本發(fā)明涉及一種土工實驗技術(shù)，尤其涉及一種適合室內(nèi)試驗研究的高質(zhì)量黏土試樣的制樣裝置及制樣方法。
背景技術(shù)：
：土工試驗技術(shù)直接影響著土力學(xué)的發(fā)展，具有獲取土體物理參數(shù)、揭示土體力學(xué)性質(zhì)及其規(guī)律和完善計算分析評價的重要作用。室內(nèi)土工試驗所需的試樣往往需要制備樣品來開展相應(yīng)的研究，尤其是非飽和土力學(xué)性質(zhì)的研究更需要室內(nèi)制備高質(zhì)量的試樣，然而試樣是否合適與制樣技術(shù)、原理密切相關(guān)，將對試驗結(jié)果產(chǎn)生重要影響。對于粘性土，目前常用的試樣制備方法包括濕搗法和泥漿固結(jié)法2大類。濕搗法的基本工作方法是采用振搗錘對放入模型筒的連續(xù)土層施加準靜力荷載，通過調(diào)整每層土的重量、體積來控制試樣的密度，該方法最初設(shè)計目的是為模擬碾壓填土結(jié)構(gòu)。但是濕搗法存在以下2個缺陷：①試樣密度不均勻，層間密度差異大(Mulilis,1977；Ladd,1978；Frost,2003；)。②可比性不高，試樣受分層搗實的外部影響嚴重，例如分層搗實時的空氣、溫度、施加的豎向力、擊實功等都會影響試樣的均勻程度和含水率大小，這樣制備出來的樣品可比性不高。實際工程中所遇到的土體不完全是濕搗法能模擬的。例如初始是泥漿狀態(tài)的海相、湖相以及河相沉積土先經(jīng)過自重沉積、固結(jié)，再經(jīng)過日曬、風干等自然環(huán)境作用，最后形成當前的土體?？梢圆捎媚酀{先預(yù)固結(jié)，再進行非飽和化的試樣來研究非飽和土的水力–力學(xué)特性，但目前研究較少(孫德安等,2015)。泥漿固結(jié)法又分為兩種：(1)泥漿加壓固結(jié)制樣法；其工作方法為，將土配成大于液限的稀泥漿，然后倒入固結(jié)容器內(nèi)，通過在泥漿頂部施加靜荷載排水固結(jié)，當固結(jié)穩(wěn)定一段時間后即可獲得接近飽和試樣(Sheeran等,1971；Hyde等,1985；Lin,2005)。該方法制備的黏土試樣較為均勻且能夠制大尺寸試樣，但是存在如下缺點：①加荷笨重，操作復(fù)雜；②飽和程度不夠高，易于混入氣體；③不能直接制備成非飽和黏土試樣。(2)真空固結(jié)制樣法；其工作方法為，利用反慮層原理和真空負壓抽吸方法使泥漿中的水、氣體排出達到土樣固結(jié)(閆澍旺等,1997；齊劍峰,2007；齊劍峰等,2016,授權(quán)專利(201410035221.2))。該方法為一新興的制樣方法，具有加載簡單、可重復(fù)利用、試樣均勻性好，飽和度高等優(yōu)點。但是對于重塑飽和試樣，一般考慮通過控制初始干密度、含水率來保證試樣的可比性，非飽和土力學(xué)大師Fredlund等(1993)建議非飽和土也采用這一標準來保證非飽和土試樣的均一性。因此，與試驗所需要的試樣相比，目前真空固結(jié)制樣方法仍存在如下缺點：①試樣的密度、含水率不能獲得或定量控制，不同試樣的可比性仍存在質(zhì)疑；②不能制備成具有一定含水率的非飽和土試樣，限制了制樣裝置的廣泛應(yīng)用。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種能夠同時控制含水率、密度的黏土試樣制備裝置和制樣方法。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明制備裝置所采用的技術(shù)方案是：一種同時控制含水率、密度的黏土制樣裝置，其關(guān)鍵技術(shù)在于：其包括：制樣杯及位移量測系統(tǒng)、真空抽吸及量測系統(tǒng)、和加熱及溫控系統(tǒng)三部分組成；所述制樣杯及位移量測系統(tǒng)包括制樣杯體、設(shè)于制樣杯體內(nèi)上部的可移動密封活塞、依次設(shè)于可移動密封活塞下部的上透水石、上濾紙、泥漿、下濾紙、下透水石、位于制樣杯體下部的底座、設(shè)于制樣杯體旁邊的固定支架、設(shè)于固定支架上的拉桿式電子尺以及通過帶數(shù)據(jù)采集模塊的數(shù)據(jù)線與拉桿式電子尺連接的微型計算機；所述拉桿式電子尺底端與可移動密封活塞相連；所述底座上設(shè)有帶閥門的透明軟管；所述真空抽吸及量測系統(tǒng)包括與所述透明軟管連接的真空罐、與真空罐連接的真空泵，所述真空罐下方設(shè)有電子稱，所述真空罐上部設(shè)有真空表，所述真空罐與可移動密封活塞連接；所述真空罐外部包覆有冰塊；所述電子稱數(shù)據(jù)線與微型計算機連接；所述加熱及溫控系統(tǒng)包括嵌套于制樣杯體外側(cè)的圓環(huán)玻璃筒及設(shè)于制樣杯體外部的溫控器；所述圓環(huán)玻璃筒與制樣杯體之間的空隙內(nèi)設(shè)有遠紅外碳纖維加熱管，所述圓環(huán)玻璃筒內(nèi)側(cè)涂有鋁箔；所述圓環(huán)玻璃筒與底座之間設(shè)有隔熱支座；所述溫控器帶有與補償導(dǎo)線相連的熱電偶，所述熱電偶置于圓環(huán)玻璃筒與制樣杯體之間的空隙內(nèi)，所述補償導(dǎo)線一端與溫控器連接。本發(fā)明制樣方法的步驟如下：(1)測定所取黏土土樣常規(guī)物理指標：液限wL、塑限wP、比重Gs；(2)配制泥漿泥漿的含水率是黏土液限的1.2～1.5倍；(3)同時控制含水率、密度的試樣制備方法1)將制樣裝置連接好，保持管路暢通，將數(shù)據(jù)線與微型計算機連接，保持數(shù)據(jù)采集暢通；將制樣杯體倒置放平，在制樣杯體內(nèi)放置上透水石、上濾紙，然后將泥漿倒入制樣杯體，再放置下濾紙、下透水石，擰緊底座，然后將制樣杯體放正，打開真空泵開始抽吸制樣、打開溫控器控制溫度；2)制備試樣的過程中，試樣的含水率、密度控制方法分為下述兩個過程：第一個過程：高真空度下抽吸排水①在天平上稱量出干土質(zhì)量ms和蒸餾水的質(zhì)量mw將泥漿倒入制樣杯，測量出泥漿的初始體積Vtotal；由式(1)得到泥漿總質(zhì)量為mtotal＝ms+mw(1)，此時初始密度為初始含水率為同時設(shè)定出所需要試樣的目標含水率wobj、目標密度ρobj，所設(shè)定目標含水率、目標密度應(yīng)具有定一定范圍，即ρWL≤ρobj≤ρWP，式中ρWL、ρWP分別為含水率等于液限、塑限時的密度，通過下述式(4)可計算得到；wP為塑限含水率，已測；為目標密度ρobj所對應(yīng)的含水率，通過式(5)計算得到；本過程中需要用到下述土力學(xué)中常用的指標換算公式：ρ=Gs(1+w)1+eρw---(2)]]>e=wGsSr---(3)]]>由于所配制的泥漿飽和度Sr為100％，聯(lián)合式(2)和(3)可得：ρ=Gs(1+w)1+wGsSrρw=Gs(1+w)1+wGsρw---(4)]]>上述式(2)-(4)中ρ為不同含水率下的密度；ρw為水的密度，取1g/cm3；e為孔隙比；Sr為飽和度；Gs為土的比重；由式(4)，可求得含水率w等于液限、塑限時的密度ρWL、ρWP；由于目標密度是在真空抽吸作用下完成，因而達到目標密度時的飽和度Sr為100％，將式(4)移項變換得到：w=Gsρw-ρGs(ρ-ρw)---(5)]]>式中，w為不同密度所對應(yīng)的含水率大?。黄渌栆饬x同式(4)；由式(5)可求得ρ＝ρobj時的含水率②打開真空泵(8)開始抽吸，使制樣杯體內(nèi)負壓達到95±2kPa，通過制樣杯及位移量測系統(tǒng)每隔10秒記錄一次體積變化ΔV、從制樣杯體(26)中流出水的質(zhì)量Δmw，計算得到各時刻試樣的密度當該密度達到目標密度時，即ρ＝ρobj時，記錄下來此時刻的體積V1＝Vtotal-ΔV1和Δmw1，此時的含水率為密度為③當目標密度ρobj滿足要求，而此時目標含水率未滿足要求，即時，需要獲得比目標密度ρobj更大一些的密度；故繼續(xù)在95±2kPa負壓下抽吸，使密度達到(式中Δmw-w及ρn的確定方法，見④)時，并記錄下此時刻排出水的質(zhì)量Δmw2，如果V1與此時刻實際測體積V2的差值大于2cm3，(該值小于需要制備試樣體積的1/1000，可根據(jù)精度要求調(diào)整該數(shù)值2cm3)繼續(xù)在95±2kPa負壓下抽吸，使密度達到時，比較Vn-2與此時刻實際測到的體積Vn-1的差值是否大于2cm3，并記錄下此時刻的排出水的質(zhì)量Δmw(n-1)；直至使密度達到且(Vn-1-Vn)≤2cm3為止，并依次記錄下排出水的質(zhì)量Δmwn，式中的下標n為含水率、密度逼近目標含水率、密度的次數(shù)；④Δmw-w及ρn的確定：所需的目標含水率可表示為在高真空度下抽吸過程中，Δmw(n-1)在達到預(yù)定密度ρn之前能夠?qū)崪y得到(見③)，因此當目標含水率wobj為一定值時，能夠得到需要加熱蒸發(fā)作用排出水的質(zhì)量Δmw-w大小，即式(6)Δmw-w＝mw-wobjms-Δmw(n-1)(6)經(jīng)過n次逼近，當(Vn-1-Vn)≤2cm3時，根據(jù)密度與質(zhì)量的關(guān)系，則有Δmw-w＝ρnVn-1-ρobjVn-1，因而移項轉(zhuǎn)換得到式(7)：ρn=ρobj+Δmw-wVn-1---(7)]]>由于ρobj、Δmw-w已經(jīng)確定，Vn-1能在密度達到預(yù)定密度ρn之前實測得到，因而ρn的值就能確定。第二個過程：大幅度降低負壓并加熱升溫，使試樣中的水在一定真空度下達到沸點以蒸發(fā)氣的形式排出；具體為⑤當密度達到預(yù)定密度ρn后，立即將負壓由95±2kPa降低到60kPa或50kPa，同時加熱升溫，控制溫度，以使水在不同真空度下達到沸點以上；降低升溫后的密度可表示為：ρn+1=mtotal-Δmwn-ΔmwqVn-ΔVq---(8)]]>式(8)中，ρn+1為真空負壓降低和升溫后的密度；Vn、Δmwn分別為密度達到預(yù)定密度ρn時實測記錄下的體積、排水量，為已知值；ΔVq、Δmwq分別為降壓升溫后體積變化量、水分蒸發(fā)氣化排出水的質(zhì)量；當Vn體積較大時，認為式(8)中ΔVq近似為0，對密度ρn+1的影響可以忽略；由所述步驟③中的體積控制易知，Vn與Vn-1差值符合精度要求，因此在計算密度時可以認為Vn≈Vn-1；加熱升騰的水汽通過真空罐冷卻成液態(tài)水，能夠稱量得到蒸發(fā)氣化排出水的質(zhì)量Δmwq，控制當Δmwq＝Δmw-w時，立刻停止抽吸和降低溫度，使試樣中的水保持液態(tài)，不再使土中的水進入真空罐；通過式(6)，控制試樣排水質(zhì)量Δmw-w，可以獲得目標含水率wobj這樣，將Δmwq＝Δmw-w、式(7)代入到式(8)可以得到：ρn+1=ms+mw-Δmwn-Δmw-wVn=ms+mw-Δmwn-ρnVn-1+ρobjVn-1Vn=ms+mw-ΔmwnVn-ρn+ρobj=ρobj---(9)]]>(4)制備黏土試樣打開閥門，擰開制樣杯體底部的蓋子，將試樣從土樣腔中取出，將試樣在三軸切削器上切削成所需試樣，即可進行土工測試；并可得到當前試樣的飽和度、孔隙比、干密度這些常用的物理指標。采用上述技術(shù)方案所產(chǎn)生的有益效果在于：(1)本制樣裝置小巧輕便，制作方便，且易于實現(xiàn)，可重復(fù)利用；(2)采用本制樣裝置和方法能夠定量控制黏土試樣的含水率、密度，試樣的可比性高；(3)當黏土試樣的比重Gs確定后，本方法通過土力學(xué)中土的物理指標換算關(guān)系，易得到黏土試樣的飽和度、孔隙比、干密度物理指標，可根據(jù)試驗需要制備物理指標一定的飽和或非飽和黏土試樣。附圖說明圖1是本制樣裝置的示意圖(透視圖)；圖2是本制樣杯的剖面示意圖；圖3是本制樣杯的俯視示意圖；其中，1–PVC透明軟管；2-可移動密封活塞；3-1、上透水石，3-2、下透水石；4-遠紅外碳纖維加熱管；5-圓環(huán)玻璃筒；6-底座；7-真空表；8-真空泵；9-真空罐；10-電子稱；11-電子尺支架；12-電子拉桿尺連接口；13-拉桿式電子尺；14-數(shù)據(jù)采集模塊；15-電源線連接；16-微型計算機；17-補償導(dǎo)線；18-電子稱數(shù)據(jù)線；19-閥門；20-法蘭螺絲固定孔；21-隔熱支座；22-1、圓環(huán)玻璃筒上蓋，22-2、圓環(huán)玻璃筒下蓋；23-加冰腔；24-溫控器；25-泥漿；26、制樣杯體。具體實施方式(1)測定所取黏土土樣常規(guī)物理指標：液限wL、塑限wP、比重Gs。對于同一土樣，液限wL、塑限wP、比重Gs不隨含水率而變化，為一定值。(2)配制泥漿配制泥漿方法：配制的泥漿不宜過稀或過稠，一般泥漿的含水率在液限的1.2～1.5倍比較合適。可以取研究區(qū)黏土，也可以人工配制黏土，例如取某一地區(qū)的黏性土，將其烘干、碾碎后，過1mm的土工篩，去除顆粒較大的石子、樹根，稱量干土質(zhì)量ms。然后加一定量的水浸泡3～5天后，用攪拌機攪拌均勻，配制成含水率合適的泥漿。加水質(zhì)量的計算方法按式子：mw＝(1.2～1.5)mswL(1)式中mw-為加水的質(zhì)量；ms-為烘干土的質(zhì)量，可用電子天平稱量得到；wL-為黏土的液限，可用液塑限測定儀得到。(3)制樣裝置及制樣步驟制樣裝置組成：制樣裝置主要由①制樣杯及位移量測系統(tǒng)、②真空抽吸及量測系統(tǒng)、③加熱及溫控系統(tǒng)三部分組成，圖1所示。下面詳細敘述①、②、③各部分。①制樣杯體的材料使用不銹鋼，圓柱形，直徑×高×壁厚＝150mm×310mm×3mm，上部為可移動密封活塞2，其下部放有上透水石3-1，上透水石3-1下放有濾紙，濾紙下面泥漿25，泥漿25下面為下濾紙和下透水石3-2，底部為帶支撐架的底座6，底座6與制樣杯體26之間采用法蘭20、橡膠圈密封。位移量測系統(tǒng)主要包括固定支架11、ADIO數(shù)據(jù)采集模塊14，拉桿式電子尺13、拉桿底端12與可移動密封活塞2相連，通過數(shù)據(jù)線18與微型計算機16相連。②真空抽吸系統(tǒng)主要包括真空泵8、帶刻度的真空罐9、真空表7。真空罐9材料采用透明的有機玻璃，上部開有4個孔，通過PVC透明軟管1分別與真空泵8、真空表7、制樣杯底座6、活塞2相連接，PVC管路上設(shè)有閥門19，真空罐9外側(cè)放有冰塊降溫，以便使抽出的高溫水汽變?yōu)橐簯B(tài)水。真空抽吸水的質(zhì)量測量采用帶USB接口的小型ERP電子稱10，通過RS232接口、數(shù)據(jù)線18連接到微型計算機16，實時記錄抽吸出水的質(zhì)量。小型ERP電子稱10量程可采用5kg，精度0.1g。③加熱裝置為內(nèi)徑×外徑×高＝200mm×210mm×250mm的帶有真空的圓環(huán)玻璃筒5，嵌套在制樣杯體26外部，圓環(huán)玻璃筒5上部200mm內(nèi)設(shè)8根遠紅外碳纖維加熱管4，圓環(huán)玻璃筒中5內(nèi)側(cè)都涂有鋁箔，以便更好加熱制樣杯。圓環(huán)玻璃筒中5下部為高50mm的隔熱支座21。溫度控制用的溫控器24可采用普彩pw-1溫控器，可控溫度-10-110℃，溫控器24與電源連接，當加熱裝置加熱溫度低于設(shè)定值，一直加熱，當超過設(shè)定值，溫控器24斷開，停止加熱。④實時記錄試樣的位移、排出水的質(zhì)量數(shù)據(jù)，采集的數(shù)據(jù)保存到excel表格里面。根據(jù)采集的位移大小，利用制樣杯體內(nèi)徑及公式ΔV＝πr2h，可以計算出某一時刻試樣體積變化量，進而計算出某一時刻試樣的體積為V＝Vtotal+ΔV。利用記錄下的排出水質(zhì)量mw，可以計算出某一時刻試樣的含水率在excel表格里面將上述公式在不同列進行編輯，就可以實時獲得所需數(shù)據(jù)。制樣步驟：按照圖1，PVC透明軟管1與真空罐9、真空泵8、制樣杯體連接，安裝真空表7，打開管路閥門，保持管路暢通。將數(shù)據(jù)線與微型計算機16連接，保持數(shù)據(jù)采集暢通。將制樣杯體倒置放平，在制樣杯體內(nèi)放置上透水石3-1、上濾紙，然后將泥漿25倒入制樣杯體26中，再放置下濾紙、下透水石3-2，擰緊包含法蘭的底座6。然后將制樣杯體26放正，打開真空泵8開始抽吸制樣、打開溫控器24控制溫度。制備試樣的過程中，試樣的含水率、密度控制方法見(4)。(4)試樣含水率、密度的控制方法控制方法主要分為兩個過程，第一個過程是在高真空度下抽吸排水過程，第二過程是大幅度降低負壓并加熱升溫，使試樣中的水在一定真空度下達到沸點以氣體的形式排出。具體控制方法如下：第一個過程：①在天平上稱量出干土質(zhì)量ms和蒸餾水的質(zhì)量將泥漿倒入制樣杯，測量出泥漿的初始體積Vtotal；由式(1)得到泥漿總質(zhì)量為mtotal＝ms+mw，此時初始密度為初始含水率為winitial=mwms×100%.]]>同時設(shè)定出所需要試樣的目標含水率wobj、目標密度ρobj。所設(shè)定目標含水率、目標密度具有定一定范圍，即ρWL≤ρobj≤ρWP，式中ρWL、ρWP分別為含水率等于液限、塑限時的密度，通過式(4)可計算得到；wP為塑限含水率，已測；為目標密度ρobj所對應(yīng)的含水率，通過式(5)計算得到。土力學(xué)(東南大學(xué)等，中國建筑工業(yè)出版社，2006)中常用的指標換算公式：ρ=Gs(1+w)1+eρw---(2)]]>e=wGsSr---(3)]]>由于所配制的泥漿飽和度Sr為100％，聯(lián)合式(2)和(3)可得：ρ=Gs(1+w)1+wGsSrρw=Gs(1+w)1+wGsρw---(4)]]>式中ρ為不同含水率下的密度；ρw為水的密度，取1g/cm3；e為孔隙比；Sr為飽和度；Gs為土的比重。由式(4)，可求得含水率w等于液限、塑限時的密度ρWL、ρWP。由于目標密度是在真空抽吸作用下完成，因而達到目標密度時的飽和度Sr為100％，將式(4)移項變換得到：w=Gsρw-ρGs(ρ-ρw)---(5)]]>式中，w為不同密度所對應(yīng)的含水率大??；其他符號意義同式(4)。由式(5)可求得ρ＝ρobj時的含水率②打開真空泵開始抽吸，使制樣器內(nèi)負壓達到95±2kPa，每隔10秒記錄一次體積變化ΔV、從制樣器中流出水的質(zhì)量Δmw，計算得到各時刻試樣的密度當該密度達到目標密度時，即ρ＝ρobj時，記錄下來此時刻的體積V1＝Vtotal-ΔV1和Δmw1，此時的含水率為密度為③當目標密度ρobj滿足要求，而此時目標含水率未滿足要求，即時，需要獲得比目標密度ρobj更大一些的密度。故繼續(xù)在95±2kPa負壓下抽吸，使密度達到(式中Δmw-w及ρn的確定方法，見④)時，并記錄下此時刻排出水的質(zhì)量Δmw2，如果V1與此時刻實際測體積V2的差值大于2cm3(該值小于需要制備試樣體積的1/1000，可根據(jù)精度要求調(diào)整該數(shù)值2cm3)，繼續(xù)在95±2kPa負壓下抽吸，使密度達到時，比較Vn-2與此時刻實際測到的體積Vn-1的差值是否大于2cm3，并記錄下此時刻的排出水的質(zhì)量Δmw(n-1)；直至使密度達到且(Vn-1-Vn)≤2cm3為止，并依次記錄下排出水的質(zhì)量Δmwn，式中的下標n為含水率、密度逼近目標含水率、密度的次數(shù)。④Δmw-w及ρn的確定：所需的目標含水率可表示為在高真空度下抽吸過程中，Δmw(n-1)在達到預(yù)定密度ρn之前能夠?qū)崪y得到(見③)，因此當目標含水率wobj為一定值時，能夠得到需要加熱蒸發(fā)作用排出水的質(zhì)量Δmw-w大小，即式(6)Δmw-w＝mw-wobjms-Δmw(n-1)(6)經(jīng)過n次逼近，當(Vn-1-Vn)≤2cm3(該值小于需要制備試樣體積的1/1000，可根據(jù)精度要求調(diào)整該數(shù)值2cm3)時，根據(jù)密度與質(zhì)量的關(guān)系，則有Δmw-w＝ρnVn-1-ρobjVn-1，因而移項轉(zhuǎn)換得到式(7)：ρn=ρobj+Δmw-wVn-1---(7)]]>由于ρobj、Δmw-w已經(jīng)確定，Vn-1能在密度達到預(yù)定密度ρn之前實測得到，因而ρn的值就能確定。第二個過程：⑤當密度達到預(yù)定密度ρn后，立即將負壓由95±2kPa降低到60kPa或50kPa，同時加熱升溫，控制溫度可參考表1，以使水在不同真空度下達到沸點以上。表1不同真空度下水的沸點降低升溫后的密度可表示為：ρn+1=mtotal-Δmwn-ΔmwqVn-ΔVq---(8)]]>式中，ρn+1為真空負壓降低和升溫后的密度；Vn、Δmwn分別為密度達到預(yù)定密度ρn時實測記錄下的體積、排水量，為已知值；ΔVq、Δmwq分別為降壓升溫后體積變化量、水分蒸發(fā)氣化排出水的質(zhì)量。根據(jù)以往抽吸負壓制備黏土試樣的經(jīng)驗(齊劍峰,博士學(xué)位論文2007)，在高負壓下(90kPa以上)飽和黏土試樣排水，當黏土的含水率達到液限以下時，使真空負壓大幅度降低，觀察到黏土試樣中的水不能排出。在大幅度降壓后的較短時間的抽吸作用，可以認為對試樣的體積及排水質(zhì)量的影響可以忽略。因此，在第二個過程中，主要由于黏土試樣升溫，使黏土中的水達到沸點升騰排出，黏土試樣溫度升高后體積會發(fā)生一定的變化，根據(jù)研究成果(Hueckel等,1990,JournalofGeotechnicalEngineering；沈珍瑤等,1998,水文地質(zhì)工程地質(zhì))，黏土的體積膨脹系數(shù)約為2.5×10-4/℃，比同溫度下水的膨脹系數(shù)還要小。因此當Vn體積較大時，可以認為式(8)中ΔVq近似為0，對密度ρn+1的影響可以忽略。由③中的體積控制易知，Vn與Vn-1差值符合精度要求，因此在計算密度時可以認為Vn≈Vn-1。加熱升騰的水汽通過真空罐9冷卻成液態(tài)水，能夠稱量得到蒸發(fā)氣化排出水的質(zhì)量Δmwq，控制當Δmwq＝Δmw-w時，立刻停止抽吸和降低溫度，使試樣中的水保持液態(tài)，不再使土中的水進入真空罐9。通過式(6)，控制試樣排水質(zhì)量Δmw-w，可以獲得目標含水率wobj這樣，將Δmwq＝Δmw-w、式(7)代入到式(8)可以得到：ρn+1=ms+mw-Δmwn-Δmw-wVn=ms+mw-Δmwn-ρnVn-1+ρobjVn-1Vn=ms+mw-ΔmwnVn-ρn+ρobj=ρobj---(9)]]>(5)制備黏土試樣打開閥門，擰開底部的蓋子，將試樣從土樣腔中取出，將試樣在三軸切削器上切削成所需試樣，即可進行土工測試。由于試樣的比重Gs已經(jīng)測定，根據(jù)所控制的目標含水率wobj、目標密度ρobj大小，由土力學(xué)(東南大學(xué)等，中國建筑工業(yè)出版社，2006，35頁)物理指標換算關(guān)系，易得到當前試樣的飽和度、孔隙比、干密度這些常用的物理指標。本發(fā)明中真空泵型號：2XZ－2型真空泵1個；壓力管：PVC透明軟管，內(nèi)徑3mm，壁厚2-5mm，工作壓力0.5-1.5MPa，市場有售。真空表：Z-150型，市場有售。本發(fā)明在真空固結(jié)制樣法的基礎(chǔ)上，利用真空度越高水沸點越低及輻射加熱原理，設(shè)計了一種結(jié)構(gòu)輕巧、能夠重復(fù)利用的飽和及非飽和黏土試樣的制備裝置，并提出了同時控制含水率、密度的制樣方法，所制備樣品能夠滿足土力學(xué)試驗中物理指標定量控制的科研需求，使用非常方便快捷。當前第1頁1 2 3