初始条件可控的大型圆柱黄土重塑样制样设备及制样方法技术

本发明专利技术公开了一种初始条件可控的大型圆柱黄土重塑样制样设备及方法，所述制样设备包括反力底座、筒体和压力板，所述反力底座上安装有用于对压力板施加压力的加压装置，所述制样筒固定在反力架底座上，所述筒体包括制样筒和固定在制样筒上的辅助筒，制样时，加压装置通过压力板向筒体中的重塑黄土施加压力。通过制样筒和辅助筒的组合，在制样过程中，可根据制样筒的体积提前计算需要的重塑黄土样，所以当利用该计算后的质量进行制样时，相当于质量和体积已知，进而使干密度ρ

【技术实现步骤摘要】
初始条件可控的大型圆柱黄土重塑样制样设备及制样方法
本专利技术属于岩土工程学科土性测试
，具体涉及一种初始条件可控的大型圆柱黄土重塑样制样设备及方法。
技术介绍
中国重塑黄土高原沟壑纵横，随着城镇化的发展，对部分地区进行了平山造城的重塑黄土工程。在用重塑黄土进行回填时，强烈地扰动了重塑黄土的原始结构，再造了场地工程地质与水文地质条件。因此在外载下容易导致地基土体大范围湿陷、不均匀沉降，引起建筑物开裂，甚至地基失效，建筑物倒塌，进而酿成灾难。因而对重塑的重塑黄土进行土工试验，得出其基本物理指标及强度变形规律，进而运用于重塑黄土填方区的工程建设，具有重要的实际意义。目前，已有的大型土柱(直径为环刀直径的25-30倍，高为环刀高度的3-5倍)制样设备中，没有用于控制和测量制样过程中排出的水的装置，以及体积确定的制样容积，黄土重塑样的干密度和含水率等初始条件无法控制，且试验中黄土重塑样的制备不均匀，这使得试验结果的可靠性难以保证。而室内土工试验中，用小型环刀所制重塑黄土样尺寸较小，由于重塑黄土各向异性显著，因而无法保证制备的同一批试样物理指标一致性，使得试验结果受到尺寸效应影响；另外由于试样尺寸小，环刀边界效应也进一步影响试验结果。再者，由于环刀侧边不透明，无法观察所制备重塑样的完整性；最后，用环刀制样时没有配套的反力装置，在制备干密度较大的重塑黄土样时比较困难。综上所述，目前黄土重塑样制备是存在的弊端如下：①大土柱试验中，试样制备过程中不能控制干密度和含水率等初始条件；②环刀制备黄土重塑样受边界效应和尺寸效应影响较大；③由于环刀是不透明的，故不能控制所制作的黄土重塑样是否均匀、完整。④难以制备干密度较大的黄土重塑样。
技术实现思路
本专利技术提供了一种初始条件可控的大型圆柱黄土重塑样制样设备及制样方法，以克服了现有大型土柱试验不能控制初始条件，难以均匀制样的问题。为达到上述目的，本专利技术所述一种初始条件可控的大型圆柱黄土重塑样制样设备，包括反力底座、筒体和压力板，所述反力底座上安装有用于对压力板施加压力的加压装置，所述制样筒固定在反力架底座上，所述筒体包括制样筒和固定在制样筒上的辅助筒，制样时，加压装置通过压力板向筒体中的重塑黄土施加压力；所述反力架底座上端开设有凹槽，所述凹槽用于放置第一透水石或垫板，所述制样筒位于凹槽上，所述凹槽侧壁开设有第一导流槽，第一导流槽的出口处安装有第一排水开关；所述压力板下端设置有第二透水石或垫板，所述压力板上开设有第二导流槽，第二导流槽的出口处安装有第一排水开关。进一步的，制样筒和辅助筒之间均设置有密封圈。进一步的，压力板上端设置有钢珠，所述加压装置的施压端安装有辅助件，所述辅助件下端开设有半球形压力槽，所述压力槽用于容置所述钢珠的顶部。进一步的，制样筒和辅助筒均由有机透明玻璃制成。进一步的，制样筒和辅助筒内径均为300mm-350mm，制样筒高200-250mm，辅助筒高50mm-100mm。进一步的，反力底座上固定有反力柱，所述反力柱上部设置有外螺纹，所述反力柱上部和反力梁螺纹连接，所述加压装置安装在反力梁上。进一步的，加压装置为伺服千斤顶。一种基于上述的一种初始条件可控的大型圆柱黄土重塑样制样设备的制样方法，包括以下步骤：步骤1、取质量为m的烘干后的重塑黄土，m＝ρd×V，ρd为目标重塑黄土样的干密度为ρd，V为制样筒的体积；步骤2、根据m水＝m×ω％计算出所需添加蒸馏水的质量，配制含水率为ω％的黄土重塑样；步骤3、将步骤2配制好的重塑黄土密封后放入保湿器静置，使重塑黄土中的水分分布均匀；步骤4、将静置后的重塑黄土分成N份，每一份质量为步骤5、制样，包括以下步骤：步骤5.1、将第一垫板放入反压底座的凹槽中，关闭第一排水开关；将一份重塑黄土放入制样筒内，然后将第二垫板放置于制样筒内的重塑黄土上，再将压力板放置于第二垫板上，启动加压装置，使加压装置通过压力板对重塑黄土施加压力，直至重塑黄土被压到制样筒的N分之一处，复位加压装置；将重塑黄土表面刮毛；步骤5.2、依次将剩下的N-1份重塑黄土加入筒体中，并压实至N分之M处，M为已经放入筒体中的重塑黄土的份数，最后一份重塑黄土放入后将重塑黄土压密到制样筒的顶部处，此时，制样筒中的黄土即为目标黄土样。一种基于上述的一种初始条件可控的大型圆柱黄土重塑样制样设备的制样方法，包括以下步骤：步骤1、取质量为m的烘干后的重塑黄土，m＝ρd×V，ρd为目标重塑黄土样的干密度为ρd，V为制样筒的体积；步骤2、根据m水＝m×ω％计算出所需添加蒸馏水的质量，配制含水率为ω％的黄土重塑样；步骤3、将步骤2配制好的重塑黄土密封后放入保湿器静置，使重塑黄土中的水分分布均匀；步骤4、将静置后的重塑黄土分成N份，每一份质量为步骤5、制样，包括以下步骤：步骤5.1、将第一透水石放入反压底座的凹槽中，打开第一排水开关，将量筒放在第一排水开关出口处；步骤5.2、将一份重塑黄土放入制样筒内，然后将第二透水石放置于制样筒内的重塑黄土上，并把压力板上的第二排水开关打开，再将压力板放置于第而透水石上，启动加压装置，使加压装置通过压力板对重塑黄土施加压力，直至重塑黄土被压到制样筒的N分之一处，收集第一排水开关和第一排水开关排出的水，复位加压装置，将重塑黄土表面刮毛；步骤5.2、依次将剩下的N-1份重塑黄土加入筒体中，并压实至N分之M处，M为已经放入筒体中的重塑黄土的份数，并收集第一排水开关和第一排水开关排出的水，最后一份重塑黄土放入后将重塑黄土压密到制样筒的顶部处，此时，制样筒中的黄土即为目标黄土样。与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益的技术效果：通过制样筒和辅助筒的组合，在制样过程中，可根据制样筒的体积提前计算需要的重塑黄土样，所以当利用该计算后的质量进行制样时，相当于质量和体积已知，进而使干密度ρd可控并且通过关闭排水开关可以控制重塑样的含水率w。进一步的，本专利技术通过透水石和排水开关控制制样的初始条件。进一步的，所用玻璃筒体积远大于环刀，可以增加黄土重塑样的体积并且有效的减少黄土重塑样受边界效应和尺寸效应的影响。进一步的，大型的透明玻璃桶可以有效地减少重塑样所受的边界效应和尺寸效应并且有利于观察制备的黄土重塑样是否均匀、完整。进一步的，压力板上端设置有钢珠，加压装置的施压端安装有辅助件，辅助件下端开设有半球形压力槽，压力槽用于容置钢珠的上部，通过伺服千斤顶下端面与钢珠接触，对压力板提供均匀的压力。进一步的，反力底座上固定有反力柱，反力柱上部设置有外螺纹，反力柱上部和反力梁螺纹连接，加压装置安装在反力梁上。当千斤顶进尺不够时，可以通过外螺纹调节反力梁和反力底座之间的间距。进一步的，通过伺服千斤顶加压装置可以容易制作干密度较大的黄土重塑样。本专利技术所述的方法，通过土样的制作及改变其排水方式来达到对初始条件的控制，即利用本方法本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种初始条件可控的大型圆柱黄土重塑样制样设备，其特征在于，包括反力底座(1)、筒体和压力板(4)，所述反力底座(1)上安装有用于对压力板(4)施加压力的加压装置，所述制样筒(2)固定在反力架底座(1)上，所述筒体包括制样筒(2)和固定在制样筒(2)上的辅助筒(3)，制样时，加压装置通过压力板(4)向筒体中的重塑黄土施加压力；/n所述反力架底座(1)上端开设有凹槽，所述凹槽用于放置第一透水石(71)或垫板，所述制样筒(2)位于凹槽上，所述凹槽侧壁开设有第一导流槽，第一导流槽的出口处安装有第一排水开关(81)；所述压力板(4)下端设置有第二透水石(72)或垫板，所述压力板(4)上开设有第二导流槽，第二导流槽的出口处安装有第一排水开关(81)。/n

【技术特征摘要】
1.一种初始条件可控的大型圆柱黄土重塑样制样设备，其特征在于，包括反力底座(1)、筒体和压力板(4)，所述反力底座(1)上安装有用于对压力板(4)施加压力的加压装置，所述制样筒(2)固定在反力架底座(1)上，所述筒体包括制样筒(2)和固定在制样筒(2)上的辅助筒(3)，制样时，加压装置通过压力板(4)向筒体中的重塑黄土施加压力；
所述反力架底座(1)上端开设有凹槽，所述凹槽用于放置第一透水石(71)或垫板，所述制样筒(2)位于凹槽上，所述凹槽侧壁开设有第一导流槽，第一导流槽的出口处安装有第一排水开关(81)；所述压力板(4)下端设置有第二透水石(72)或垫板，所述压力板(4)上开设有第二导流槽，第二导流槽的出口处安装有第一排水开关(81)。


2.根据权利要求1所述的一种初始条件可控的大型圆柱黄土重塑样制样设备，其特征在于，所述制样筒(2)和辅助筒(3)之间均设置有密封圈。


3.根据权利要求1所述的一种初始条件可控的大型圆柱黄土重塑样制样设备，其特征在于，所述压力板(4)上端设置有钢珠(10)，所述加压装置的施压端安装有辅助件，所述辅助件下端开设有半球形压力槽，所述压力槽用于容置所述钢珠(10)的顶部。


4.根据权利要求1所述的一种初始条件可控的大型圆柱黄土重塑样制样设备，其特征在于，所述制样筒(2)和辅助筒(3)均由有机透明玻璃制成。


5.根据权利要求1所述的一种初始条件可控的大型圆柱黄土重塑样制样设备，其特征在于，制样筒(2)和辅助筒(3)内径均为300mm-350mm，制样筒(2)高200-250mm，辅助筒(3)高50mm-100mm。


6.根据权利要求1所述的一种初始条件可控的大型圆柱黄土重塑样制样设备，其特征在于，所述反力底座(1)上固定有反力柱(5)，所述反力柱(5)上部设置有外螺纹，所述反力柱(5)上部和反力梁(17)螺纹连接，所述加压装置安装在反力梁(17)上。


7.根据权利要求1所述的一种初始条件可控的大型圆柱黄土重塑样制样设备，其特征在于，所述加压装置为伺服千斤顶。


8.一种基于权利要求1所述的一种初始条件可控的大型圆柱黄土重塑样制样设备的制样方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、取质量为m的烘干后的重塑黄土，m＝ρd×V，ρd为目标重塑黄土样的干密度为ρd，V为制样筒(2)的体积；
步骤2、根据m水＝m×ω％计算出所需添加蒸馏水的质量，配制...

【专利技术属性】
技术研发人员：张亚国，李纪恒，翟张辉，李同录，黄沛，
申请(专利权)人：长安大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61