CN105258996B - 层状土模拟生成方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种层状土模拟生成方法及装置，层状土模拟生成装置，由漏沙装置和模型箱构成，所述漏沙装置为漏沙盘，漏沙盘上设置有漏沙孔，在漏沙装置正下方设置有模型箱，模型箱为一透明箱体。还公开该层状土模拟生成的方法，包括以下步骤：将从现场取来的散土，将其均匀平铺在漏砂装置的上盘上，不停地来回推动移动手柄，使土颗粒尽可能迅速完全地散落进模型箱内；在土样散落模型箱内之前，预先在模型箱内盛入高30‑50cm的水，之后土颗粒进入水中并在自重作用下开始下沉，由此可生成具有明显层状结构的饱和土。本发明是模拟自然界中冲积土层的生成***。根据土粒在悬液中沉降的速度与粒径的平方成正比的司笃克斯公式，最大的颗粒沉积在最下面，最小的颗粒沉积在最上面，由此可生成具有明显层状结构的土层。
Description
所属技术领域
本发明涉及一种岩土工程土工试验***装置，适用于模拟自然界中在冲击平原形成的具有自然分选的层状土层。
背景技术
目前，国内外实验室内对饱和砂土或粉砂的动静力学性质研究一般采用均匀混合后的重塑土进行，而自然界中的土体层特别是水力吹填或冲填形成的砂土层，大都为具有一定分选性的层状结构，使得这种具有层状结构的土层有别于均匀土体的力学特性。
然而，地基土液化作为地震引发的主要次生灾害之一，主要发生在松散的砂质水力回填土区、海岸线附近地区自然沉积的冲积层和河漫滩或冲积平原上。国外学者Youd和Perkins的研究结果表明：饱和松散的水力冲填土差不多总会液化，而且全新世的无黏性土沉积层对液化也是很敏感的，这一结论已被1978年日本的两次大地震以及1977年罗马尼亚地震所证实。最近的研究资料也表明，渗透性相对较小的粉粒夹层的存在会对粉质砂土的液化及液化后特性产生明显的影响。目前，无论是试验研究还是理论分析大多是基于相对均匀砂层液化和液化后宏观观测现象的力学描述和数学建模，而直接针对具有层状结构的粉质砂土层液化后变形特性的研究成果还很少，特别是缺乏对饱和层状粉质砂土液化后现象细观力学机理进行深入***的研究。
发明内容
为了研究层状结构对饱和砂土的力学特性的影响，本发明提供了一种层状土模拟生成方法及装置，是模拟自然界中冲积土层的生成***。根据土粒在悬液中沉降的速度与粒径的平方成正比的司笃克斯公式，最大的颗粒沉积在最下面，最小的颗粒沉积在最上面，由此可生成具有明显层状结构的土层。可以在实验室自由实现不同颗粒级配层状土层的制备，可以用于在实验室研究层状结构对土体力学性质影响的动静力学试验。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
层状土模拟生成装置，由漏沙装置和模型箱构成，所述漏沙装置为漏沙盘，漏沙盘上设置有漏沙孔，在漏沙装置正下方设置有模型箱，模型箱为一透明箱体。
上述层状土模拟生成装置，所述漏沙盘为上下平行设置的上盘和下盘构成，上盘和下盘上均设置有漏沙孔，且上盘和下盘上的漏沙孔相一致，下盘固定设置，上盘与下盘滑动连接。
上述层状土模拟生成装置，上盘与下盘是轨道副连接。
上述层状土模拟生成装置，在上盘与下盘轨道副之间还设置有滚珠。
上述层状土模拟生成装置，所述上盘上设置有手柄，上盘四周设置有档板，档板相互连接构成防漏装置。
上述层状土模拟生成装置，所述模型箱四侧设置有刻度尺。
上述层状土模拟生成装置，所述漏沙装置和模型箱均设置在固定架内，漏沙装置设置在固定架的上部，在固定架的下方设置模型箱。
上述层状土模拟生成装置，所述摸型箱为有机玻璃箱，箱内四周接缝处用密封胶密封，箱外四角用角钢卡紧，再在模型箱四周用紧箍架加固。
上述层状土模拟生成装置，在模型箱内部底面平铺一层透水石，并在透水石下方位置的箱体上即模型箱底部或箱底侧壁上设置排水阀门，模型箱放置在底座上。
一种使用上述层状土模拟生成装置模拟生成层状土的方法，包括以下步骤：
a.将从现场取来的散土进行烘干并过1-5mm筛，将几种土的土颗粒按照一定比例进行混合备用或者直接现场取土样进行烘干备用；
b.在土样散落模型箱内之前，预先在模型箱内盛入高30-50cm的水；
c.计算并称取要生成一层土所需要的土颗粒重量，将其均匀平铺在漏砂装置的上盘上，不停地来回推动移动手柄，使土颗粒尽可能迅速完全地散落进模型箱内；
d.之后土颗粒进入水中并在自重作用下开始下沉，由此可生成具有明显层状结构的饱和土；
e.等到沉积箱中的水澄清以后，一层具有明显层状结构的层状土生成；
f.再缓慢注入一定的水，使水位高于土体层面30-50cm，再向模型箱内散入土颗粒进行沉积，生成新的一层层状土，重复上面的步骤，可以生成多层层状土。在试验过程中，可以通过模型箱外侧的刻度尺观察沉积土层分层情况。
采用上述技术方案，本发明有以下优点：
层状土模拟生成装置的漏沙装置主要是为了使要生成的同层土的土颗粒能够同时均匀地落入模型箱内。本发明是模拟自然界中冲积土层的生成***。根据土粒在悬液中沉降的速度与粒径的平方成正比的司笃克斯公式，最大的颗粒沉积在最下面，最小的颗粒沉积在最上面，由此可生成具有明显层状结构的土层。可以在实验室自由实现不同颗粒级配层状土层的制备，可以用于在实验室研究层状结构对土体力学性质影响的动静力学试验。
本发明是用于模拟自然界中在冲击平原形成的具有自然分选的层状土层的***装置。针对目前室内试验土样主要采用均匀土样以及原状样在运输途中受到极严重的扰动以及原状样的不可重复性等特点，这套试验装置可模拟自然界中冲积土层的形成以及实现其重复性。可以用于在实验室研究层状结构对土体力学性质影响的动静力学试验。为土工室内试验提供一种全新的制备土样的设备和方法。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是漏沙装置的俯视图。
具体实施方式
如图1和图2所示的一种层状土模拟生成装置，由漏沙装置和模型箱构成，所述漏沙装置为漏沙盘，漏沙盘上设置有漏沙孔，在漏沙装置正下方设置有模型箱，模型箱为一透明箱体7。所述漏沙盘为上下平行设置的上盘3和下盘2构成，上盘和下盘上均设置有漏沙孔9，且上盘和下盘上的漏沙孔相一致，下盘固定设置，上盘与下盘滑动连接。上盘与下盘是轨道副连接，在上盘与下盘轨道副之间还设置有滚珠，上盘四周设置有档板，档板相互连接构成防漏装置，上盘上设置有手柄4，方便推动上盘移动。漏砂装置主要是为了使要生成的同层土的土颗粒能够同时均匀地落入模型箱内。为了得到成层性的效果，漏砂装置由叠加在一起的上下两层有机玻璃板组成，即上盘和下盘两部分，在下盘设置轨道与滚珠,上盘设置对应的轨道，两层有机玻璃板上均匀钻满可相互对齐的漏沙孔，下盘有机玻璃板固定，上盘有机玻璃板可移动，通过移动手柄前后推动上层有机玻璃板可使两层有机玻璃板的漏沙孔对齐或错开：当两层有机玻璃板错开时，漏沙孔相互错开可放置土样，将土颗粒均匀平铺其上；当两层有机玻璃板重叠到一起时，上下两层有机玻璃面的漏沙孔相互对齐，可上下贯通，使土颗粒均匀的散落到箱内。所述模型箱四个面外侧均设置有刻度尺6，方便观察形成的层状土层。所述漏沙装置和模型箱均设置在固定架1内，漏沙装置设置在固定架的上部，在固定架的下方放置模型箱，所述摸型箱为有机玻璃箱，箱内四周接缝处用密封胶密封，箱外四角用角钢卡紧，在模型箱四周用紧箍架5、8加固，模型箱底放置在底座上。模型箱内部底面上平铺一层透水石，并在透水石下方位置箱体或箱壁上设置排水阀门。模型箱的主要作用是为土颗粒在水中沉积提供场所，本发明模型箱的尺寸为：80cm（W）×80cm（L）×100cm（H），周围四面及底面采用有机玻璃，为防止制样过程中发生漏水现象，箱内周围接缝处用密封胶密封，箱外四角用角钢卡紧，并分别在上下用两排（共8根）型钢作用紧箍架箍紧，放置在由钢板制定的底座上。
本发明漏沙装置可以与固定架复合为一体，也可以是分体设置，模型箱是单独设计，需要放置到漏沙装置的正下方，本发明漏沙装置和模型箱的位置设置只要能够保证把漏沙装置固定在模型箱的上部就能达到本发明的目的。
本发明漏沙装置的上、下盘和模型箱的规格可以根据不同的使用需要进行选定，并不限于上述尺寸。
本发明的工作过程如下：将从现场取来的散土进行烘干并过5mm筛，将几种土的土颗粒按照一定比例进行混合备用或者直接现场取土样进行烘干备用。在土样散落模型箱内之前，预先在模型箱内盛入高30-50cm的水。计算并称取要生成一层土所需要的土颗粒重量，将其均匀平铺在漏砂装置的上盘上，不停地来回推动移动手柄，使土颗粒尽可能迅速完全地散落进模型箱内，之后土颗粒进入水中并在自重作用下开始下沉。根据土粒在悬液中沉降的速度与粒径的平方成正比的司笃克斯公式，最大的颗粒沉积在最下面，最小的颗粒沉积在最上面，由此可生成具有明显层状结构的饱和土。该方法能够较真实的模拟土的沉积过程。等到沉积箱中的水澄清以后，再缓慢注入一定的水，使水位高于土体层面30-50cm，再通过漏砂装置向模型箱内散入土颗粒进行沉积，生成新的一层层状土，重复上面的步骤，可以生成多层层状土。在试验过程中，可以通过模型箱外侧的刻度尺观察沉积土层分层情况。沉积完成后排除模型箱内上层多余的水后，在土层上覆盖一块带有布满密集漏沙孔的盖板或者土层和铁板之间放置一张滤纸，通过千斤顶对盖板加压以实现实际工程中不同深度处土层的上覆固结应力。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明整体构思前提下，还可以作出若干改变和改进，这些也应该视为本发明的保护范围。
Claims (1)
1.层状土模拟生成装置模拟生成层状土的方法，其特征在于：该层状土模拟生成装置由漏沙装置和模型箱构成，所述漏沙装置为漏沙盘，在漏沙装置正下方设置有模型箱，模型箱为一透明箱体，所述漏沙盘由上下平行设置的上盘和下盘构成，上盘和下盘上均设置有漏沙孔，且上盘和下盘上的漏沙孔相一致，下盘固定设置，上盘与下盘是轨道副连接，在上盘与下盘轨道副之间还设置有滚珠；所述上盘上设置有手柄，上盘四周设置有档板，档板相互连接构成防漏装置；所述模型箱四侧设置有刻度尺；所述漏沙装置和模型箱均设置在固定架内，漏沙装置设置在固定架的上部，在固定架的下方设置模型箱；所述模型箱为有机玻璃箱，箱内四周接缝处用密封胶密封，箱外四角用角钢卡紧，再在模型箱四周用紧箍架加固；在模型箱内部底面平铺一层透水石，并在透水石下方位置的箱体上设置排水阀门，模型箱放置在底座上；
该层状土模拟生成装置模拟生成层状土的方法，包括以下步骤：
a.将从现场取来的散土进行烘干并过1-5mm筛，将几种土的土颗粒按照一定比例进行混合备用或者直接现场取土样进行烘干备用；
b.在土样散落模型箱内之前，预先在模型箱内盛入高30-50cm的水；
c.计算并称取要生成一层土所需要的土颗粒重量，将其均匀平铺在漏砂装置的上盘上，不停地来回推动手柄，使土颗粒尽可能迅速完全地散落进模型箱内；
d.之后土颗粒进入水中并在自重作用下开始下沉，由此可生成具有明显层状结构的饱和土；
e.等到沉积箱中的水澄清以后，一层具有明显层状结构的层状土生成；
f.再缓慢注入一定的水，使水位高于土体层面30-50cm，再向模型箱内散入土颗粒进行沉积，生成新的一层层状土，重复上面的步骤，生成多层层状土。
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