[发明专利]一种结合真空预压制备重塑土的双向排水固结装置及固结工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种结合真空预压制备重塑土的双向排水固结装置及工艺，属于岩土工程中土工试验技术领域。

背景技术

近些年，随着我国基础设施大规模建设的逐步推进，岩土工程技术领域面临着新的机遇和挑战。其中，土体在地震、交通荷载等复杂动力作用下的力学响应特性，常常需要开展室内土工试验研究，如动三轴试验。原状土样具有原位应力状态和原始结构，可用于研究土体的强度与变形等原生各向异性规律，但原装土样取样花费较大，保存较困难，难以确保所取试样的均匀性和可对比性，而且一般很难得到饱和试样，试验时需要对试样进行反压饱和或真空饱和，经过如此处理的试样很难反映实际，不利于土体次生各向异性的研究，故采用性质均一的重塑土进行室内试验研究是研究上述应力路径下土体的一种重要技术手段。

目前，室内制备重塑土试样的方法有击实法和固结法。击实法采用确定质量的击锤从确定的高度下落，一层或分层击实土样至所需尺寸。此方法的优点是简单易行且制样周期短，但其存在以下不足之处：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，需针对不同尺寸的试样考虑各因素的影响，还存在结构面、内部空隙等不利因素。泥浆固结法是目前制作重塑土的常用方法，按照固结动力的不同，又可以分为真空固结法和加压固结法。1971年Sheeran和Krizek首次提出了泥浆加压固结法制备重塑土试样，该方法主要存在以下不足：加荷装备相对笨重，而且不能制作大体积的土样，否则不能够保证固结的均匀性；操作相对复杂，操作中泥浆的气泡不易排出，土样的饱和度不高。真空固结法是由闫澎旺等设计并提出的室内真空预压黏土制样方法，其优点是：相比较于加压固结法，土样固结周期短，制备的试样均匀，泥浆中的气体易排出。但它有以下缺点：因为真空度难以接近100kPa，泥浆中的气体很难完全排出，致使土样的饱和度不高；其次，抽吸设备仅安置在泥浆上部，不能制备厚度较大的土样，否则土样固结不均匀，一旦制样过程中停泵，泥浆中的水下渗至底部，致使土样含水率差别较大。

当前的真空预压制样装置领域，基本没有设计了一种结合真空预压制备重塑土的双向排水固结装置及工艺。与本发明相类似的装置有：“一种利用真空预压制备真三轴重塑样的装置及方法”专利号CN104089802A；“一种重塑土真空预压设备及成土工艺”专利号CN103981853A；“真空预压联合电渗试验装置以及真空预压联合电渗试验的方法”专利号CN104569341A，以上发明均与本发明的方法及侧重点有所不同。其制样装置存在着加载形式与排水方式的异同，致使制样的周期长、均匀度与饱和度不高等，制作的试样无法真实反映土体的基本性状。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种结合真空预压制备重塑土的双向排水固结装置及固结工艺，实现了泥浆在真空预压和砝码荷载双重作用下双向排水固结，该装置操作简易方便、制样周期短且能够被重复利用，试样的均匀度和饱和度高，有效地提高了室内土工试验的研究效率。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种结合真空预压制备重塑土的双向排水固结装置，包括抽真空设备和土样制作室。抽真空设备包括真空水罐和真空泵，真空水罐通过排水管与真空泵连通，且所述真空水罐上设有真空表。土样制作室为一双层筒体结构，其包括外筒、与外筒相连的内筒以及密封活塞。外筒与内筒之间形成的空腔为真空室，外筒底部设有气动阀门。真空室通过外筒底部的气动阀门经排水管与真空水罐连通。内筒的内壁和底部设有反滤层，由内筒围成的空腔为土样室，所述密封活塞设置于土样室的内部，且所述密封活塞与土样室滑动连接，砝码通过密封活塞施加荷重于重塑泥浆，内筒的筒壁下半部和/或底部设有排水孔。

优选的：所述反滤层包括由内到外依次设置的土工布和滤纸。

优选的：所述气动阀门设置于外筒底部中心处。

优选的：所述排水孔在内筒的筒壁下半部和/或底部均匀分布。

优选的：所述内筒的底部与外筒的底部之间通过圆柱支架连接，而内筒的中部与外筒的中部之间通过套环连接，而内筒的底部与外筒的顶部之间通过密封顶盖连接。

一种结合真空预压制备重塑土的双向排水固结装置的固结工艺，包括以下步骤：

步骤1，测定原状土的液限、含水率、密度和比重。

步骤2，配置泥浆：将原状土依次进行烘干、粉碎、过筛、匀土，将土样配制成设计含水率的泥浆，用搅拌机搅拌均匀，密封浸泡24小时。