一种饱和砂土的三轴试样制备方法与流程

1.本发明属于土工试验中静、动力三轴试验技术领域，具体涉及一种饱和砂土的三轴试样制备方法。


背景技术：

2.三轴试验中难免遇到无粘性土如砂土的试验，国家标准gb/t50123-2019《土工试验方法标准》19.3中规定了饱和砂土试样的制样方法，大体步骤为首先在压力室底座上依次放上不透水板、橡皮膜和对开圆模，将预先煮沸的砂土，采用小勺分层填入，通过敲击对开膜的方式使砂土达到预定密度。而对于含细粒土和要求较高密度的试样，则推荐采用干砂土的制备，用水头饱和和反压饱和方式进行饱和。
3.以上制样方法，稍有不慎，砂粒易掉落到三轴仪围压腔内，而敲击对开模使砂土密实度增加，势必对加载设备尤其是动三轴仪底座造成振动冲击。此外，对干砂土制备的高密度试样，采用水头饱和方式，实践中试样会发生膨胀。若采用施加围压方式抑制试样膨胀，实质上是对试样施加了一个先期固结压力。做进一步的反压饱和时，气体溶解于水中需要较长的时间和较高的孔隙水压力。若采用二氧化碳作为辅助饱和气体，虽然二氧化碳可较快溶解于水中，减少试样饱和时间，但国家对二氧化碳气瓶储备管理也有较高的要求，无疑会增加实验室的管理难度。


技术实现要素：

4.本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，而提供一种饱和砂土的三轴试样制备方法。
5.一种饱和砂土的三轴试样制备方法，包括以下步骤：
6.步骤1，将砂土按分层击实方法在承膜筒内制样；
7.步骤2，步骤1的试样制备完毕后，将承膜筒放在饱和器的上压板和下压板之间夹紧，整体放入饱和器中抽真空然后浸水饱和；
8.步骤3，在水下拆开饱和器的上压板和下压板，将试样及承膜筒整体移至一块有机玻璃上，然后在试样浸水的状态下，在承膜筒上端口安装一机玻璃圆板，有机玻璃圆板的直径要小于承膜筒的内径，将承膜筒上部下翻的橡皮膜翻上来包围住有机玻璃圆板，并用橡皮膜环箍紧在有机玻璃圆板上的橡皮膜，有机玻璃圆板上具有一通孔，通孔中嵌有一段硬塑料管并外接橡皮软管作为接头，在接头上接橡皮管并用吸水球吸水，当橡皮管内充满水时，用弹簧夹夹紧橡皮管，使橡皮管内形成一段水管；保持三轴仪底座被水浸没，平托试样下面的有机玻璃，整体移样至三轴仪底座上，移样到位后，抽出有机玻璃；由于试样顶部及橡皮膜内没有气体，在大气压的作用下试样内的水不会从试样下部的透水板流出；
9.步骤4，将承膜筒下部外翻的橡皮膜下翻至三轴仪底座上，并用橡皮筋箍紧底座上的橡皮膜；再次用吸水球通过机玻璃圆板的接头上接的橡皮管抽取适量的水，使试样内部形成轻微负压，使试样在大气压力作用下保持站立；然后向上抬升承膜筒，使承膜筒与橡皮
膜脱离；
10.步骤5，取下承膜筒后，立即用三瓣膜或者对开膜围护试样，并紧箍一道橡皮筋，然后卸下吸水球，使试样内部与大气相通；此时由于三瓣膜或对开模的围护作用，故试样不会倒塌；然后取下有机玻璃圆板上的橡皮膜环，并将有机玻璃圆板取出；
11.步骤6，安装三轴试样的压头，然后操作三轴仪对试样施加负压，卸下试样周边的三瓣膜或对开模，试样便在负压作用下保持站立；此后可按常规三轴仪操作步骤测量试样尺寸、安装三轴仪围压腔罩及开始试验。
12.在上述技术方案中，承膜筒为上下开口的圆筒型，其筒壁上设置有一气嘴。
13.在上述技术方案中，承膜筒的高度为试样高度 2个透水板厚度。
14.在上述技术方案中，步骤1包括以下步骤：
15.a)在承膜筒内套上橡皮膜，使橡皮膜的上下各外翻出承膜筒的上下端口，并且外翻部分用橡皮筋扣紧；然后用吸水球通过承模筒外侧的气嘴吸取膜筒和橡皮膜之间的空气，使橡皮膜紧贴承膜筒内壁；
16.b)将试验用透水板放在桌面上，并放上剪好的圆滤纸片，再将套有橡皮膜的承膜筒的下端口套在透水板上；
17.c)分层压实或击实制备试样，每层土的质量应按试验要求确定；
18.d)在试样达到预定高度时，在试样顶部放上滤纸和透水板，此时透水板顶面基本与承膜筒顶齐平。
19.本发明的优点和有益效果如下：
20.本发明首先按照分层击实方法在承膜筒内制备试样，然后将试样移至三轴仪上，利用负压使无粘性土试样像粘性土试样一样站立在三轴仪底座上，然后安装试样进行正常试样流程，避免了对三轴仪损害，可制备多个试样备用，试验效率高。避免在三轴仪上小心翼翼操作，制备的试样相对均匀，离散性小。
附图说明
21.图1是将砂土按分层击实方法在承膜筒内制样时的示意图。
22.图2是将承膜筒放入饱和器中抽真空浸水饱和时的示意图。
23.图3是拆除承膜筒后在负压作用下试样站立在三轴仪底座上的示意图。
24.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，可以根据以上附图获得其他的相关附图。
具体实施方式
25.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。
26.本实施例以试验室常见的直径39.1mm的砂土试样为例，说明本发明的技术方案。
27.本发明除常规试验辅助件如橡皮膜、透水板、吸水球等外，需要以下辅助部件：
28.1)承膜筒，不同于常规试验承膜筒的是高度有特别要求，该承膜筒的高度＝试样高度h 2
×
透水板高度。其余特征同常规承膜筒，其为上下开口的圆筒型，筒壁上设置有一气嘴1.1，内直径为39.1mm 橡皮膜厚度。
29.2)橡皮膜环1个，其内径略小于试样直径，环高约10mm，具延展性。
30.3)有机玻璃圆板1个，其直径为38mm，其厚度为10mm～20mm，在有机玻璃圆板的中央位置预留有直径约8mm～10mm的通孔，通孔中嵌有一段硬塑料管并外接橡皮软管作为接头。
31.参见附图1-3，一种饱和砂土的三轴试样制备方法，包括以下步骤：
32.步骤1，将砂土按分层击实方法在承膜筒内制样。详细步骤为：
33.a)参见附图1，在承膜筒1内套上橡皮膜2，使橡皮膜2的上下各外翻出承膜筒1的上下端口3cm-5cm，并且外翻部分用橡皮筋3扣紧；所述承膜筒1为上下开口的圆筒型，其筒壁上设置有一气嘴1.1，将承膜筒1的气嘴1.1连接吸水球，用吸水球吸取承膜筒1和橡皮膜2之间的多余空气，使橡皮膜2紧贴在承膜筒1的内壁上；
34.b)将试验用透水板4放在桌面上，并放上剪好的圆滤纸片，再将套有橡皮膜的承膜筒的下端口套在透水板4上；
35.c)分层压实或击实制备试样，每层土的质量应按试验要求确定；
36.d)在试样达到预定高度时，在试样顶部放上滤纸和透水板5，此时透水板顶面基本与承膜筒顶齐平。
37.步骤2，步骤1的试样制备完毕后，参见附图2，将承膜筒放在饱和器的上压板m和下压板n之间夹紧，整体放入饱和器中抽真空然后浸水饱和。参见gb/t50123-2019《土工试验方法标准》4.6。
38.步骤3，在水下拆开饱和器的上压板m和下压板n，将试样及承膜筒整体移至一块有机玻璃上，然后在试样浸水的状态下，在承膜筒上端口安装机玻璃圆板7，有机玻璃圆板7的直径要略小于承膜筒1的内径，小心将承膜筒1上部下翻的橡皮膜2翻上来，包围住有机玻璃圆板7，并用橡皮膜环8箍紧在有机玻璃圆板上的橡皮膜，有机玻璃圆板的中央位置预留有直径约8mm～10mm的通孔，通孔中嵌有一段硬塑料管并外接橡皮软管作为接头7.1，在接头7.1上接橡皮管并用吸水球吸水，当橡皮管内充满水时，用弹簧夹夹紧橡皮管，使橡皮管内形成一段水管。
39.保持三轴仪底座被水浸没，平托试样下面的有机玻璃，整体移样至三轴仪底座上(移样到位后，抽出有机玻璃)；由于试样顶部及橡皮膜内没有气体，在大气压的作用下试样内的水不会从试样下部的透水板流出。
40.步骤4，将承膜筒1下部外翻的橡皮膜2下翻至三轴仪底座6上，并用橡皮筋3箍紧底座6上的橡皮膜，注意应关闭底座上的排水阀门；再次用吸水球通过机玻璃圆板7的接头7.1上接的橡皮管抽取适量的水，使试样内部形成轻微负压，试样便能大气压力作用下保持站立；然后小心地向上抬升承膜筒1，使承膜筒1与橡皮膜2脱离，注意不要使橡皮膜上部的紧箍的橡皮膜环8脱落。
41.在此步骤中，不可以使用三轴仪上压头代替本发明中的有机玻璃圆板7，虽然利用三轴仪上压头上的排水管路可以给予试样负压使其站立，但由于存在上压头排水管路及其安装旋钮，导致无法抬升并卸除承膜筒。
42.步骤5，取下承膜筒1后，立即用三瓣膜或者对开膜围护试样，并紧箍一道橡皮筋，然后卸下吸水球，使试样内部与大气相通；此时由于三瓣膜或对开模的围护作用，故试样不会倒塌；然后取下有机玻璃圆板7上的橡皮膜环8，并将有机玻璃圆板7取出。
43.步骤6，安装三轴试样的压头，然后操作三轴仪控制系统施加试样约5kpa的负压。这时，卸下试样周边的三瓣膜或对开模，试样便在负压作用下保持站立。此后可按常规三轴仪操作步骤测量试样尺寸、安装三轴仪围压腔罩及开始试验。
44.为了易于说明，实施例中使用了诸如“上”、“下”、“左”、“右”等空间相对术语，用于说明图中示出的一个元件或特征相对于另一个元件或特征的关系。应该理解的是，除了图中示出的方位之外，空间术语意在于包括装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果图中的装置被倒置，被叙述为位于其他元件或特征“下”的元件将定位在其他元件或特征“上”。因此，示例性术语“下”可以包含上和下方位两者。装置可以以其他方式定位(旋转90度或位于其他方位)，这里所用的空间相对说明可相应地解释。
45.而且，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个与另一个具有相同名称的部件区分开来，而不一定要求或者暗示这些部件之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
46.以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。