐架上。

所述土工試樣包括土樣和圓柱形試樣模具，所述圓柱形試樣模具的頂部安裝有模具帽，圓柱形試樣模具的內(nèi)部的頂部和底部分別設(shè)置有上透水石和下透水石。

所述飽和進水管的末端安裝有螺帽。

土工試樣在飽和時，依托在飽和箱內(nèi)的固定網(wǎng)上，防止試樣傾倒。

本實用新型有如下有益效果：

與傳統(tǒng)飽和方法相比，本實用新型提出了一種利用壓力水飽和法，這種方法從要飽和試件的下方開始飽和，利用了氣的向上性，根據(jù)需要調(diào)節(jié)水壓力可把氣體充分排出，也可以依靠壓力把水充分滲進土樣的孔隙，使試樣充分快速飽和；傳統(tǒng)的飽和方法，對透水性能不同的土樣要采用不同的飽和方法，通用性很差，本實用新型提出的飽和方法，只需根據(jù)土樣不同的透水性能調(diào)節(jié)不同的壓力水頭即可，通用性強；此外本實用新型為這個方法提供了一種裝置，這種裝置操作方便，可以根據(jù)需要隨時用抽水泵抽水制造壓力水頭，用降后的電壓，安全度高，結(jié)構(gòu)簡單，自己在實驗室就可以完成組裝，不需要買昂貴的設(shè)備，成本低，實用價值高，具有很大的推廣應(yīng)用價值。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作進一步說明。

圖1是本實用新型的平面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：變壓器1、正極線2、線路3、抽水泵4、電路開關(guān)5、支撐架6、供水箱7、壓力水管8、第一固定夾901、第二固定夾902、閘門開關(guān)10、壓力水表11、輸水軟管12、飽和箱13、飽和進水管14、L型塑料接頭15、螺帽16、土工試樣17、模具帽171、上透水石172、下透水石173、固定網(wǎng)18。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本實用新型的實施方式做進一步的說明。

實施例1：

如圖1，一種用于室內(nèi)土工試驗中飽和土樣的制備裝置，它包括支撐架6，所述支撐架6上安裝有變壓器1，變壓器1通過線路3和電路開關(guān)5以及抽水泵4構(gòu)成串聯(lián)回路，所述抽水泵4的抽水管401與供水箱7相連，所述抽水泵4的出水管402與壓力水管8的一端相連，所述壓力水管8的另一端通過輸水軟管12與飽和箱13相連，所述輸水軟管12的末端連接有多個飽和進水管14，所述其中一個飽和進水管14的末端通過L型塑料接頭15與土工試樣17相連，所述土工試樣17設(shè)置在飽和箱13內(nèi)部。

進一步的，所述變壓器1可以將居民生活常用電壓降到5V。電路開關(guān)5可以根據(jù)試驗需要而隨時控制抽水泵4的工作狀態(tài)，

進一步的，所述線路3包括正極線2，所述正極線2的兩端連接變壓器1的正極和抽水泵4的正極，所述變壓器1的負極通過第一線纜301與電路開關(guān)5的一端相連，所述電路開關(guān)5的另一端通過第二線纜302與抽水泵4的負極相連。

進一步的，所述輸水軟管12上靠近壓力水管8的一端安裝有壓力水表11和閘門開關(guān)10。

進一步的，所述壓力水管8的兩端分別通過第一固定夾901和第二固定夾902豎直固定安裝在支撐架6上。

進一步的，所述土工試樣17包括土樣和圓柱形試樣模具，所述圓柱形試樣模具的頂部安裝有模具帽171，圓柱形試樣模具的內(nèi)部的頂部和底部分別設(shè)置有上透水石172和下透水石173。所述模具帽171為透氣結(jié)構(gòu)，方便排氣，主要作用是防止飽和時水的壓力把土樣頂出，造成土樣質(zhì)量損失，影響試樣成果。

進一步的，所述飽和進水管14的末端安裝有螺帽16。所述飽和進水管14的端頭為金屬接頭，當飽和進水管14處于工作狀態(tài)時，飽和進水管通過金屬接頭連接L型塑料接頭15，當飽和進水管14沒有用于飽和試樣時，金屬接頭接有螺帽16，以防止水流出。

土工試樣在飽和時，依托在飽和箱內(nèi)的固定網(wǎng)18上，防止試樣傾倒。

實施例2：

一種用于室內(nèi)土工試驗中飽和土樣的制備方法，具體步驟如下：

1）采集土樣，在取樣過程中，土樣不得受壓、受擠和受扭，在運輸過程避免振動破壞土體結(jié)構(gòu)；

2）將塊狀土放在橡皮板上用木碾碾散，或用碎土機碾散。如果土樣含水率較大，可先風干至易碾散為止；

3）根據(jù)試驗所需土樣數(shù)量，將碾散的土樣過篩。物理性試驗土樣過0.5mm篩；力學性試驗土樣過2mm篩；擊實試驗土樣過5mm篩；

4）下透水石裝入圓柱形試樣模具，然后圓柱形試樣模具下端擰上模具帽，把篩好的試驗土樣裝入模具，分4次擊實，1/3、1/3、1/6、1/6，每次擊實次數(shù)根據(jù)設(shè)計的干密度確定；

5）在制備好的土樣上方放上上透水石，圓柱形試樣模具上端擰上模具帽，則制備好要飽和的土工試樣；

6）把要飽和的土工試樣安裝進上述的飽和土樣制備裝置，土工試樣和L型塑料接頭之間要涂抹凡士林；

7）考慮到飽和土試樣主要存在土樣內(nèi)氣體難以排出，水難以充分滲進孔隙，影響飽和度，本實用新型提出一種壓力飽和法。

進一步的，所述壓力飽和法具體步驟如下：

1）通上電源，經(jīng)過變壓器的降壓，將居民生活常用電壓降到5V，變壓器通過電線路把降后的電輸送到抽水泵；

2）用抽水泵把水抽進壓力水管內(nèi)，制造壓力水頭，在壓力水管下面設(shè)有閘門開關(guān)和壓力表，根據(jù)壓力表的數(shù)值和試驗所需壓力的大小隨時通過抽水泵調(diào)節(jié)壓力水頭；

3）壓力水管的壓力水通過輸水軟管和飽和進水管，從下方進入要飽和的土工試樣，土工試樣上方為透氣透水結(jié)構(gòu)，則根據(jù)需要調(diào)節(jié)壓力即可把氣體充分排出，也可以依靠壓力把水充分滲進土樣的孔隙，使試樣充分快速飽和。

本實用新型的具體工作過程和工作原理為：

與傳統(tǒng)飽和方法相比，本實用新型提出了一種利用壓力水飽和法，這種方法從要飽和試件的下方開始飽和，利用了氣的向上性，根據(jù)需要調(diào)節(jié)水壓力可把氣體充分排出，也可以依靠壓力把水充分滲進土樣的孔隙，使試樣充分快速飽和；傳統(tǒng)的飽和方法，對透水性能不同的土樣要采用不同的飽和方法，通用性很差，本實用新型提出的飽和方法，只需根據(jù)土樣不同的透水性能調(diào)節(jié)不同的壓力水頭即可，通用性強；此外本實用新型為這個方法提供了一種裝置，這種裝置操作方便，可以根據(jù)需要隨時用抽水泵抽水制造壓力水頭，用降后的電壓，安全度高，結(jié)構(gòu)簡單，自己在實驗室就可以完成組裝，不需要買昂貴的設(shè)備，成本低，實用價值高，具有很大的推廣應(yīng)用價值。

通過上述的說明內(nèi)容，本領(lǐng)域技術(shù)人員完全可以在不偏離本項實用新型技術(shù)思想的范圍內(nèi)，進行多樣的變更以及修改都在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。本實用新型的未盡事宜，屬于本領(lǐng)域技術(shù)人員的公知常識。