土样饱和装置的设计与试验研究.pdf

《土样饱和装置的设计与试验研究.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第２期（总第２０１期）机械工程与自动化No．２２０１７年４月MECHANICALENGINEERING&AUTOMATIONApr．文章编号：１６７２‐６４１３（２０１７）０２‐０１１６‐０３土样饱和装置的设计与试验研究朱晓鹏（中铁十九局集团第一工程有限公司，辽宁辽阳１１１０００）摘要：针对土工试验中土样饱和方法的现状，设计了一种利用加压脱气水饱和土样的装置及方法，并选取孔隙比分别为０畅９和０畅６５、高度分别为２cm和８cm的土样进行了饱和测试，同时与常用饱和方法对比分析了相应的饱和结果。分析结果表明，利用该装置对土样进行饱和，当流量控制在６L／min左右时，孔隙比为０

2、畅９和０畅６５的高度为２cm土样达到９５％饱和度用时约为６h和１２h，高度为８cm土样用时约为１０h和１６h，且其饱和效果在高、低孔隙比的情况下均优于毛细饱和法、真空饱和法、二氧化碳加脱气水法和水头饱和法，CT图像也显示出用自制装置饱和土样无明显的结构性破坏。关键词：饱和；土工试验；土样中图分类号：TU４１文献标识码：A0引言饱和系统由饱和缸１、饱和器１１等组成，饱和缸室内土工试验是土木工程学科的重要组成部分，为透明材质做成，内有放置饱和器的限位槽，侧壁有溢常常需要对饱和土样开展相应的后续试验，如渗透、固流孔，可将多余的水由管道排出至水箱中。结、剪切等，如何实现土样快速

3、、深度的饱和是后续试验的先决条件。国家土工试验方法标准规定，土样饱和应根据土的不同孔隙比选取适宜的方法，且要求饱［１］和度不低于９５％。土的种类繁多，不同的土有其不同的结构性能和［２］透水性，因此当前土样饱和的方法也较多，常用的有毛细饱和法、真空饱和法、水头饱和法、二氧化碳法、反压力饱和法及脱气水法等。各种方法均有优缺点，如毛细饱和法使用方便，但饱和时间长，饱和度也可能达［３］不到要求；二氧化碳法需提前制备一定纯度的二氧［４］化碳，准备时间太长，使用不方便；又如反压饱和法１－饱和缸；２－限位槽；３－脱气机；４－增压泵；５－安全阀；６－水阀；受设备限制，操作复杂，但有饱和

4、速度快、饱和度高的７－流速计；８－连接管；９－一号连通孔；１０－溢流孔；１１－饱和器；［５］１２－顶部通孔；１３－水箱；１４－过滤器；１５－二号连通孔；１６－管道优点。本研究基于现有饱和方法的原理，结合毛细图１自制土样饱和装置示意图饱和法、水头饱和法与脱气水法的优点，自行设计了一该装置使用操作流程如下：种使土样饱和的装置，并对比分析了其饱和效果，旨在（１）将土样及饱和器放入饱和缸内的限位槽中，完善与补充土样饱和理论。并固定。1装置与试验设计（２）连接好试验装置，检查连接管的密闭性，并在１．１装置设计水箱中装入适量的洁净水。自制土样饱和装置由供水系统、控制系统、饱和系（３

5、）打开水阀，启动脱气机、加压泵，选择合理的统组成，如图１所示。流量Q，使脱气水自下而上由连接管流经土样。供水系统由水箱１３、过滤器１４等组成，功能是收（４）饱和缸中的水位逐渐升高，当其超过侧壁溢集由溢流孔流出来的水，并给饱和缸输送足够的水流，流孔时，由管道自行流向水箱。以保证土样的饱和。（５）持续若干小时后，依次关闭加压泵、脱气机、控制系统由脱气机３、增压泵４、安全阀５、水阀６、水阀，取出土样，检测其饱和度。流速计７、连接管８组成，脱气机用于去除水中气体，１．２试验设计增压泵用于加速水的流动，安全阀与水阀用于控制装本研究对高、低孔隙比分别为０．９和０．６５，高度置的运行

6、，流速计用于观测水的流速。收稿日期：２０１６‐０８‐１１；修订日期：２０１７‐０１‐１４作者简介：朱晓鹏（１９７６‐），男，内蒙古赤峰人，工程师，本科，主要从事土建施工生产技术与管理工作。２０１７年第２期朱晓鹏：土样饱和装置的设计与试验研究·１１７·为２cm和８cm的土样开展试验，具体如下：（２）计算饱和度。（１）制备高、低孔隙比两种土样，每种土样均制作（４）针对自制装置饱和前后的土样进行CT扫高度２cm和８cm两类，共四大组土样，每大组分为９描，观测土样内部结构变化情况。小组，每小组均有５个平行样。１．３试样制备（２）取每大组土样的５小组土样，编号为Ⅰ、Ⅱ、本次试验土

7、样分高孔隙比土样与低孔隙比土样两Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ，使用自制装置进行饱和，分别对应于流量Q种，两种土样的基本物理性质见表１。采用压样法，制为１L／min、２L／min、４L／min、６L／min、８L／min五样时尽量保持同样的压实度，按相同的饱和度统一制备级。从土样完全浸入水中开始计时，在第２h，４h，成直径６．１８cm、高２cm的环刀样和８cm的三轴样。６h，８h，⋯，nh时取出测其该时段的湿质量mt（t＝２，表１两种土样基本物理性质土样初始孔隙比e干密度－３ρ４，６，⋯，n），用公式（１）计算试样在该时段的含水率wtd／（g·cm）比重Gs