本申請(qǐng)涉及土工試驗(yàn)，具體為一種室內(nèi)土工試驗(yàn)試樣飽和方法及裝置。

背景技術(shù)：

1、在多種室內(nèi)土工試驗(yàn)試樣飽和方法中，根據(jù)試樣的透水性能，可選用浸水飽和法、毛管飽和法及抽氣飽和法，而三軸試驗(yàn)的試樣飽和方法可以采用抽氣飽和法、水頭飽和法和反壓飽和法。砂土可以直接在三軸試驗(yàn)儀器內(nèi)浸水飽和。針對(duì)滲透系數(shù)大于1×10-4cm/s的較易透水的細(xì)粒土，可以采用毛管飽和法。而針對(duì)滲透系數(shù)小于1×10-4cm/s的不易透水的細(xì)粒土，宜采用抽氣飽和法，抽氣飽和法耗時(shí)一般較長(zhǎng)，當(dāng)土的結(jié)構(gòu)性較弱時(shí)，抽氣會(huì)對(duì)試樣產(chǎn)生擾動(dòng)。而水頭飽和法原理是施加水頭差，在土體內(nèi)部產(chǎn)生滲流，土體內(nèi)部孔隙會(huì)被水充填從而達(dá)到飽和，此方法的缺點(diǎn)是水頭過大會(huì)導(dǎo)致滲透破壞，會(huì)對(duì)試樣造成擾動(dòng)，從而影響對(duì)試樣后續(xù)的力學(xué)試驗(yàn)結(jié)果。反壓飽和是通過外界的加壓裝置提供一個(gè)反壓力，將除氣水壓入試樣之中，從而使試樣孔隙水壓力升高，待孔隙水壓力提高到一定程度時(shí)，試樣中的殘余空氣將會(huì)在壓力作用下溶解在水中，從而實(shí)現(xiàn)試樣的飽和。由于人為地在試樣內(nèi)部施加壓力，在三軸試驗(yàn)的剪切階段，這種反壓力的存在會(huì)對(duì)土體的力學(xué)指標(biāo)產(chǎn)生一定的影響。

2、cn118130201a公開了一種用于1_g振動(dòng)臺(tái)實(shí)驗(yàn)大型土樣制備的可控飽和系統(tǒng)及實(shí)施方法，包括如下步驟：s1：制備除氣水：打開儲(chǔ)水壓力容器的進(jìn)水閥門，通過進(jìn)水管道將純凈水注入儲(chǔ)水壓力容器，當(dāng)儲(chǔ)水壓力容器中水位達(dá)到連通器指示的零刻度時(shí)，關(guān)閉進(jìn)水閥門；通過進(jìn)氣管道，將難溶性氣體充入高壓難溶氣體容器；打開真空泵和第一氣體閥門，通過調(diào)節(jié)負(fù)壓調(diào)壓閥控制儲(chǔ)水壓力容器中的真空度；待純凈水中溶解的氣體排凈，得到除氣水后，關(guān)閉真空泵和第一氣體閥門；打開第三氣體閥門并調(diào)節(jié)正壓調(diào)壓閥，使高壓難溶氣體容器中的難溶性氣體充入儲(chǔ)水壓力容器中，直至儲(chǔ)水壓力容器中的氣壓穩(wěn)定于指定值；s2：二氧化碳滲濾：打開第一氣體閥門，通過和模型箱相連的氣/液共用輸出管道，二氧化碳?xì)怏w勻速注入土壤試樣中；s3：除氣水滲濾：打開第三氣體閥門并調(diào)節(jié)正壓調(diào)壓閥，使儲(chǔ)水壓力容器內(nèi)的氣體壓力始終保持恒定后，打開出水節(jié)流閥門，使步驟s1得到的除氣水通過氣/液共用輸出管道注入土壤試樣中，得到飽和土壤試樣。該方法通過在常壓下通入二氧化碳替換試樣孔隙中的空氣，再通入除氣水充滿試樣的孔隙，在常壓通入二氧化碳時(shí)，試樣孔隙的空氣可能沒有完全排出而影響后續(xù)的力學(xué)試樣。

3、本案解決的技術(shù)問題是：如何更充分地讓試樣飽和，提高試樣的飽和速度、降低對(duì)試樣的擾動(dòng)從而使得后續(xù)的力學(xué)試驗(yàn)獲得更準(zhǔn)確的指標(biāo)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為解決上述技術(shù)問題，本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N室內(nèi)土工試驗(yàn)試樣飽和方法，通過先對(duì)試樣施加負(fù)壓，使試樣的孔隙的空氣排出，再使試樣的孔隙充滿二氧化碳?xì)怏w，通過此方式，在進(jìn)行注水并加壓飽和時(shí)，可以提高飽和速度，減少飽和時(shí)間和對(duì)試樣的擾動(dòng)，避免影響后續(xù)的力學(xué)試驗(yàn)。

2、同時(shí)，還提供了一種室內(nèi)土工試驗(yàn)試樣飽和裝置。

3、本申請(qǐng)的技術(shù)方案是：

4、一種室內(nèi)土工試驗(yàn)試樣飽和方法，其包括以下步驟：

5、步驟1：獲取密封容器的容積、試樣的體積、試樣達(dá)到飽和時(shí)所需水的體積；

6、步驟2：試樣置于密封容器內(nèi)，在真空條件下，向密封容器通入易溶于水的氣體直至密封容器的氣壓為常壓；再向容器通入除氣水直至除氣水充滿密封容器后，向除氣水加壓至預(yù)設(shè)壓力并保壓，記錄除氣水的注入總體積；

7、步驟3：根據(jù)密封容器的容積、試樣的體積、除氣水的注入總體積，得到進(jìn)入試樣孔隙的除氣水體積；當(dāng)進(jìn)入試樣孔隙的除氣水體積等于試樣達(dá)到飽和所需除氣水的體積時(shí)，則得到飽和試樣。

8、優(yōu)選地，所述步驟1中，獲取試樣達(dá)到飽和時(shí)所需除氣水的體積的具體操作為：

9、步驟11：獲取試樣的含水率、比重、密度；根據(jù)含水率、比重、密度，得到試樣的孔隙比和飽和度；

10、步驟12：根據(jù)試樣體積、孔隙比和飽和度，得到試樣達(dá)到飽和時(shí)所需除氣水的體積。

11、優(yōu)選地，所述步驟11中，孔隙比的計(jì)算公式為：

12、其中，e為孔隙比，gs為比重，ω為含水率，ρ為試樣的密度，ρw為水的密度；

13、試樣的飽和度的計(jì)算公式為：

14、其中，sr為飽和度，gs為比重，ω為含水率，e為孔隙比。

15、優(yōu)選地，所述步驟12中，

16、試樣達(dá)到飽和時(shí)所需除氣水的體積的計(jì)算公式為：；

17、其中，v1為飽和時(shí)所需除氣水的體積，v2為試樣的體積，e為孔隙比，sr為飽和度。

18、優(yōu)選地，所述步驟2中，所述易溶于水的氣體為二氧化碳?xì)怏w；所述預(yù)設(shè)壓力大于101kpa。

19、優(yōu)選地，所述步驟3中，進(jìn)入試樣孔隙的除氣水體積的計(jì)算公式為：v3＝v4-(v5-v2)，

20、其中，v3為進(jìn)入試樣孔隙的除氣水體積，v4為除氣水的注入總體積，v5為密封容器的容積，v2為試樣的體積。

21、同時(shí)，還提供了一種室內(nèi)土工試驗(yàn)試樣飽和裝置，用于實(shí)現(xiàn)上述室內(nèi)土工試驗(yàn)試樣飽和方法；包括：

22、密封容器：用于承載試樣并使試樣處于密封環(huán)境；

23、負(fù)壓?jiǎn)卧河糜谙蛟嚇邮┘迂?fù)壓；

24、注水單元：用于向密封容器通入除氣水；

25、加壓?jiǎn)卧河糜谙蛎芊馊萜鲀?nèi)的除氣水施加壓力；

26、注氣單元：用于向密封容器通入易溶于水的氣體；

27、所述負(fù)壓?jiǎn)卧c密封容器的頂部連通；所述注水單元、加壓?jiǎn)卧?、注氣單元分別與密封容器的底部連通。

28、優(yōu)選地，所述密封容器的底部設(shè)有用于檢測(cè)除氣水的注入體積的第一傳感器；所述加壓?jiǎn)卧O(shè)有用于檢測(cè)除氣水壓力的第二傳感器。

29、優(yōu)選地，所述負(fù)壓?jiǎn)卧?、注水單元、加壓?jiǎn)卧?、注氣單元均設(shè)有閥門。

30、優(yōu)選地，所述注水單元、加壓?jiǎn)卧?、注氣單元通過四通管與第一傳感器的一端連通，所述第一傳感器的另一端與密封容器的底部連通。

31、本申請(qǐng)上述技術(shù)方案中的一個(gè)技術(shù)方案至少具有如下優(yōu)點(diǎn)或有益效果之一：

32、本方案通過先對(duì)密封容器抽真空，排出試樣孔隙內(nèi)的空氣，再通入易溶于水的氣體恢復(fù)至常壓，使易溶于水的氣體充滿試樣孔隙，最后通入除氣水并加壓保壓，使除氣水充滿試樣孔隙。通過此方式，易溶于水的氣體可以支撐試樣的初始結(jié)構(gòu)，避免試樣在吸水過程中初始結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，試樣的孔隙能夠保持原本形狀，減少飽和過程中試樣的擾動(dòng)，其次，通過抽真空再通易溶于水的氣體，保證試樣孔隙中空氣完全排出，而易溶于水的氣體在注水后會(huì)溶于除氣水中，從而使試樣的孔隙充滿除氣水，提高試樣的飽和效果。除氣水在充滿試樣孔隙的過程中，通過對(duì)除氣水加壓至一定壓力后保壓，提高除氣水進(jìn)入試樣孔隙的速度，減少飽和時(shí)間。

技術(shù)特征：

1.一種室內(nèi)土工試驗(yàn)試樣飽和方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的室內(nèi)土工試驗(yàn)試樣飽和方法，其特征在于，所述步驟1中，獲取試樣達(dá)到飽和時(shí)所需除氣水的體積的具體操作為：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的室內(nèi)土工試驗(yàn)試樣飽和方法，其特征在于，所述步驟11中，孔隙比的計(jì)算公式為：

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的室內(nèi)土工試驗(yàn)試樣飽和方法，其特征在于，所述步驟12中，

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的室內(nèi)土工試驗(yàn)試樣飽和方法，其特征在于，所述步驟2中，所述易溶于水的氣體為二氧化碳?xì)怏w；所述預(yù)設(shè)壓力大于101kpa。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的室內(nèi)土工試驗(yàn)試樣飽和方法，其特征在于，所述步驟3中，進(jìn)入試樣孔隙的除氣水體積的計(jì)算公式為：v3＝v4-(v5-v2)，

7.一種室內(nèi)土工試驗(yàn)試樣飽和裝置，其特征在于，用于實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1-6任一所述的室內(nèi)土工試驗(yàn)試樣飽和方法；包括：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的室內(nèi)土工試驗(yàn)試樣飽和裝置，其特征在于，所述密封容器的底部設(shè)有用于檢測(cè)除氣水的注入體積的第一傳感器；所述加壓?jiǎn)卧O(shè)有用于檢測(cè)除氣水壓力的第二傳感器。

9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的室內(nèi)土工試驗(yàn)試樣飽和裝置，其特征在于，所述負(fù)壓?jiǎn)卧?、注水單元、加壓?jiǎn)卧?、注氣單元均設(shè)有閥門。

10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的室內(nèi)土工試驗(yàn)試樣飽和裝置，其特征在于，所述注水單元、加壓?jiǎn)卧?、注氣單元通過四通管與第一傳感器的一端連通，所述第一傳感器的另一端與密封容器的底部連通。

技術(shù)總結(jié)
本申請(qǐng)涉及土工試驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域，提供了一種室內(nèi)土工試驗(yàn)試樣飽和方法，包括以下步驟：步驟1：獲取密封容器的容積、試樣的體積、試樣達(dá)到飽和時(shí)所需水的體積；步驟2：試樣置于密封容器內(nèi)，在真空條件下，向密封容器通入易溶于水的氣體直至密封容器的氣壓為常壓；向容器充滿除氣水后，再向除氣水加壓至預(yù)設(shè)壓力并保壓，記錄除氣水的注入總體積；步驟3：根據(jù)密封容器的容積、試樣的體積、除氣水的注入體積，得到孔隙的除氣水體積；當(dāng)進(jìn)入試樣孔隙的除氣水體積等于試樣達(dá)到飽和所需水的體積時(shí)，則得到飽和試樣。本方法可以減少飽和過程中試樣的擾動(dòng)，提高飽和速率，減少飽和時(shí)間，達(dá)到更好的飽和效果。同時(shí)，還提供了一種室內(nèi)土工試驗(yàn)試樣飽和裝置。

技術(shù)研發(fā)人員：汪波,廖先斌,趙新杰,王雪,周從艷,鄢洲一
受保護(hù)的技術(shù)使用者：廣東中煤江南工程勘測(cè)設(shè)計(jì)有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/10