[发明专利]一种用于土工动态离心模型试验中饱和土样的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种饱和土样的制备方法，尤其是涉及一种用于土工动态离心模型试验中饱和土样的制备方法。

背景技术

土体作为一种典型的非线性材料，其应力应变关系和水力特性受应力水平影响巨大。近年来，土工离心试验模型试验因其能够克服数值方法的准确性受参数的限制和普通物理模型试验无法还原初始自重应力的缺陷，从而在岩土工程领域得到广泛的与应用。通过离心机高速旋转产生的离心力模拟重力，同时在模型底部通过振动台产生可控的地震动，能较好的真实再现模型在实际应力水平下的地震反应，这对于揭示土体结构的动态响应和变形破坏机理有重要作用，同时为数值和理论分析提供真实可靠的对比数据。

在利用土工离心机研究砂土液化等土体在地震荷载下的反应时，为解决动力时间与渗流时间相似比矛盾的问题，需采用粘滞性液体模拟原型中的孔隙水，因此在土工动力离心模型试验时，模型一般需使用粘性液体进行饱和。同时，实际工程中一般采用现场原位取土进行试验，考虑到取土费用及试验本身存在重复性，土样重复利用不可避免。采用离心机固结粘土已被业界广泛接受，但如何判断固结结束时间以及节省固结时间的问题亟待解决。

传统方法一般采用喷淋方式或施加反压进行模型饱和。所谓喷淋方式即将孔隙液体喷洒到模型表面，后靠液体重力渗透进行饱和；所谓反压饱和即将模型置于真空环境中，从模型底部或内部通入孔隙液体借助负压进行饱和。传统方法虽能使土样饱和，但工序复杂且不易操作，同时在采用高粘性液体进行饱和时将花费大量时间且试验后饱和土样无法直接再次利用。在利用离心机固结饱和土体时，一般根据经验判断固结结束时间，无定量指标作为标准。同时传统方法固结饱和土时，仅靠土体自重和渗透进行排水，固结时间长。

发明内容

为克服上述传统制样方法的缺陷，本发明提出了一种流程简洁、操作方便、准确判断固结结束时间并实现土样重复利用的用于土工动态离心模型试验的饱和土样的制备方法。

本发明提出的用于土工动力离心试验饱和土样的制备方法，具体步骤如下：

(1) 取现场土样，将其烘干、粉碎，并过土工筛；

(2）按照常规土工试验，测量步骤(1)得到的土样的含水率，根据被测土样所需达到的制样含水率，计算土样所需的加水量，将土样与水在真空搅拌机中搅拌4-5  小时，制备饱和土样；

(3）将饱和土样均匀装入模型箱中，并在饱和土样中埋设孔隙水孔力压传感器；

(4）在饱和土样顶部铺设隔离层，在隔离层上方均匀铺设4-8厘米的干砂层，将准备好的袋装干砂均匀放于干砂层上；

(5）吊装模型箱，固定模型箱后开启离心机，当离心机达到设计加速度后，开始饱和土样的固结；

(6）通过埋设于饱和土样内的孔隙水压力传感器判断离心机停机时间，当初始超孔压完全消散后，停机吊出模型箱；

(7）重复步骤(1）—(6），至整个模型制备完成。

本发明中，所述土工筛孔径为2-10mm。

本发明中，所述的制样含水率比常规土工试验所测饱和含水率高5%-8%。

本发明中，所述隔离层为无纺布或窗纱中任一种。

本发明中，所述袋装干砂中的袋体材料为不透水材料。

本发明中，所述设计加速度为正式试验的离心加速度。

本发明的有益效果在于：

与现有技术相比，本发明通过将现场土样烘干粉碎，从而精确计算模型所需干粉质量，根据土工常规试验所测饱和含水率，适当提高所需水量，借助真空搅拌机制取饱和土样；通过干砂层和袋装干砂增加模型的负载，以及干砂层的吸水作用，可以大大减少土体的固结时间；根据土体中的孔隙水压力传感器准确判断固结结束时间。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。

图1为本发明的一个具体实施例的土工动力离心模型试验饱和土样制备方法示意图。

图中标号：1为模型箱，2为土样，3为孔隙水压力传感器，4为干砂层，5为袋装干砂。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1：