層狀土模擬生成方法及裝置的制造方法
【專利說明】
所屬技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種巖土工程土工試驗(yàn)系統(tǒng)裝置，適用于模擬自然界中在沖擊平原形成的具有自然分選的層狀土層。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，國內(nèi)外實(shí)驗(yàn)室內(nèi)對飽和砂土或粉砂的動(dòng)靜力學(xué)性質(zhì)研究一般采用均勻混合后的重塑土進(jìn)行，而自然界中的土體層特別是水力吹填或沖填形成的砂土層，大都為具有一定分選性的層狀結(jié)構(gòu)，使得這種具有層狀結(jié)構(gòu)的土層有別于均勻土體的力學(xué)特性。
[0003]然而，地基土液化作為地震引發(fā)的主要次生災(zāi)害之一，主要發(fā)生在松散的砂質(zhì)水力回填土區(qū)、海岸線附近地區(qū)自然沉積的沖積層和河漫灘或沖積平原上。國外學(xué)者Youd和Perkins的研究結(jié)果表明:飽和松散的水力沖填土差不多總會(huì)液化，而且全新世的無黏性土沉積層對液化也是很敏感的，這一結(jié)論已被1978年日本的兩次大地震以及1977年羅馬尼亞地震所證實(shí)。最近的研究資料也表明，滲透性相對較小的粉粒夾層的存在會(huì)對粉質(zhì)砂土的液化及液化后特性產(chǎn)生明顯的影響。目前，無論是試驗(yàn)研究還是理論分析大多是基于相對均勻砂層液化和液化后宏觀觀測現(xiàn)象的力學(xué)描述和數(shù)學(xué)建模，而直接針對具有層狀結(jié)構(gòu)的粉質(zhì)砂土層液化后變形特性的研究成果還很少，特別是缺乏對飽和層狀粉質(zhì)砂土液化后現(xiàn)象細(xì)觀力學(xué)機(jī)理進(jìn)行深入系統(tǒng)的研究。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了研究層狀結(jié)構(gòu)對飽和砂土的力學(xué)特性的影響，本發(fā)明提供了一種層狀土模擬生成方法及裝置，是模擬自然界中沖積土層的生成系統(tǒng)。根據(jù)土粒在懸液中沉降的速度與粒徑的平方成正比的司篤克斯公式，最大的顆粒沉積在最下面，最小的顆粒沉積在最上面，由此可生成具有明顯層狀結(jié)構(gòu)的土層?？梢栽趯?shí)驗(yàn)室自由實(shí)現(xiàn)不同顆粒級配層狀土層的制備，可以用于在實(shí)驗(yàn)室研究層狀結(jié)構(gòu)對土體力學(xué)性質(zhì)影響的動(dòng)靜力學(xué)試驗(yàn)。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
層狀土模擬生成裝置，由漏沙裝置和模型箱構(gòu)成，所述漏沙裝置為漏沙盤，漏沙盤上設(shè)置有漏沙孔，在漏沙裝置正下方設(shè)置有模型箱，模型箱為一透明箱體。
[0006]上述層狀土模擬生成裝置，所述漏沙盤為上下平行設(shè)置的上盤和下盤構(gòu)成，上盤和下盤上均設(shè)置有漏沙孔，且上盤和下盤上的漏沙孔相一致，下盤固定設(shè)置，上盤與下盤滑動(dòng)連接。
[0007]上述層狀土模擬生成裝置，上盤與下盤是軌道副連接。
[0008]上述層狀土模擬生成裝置，在上盤與下盤軌道副之間還設(shè)置有滾珠。
[0009]上述層狀土模擬生成裝置，所述上盤上設(shè)置有手柄，上盤四周設(shè)置有檔板，檔板相互連接構(gòu)成防漏裝置。
[0010]上述層狀土模擬生成裝置，所述模型箱四側(cè)設(shè)置有刻度尺。
[0011 ] 上述層狀土模擬生成裝置，所述漏沙裝置和模型箱均設(shè)置在固定架內(nèi)，漏沙裝置設(shè)置在固定架的上部，在固定架的下方設(shè)置模型箱。
[0012]上述層狀土模擬生成裝置，所述摸型箱為有機(jī)玻璃箱，箱內(nèi)四周接縫處用密封膠密封，箱外四角用角鋼卡緊，再在模型箱四周用緊箍架加固。
[0013]上述層狀土模擬生成裝置，在模型箱內(nèi)部底面平鋪一層透水石，并在透水石下方位置的箱體上即模型箱底部或箱底側(cè)壁上設(shè)置排水閥門，模型箱放置在底座上。
[0014]—種使用上述層狀土模擬生成裝置模擬生成層狀土的方法，包括以下步驟:
a.將從現(xiàn)場取來的散土進(jìn)行烘干并過l_5mm篩，將幾種土的土顆粒按照一定比例進(jìn)行混合備用或者直接現(xiàn)場取土樣進(jìn)行烘干備用；
b.在土樣散落模型箱內(nèi)之前，預(yù)先在模型箱內(nèi)盛入高30-50cm的水；
c.計(jì)算并稱取要生成一層土所需要的土顆粒重量，將其均勻平鋪在漏砂裝置的上盤上，不停地來回推動(dòng)移動(dòng)手柄，使土顆粒盡可能迅速完全地散落進(jìn)模型箱內(nèi)；
d.之后土顆粒進(jìn)入水中并在自重作用下開始下沉，由此可生成具有明顯層狀結(jié)構(gòu)的飽和土 ；
e.等到沉積箱中的水澄清以后，一層具有明顯層狀結(jié)構(gòu)的層狀土生成；
f.再緩慢注入一定的水，使水位高于土體層面30-50cm，再向模型箱內(nèi)散入土顆粒進(jìn)行沉積，生成新的一層層狀土，重復(fù)上面的步驟，可以生成多層層狀土。在試驗(yàn)過程中，可以通過模型箱外側(cè)的刻度尺觀察沉積土層分層情況。
[0015]采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明有以下優(yōu)點(diǎn):
層狀土模擬生成裝置的漏沙裝置主要是為了使要生成的同層土的土顆粒能夠同時(shí)均勻地落入模型箱內(nèi)。本發(fā)明是模擬自然界中沖積土層的生成系統(tǒng)。根據(jù)土粒在懸液中沉降的速度與粒徑的平方成正比的司篤克斯公式，最大的顆粒沉積在最下面，最小的顆粒沉積在最上面，由此可生成具有明顯層狀結(jié)構(gòu)的土層?？梢栽趯?shí)驗(yàn)室自由實(shí)現(xiàn)不同顆粒級配層狀土層的制備，可以用于在實(shí)驗(yàn)室研究層狀結(jié)構(gòu)對土體力學(xué)性質(zhì)影響的動(dòng)靜力學(xué)試驗(yàn)。
[0016]本發(fā)明是用于模擬自然界中在沖擊平原形成的具有自然分選的層狀土層的系統(tǒng)裝置。針對目前室內(nèi)試驗(yàn)土樣主要采用均勻土樣以及原狀樣在運(yùn)輸途中受到極嚴(yán)重的擾動(dòng)以及原狀樣的不可重復(fù)性等特點(diǎn)，這套試驗(yàn)裝置可模擬自然界中沖積土層的形成以及實(shí)現(xiàn)其重復(fù)性。可以用于在實(shí)驗(yàn)室研究層狀結(jié)構(gòu)對土體力學(xué)性質(zhì)影響的動(dòng)靜力學(xué)試驗(yàn)。為土工室內(nèi)試驗(yàn)提供一種全新的制備土樣的設(shè)備和方法。
【附圖說明】
[0017]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖2是漏沙裝置的俯視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]如圖1和圖2所示的一種層狀土模擬生成裝置，由漏沙裝置和模型箱構(gòu)成，所述漏沙裝置為漏沙盤，漏沙盤上設(shè)置有漏沙孔，在漏沙裝置正下方設(shè)置有模型箱，模型箱為一透明箱體7。所述漏沙盤為上下平行設(shè)置的上盤3和下盤2構(gòu)成，上盤和下盤上均設(shè)置有漏沙孔9，且上盤和下盤上的漏沙孔相一致，下盤固定設(shè)置，上盤與下盤滑動(dòng)連接。上盤與下盤是軌道副連接，在上盤與下盤軌道副之間還設(shè)置有滾珠，上盤四周設(shè)置有檔板，檔板相互連接構(gòu)成防漏裝置，上盤上設(shè)置有手柄4，方便推動(dòng)上盤移動(dòng)。漏砂裝置主要是為了使要生成的同層土的土顆粒能夠同時(shí)均勻地落入模型箱內(nèi)。為了得到成層性的效果，漏砂裝置由疊加在一起的上下兩層有機(jī)玻璃板組成，即上盤和下盤兩部分，在下盤設(shè)置軌道與滾珠，上盤設(shè)置對應(yīng)的軌道，兩層有機(jī)玻璃板上均勻鉆滿可相互對齊的漏沙孔，下盤有機(jī)玻璃板固定，上盤有機(jī)玻璃板可移動(dòng)，通過移動(dòng)手柄前后推動(dòng)上