一種模型試驗(yàn)地基土及其制備方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種模型試驗(yàn)地基土及其制備方法，屬于建筑與土木工程領(lǐng)域。由粉末狀膨潤(rùn)土和甘油構(gòu)成；通過(guò)十字板剪切實(shí)驗(yàn)確定模型試驗(yàn)所需膨潤(rùn)土和甘油的質(zhì)量配比，按得到的質(zhì)量配比用揉捏式土工攪拌機(jī)將膨潤(rùn)土與甘油充分混合拌勻，后用落錘進(jìn)行壓實(shí)，使甘油充滿(mǎn)于膨潤(rùn)土顆粒之間的孔隙中。本發(fā)明的地基土不僅具有與自然形成的土體相似的物理力學(xué)性質(zhì)，而且性質(zhì)更加穩(wěn)定；與自然形成的土體相比，本發(fā)明的地基土達(dá)到穩(wěn)態(tài)的不排水剪切強(qiáng)度時(shí)，其所用時(shí)間較少，節(jié)省試驗(yàn)時(shí)間；該地基土在試驗(yàn)中無(wú)需固結(jié)，沒(méi)有揮發(fā)性，且可以重復(fù)利用，避免試驗(yàn)材料的浪費(fèi)，在模型試驗(yàn)前后其強(qiáng)度變化很小，避免了在模型試驗(yàn)過(guò)程中由于排水過(guò)快導(dǎo)致強(qiáng)度增長(zhǎng)的問(wèn)題。而且本發(fā)明生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，實(shí)施簡(jiǎn)便易行，適用性廣。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種模型試驗(yàn)地基土及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及建筑土木工程領(lǐng)域，尤其是涉及一種模型試驗(yàn)地基土及其制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 縮尺物理模型試驗(yàn)是一種經(jīng)濟(jì)且有效的試驗(yàn)方法，尤其是涉及到關(guān)于地震過(guò)程中 土體結(jié)構(gòu)相互作用的研究。其中，做縮尺物理模型試驗(yàn)面臨的最大的挑戰(zhàn)之一是如何獲得 一種能充分模擬原型土壤地震響應(yīng)的物理模型土壤。一些自然界形成的土或人工配制的重 塑土已經(jīng)被應(yīng)用到縮尺模型試驗(yàn)中，這包括建立在軟土地基上的結(jié)構(gòu)試驗(yàn)等；雖然大多數(shù) 物理模型土壤已被證明是有用的，但是它們的性能受應(yīng)力時(shí)程、觸變性以及在離心試驗(yàn)自 旋過(guò)程中發(fā)生固結(jié)等因素的影響較大。同時(shí)，自然界形成的土或人工配制的重塑土用作模 型試驗(yàn)地基土?xí)r，為了能夠更加真實(shí)的模擬實(shí)際情況，往往需要通過(guò)預(yù)固結(jié)形成初始應(yīng)力， 達(dá)到所需的初始強(qiáng)度和剛度，但是預(yù)固結(jié)過(guò)程需要的時(shí)間太長(zhǎng)，時(shí)間成為影響模型試驗(yàn)的 重要因素，且在模型試驗(yàn)前后其強(qiáng)度變化很大，存在模型試驗(yàn)過(guò)程中由于排水過(guò)快而導(dǎo)致 強(qiáng)度增長(zhǎng)的問(wèn)題。此外，在試驗(yàn)中用作代替原土的物理模型土壤通常是難以制備的，且它很 難放置于試驗(yàn)所用的剪切盒內(nèi)，而且由于在測(cè)試過(guò)程中要進(jìn)行千燥和除濕等操作，這些土 壤通常僅可使用一次，重復(fù)利用性差。
[0003] 綜上所述，由于自然界形成的土或人工配制的重塑土存在以上缺點(diǎn)，其限制了模 型土壤的通用性，特別是應(yīng)用于離心機(jī)試驗(yàn)時(shí)，其對(duì)模型土壤的要求更加嚴(yán)格。因此，急切 需要一種人造土壤來(lái)代替常規(guī)模型的土壤來(lái)克服以上的缺點(diǎn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明根據(jù)以上情況提出了一種有效避免模型試驗(yàn)前后強(qiáng)度變化大、重復(fù)利用性 差、試驗(yàn)歷時(shí)長(zhǎng)以及室溫?fù)]發(fā)性大的模型試驗(yàn)地基土，以及為得到該模型試驗(yàn)地基土的一 種模型試驗(yàn)地基土及其制備方法。
[0005] 本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)： 一種模型試驗(yàn)地基土，由粉末狀膨潤(rùn)土和甘油構(gòu)成；通過(guò)十字板剪切實(shí)驗(yàn)確定模型試 驗(yàn)所需粉末頭膨潤(rùn)土和甘油的質(zhì)量配比，按得到的質(zhì)量配比用揉捏式土工攪拌機(jī)將膨潤(rùn)土 與甘油充分混合拌勻，后用落錘進(jìn)行壓實(shí)，使甘油充滿(mǎn)于膨潤(rùn)土顆粒之間的孔隙中。所述粉 末狀膨潤(rùn)土為鈉基膨潤(rùn)土。
[0006] 本發(fā)明中，所述甘油為工業(yè)甘油（丙三醇)。
[0007]本發(fā)明提出的一種模型試驗(yàn)地基土的制備方法，具體步驟如下： (1) :按照質(zhì)量配比稱(chēng)取粉末狀膨潤(rùn)土和甘油； (2) :用揉捏式土工攪拌機(jī)把所稱(chēng)得的膨潤(rùn)土和甘油充分混合拌勻，攪拌時(shí)間至少為 30分鐘； (3) :把混合均勻的膨潤(rùn)土和甘油放入試驗(yàn)?zāi)＞咧杏寐溴N進(jìn)行壓實(shí)，直到試樣的體積密 度達(dá)到由標(biāo)準(zhǔn)壓實(shí)實(shí)驗(yàn)所測(cè)得的最大體積密度的 95%以上時(shí)，壓實(shí)過(guò)程結(jié)束； (4):把混合均勻并壓實(shí)后的膨潤(rùn)土和甘油及試驗(yàn)?zāi)＞咭浦潦覝兀?2±Γ C)下進(jìn)行養(yǎng) 護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間至少為5天。
[0008] (5):通過(guò)十字板剪切實(shí)驗(yàn)確定該膨潤(rùn)土和甘油的質(zhì)量配比是否為該模型試驗(yàn)所 需要的質(zhì)量配比； (6):重復(fù)步驟（1)-(5)，直到配出模型試驗(yàn)所需的膨潤(rùn)土和甘油的質(zhì)量配比為止；為 了節(jié)省試驗(yàn)時(shí)間，可以使多組不同配比的膨潤(rùn)土和甘油同時(shí)進(jìn)行試驗(yàn)；其中：所述的模型 試驗(yàn)所需的膨潤(rùn)土和甘油的質(zhì)量配比是指：當(dāng)通過(guò)十字板剪切實(shí)驗(yàn)測(cè)出的養(yǎng)護(hù)后膨潤(rùn)土和 甘油混合體的不排水抗剪強(qiáng)度與模型試驗(yàn)所需的不排水抗剪強(qiáng)度相同或者差別不大時(shí)，其 所對(duì)應(yīng)的膨潤(rùn)土和甘油的質(zhì)量比。
[0009] 與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本發(fā)明的模型實(shí)驗(yàn)地基土具有穩(wěn)定的物理力學(xué)性質(zhì)，當(dāng)達(dá)到 穩(wěn)態(tài)的不排水剪切強(qiáng)度時(shí)，其所用時(shí)間較少，節(jié)省試驗(yàn)時(shí)間；該地基土在試驗(yàn)中無(wú)需固結(jié)， 沒(méi)有揮發(fā)性和腐蝕性，且可以重復(fù)利用，避免試驗(yàn)材料的浪費(fèi)，在模型試驗(yàn)前后其強(qiáng)度變化 很小，避免了在模型試驗(yàn)過(guò)程中由于排水過(guò)快導(dǎo)致強(qiáng)度增長(zhǎng)的問(wèn)題，無(wú)需在該土中加添加 劑降低其滲透系數(shù)或強(qiáng)度，降低成本。而且本發(fā)明生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，實(shí)施簡(jiǎn)便易行，適用性廣。

【具體實(shí)施方式】
[0010] 下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)的說(shuō)明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn) 行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí) 施例。
[0011] 實(shí)施例1 : 已知某實(shí)驗(yàn)室要做縮尺物理模型試驗(yàn)，其中包括離心機(jī)試驗(yàn)，現(xiàn)需要制備模型試驗(yàn)地 基土，其要求為制備地基土的不排水抗剪強(qiáng)度需要達(dá)到軟土不排水抗剪強(qiáng)度Cu=8kPa。
[0012] 本實(shí)施例涉及一種模型試驗(yàn)地基土及其制備方法，由粉末狀膨潤(rùn)土和甘油構(gòu)成； 通過(guò)十字板剪切實(shí)驗(yàn)確定模型試驗(yàn)所需膨潤(rùn)土和甘油的質(zhì)量配比，按得到的質(zhì)量配比用揉 捏式土工攪拌機(jī)將膨潤(rùn)土與甘油充分混合拌勻，后用落錘進(jìn)行壓實(shí)，使甘油充滿(mǎn)于膨潤(rùn)土 顆粒之間的孔隙中。
[0013] 本實(shí)施例所涉及的粉末狀膨潤(rùn)土為鈉基膨潤(rùn)土。
[0014] 本實(shí)施例所涉及的甘油為工業(yè)甘油(丙三醇)。
[0015] 本實(shí)施例通過(guò)以下步驟實(shí)現(xiàn)模型實(shí)驗(yàn)地基土的制備： 第一步：按照表1的不同質(zhì)量配比稱(chēng)取的膨潤(rùn)土和甘油，分別編號(hào)試樣為人工土40,人 工土 42. 5,人工土 45,人工土 47. 5,人工土 50 ; 第二步：用揉捏式土工攪拌機(jī)把所稱(chēng)得不同配比組(試樣人工土 40,人工土 42. 5,人工 土 45,人工土 47. 5,人工土 50)的膨潤(rùn)土和甘油分別地進(jìn)行混合拌勻，每組試樣的攪拌時(shí)間 至少為30分鐘； 第三步：把不同配比組(試樣人工土 40,人工土 42. 5,人工土 45,人工土 47. 5,人工土 50)混合均勻的膨潤(rùn)土和甘油分別放入試驗(yàn)?zāi)＞咧杏寐溴N進(jìn)行壓實(shí)，直到各個(gè)試樣的體積 密度達(dá)到所對(duì)應(yīng)的由標(biāo)準(zhǔn)壓實(shí)實(shí)驗(yàn)所測(cè)得的最大體積密度的95%以上時(shí)，試樣壓實(shí)過(guò)程結(jié) 束； 第四步：把混合均勻并壓實(shí)后不同配比組(試樣人工土 40,人工土 42. 5,人工土 45,人 工土 47. 5，人工土 50)的膨潤(rùn)土和甘油及試驗(yàn)?zāi)＞咭浦潦覝兀?2 土 Γ C)下進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，每組 試樣的養(yǎng)護(hù)時(shí)間至少為5天。
[0016] 第五步：通過(guò)十字板剪切實(shí)驗(yàn)測(cè)定不同配比組(試樣人工土 40,人工土 42. 5,人工 土 45,人工土 47· 5,人工土 50)的膨潤(rùn)土和甘油混合體的不排水抗剪強(qiáng)度（kPa)，如表1所 7Jn 〇
[0017] 第六步：通過(guò)表1所示的不同質(zhì)量配比的膨潤(rùn)土和甘油混合體的不排水抗剪強(qiáng)度 與該實(shí)例所需要達(dá)到得軟土不排水抗剪強(qiáng)度Cu=8kPa相比較得出，試樣人工土 5〇符合該實(shí) 例中模型實(shí)驗(yàn)地基土的要求，它是本實(shí)施例中所需要的模型實(shí)驗(yàn)地基土。
【權(quán)利要求】
1. 一種模型試驗(yàn)地基土，其特征在于，所述試驗(yàn)地基土由粉末狀膨潤(rùn)土和甘油構(gòu)成； 通過(guò)十字板剪切實(shí)驗(yàn)確定模型試驗(yàn)所需膨潤(rùn)土和甘油的質(zhì)量配比，按得到的質(zhì)量配比用揉 捏式土工攪拌機(jī)將膨潤(rùn)土與甘油充分混合拌勻，后用落錘進(jìn)行壓實(shí)，使甘油充滿(mǎn)于膨潤(rùn)土 顆粒之間的孔隙中，所述粉末狀膨潤(rùn)土為鈉基膨潤(rùn)土。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種模型試驗(yàn)地基土，其特征在于，所述的甘油為工業(yè)甘油 即丙三醇。
3. -種如權(quán)利要求1所述的一種模型試驗(yàn)地基土的制備方法，其特征在于，具體步驟 如下： (1) :按質(zhì)量配比稱(chēng)取粉末狀膨潤(rùn)土和甘油； (2) :用揉捏式土工攪拌機(jī)把所稱(chēng)得的粉末狀膨潤(rùn)土和甘油充分混合拌勻，攪拌時(shí)間至 少為30分鐘； (3) :把混合均勻的粉末狀膨潤(rùn)土和甘油放入試驗(yàn)?zāi)＞咧杏寐溴N進(jìn)行壓實(shí)，直到試樣的 體積密度達(dá)到由標(biāo)準(zhǔn)壓實(shí)實(shí)驗(yàn)所測(cè)得的最大體積密度的95%以上時(shí)，壓實(shí)過(guò)程結(jié)束； (4) :把混合均勻并壓實(shí)后的步驟（3)所得產(chǎn)物及試驗(yàn)?zāi)＞咭浦潦覝兀?2±1。C)下進(jìn) 行養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間至少為5天； (5) :通過(guò)十字板剪切實(shí)驗(yàn)確定該粉末狀膨潤(rùn)土和甘油的質(zhì)量配比是否為該模型試驗(yàn) 所需要的質(zhì)量配比； (6) :重復(fù)步驟（1)_(5)，直到配出模型試驗(yàn)所需的膨潤(rùn)土和甘油的質(zhì)量配比為止；為 節(jié)省試驗(yàn)時(shí)間，可使多組不同配比的膨潤(rùn)土和甘油同時(shí)進(jìn)行試驗(yàn)；其中：所述的模型試驗(yàn) 所需的膨潤(rùn)土和甘油的質(zhì)量配比是指：當(dāng)通過(guò)十字板剪切實(shí)驗(yàn)測(cè)出的養(yǎng)護(hù)后膨潤(rùn)土和甘油 混合體的不排水抗剪強(qiáng)度與模型試驗(yàn)所需的不排水抗剪強(qiáng)度相同或者差別不大時(shí)，其所對(duì) 應(yīng)的膨潤(rùn)土和甘油的質(zhì)量比。
【文檔編號(hào)】G01N1/28GK104215487SQ201410466016
【公開(kāi)日】2014年12月17日 申請(qǐng)日期:2014年9月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月15日
【發(fā)明者】陳建峰, 李良勇, 王興濤 申請(qǐng)人:同濟(jì)大學(xué)