[发明专利]一种利用真空预压制备真三轴重塑样的装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及岩土工程领域中试样制备技术，尤其是涉及一种利用真空预压制备真三轴重塑样的装置及方法。

背景技术

常规三轴试验是研究土体性质的重要方法，但其只能反应对称应力状态下土体的性质，无法反应中主应力的影响。而土体实际处于三向不等的三维应力状态，常规三轴试验无法准确地反应出土体的真实性质。高土石坝、地下结构等重大工程日益增多，工程实际愈来需要考虑三维应力状态下土体的变形和稳定，故对土体进行真三轴试验研究十分必要。

试验所用试样分为原状样和重塑样，原状样通常需要切削、包裹、运输、保存等，该过程繁琐，对试样扰动较大，还会造成应力释放，若取样不均还需进行二次处理。鉴于原状样的诸多不足，室内试验多采用重塑试样进行相关试验研究。真三轴试验制样通常采用击实法，即在一定尺寸的矩形框内分层手工击实，取出后抽气饱和。该法有以下不足，试样尺寸与目标含水率、击实功、分层高度等因素存在相互影响，需要针对不同试样尺寸考虑各影响因素的作用，调整相应参数。制备过程中需要分层，每层高度通常用肉眼凭经验判断，而且各层受到的击实功不同，另外层间还存在结构面，余土高度也是一个不易控制的因素，以上因素会导致试样的含水率和密度各层间不均匀，不同试样间的差别也会较大。尤其是对于稍高含水率试样的制备，击实时易形成弹簧土，而且上述不足会更加明显。该方法操作过程复杂，制备试样的含水率、密度不均匀，制备稍高含水率的试样较困难。

本发明克服了上述不足，实现了一次性快速制备多个稍高含水率试样的目的，能保证试样密度、含水率和饱和度的均匀性与准确性，且不必针对试样不同尺寸设定各种参数，操作流程简便，避免了土样的二次切削、扰动与浪费，简化、缩短了试样制作流程和周期，进而有效地提高了真三轴试验的研究效率。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供了一种利用真空预压制备真三轴重塑样的装置及方法，实现了一次快速制作多个标准尺寸的稍高含水率重塑样，保证了试样密度、含水率和饱和度的均匀性与准确性，避免了试样的二次削切、扰动与浪费，简化了真三轴重塑样的制作流程，进而有效地提高了真三轴试验的研究效率。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种利用真空预压制备真三轴重塑样的装置及方法，包括密封顶盖、试样制备框、排水底座和饱和装置等主要部件，以及橡胶膜、橡胶密封垫圈、橡皮筋、保鲜膜、滤纸、螺栓、排水阀门和排水管等配套零件。密封顶盖由矩形空心法兰盘制成；试样制备框由法兰盘和矩形框组成，试样制备框包括预留层框和试样框，实现了易于切削和土样沉降预留的目的；排水底座由实心法兰盘制成，其上设有矩形凹槽，凹槽上打设梅花型分布排水孔，实现了排水和预留切削层双重作用，底座另一面设有集水盒；配备了饱和装置，制样后土样可吸水饱和。密封顶盖、试样制备框与排水底座通过螺栓进行整体固定，并密封各部件间隙。

所述的预留层框、试样框和排水底座三个组成部分间采用3 mm厚橡胶密封垫圈和螺栓保证密封性和装置整体性，其中橡胶密封垫圈为宽10 mm的带状矩形，其内尺寸与试样标准尺寸相同。

所述的试样框内尺寸为试样标准尺寸，该部分即保证试样尺寸，又考虑了土样沉降和切削预留等因素。

所述的排水底座上设有安置试样框的深3 mm矩形凹槽，凹槽尺寸与试样框外尺寸相同，凹槽上设有厚3 mm内尺寸为120 mm×120 mm的密封垫圈，凹槽、密封垫圈和螺栓将试样制备框牢牢固定在槽内保证其密封性。

所述的饱和装置通过吸水管与密封顶盖下带接头的橡胶模相连接，实现了制样后土样吸水饱和。

一种利用真空预压制备真三轴重塑样的装置及方法，其主要技术步骤如下：

（1）将现场取得的土风干、碾散、过筛、匀土、分样，并加水配制成设计含水率的土样，密封浸泡24小时。

（2）排水底座置于支架上，将滤纸和底座凹槽润湿，在凹槽上依次铺设滤纸和橡胶密封垫圈。

（3）将试样框对准凹槽，用力按压试样框使密封垫圈上下密封，用螺栓将试样框和排水底座牢固连接。

（4）在试样框上铺设密封垫圈，将预留层框对准试样框，用力按压预留层框使密封垫圈上下密封，用螺栓将预留层框和试样框牢固连接。

（5）将试样制备框内壁润湿，把保鲜膜紧贴其上，在上端预留30 mm左右保鲜膜，将保鲜膜向下外翻套在预留层框上，用橡皮筋绷紧扎牢。

（6）将配好含水率的土样分层均匀地装入试样制备框内，并逐层震荡。