一種砂-土接觸面試樣的制樣裝置、制樣方法以及滲透系數(shù)測(cè)定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及巖土工程土工試驗(yàn)領(lǐng)域，特別是一種砂-土接觸面試樣的制樣裝置、 制樣方法以及滲透系數(shù)測(cè)定方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 巖土工程中很多情況下需要考慮兩種材料間接觸面問(wèn)題，如面板堆石壩中面板與 碎石墊層，心墻土料與反濾料，壩體土料與基巖。目前對(duì)接觸面的研宄主要集中在強(qiáng)度和變 形方面，包括試驗(yàn)研宄和數(shù)值分析，通常使用直剪試驗(yàn)、單剪試驗(yàn)、環(huán)剪試驗(yàn)開(kāi)展接觸面的 應(yīng)力-應(yīng)變?cè)囼?yàn)研宄，接觸面單元在有限元計(jì)算中用以模擬接觸面變形，常用的如goodman 單元。在工程中，除了接觸面的強(qiáng)度和變形問(wèn)題，有時(shí)候接觸面的其它特性也會(huì)表現(xiàn)的十分 明顯，并顯著的影響到其強(qiáng)度和變形性質(zhì)，如接觸接觸面的滲透性，但目前學(xué)術(shù)界對(duì)其關(guān)注 較少。另一方面，研宄所涉及的接觸面類(lèi)型多集中在一種材料為剛性另一種為柔性的接觸 面上，如土與混凝土的接觸面，而對(duì)于兩種散粒體材料、土與砂等此類(lèi)兩種材料均為柔性材 料所形成的接觸面類(lèi)型，很少有對(duì)其相關(guān)的研宄報(bào)道。
[0003] 堤防和渠道建設(shè)中多涉及到土質(zhì)邊坡問(wèn)題，對(duì)于膨脹土邊坡這種對(duì)水極為敏感的 土質(zhì)邊坡，降雨對(duì)邊坡的穩(wěn)定性影響顯著。在坡體防護(hù)中，首要考慮的就是防水與排水問(wèn) 題。砂墊層防護(hù)法是一種很好的膨脹土邊坡防水排水方案，能夠有效地防止雨水入滲，及時(shí) 地將雨水排出邊坡。但是，在砂墊層排水的同時(shí)，會(huì)有部分雨水潴留在砂墊層和下部土質(zhì)接 觸界面上無(wú)法及時(shí)有效排出，這部分潴留雨水會(huì)繼續(xù)下滲，引起膨脹土邊坡內(nèi)部含水率和 吸力的變化，降低邊坡的穩(wěn)定安全系數(shù)。因此，工程中采用砂墊層防護(hù)方案時(shí)，要對(duì)土和砂 接觸界面的滲透性給予特別關(guān)注。然而，砂墊層和膨脹土接觸面是兩種柔性材料形成的接 觸面，國(guó)內(nèi)外目前尚且沒(méi)有很好的試驗(yàn)方法進(jìn)行砂-土接觸面的滲透性研宄。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提供一種砂-土接觸面 試樣的制樣裝置，該制樣裝置能夠用于制作各種砂密度的砂-土接觸面試樣。
[0005] 本發(fā)明還提供一種砂-土接觸面試樣的制樣方法，該制樣方法能夠制作得到四周 緊密嵌入砂子的砂-土接觸面試樣，并能改變砂子密度，得到不同的砂-土接觸面厚度。
[0006] 另外，上述制樣方法，能使砂子染色，使砂-土接觸面顏色分明，便于砂-土接觸面 厚度的測(cè)定以及含砂率的測(cè)試等。
[0007] 進(jìn)一步，本本發(fā)明還提供一種砂-土接觸面試樣的滲透系數(shù)測(cè)定方法，該滲透系 數(shù)測(cè)定方法測(cè)試簡(jiǎn)單，方便，準(zhǔn)確，有利于砂-土接觸面的滲透性測(cè)量與研宄。
[0008] 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：
[0009] -種砂-土接觸面試樣的制樣裝置，包括底座、固定設(shè)置于底座上的外筒、同軸設(shè) 置于外筒內(nèi)部且高度能夠升降的內(nèi)筒、設(shè)置于內(nèi)筒與外筒兩者之間的擊實(shí)器、以及設(shè)置于 內(nèi)筒內(nèi)的擊樣器。
[0010] 所述外筒的頂部設(shè)置有可拆卸的外筒蓋板。
[0011] 所述外筒的外壁呈階梯形，并通過(guò)下蓋板和若干根螺桿與底座固定連接。
[0012] 一種砂-土接觸面試樣的制樣方法，包括如下步驟：
[0013] 第一步，制樣裝置組裝：將外筒與底座固定，內(nèi)筒置于外筒的中心；
[0014] 第二步，第一層砂子的松鋪與擊實(shí)：采用分層松鋪與擊實(shí)的方法，每層砂子的重量 相同；先將第一層砂子均勻松鋪裝填在內(nèi)筒與外筒之間，并用擊實(shí)器擊實(shí)到預(yù)定高度；
[0015] 第三步，第一層粘土的松鋪與擊實(shí)：采用分層松鋪與擊實(shí)的方法，每層粘土的重量 相同；在第一層粘土松鋪之前，先將內(nèi)筒向上提升，內(nèi)筒提升的高度大于第一層砂-土接觸 面擊實(shí)試樣的高度；然后將第一層粘土通過(guò)內(nèi)筒，均勻松鋪在內(nèi)筒底部的空腔內(nèi)，并用擊樣 器將第一層粘土擊實(shí)到預(yù)定高度；
[0016] 第四步，第二層砂子的松鋪與擊實(shí)：將第二層砂子均勻松鋪裝填在內(nèi)筒與外筒之 間，并用擊實(shí)器擊實(shí)到預(yù)定高度；
[0017] 第五步，第二層粘土的松鋪與擊實(shí)：在第二層粘土松鋪之前，先將內(nèi)筒向上提升， 內(nèi)筒提升的高度等于第二層砂-土接觸面試樣擊實(shí)后的高度；然后將第二層粘土通過(guò)內(nèi) 筒，均勻松鋪在內(nèi)筒底部的空腔內(nèi)，并用擊樣器將第二層粘土擊實(shí)到預(yù)定高度；
[0018] 第六步，重復(fù)第四步至第五步，進(jìn)行第N層砂子和第N層粘土的松鋪與擊實(shí)；
[0019] 第七步，砂-土接觸面試樣制樣完成：拆除制樣裝置，用軟毛刷去除砂-土接觸面 試樣表面的浮砂，即得到四周緊密嵌入砂子的砂-土接觸面試樣。
[0020] 所述第二步、第四步和第六步中，砂子的擊實(shí)方法為：將擊實(shí)器的重錘每次提高到 最大高度的一半，然后自由下落。
[0021] 所述第二步、第四步和第六步中，砂子的擊實(shí)方法為：將擊實(shí)器的重錘每次提高到 最大高度，然后自由下落。
[0022] 所述第三步中，內(nèi)筒提升的高度比第一層砂-土接觸面擊實(shí)試樣的高度高1cm。
[0023] 所述第二步、第四步和第六步中，砂子在松鋪前，均用亮藍(lán)染色劑進(jìn)行染色。
[0024] 一種砂_ 土接觸面試樣的滲透系數(shù)測(cè)定方法，包括如下步驟：
[0025] 第一步，砂-土接觸面試樣的制?。翰捎闷叫性囼?yàn)法，即至少制取3個(gè)平行試樣；
[0026] 第二步，測(cè)定砂-土接觸面厚度：借助拍照將圖像放大的方法，對(duì)第一步中的每 個(gè)平行試樣均進(jìn)行接觸面厚度的測(cè)定并求其平均值，該平均值即為測(cè)定的砂-土接觸面厚 度；
[0027] 第三步，測(cè)定含砂率：將第二步中的1-2個(gè)平行試樣，用小刀將其砂-土接觸面刮 下，并測(cè)量所刮下的砂-土接觸面的比重；然后根據(jù)比重試驗(yàn)，推算出接觸面中砂和粘土的 質(zhì)量比，并計(jì)算出含砂率；
[0028] 第四步，計(jì)算水沿砂-土接觸面的滲透系數(shù)：利用柔性壁試驗(yàn)裝置，對(duì)剩余的1-2 個(gè)平行試樣進(jìn)行滲透試驗(yàn)；水在每個(gè)砂-土接觸面試樣中，將沿位于中心的粘土部分和 砂-土接觸面兩條路徑進(jìn)行滲透；根據(jù)達(dá)西定律，即能計(jì)算出砂-土接觸面的滲透系數(shù)。
[0029] 所述第一步中，通過(guò)改變砂子的裝填重量或擊實(shí)器的擊實(shí)方法，能夠得到不同砂 密度的砂-土接觸面試樣，從而能夠得到不同的砂-土接觸面厚度；每種砂密度，均至少制 取3個(gè)平行試樣；然后對(duì)每種砂密度的砂-土接觸面試樣，分別進(jìn)行第二步至第四步的操 作。
[0030] 本發(fā)明采用上述結(jié)構(gòu)與方法后，具有如下有益效果：
[0031] 1.上述剛性且同心的內(nèi)筒與外筒設(shè)置，以及砂子和粘土分層松鋪與擊實(shí)的方法， 能使底部的土和砂子接觸并相互擠壓，形成砂和土相互嵌入的砂-土接觸面，以及中心為 粘土外層帶有砂-土接觸面的圓柱試樣。
[0032] 2.能通過(guò)調(diào)整砂子的密度得到不同的砂-土接觸面厚度，控制砂在同一密度下制 備若干試樣，剖開(kāi)橫截面測(cè)其平均密度，作為該密度下的所制試樣的砂-土接觸面厚度，還 能對(duì)含砂率進(jìn)行測(cè)定。
[0033] 3.上述砂-土接觸面試樣能進(jìn)行柔性壁滲透試驗(yàn)，水分別沿粘土和砂-土接觸界 面滲透，根據(jù)達(dá)西定律，利用已知的土的滲透系數(shù)和其它試驗(yàn)參數(shù)可以求出接觸界面的滲 透系數(shù)，采用間接的方法解決了砂-土接觸面的滲透性的測(cè)量問(wèn)題。
[0034] 4.本發(fā)明造價(jià)低廉，具有很強(qiáng)的可操作性。
[0035] 5.本發(fā)明采用分層填筑側(cè)向擠壓法制備接觸面試樣，利用土在填筑過(guò)程中對(duì)側(cè)向 的擠壓使土和砂相互嵌入，此方法不僅應(yīng)用于土和砂，還可以推廣到其它兩種柔性材料接 觸面特性的研宄中。
【附圖說(shuō)明】
[0036] 圖1是柔性壁試驗(yàn)裝置示意圖；
[0037] 圖2是砂-土接觸面制樣裝置示意圖；
[0038] 圖3是砂-土接觸面試樣的俯視圖；
[0039] 圖4是砂-土接觸面試樣的縱向剖視圖。
[0040] 其中有：1 _壓力控制系統(tǒng)，2-調(diào)壓閥門(mén)，3-壓力表，4-柔性壁滲透系統(tǒng)，5-三軸 壓力室，6-砂-土接觸面試樣，7-橡皮膜，8-滲流量量測(cè)系統(tǒng)，9-細(xì)長(zhǎng)玻璃管，10-進(jìn)氣口， 11-進(jìn)水口，12-螺母，13-螺桿，14-底座，15-內(nèi)筒，16-外筒，17-下蓋板，18-環(huán)形夾，19-外 筒蓋板，20-粘土，21-砂-土接觸面。
【具體實(shí)施方式】
[0041] 下面結(jié)合附圖和具體較佳實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。
[0042] 如圖2所示，一種砂-土接觸面試樣的制樣裝置，包括底座14、外筒16、內(nèi)筒15、擊 實(shí)器和擊樣器（圖中未標(biāo)出）。
[0043] 上述底座14上設(shè)置有凹槽，外筒16的底部鑲嵌于凹槽內(nèi)。位于外筒16外周的底 座14上，均勻設(shè)置有若干根螺桿13。
[0044] 上述外筒16為圓柱形狀，外筒16的外壁呈階梯形，該階梯形的外壁上放置有若干 個(gè)下蓋板17,每個(gè)下蓋板17均通過(guò)螺母12與對(duì)應(yīng)的螺桿13相固定，從而使外筒16與底座 14牢固固定。
[0045] 上述內(nèi)筒15也為圓柱形狀，內(nèi)筒15同軸設(shè)置于外筒16內(nèi)部，內(nèi)筒15的高度能夠 升降。內(nèi)筒15的高度升降可以采用人工升降并固定的方式，也可采用電動(dòng)升降固定的方 式。本申請(qǐng)中，在內(nèi)筒15上套裝有一個(gè)環(huán)形夾18,該環(huán)形夾18能將內(nèi)筒15的升降高度進(jìn) 行固定，防止內(nèi)筒15在后續(xù)擊實(shí)過(guò)程中下滑。
[0046] 上述外筒16的頂部設(shè)置有可拆卸的外筒蓋板19,優(yōu)選使用螺母12固定在相應(yīng)的 螺桿13上。外筒蓋板19的中心中心設(shè)置有通孔，內(nèi)筒15能從該通孔中穿出。外筒蓋板19 的設(shè)置，能防止制樣過(guò)程中砂子體積的變化導(dǎo)致的砂-土接觸面試樣不均勻。
[0047] 上述擊實(shí)器，設(shè)置于內(nèi)筒15與外筒16兩者之間，也可設(shè)置在外筒蓋板19的底部。 上述擊樣器設(shè)置在內(nèi)筒15內(nèi)。
[0048] 下面以砂-土接觸面試樣擊實(shí)后的總高度為12cm，分3層擊實(shí)，每層擊實(shí)后高度為 4cm，對(duì)砂-土接觸面試樣的制樣方法進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0049] 一種砂-土接觸面試樣的制樣方法，包括如下步驟：
[0050] 第