本发明专利技术涉及一种低位真空堆载联合预压制备原状软粘土试样的装置和方法，该装置包括模型箱系统和真空泵系统；模型箱系统包括一模型箱和一堆载板，模型箱的顶部设置密封顶盖用于密封模型箱，模型箱上距模型箱内底部一定距离处的侧壁上设抽气孔；模型箱的箱底布置十字交叉型的真空滤管；模型箱的内壁贴紧布置若干个塑料排水带；真空滤管的任一端部与抽气孔连通，其他端部与塑料排水带的底部贴紧；真空泵系统包括一自带水汽分离箱的水环式真空泵；水环式真空泵通过一抽气管与模型箱上的抽气孔连通。该方法是将泥浆注入模型箱内，先在自重作用下排水固结，再进行真空固结，得到原状软粘土试样。本发明专利技术的方法能保证制样含水率、密度和强度的均一性。度和强度的均一性。度和强度的均一性。
【技术实现步骤摘要】
低位真空堆载联合预压制备原状软粘土试样的装置及方法
[0001]本专利技术属于岩土
，涉及一种低位真空堆载联合预压制备原状软粘土试样的装置及方法。
技术介绍
[0002]在岩土工程中，常常需要大量的原状土样进行室内试验，以研究土体的物理力学性质。而工程现场取出的原状样通常需要包裹、运输、保存等，过程繁琐，对试样扰动较大，容易造成应力释放，且会产生取样不均等问题。鉴于工程现场取原状样存在的诸多不足，故研究一种可在室内制备原状软粘土试样的装置及技术方法具有重要意义。
[0003]目前，已有的室内制备原状土样的方法主要是真空预压法，即采用上部抽真空的方法将土体预压成型，具有操作容易、设备简便等优点，但仍存在诸多不足。如上部抽真空的方法，密封性较差，难以达到目标真空压力；而且排水效果较差、抽真空耗时较长、制样含水率高、密度不均匀，导致成型后土体表面不平整、土体受力不均匀、试样强度不均一等等。针对上述问题，急需对现有的真空预压制样装置及方法进行改进。
技术实现思路
[0004]为解决现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种低位真空堆载联合预压制备原状软粘土试样的装置及方法；即采用低位抽真空与堆载联合预压的方法，将高含水率的泥浆预压成型，以在室内一次性快速高效制备多个原状软粘土试样。
[0005]为达到上述目的，本专利技术采用的方案如下：
[0006]一种低位真空堆载联合预压制备原状软粘土试样的装置，包括模型箱系统、真空泵系统；
[0007]模型箱系统包括一模型箱和一堆载板；
[0008]模型箱的顶部设置密封顶盖用于密封模型箱；
[0009]模型箱的侧壁上距模型箱内底部一定距离(优选2cm)处设抽气孔；
[0010]模型箱的箱底先后铺设一层1cm厚的砂垫层和一层透水透气土工布，再在该透水透气土工布上布置十字交叉型的真空滤管(可以是一体成型件，也可以是拼接而成)；真空滤管的4个端部均为开口结构(即非封闭式端部)；真空滤管的周面上均匀设置若干个细孔(作用是既可保证箱底真空压力均匀地向上部土体传递，又可提高排水效率)；
[0011]模型箱的内壁贴紧布置若干个塑料排水带；塑料排水带由塑料芯板及覆盖其两面的滤层(一般为非织造土工织物)构成，塑料芯板的断面呈并联十字，起到支撑作用并将滤层渗入的水排出(生产厂家：福建邦杰塑料制品有限公司)；
[0012]真空滤管的任一端部在模型箱的箱内与抽气孔连通，其他端部与塑料排水带的底部贴紧；然后在真空滤管上先后铺设一层厚度2cm的砂垫层和一层透水透气土工布；该厚度2cm的砂垫层完全覆盖真空滤管以及真空滤管与塑料排水管的连接处；
[0013]堆载板的外边缘与模型箱的内侧壁保持一定间距(优选1～2mm)；留有一定间距的
目的是使堆载板不受模型箱内侧壁的摩擦而阻碍其向下运动；
[0014]真空泵系统包括一自带水汽分离箱的水环式真空泵；
[0015]水环式真空泵通过一抽气管与模型箱上的抽气孔可拆卸连接，用于实现模型箱内抽真空。
[0016]作为优选的技术方案：
[0017]如上所述的一种低位真空堆载联合预压制备原状软粘土试样的装置，抽气孔上连接抽气孔阀门(抽气孔可以为螺纹孔，二者螺纹连接)，抽气管与抽气孔阀门连接(采用螺纹连接，方便拆卸)，且连接处位于模型箱的外部；抽气管与水环式真空泵的连接处设一止气阀。
[0018]如上所述的一种低位真空堆载联合预压制备原状软粘土试样的装置，所述装置还包括数据采集系统；
[0019]数据采集系统包括一回弹式位移传感器、一孔隙水压力传感器和一全自动数据采集仪；
[0020]回弹式位移传感器固定安装在模型箱的内侧壁，且回弹式位移传感器的探头与堆载板接触；
[0021]孔隙水压力传感器安装在模型箱内制样高度(一般是预估得到，预估的方法是本领域技术人员公知的)的中部；
[0022]回弹式位移传感器和孔隙水压力传感器通过数据传输线路与全自动数据采集仪连接，用于实时监测土体内部的真空压力变化和沉降量，以计算成型后土体的固结度，评估真空堆载预压制样效果。
[0023]如上所述的一种低位真空堆载联合预压制备原状软粘土试样的装置，模型箱为圆柱形；模型箱的材质为有机玻璃；模型箱的外壁上贴有刻度线。
[0024]如上所述的一种低位真空堆载联合预压制备原状软粘土试样的装置，真空滤管用透水透气土工布包裹；包裹是为了防止泥沙进入，堵塞排水通道。
[0025]如上所述的一种低位真空堆载联合预压制备原状软粘土试样的装置，堆载板上开设有直径1.5cm的引线孔，用于穿引孔隙水压力传感器的数据传输线。
[0026]如上所述的一种低位真空堆载联合预压制备原状软粘土试样的装置，堆载板上均匀堆放若干个砝码；用于与真空压力联合进行预压，可保证箱内土体表面的平整，受力的均匀性和试样强度的均一性。
[0027]如上所述的一种低位真空堆载联合预压制备原状软粘土试样的装置，密封顶盖上设置2个直径1cm的引线螺栓孔；用于将回弹式位移传感器和孔隙水压力传感器的数据传输线引出，同时可密封，保持箱内真空度。
[0028]本专利技术还提供采用如上所述的一种低位真空堆载联合预压制备原状软粘土试样的装置制备原状软粘土试样的方法，包括如下步骤：
[0029](1)装置准备：先在模型箱底部铺着一定厚度的砂垫层，再铺设若干层透水透气土工布；然后在该透水透气土工布上放置所述真空滤管，并保持真空滤管的一端与模型箱底部的抽气孔连通；然后紧贴模型箱的内壁垂直布置所述塑料排水带，使塑料排水带的底部与真空滤管的其它三个端部贴紧；最后再在真空滤管上先后铺设一层厚度2cm的砂垫层和一层透水透气土工布；该厚度2cm的砂垫层完全覆盖真空滤管以及真空滤管与塑料排水管
的连接处；
[0030](2)将含水率为100％～120％的泥浆注入模型箱内，待泥浆液面距模型箱顶一定距离(一般为10cm)且低于塑料排水带时停止注浆，并用密封顶盖封闭模型箱；
[0031](3)打开模型箱底部的抽气孔阀门，且断开抽气孔阀门与抽气管的连接，使含水率为100％～120％的泥浆在自重作用下排水固结7～10天；
[0032](4)打开密封顶盖，在所述自重作用下排水固结后的泥浆上方放置堆载板；
[0033](5)连接抽气孔阀门与抽气管且打开止气阀和抽气孔阀门，开启水环式真空泵，控制水环式真空泵的真空压力不低于85kPa，当达到目标含水率时，停止抽真空；
[0034](6)取样得到所述原状软粘土试样。
[0035]作为优选的技术方案：
[0036]如上所述的方法，在步骤中，堆载板上还均匀堆放若干个砝码。
[0037]本专利技术的原理是：
[0038]本专利技术通过测量水汽分离箱内的排水量，可对模型箱内土体含水率进行控制；通过布置塑料排水带，使真空压力在土体内部均匀传递及均匀排水，同时结合堆载板的堆载作用，使土体表面产生均匀的受力及沉降变形，由此本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种低位真空堆载联合预压制备原状软粘土试样的装置，其特征是：包括模型箱系统和真空泵系统；模型箱系统包括一模型箱和一堆载板(5)；模型箱的顶部设置密封顶盖(7)用于密封模型箱；模型箱的侧壁上距模型箱内底部一定距离处设抽气孔；模型箱的箱底布置十字交叉型的真空滤管(8)；真空滤管(8)的4个端部均为开口结构；真空滤管(8)的周面均匀设置孔；模型箱的内壁贴紧布置若干个塑料排水带(4)；塑料排水带(4)由塑料芯板及覆盖其两面的滤层构成，塑料芯板的断面呈并联十字，起到支撑作用并将滤层渗入的水排出；真空滤管(8)的任一端部与抽气孔连通，其他端部与塑料排水带(4)的底部贴紧；堆载板(5)的外边缘与模型箱的内侧壁的保持一定间距避免二者之间产生摩擦；真空泵系统包括一自带水汽分离箱的水环式真空泵(18)；水环式真空泵(18)通过一抽气管(16)与模型箱上的抽气孔可拆卸连接。2.根据权利要求1所述的一种低位真空堆载联合预压制备原状软粘土试样的装置，其特征在于，抽气孔上连接抽气孔阀门(9)，抽气管(16)与抽气孔阀门(9)螺纹连接，且连接处位于模型箱的外部；抽气管(16)与水环式真空泵(18)的连接处设一止气阀(17)。3.根据权利要求2所述的一种低位真空堆载联合预压制备原状软粘土试样的装置，其特征在于，所述装置还包括数据采集系统；数据采集系统包括一回弹式位移传感器(12)、一孔隙水压力传感器(13)和一全自动数据采集仪(15)；回弹式位移传感器(12)固定安装在模型箱的内侧壁上，且回弹式位移传感器(12)的探头与堆载板(5)接触；孔隙水压力传感器(13)安装在模型箱内制样高度的中部；回弹式位移传感器(12)和孔隙水压力传感器(13)通过数据传输线路(14)与全自动数据采集仪(15)连接。4.根据权利要求2所述的一种低位真空堆载联合预压制备原状软粘土试样的装置，其特征在于，模型箱为圆柱形；模型箱的材质为有机玻璃；模型箱的外壁上贴有刻度线。5.根据权利要求2所述的一种低位真空堆载联合预压制备原状软粘土试样的装置，其特征在于...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨爱武，梁振振，杨少坤，杨少朋，朱燚，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：
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