一種泥漿固結制樣設備及其使用方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于巖土工程試驗技術領域，特別涉及一種實心圓柱細顆粒土泥漿固結制樣設備與使用方法
【背景技術】
[0002]室內靜動三軸儀可以獨立控制的動態(tài)圍壓和動態(tài)軸向力，能模擬工程中遇到的大多數應力路徑，是研宄土體在各種應力條件下力學性質的必要設備。對細顆粒土的靜態(tài)和動態(tài)的力學特性進行研宄，其中很重要的一個環(huán)節(jié)就是室內試驗的試樣制備問題。
[0003]試樣的制備方法對試驗結果有著決定性的影響。最初，室內對自然沉積土的試驗都是用原狀樣。然而對于細顆粒土，很難獲得原狀樣，因為它們很容易被擾動且基本難以恢復。一種有效地獲得原狀樣的方法是凍結取樣，但是這種方法耗費很高，且適用范圍很小。另一種方法就是將凝膠或類似膠凝的材料注入土壤中使其固化并取樣，然后在實驗室中將凝膠在受控條件下移除。但是，對于滲透性較差的土該方法是很不適用的，整個過程承受著較高的擾動風險。在實驗室中制備試樣最常見的方法就是重塑土樣，土樣重塑最關鍵的目的就是與原狀樣有著相同或相似的力學性質和土體結構。為了滿足這一要求，泥漿固結(沉積固結)被應用到細粒土的試樣制備中，然而，現有的泥漿固結方法存在著很多問題:試樣的均勻性難以保證；試樣制備太過復雜；整個過程耗時太多等。盡管細顆粒土可以采用與砂土固結類似的方法，但細粒土試樣更容易受到擾動或破壞。因此，需要開發(fā)新的泥漿固結制樣設備與使用方法以保證試樣的均勻性與可重復性，同時降低制樣時間，提高制樣效率。
[0004]在本發(fā)明之前，專利“基于真空聯(lián)合電滲作用的重塑軟粘土制樣裝置及方法(申請編號:CN201310251375.0)”公開了一種軟粘土制樣裝置及方法，其滲透排水底座上依次鋪設無紡土工布、礫石層、砂墊層、電滲陰極，乳膠膜上下端分別外翻套在裝樣固結筒上，其與滲透排水底座通過法蘭盤由螺栓固定，水汽分離筒上安裝有電接點真空表，并由通氣管分別與滲透排水底座和真空泵相連，泥漿倒入裝樣固結筒指定高度后，放入電滲陽極，電滲陽極與陰極分別用導線與可編程直流電源相連。在真空負壓與電滲聯(lián)合作用下，加快土體排水固結速度。但在制備試樣時，只在下部加真空負壓，試樣均勻性難以保證，且制備完成后需要重新削樣，增加了試樣受擾動的可能性。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明的目的在于解決上述困難和問題，提供一種新的泥漿固結制樣設備和使用方法，制備的試樣具有均勻的含水率和粒度分布，制備的試樣可重復性高，使得細顆粒土的重塑試樣有著相似的力學性質和土體結構。
[0006]本發(fā)明采用的技術方案是:一種泥漿固結設備，包括動力源系統(tǒng)、制樣平臺系統(tǒng)、模具系統(tǒng)和輔助設備系統(tǒng)，其中，
所述動力源系統(tǒng)包括真空泵、空壓機、壓力表、位移計、上閥門、下閥門、調壓閥和帶刻度的集水管，所述真空泵通過上閥門、壓力表和調壓閥連接到帶刻度的集水管上部；所述集水管下部通過通氣管連接到下閥門處，所述下閥門連接至通氣管接口 ；所述空壓機通過上閥門、壓力表和調壓閥連接到通氣管接口；
所述制樣平臺系統(tǒng)包括制樣平臺底座、帶螺紋支架、反作用力橫梁、長螺栓、壓實頂帽、六角螺帽、位移計和放置試樣的底盤，其中，所述帶螺紋支架豎直地設置于制樣平臺底座上，所述反作用力橫梁通過六角螺帽固定在帶螺紋支架的上部，所述加壓頂帽通過長螺栓固定在反作用力橫梁架上，所述放置試樣的底盤放置在制樣平臺底座上；所述位移計設置在所述放置式樣的底盤的下底位置；
所述模具系統(tǒng)包括模具底座、透水石、濾紙、乳膠膜、支護筒、空心圓筒護臂、模具頂蓋和O型圈，其中，所述透水石和濾紙放置在模具底座上，所述乳膠膜通過O型圈固定在模具底座外部，所述支護筒安裝在模具底座上，并設置在乳膠膜的外側；所述空心圓筒護臂放置在支護筒頂部；所述模具頂蓋設置在空心圓筒護臂的頂部。
[0007]進一步地，所述六角螺帽有4個，并分別分布在反作用力橫梁的上下兩側。
[0008]進一步地，所述動力源系統(tǒng)包括三個動力源部分和一個集水部分，其中兩個動力源部分由所述真空泵通過上閥門、壓力表和調壓閥連接到帶刻度的集水管上部，集水管下部再通過通氣管連接到下閥門組成；另一個動力源部分由所述空壓機通過上閥門、壓力表和調壓閥連接到通氣管接口組成；所述集水部分由所述帶刻度的集水管下部依次與下閥門和通氣管接口相連組成。
[0009]進一步地，所述壓實頂帽為一個空心筒，由設置在下部的實心圓板和上部的帶孔圓板組成。
[0010]進一步地，還包括氣源加壓器，所述氣源加壓器設置在制樣平臺底座內部，所述放置試樣的底盤放置在氣源加壓器上端，并由氣源加壓器控制，用于給試樣施加指定的壓力。
[0011]進一步地，所述模具底座內部設置有兩個L型孔隙通道，所述L型孔隙通道的出口連接至通氣管接口。
[0012]進一步地，所述支護筒為兩開，空心圓筒護臂內側帶有刻度，支護筒內徑與空心圓筒護臂內徑一致。
[0013]進一步地，所述模具頂蓋內部設置有多個孔隙通道，且孔隙通道均連通到開設在模具頂蓋側面的側部通道。
[0014]本發(fā)明還提供了一種基于權利要求1所述的泥漿固結設備的使用方法，包括以下技術步驟:
(1)將細粒土與無氣水混合倒入容器中，密封存放，水分充分吸收后，進行攪拌；
(2)將透水石放置在模具底座上，在透水石上端放上濾紙，將乳膠膜通過O型圈固定模具底座上，將對開的支護筒與模具底座拼裝，然后在支護筒上部加上空心圓筒護臂，完成模具系統(tǒng)的裝配；
(3)將裝配好的模具系統(tǒng)固定到制樣平臺的放置試樣的底盤上；
(4)將泥漿液通過漏斗倒入試樣模具中，達到設定的高度；
(5)調整橫梁高度使得加壓器和泥漿上表面接觸；
(6)打開空壓機進行分級加載，通過制樣平臺的壓力計和位移計控制每級加載的壓力大小和加載時間；
(7)加載完成過后，抬高反作用力橫梁和加壓頂帽，除去空心圓筒護臂，在試樣頂部加上模具頂蓋，將乳膠膜套在加壓頂蓋外側，通過O型圈固定乳膠膜，使試樣形成密封狀態(tài)；
(8)再次施加軸向固結壓力，并在頂蓋和模具底座分別施加大小相等的負壓，加快固結，直至固結完成。
[0015]本發(fā)明的有益效果如下:
(I)該種新的泥漿固結制樣技術，可用于直接制備粉土，粉質粘土，粘質粉土，粘土等細顆粒飽和重塑試樣。
[0016](2)可制備多尺寸的實心試樣，且制備的試樣可直接放置于⑶S或GCTS的三軸試驗平臺上進行靜力和動力試驗，無需對試樣進行其他的處理或修正。
[0017](3)整個試樣在制作過程都在同一個模具中進行中。沒有受到移動，錘擊和振動，擾動性很小。
[0018](4)由于試樣的固結在密封真空環(huán)境下進行，并且在試樣頂部和底部同時加入相等的負壓，制備的試樣具有良好的均勻性和可重復性(試樣的含水率和粒度分布較一致)。
[0019](5)對整個制樣過程中水的排出量和試樣的變形都進行了實時的檢測，制備的試樣可以達到既定的孔隙比和含水率，且準確度較好。
[0020](6)制樣過程簡單易行，整個設備可操作性強，提高了制樣效率，節(jié)約時間。
【附圖說明】
[0021]圖1-----本發(fā)明結構裝置整體示意圖。
[0022]圖2-----本發(fā)明結構裝置動力源部分示意圖
圖3——本發(fā)明結構裝置制樣平臺部分示意圖圖4——本發(fā)明結構裝置模具部分示意圖
圖5——本發(fā)明結構裝置模具透視圖圖6——本發(fā)明結構裝置模具剖面圖圖7——模具頂蓋示意圖圖8——模具頂蓋剖面圖圖9——模具頂蓋頂部示圖圖10 t旲具底座不意圖圖11——模具底座剖面圖
圖12-----模具底座底部示圖
圖13-----壓實頂帽示意圖
圖14-----壓實頂帽剖面圖
圖15-----方頭螺栓示意圖
圖中各標號對應的部件名稱如下:
I為通氣管；2-1，2-3為上閥門；2-2，2-4，2-6，2_7為下閥門；3_1，3-2，3_3為壓力表；4-1,4-2,4-3為調壓閥；5-1，5-2，5-3為帶刻度的集水管；6_1，6_2，6_3，6_4，6_5為通氣管接口 ；7_制樣平臺底座；8_帶螺紋支架；9_反作用力橫梁；10_六角螺帽；11_長螺栓；12-壓實頂帽；13_放置試樣的底盤；14_位移計；15_模具底座；16_支護筒；17_空心圓筒護臂；18-模具頂蓋；19-1，19-2為透水石；20-1，20-2為濾紙；21_1，21_2為O型圈；22_乳膠膜；23_方頭螺栓;A-1，A-2為模具底座接口 ；B-1為頂蓋接口。
【具體實施方式】
[0023]為使本發(fā)明實施例的目的和技術方案更加清楚，下面將結合本發(fā)明實施例的附圖，對本發(fā)明實施例的技術方案進行清楚、完整地描述。顯然，所描述的實施例是本發(fā)明的一部分實施例，而不是全部的實施例。基于所描述的本發(fā)明的實施例，本領域普通技術人員在無需創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0024]本技術領域技術人員可以理解，除非另外定義，這里使用的所有術語(包括技術術語和科學術語)具有與本發(fā)明所屬領域中的普通技術人員的一般理解相同的意義。還應該理解的是，諸如通用字典中定義的那些術語應該被理解為具有與現有技術的上下文中的意義一致的意義，并且除非像這里一樣定義，不會用理想化或過于正式的含義來解釋。
[0025]本發(fā)明中所述的“和/或”的含義指的是各自單獨存在或兩者同時存在的情況均包括在內。
[0026]本發(fā)明中所述的“內、外”的含義指的是相對于設備本身而言，指向設備內部的方向為內，反之為外，而非對本發(fā)明的裝置機構的特定限定。
[0027]本發(fā)明中所述的“左、右”的含義指的是閱讀者正對附圖時，閱讀者的左邊即為左，閱讀者的右邊即為右，而非對本發(fā)明的裝置機構的特定限定。
[0028]本發(fā)明中所述的“連接”的含義可以是部件之間的直接連接也可以是部件間通過其它部件的間接連接。
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