[发明专利]一种土工试验无粘性土试样的制备装置及其制备方法

说明书

本发明公开了一种土工试验无粘性土试样的制备装置及其制备方法，该装置包括试样装填部分、试样压实部分、试样预饱和部分和抽真空部分；试样装填部分包括第一对开模、第二对开模、底部套环、顶部套环、两个环形箍、两个橡胶圈和橡皮膜；本发明通过抽真空的方法，使得橡皮膜平整地紧贴第一对开模和第二对开模的内壁，有助于减小试样侧面的缺陷，保证了试样侧面的均匀平整；底部套环提高了试样装填部分的底部稳定性，顶部套环有助于减少顶部试样制样过程中土样质量损失和对土工试验装置的污染；预饱和部分和抽真空部分具有通用性，根据土工试验装置和试样尺寸调整试样装填部分和试样压实部分的尺寸后，可用于不同的精密土工试验的无粘性土制样。

技术领域

本发明涉及岩土工程的室内土工试验技术领域，尤其涉及一种土工试验无粘性土试样的制备装置及其制备方法。

背景技术

室内土工试验是揭示土体的各种物理、力学性质的主要途径之一，可为工程设计、理论或数值计算等过程中土性参数的确定提供科学依据。

室内土工试验是基于合适的土单元体试样开展的，原状土经原位取样后再通过切削的方法可以直接获取试验所需试样，但由于实际工程实践和研究项目中常常遇到原位取样扰动大、取样难度大、或原状样数量有限、难以运输、保存等情况，通常采用重塑土来进行系统详尽的室内土工试验研究。

已有的研究表明，当采用重塑土进行室内土工试验时，土单元体试样的制样质量对精密土工试验的结果和精度均有显著影响，特别是对采用精密土单元体试验装置(如GDS高级三轴/动三轴试验装置、GDS共振柱试验装置等)开展的室内土工试验。由于粘性土一般均具有较大的粘聚力，重塑土试样有良好的整体稳定性，可以直接购买到所需的粘性土制样模具，通过成熟的固结法或击实法技术获得土工试验所需的试样。然而，无粘性土(例如砂)几乎不具有粘聚力，土体具有散粒性的特征，如若不采取科学的制样模具和有效的制样措施，很难获得室内土工试验所需的无粘性土试样。此外，若采用无粘性土试样与土工试样装置分离的制样，极易对无粘性土试样造成不同程度的损伤，将影响制样质量和后续的试验精度，因此，建议无粘性土试样直接在土工试样装置的试样安装底座上进行制样。

目前，尚无公认统一的无粘性土试样制备装置，已有的文献和专利中的无粘性土试样制备装置仍存在如下三个缺点：(1)采用的双瓣模直接套在土工试样装置的试样安装底座上，不采取任何对双瓣模与试样安装底座连接处的保护措施，不能保证无粘性土制样过程中敲击双瓣模和击实试样对双瓣模与试样安装底座连接的影响，从而可能影响制备的试样底部的均匀性以及试样与试样安装底座的中轴线重合连接；(2)无粘性土制样过程中，不采取辅助的击实措施，即不能保证击实的下落高度一致，也不能定位每次击实时击实锤的击实区域(可能存在偏心击实)，对制样的均匀性将造成不利影响；(3)双瓣模顶部与试样顶部齐平，且不采取措施辅助顶层土制样，顶层土填筑时浇筑的高度超过双瓣模高度，一方面，在击实过程中浇筑的土样的质量可能损失并污染土工试验装置，另一方面，为减少试样质量损失，一般试样顶层表面的土体会尽量浇筑于试样的顶部中心区域，导致试样顶层区域的土体密度不均匀。事实上，以GDS共振柱试验为例，试样的轴向和径向位移传感器均安装于试样的顶部区域，试样顶层的制样质量将直接影响试验。为克服上述缺点，需要研制与土工试样装置的试样安装底座有效连接的精准的无粘性土试样制备装置及其制备方法。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种土工试验无粘性土试样的制备装置及试验制备方法。