一种空心圆柱试样的安装方法、拆卸方法及使用方法

技术领域

本发明涉及岩土技术领域，尤其是一种空心圆柱试样的安装方法、拆卸方法及使用方法。

背景技术

重塑粘土是土工试验中应用最为广泛的土之一，其具有粒径小、强度低、渗透性差、易扰动破坏及受力变形大的特点。现有重塑粘土制备方法主要有击实法和泥浆固结法。击实法是将配制好的湿土试样倒入击实器内，利用重锤对土样进行分层击实，取出试样后进行抽气饱和。由于人工难以准确控制分层击实层高和重力做功大小，故制成的试样均匀性难以保证，含水率及密度难以准确控制，制备较高含水量的试样更为困难。

泥浆固结法根据固结动力的不同，分为加压固结法与真空固结法。加压固结制备土样原理较为简单，但制样装置一般较为笨重，固结时间较长，且需要对固结完成后对大体积土块进行分割、钻孔、切削以制成标准尺寸的空心圆柱土样。该方法整体制样周期长、切削操作难度大且对土样扰动的扰动明显，不利于空心圆柱扭剪试验中的定性分析。

真空固结法的可以很好地将土样中的水、气排出，特别是对于渗透性较差的粘土，效果显著。但现有的制样试验设备多体积较大，制样中的泥浆分离现象较为明显，且为得到满足尺寸要求的空心圆柱试样，要对土样的内、外径进行二次切削，易对空心圆柱试样(特别是土样侧壁)产生不同程度的扰动，难以保证试验中土样的均一。采用真空固结法进行制样时，若为缩短固结时间加大真空负压，且在后续试验中所加载应力的低于制样时的应力水平，则试验中土样将处于超固结状态，从而对试验结果产生较大的影响。

发明内容

为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明提供一种空心圆柱试样的安装方法、拆卸方法及使用方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种空心圆柱试样的制样装置的安装方法，包括有以下步骤：

步骤1、放置排水底盘4于试验架7上，并保持排水底盘4水平；

步骤2、在四瓣内筒组件101的边缘均匀涂抹一层真空密封脂，将四瓣内筒组件101对齐合拢后，插入排水底盘4的内筒卡槽402；

步骤3、将配套的透水顶盖3边缘均匀涂抹一层真空密封脂，卡入内筒组件101顶端的固定槽102；

步骤4、将直径为60mm的圆形滤纸润湿，平整的贴附于透水顶盖3；将宽度为10-12mm 的滤纸条润湿，平整的贴附于内筒组件101的透水孔103处；目的是加速土样排水，并防止土中的细颗粒被过滤出去；完成内筒1的组装；

步骤5、将密封垫圈6放入排水底盘4的外筒卡槽401内；

步骤6、将两瓣固结外筒组件201的限位槽205内侧均匀涂抹一层真空密封脂并将两瓣固结外筒组件201合拢，将螺栓伸入相邻两个锁紧块204螺栓孔内部将两瓣固结外筒组件 201固定成整体，完成固结外筒2的组装；

步骤7、将组装完成的固结外筒2垂直插入排水底座4的外筒卡槽401内，并使得固定孔A203和固定孔B404对齐，调整至与排水底座4完全贴合后，通过螺栓将固结外筒2 固定于排水底盘4上，通过螺栓将两者连接；完成空心圆柱试样的制样装置的安装。

一种空心圆柱试样的制样装置的使用方法，包括有以下步骤：

步骤1、土样风干；将现场取得的土样摊成0.5cm-0.8cm的薄层，平铺在干净的牛皮纸上，置于阴凉干燥通风处，每隔1小时翻动一次，以便加速土样干燥；

步骤2、土样去杂；将风干好的土样放在橡皮板上用木碾碾散，碾压过程中注意不能压碎石砾；将碾压过的土样过2mm孔筛，去除土样中较大的杂质；

步骤3、土样烘干；将去除杂质的土样平铺放入烘干箱，在105℃-110℃下进行烘干，每隔两小时称量一次质量，当烘干时长不小于8小时且每次称量土样质量的变化差值在0.02％内时，视为完全烘干；

步骤4、泥浆配置；用电子秤称量烘干土样1000g放入备料桶，少量、分次加入无气水，并用搅拌棒拌和至泥浆均匀流动、无结块；继续加入无气水，至含水率达到1.8-2.5倍液限；整个加水过程液面距注水口的距离不得高于3cm，以减少空气的混入；

步骤5、泥浆闷料；将盛有泥浆的备料桶用保鲜膜密封，闷料15小时使其水土混合均匀，期间每隔3小时进行一次振动，以排除泥浆中的气泡；

步骤7、泥浆注入；利用漏斗与橡胶管将焖好的泥浆匀速注入安装完成的制样装置中，注浆过程中橡胶管口于泥浆液面的垂直距离不高于3cm，以防止空气混入，并轻轻振捣制样装置；

步骤8、加压固结或/和真空抽吸；

步骤9、观察量筒9中的水量变化，当排水量达到预定值时，根据实际情况选择关闭真空泵10等待装置内的真空负压缓慢卸至0kPa，将装置静置1小时，以便后续制样装置的拆卸。

本发明和现有技术相比，其优点在于：

优点1：本发明的安装与连接多采用榫卯卡扣形式，使得土样更能准确贴近所需标准尺寸；形成密闭性较高的真空仓，便于水、气的排出，对含水量的控制更加准确；且有效降低了拆样时对土样的扰动程度，避免了对土样内、外径进行二次切削，为一次性快速制成具有国际常用标准内、外径的饱和空心圆柱试样提供了可能。

优点2：本发明将两种常用的泥浆固结法相结合，发挥真空固结法高效、均匀排出土样中水、气的优点，同时采用加压固结弥补真空固结中易造成土样超固结状态的不足，使固结效率大大提高、缩短了制样周期，且所制得的试样能够更好的满足实际试验要求。改进后的固结装置更加简便、小巧，有效防止了泥浆分层现象的出现，使得制成的试样更加均匀，便于空心圆柱扭剪试验结果的对比分析。

优点3：本发明可实现一次性快速制成具有国内常用标准内、外径60mm×100mm的饱和空心圆柱试样。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的内筒1结构示意图；

图2为本发明的内筒1结构示意图；

图3为本发明的固结外筒2示意图；

图4为本发明的固结外筒2示意图；

图5为本发明的固结外筒2示意图；

图6为本发明的透水顶盖3结构示意图；

图7为本发明的排水底盘4结构示意图；

图8为本发明的排水底盘4结构示意图；

图9为本发明的承压盖5结构示意图；

图10为本发明的密封垫圈6结构示意图；

图11为本发明的使用状态示意图；

图12为本发明的水气分离装置结构示意图。

图中序号所示：内筒1；内筒组件101；固定槽102；透水孔103；固结外筒2；固结外筒组件201；固定台202；固定孔A203；锁紧块204；限位槽205；限位块206；透水顶盖3；排水底盘4；外筒卡槽401；内筒卡槽402；集水孔403；承压盖5；密封垫圈6；试验架7；水气分离装置8；量筒9；真空泵10。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明公开的示例性实施例，这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。虽然附图中显示了本发明公开的示例性实施例，然而应当理解，本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。

一种空心圆柱试样的制样装置的安装方法，包括有以下步骤：

步骤1、放置排水底盘4于试验架7上，并保持排水底盘4水平；

步骤2、在四瓣内筒组件101的边缘均匀涂抹一层真空密封脂，将四瓣内筒组件101对齐合拢后，插入排水底盘4的内筒卡槽402；

步骤3、将配套的透水顶盖3边缘均匀涂抹一层真空密封脂，卡入内筒组件101顶端的固定槽102；

步骤4、将直径为60mm的圆形滤纸润湿，平整的贴附于透水顶盖3；将宽度为10-12mm 的滤纸条润湿，平整的贴附于内筒组件101的透水孔103处；目的是加速土样排水，并防止土中的细颗粒被过滤出去；完成内筒1的组装；

步骤5、将密封垫圈6放入排水底盘4的外筒卡槽401内；

步骤6、将两瓣固结外筒组件201的限位槽205内侧均匀涂抹一层真空密封脂并将两瓣固结外筒组件201合拢，将螺栓伸入相邻两个锁紧块204螺栓孔内部将两瓣固结外筒组件 201固定成整体，完成固结外筒2的组装；

步骤7、将组装完成的固结外筒2垂直插入排水底座4的外筒卡槽401内，并使得固定孔A203和固定孔B404对齐，调整至与排水底座4完全贴合后，通过螺栓将固结外筒2 固定于排水底盘4上，通过螺栓将两者连接；完成空心圆柱试样的制样装置的安装。

一种空心圆柱试样的制样装置的使用方法，包括有以下步骤：

步骤1、土样风干；将现场取得的土样摊成0.5cm-0.8cm的薄层，平铺在干净的牛皮纸上，置于阴凉干燥通风处，每隔1小时翻动一次，以便加速土样干燥；

步骤2、土样去杂；将风干好的土样放在橡皮板上用木碾碾散，碾压过程中注意不能压碎石砾；将碾压过的土样过2mm孔筛，去除土样中较大的杂质；

步骤3、土样烘干；将去除杂质的土样平铺放入烘干箱，在105℃-110℃下进行烘干，每隔两小时称量一次质量，当烘干时长不小于8小时且每次称量土样质量的变化差值在0.02％内时，视为完全烘干。注：上述规定适用于有机质含量不大于干土样质量的5％的土；若土样中的有机质含量为5％-10％时，烘干温度应设定为65℃-70℃。

步骤4、泥浆配置；用电子秤称量烘干土样1000g放入备料桶，少量、分次加入无气水，并用搅拌棒拌和至泥浆均匀流动、无结块；继续加入无气水，至含水率达到1.8-2.5倍液限；整个加水过程液面距注水口的距离不得高于3cm，以减少空气的混入；

步骤5、泥浆闷料；将盛有泥浆的备料桶用保鲜膜密封，闷料15小时使其水土混合均匀，期间每隔3小时进行一次振动，以排除泥浆中的气泡；

步骤7、泥浆注入；利用漏斗与橡胶管将焖好的泥浆匀速注入安装完成的制样装置中，注浆过程中橡胶管口于泥浆液面的垂直距离不高于3cm，以防止空气混入，并轻轻振捣制样装置；

步骤8、加压固结或/和真空抽吸；

步骤8.1、加压固结；将排水底盘4的集水孔403连接水气分离装置8，水气分离装置8的底部还连接于量筒9；将湿润的滤纸贴在承压盖5一侧，将承压盖5侧面涂抹凡士林后垂直放入注浆完成后的制样装置上方，并根据土样的渗透率的大小在承压盖5上放置相应的配重；

步骤8.2、真空抽吸；将排水底盘4的集水孔403连接水气分离装置(8)，水气分离装置8选择性连接于真空泵10，水气分离装置8的底部还连接于量筒9；开启真空泵10电源，按照20kPa、40kPa、60kPa、80kPa分级施加负压；目的是保证土样内渗流稳定，避免土样内部受力不均造成制样的缺陷。

步骤9、观察量筒9中的水量变化，当排水量达到预定值时，根据实际情况选择关闭真空泵10等待装置内的真空负压缓慢卸至0kPa，将装置静置1小时，以便后续制样装置的拆卸。

一种空心圆柱试样的制样装置的拆卸方法，包括有以下步骤：

步骤1、将加压固结或/和真空抽吸所需的器械卸下，将两瓣固结外筒组件201之间的螺栓卸下，将固结外筒2与排水底盘4之间的螺栓卸下，取下排水底盘4；

步骤2、将拆掉排水底盘4的装置垂直放置，并将两瓣固结外筒组件201向两边小心打开，取下固结外筒组件201；

步骤3、从上部切削土样至透水顶盖3完全漏出，取下透水顶盖3；

步骤4、将四瓣内筒组件101依次向外剥离，小心取出；

步骤5、切削土样至规定高度，即得到符合试验要求的标准空心圆柱试样，标准空心圆柱试样的规格内直径×外直径×高度：60mm×100mm×200mm。

一种空心圆柱试样的制样装置，包括有内筒1、固结外筒2、透水顶盖3和排水底盘4。

内筒1包括有四瓣呈圆弧状设置的内筒组件101，四瓣内筒组件101组合成内部中空的内筒1；内筒组件101的底部持平，顶部均开设有呈凸字型内凹的固定槽102，其中，左右两侧相对的固定槽102整体组成十字形形状；内筒组件101的侧面间隔均布有若干个贯穿于内筒1的透水孔103；内筒1的底部整体放置于排水底盘4中。

固结外筒2包括有两瓣呈半圆状设置的固结外筒组件201，固结外筒组件201的底部设置有呈外凸状的固定台202，固定台202上设置有贯穿于固定台202的固定孔A203；固结外筒组件201的顶部设置有呈外凸状且带有螺栓孔的锁紧块204，两瓣固结外筒组件201 相对放置后，将螺栓伸入相邻两个锁紧块204螺栓孔内部将两瓣固结外筒组件201固定成整体；固结外筒2的一侧设置有呈内凹状的限位槽205、另一侧设置有外凸状的限位块206，限位槽205和限位块206相互卡合连接；固结外筒2的底部整体放置于排水底盘4中。

透水顶盖3的外缘轮廓和内筒1顶部中空的外缘轮廓相一致，透水顶盖3可拆卸式安装于内筒1的顶部，透水顶盖3的中心处设置有一通孔。

排水底盘4整体呈圆盘状，排水底盘4的内部设置有贯穿于排水底盘4的集水孔403，集水孔403的外侧设置有内凹状的内筒卡槽402，内筒卡槽402的外侧设置有内凹状的外筒卡槽401，排水底盘4上还间隔均布有与固定孔A203相配合的固定孔B404。

空心圆柱试样的制样装置还包括有承压盖5，承压盖5整体呈圆盘状，承压盖5的外径小于固结外筒2的内径。

空心圆柱试样的制样装置还包括有密封垫圈6，密封垫圈6放置于外筒卡槽401中。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，上面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行了清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以上对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。