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1、砂雨法成型中影响试样密度的因素吴建平顾尧章余祖国(浙江大学)F ACTOR S AFFECTINGSPE C IMENDENSIT Y INPLUVIAT ION附uJ奴n户g、GuY ao zhang、Y uZugu o(Z he一 和ngU niver si t 少)A B STR C TSomeregul ar脚tternsof thes ha脚of户nn ela 月dzheval ue 0. 加ean. 户1 1of sa ndi n. 如e n ei ngt heval ueofzhed e”512夕a ndd ens介夕d i stri butt onare ae如e nhaveb
2、e en.户 u ndi n脚vi ationmod el li nge x脚ri ments.Somei nd iee s. 户rsel eeri ngP lu vi atio nmod ell切9d ev1 ceaoesuggested叹f s P el heba s红o. f anal y s行o.f t heex详ri menzalresu打5.提要本文在砂雨法成型 的试验研究中,发现了试验漏斗的形状和砂土 的平均落距对试样密度以及密度大小分布范围的影响规律.通过分析,提出砂雨法成型装置选择的参考指标。月 U言在动三轴、共振柱 一类试验中,无粘性土的试验成型方法常见有以下四大类,即:振
3、动法,击实法,插捣法 和砂雨法。很多研究发现,不同的试样成型 方法对动三轴,共振柱试验的结果有很大影响.这种因试样成型方法不同而 导致的强度差 异有时高达10 0%1一5.因此,为了提高动三轴,共振柱 一类试验的精确性,加强 对 试样成型方法、包括成型装置的标准,成型程序等的研究是很必要和很有实用意义 的根据文献4的分析,用砂雨 法模拟 由风载或水流沉积而成的 天然砂土层比较合适,而振动法,击实法用以模拟回填的砂土层较为合适,由于砂雨法成型的试样可能会和实际 遇到的天然砂土层更接近一些,砂雨 法成型在无粘性土 的各种土工试验中较为广泛地采用。文献6曾对砂砾石河床模型的沉积成型过程作了详尽的研究
4、。但关于动、静三轴和共振柱 的试样成型方法的研究还 很少。因此木文将在前人对砂雨法成型所研究的基础上,着重对砂雨法成型过程中影响试样密度的几个主要 因素进行研究,以解决如何控制砂雨法成型 的试样密度,如何获得较宽的试样密度范围等等间题。本文研究的主要内容为:1、漏斗的形状对试样密度(在本文中试样密度均指干密度)的影响;2、平均落距与试样密度的关系;3、砂雨法成型装置的参数选择。二、一 试验材料为了使试验结果具有代表性,选用 了三种砂土,它们是福建标准砂,浙江诸几砂和某种尾矿砂。三种砂的比重、形状以及颜色如表1所示.其颗粒大小分布曲线如图1所示.表1砂类比重形状 颜色标准砂2 .6 4 较少棱角
5、白色土物理性.诸几 砂2.66较多棱角 桔红尾矿砂3.30较少棱角 灰黑. . . :几几岁洲绍求冲印契帐伟“一、d(r nm)图1颗粒大小分布曲线三、试验装置和试验方法本研究采用如图2所示的砂雨法成型试验装置.该装置由三部份组成,顶上部份是漏斗;中间部份是透明硬质塑料簿膜筒,它的作用是将砂土导入三开模内;底下部份是三开模,体积为96em.当当当几几几l_ _ _口口口 图2砂雨法成型装置图图3漏斗形状示意 图图2中各参数的意义如下:0一漏斗壁倾角;中一漏斗直管内径;H、一漏斗直管长度;34H一砂上平均落距;H:一三开模高度;D一三开模内径.为了研究漏斗形状对成型后试样密度的影响,本试验选用五
6、种型号的漏斗,漏斗的形状和各部份的名称如图3所示.按直管 内径从大到小将五种漏斗分别编号为A、B、C、D、E.各漏斗 的主要形状参数如表2所示.淤淤奥几几A A AB B BC C CD D DE E E0 0 0( 度) ) )58047, ,58”13, ,58013, ,5 9“12, ,5906, ,价价(m m) ) )15.1 1 15.2 2 25一2 2 24.7 7 72.0 0 0H H H:(m m) ) )1 50 0 0126.3 3 335 5 5140 0 08 0 0 0为了考虑砂土平均落距(H)对试样密度户的影响,设计了一组从0到200 0m m的不同平均落距
7、进行研究(见表3).表3序号平均落距.l一 仁i040距H68 3071040812 50915 泊l017901l20 00默平均落距H的单位为m m.所有试验统一按以 下步骤进行,以减少人为的试验过程误差。1、将 内径与三 开模内径一样的透明硬质塑料薄膜筒立于 三开模上沿端,并使二者的中心线对中.2、称风干砂20 0一2309,一 次性轻轻倒人漏斗,漏斗出口用手指封住,移到透明硬质塑料薄膜筒 中心,使出口与透明硬质塑料薄膜筒上l : 1齐平。漏斗移动过程必须保持平稳,以免振动。3、轻轻放开封在漏斗 出口的 手 指,让漏斗中的砂子在自重作用 下自由落人三开模中,整个过程应避免漏斗抖动.4、待
8、砂粒漏完,轻轻向上移去漏斗和透 明硬质塑料簿膜筒,刮去三 开模上端的多余砂粒,然后将三开模中的砂子倒人天平称量.在整个操作过程应避免三开模振动.四、试验结果与分析1、平均落距(H)的影响为了研究平均落距(H)对试样密度(川的影响,分别采用 了标准砂,诸几砂和尾矿砂等三种材料。试验统一用漏斗D,选用的平均落距如表3所示.图4、图5分别是标准砂,诸几砂和尾矿砂的试验结果。图4、图5的试验结果表明,从零开始,不断增加砂土平均落距(H),试样密度(刃随之增加。对标准砂和诸几砂,随平均落距(H) 的增加,试样密度呈双曲线型增长(见 图4 )。在H较小时,试样密度(川随H增长而很快增加,大约当HIO0 0
9、mm以后,密度(刃随H的增长速率已经很小;当H150 0m m以后,增加H对提高试样密度的效果微乎其微.可见,利用砂雨法成型,砂土平均落距(H) 的 最大值取150 0m m就可以了,更大的平均落距对提高试样密度效果不明显,却使试验操作变得困难./ / / / 一一一沂、1.7 任。的咸6 05 04 0 1, L- 门任。碧气, 30卜一交了一而万一落丽一云而平均落距厅(mm)图4标准砂、诸几砂的万户关系2、漏斗形状的影响平 均落 距厅(mm)图5尾矿砂的H一户关系分析表2内的漏斗各主要参数,可 以发现这些漏斗的斗壁倾角( 0 )分布范围为5 8。1 3,一 59”12 ,其中最大倾角与最小
10、倾角仅相差一度.因此,本文在研究漏斗形状的影响时,假定各漏斗倾角(0 )相等.即认为各漏斗的差异仅在直管内径(中)和直管长度(H,)上.(l )直管长度(H,)的影响为了 比较漏斗直管长度(H:)对砂土成型后试样密度影响,选用漏斗B和C ,这两只漏斗的直管内径(。)相等,均为反Zm m.漏斗B的Hl为12 6.3,漏斗c的H,为3 5m m,前者是后者的3.6倍,试验 材料为标准砂.平均落距H选9 0mm,54 0mm和IO4 0mm等三级.试验结果见图6.1.SOre s - 一 - 一一-一一. 一,一一- - 一- 一一- 一一- 一门霭碧城恻阳, 40甘一一一-一一一不丽厂月砂土平均落
11、距厅(mm )图6漏 斗不同直管长度的H一p关系(标准砂)图6的曲线B表示漏斗B的试验结果,类似地,曲线C表示漏斗C的试验结果.曲线B位于曲线C之上,这表明,在中,和0相等的条件下,漏斗直管长度较长者得到的试样密度也较大.原因是直观的,图中横坐标H不包括H、的长度,而砂土则是从漏斗的颈口开始下落的,所以,漏斗的Hl越大,砂粒在到达漏斗出口之前所经历的落体运动时间也就越长,因而到达出口时具有的初速吠也越大,这样,得到的试样密度也就会高一些.( 2)直管内径(中,)的影响本文选用漏斗A和漏斗B研究毋,对试样密度 的影响.漏斗A的中,为1 5.lm m,漏斗B的中为5 . 2mm,前者约为后者的3倍
12、。另外,漏斗A的直 管长度为1 50m m,漏斗B的直管长度为12 6.3m m,前者的Hl略大一些,但相差不多,因此,在分析中,暂时忽略Hl引起的差异.试验材料为标准砂,平均落距选9 0m m,54 0m m和104 0mm等三级.图7表示试验结果.很明显,由漏斗B得到的H万曲线远高于漏斗A的H一户曲线.同时,漏斗B得到的曲线,其万随H递增的速率也比漏斗C得到的曲线高的多.这说明:在相同倾角(0 )和直管长度(H,)的条件下,直管内径中,较小的漏斗可以获得较高密度的试样(当两者平均落距相等时 )以及得到较宽的试样密度分布范围(当两者平均落距变化时).如果考虑进本试验漏斗B的H:略小于漏斗A的
13、H,这个因素,根据上一节的结论,假如漏斗B的H、与漏斗A的完全相等,也是15 0m m,则漏斗B得到的H一户曲线将比图7中表示 的曲线还要稍微高一些.这更说明中对试样密度有很大影响,是一个重要的因素。月!1111. 801.601. 50E。碧呱铡却,40台500 平均落距(mm)COO图7漏 斗不同直管内径 的H户关系(标准砂)分析其原因.砂土在装人漏斗时,都处于一种疏松状态(振密了不利于砂土从漏斗颈口通过).当漏斗的中,比较大时,砂土是十几粒或几十粒成团地通过直管往下落,这种砂团落到三开模中再振散,从而形成密度比较小的试样。反之,当漏斗的中,比较小时,砂粒只能少量地通过漏斗直管往下落,这样
14、就形成密度较大的试样.3、如何确定合适的漏斗直管内径如上节所述,在各种条件相 同的情况下,中较小的漏斗相对比较容易获得较高密度的试样。但是作为漏斗,其中有一个下限值,当中小于这个数值时,砂上便不能自由通过漏 斗落到三开模 中,很显然,这个价的下限值与砂土的最大粒径d.a 二有关.为了讨论间题的方便,引进参数中/d.。二,这样便消去不同砂土d.。二不同的 问题. 黔黔黔A A AB B BD D DE E E中中中I=15.1 1 1中,”5 .2 2 2价,4.7 7 7中,=20 0 0标标准砂砂15.1 1 15.2 2 24.7 7 72.0 0 0d d d二一1.。 尾尾矿砂砂/ /
15、 / / /9,4 4 4) ) )d d d二. :=0.5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 诸诸几砂砂/ / / / /2.35 5 5/ / /d d d.,=2.0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0,中,和d,。二的单位均为m m.作者曾利用A、B、D、E等四种不同的甲值的漏斗与标准砂,诸几砂和尾矿砂等三种不同的砂,在平均落距分别 为9 0mm和104 0m m的高度进行七种组合试验,各组试验的中,/d,。二值如表4所示.表中打划线处表示未进行过该种组合试验.表5给出了分别与H=9 0mm和H=IO4 0m m相对应的各组试验的孔隙比e,e:以及孔隙比差e(e=el一eZ
16、).试验情况表明,当中/d.。二=2 .0时,砂粒不能自由通过漏斗直管,可见,中/d二a二的下限值要大于2 .0才行.但是当中/d,=2.3 5时,砂土便能 自由通过漏斗直管,而且表5各种砂的中,/d二二与孔隙比e的关系标准砂诸几砂尾矿砂甲二_d.。二-塑l d.o x望(d.ox一, 一月, 一J,一月,一飞口一O一n ,一,且一1一0一n到子叫亘 画了l坦兰四些塑-些了卫5 20一7660一5770.1892 .0二/二一乏 万 亏一互 布广比八e=e一eZ0.050.88 6、_ 些丝0.18 84.01.1150一7930.322习|IJ|刊,|一一,刃一艺O,t一,月 4一尸b一0 0,J一、J一.二一4-“一:曰该表中万的单位是mm.*,因漏斗直管常堵塞,该组试验未做成.试样具有较宽的密度分布范围。因此,沪,/d,a 二的下限可以近似取2 .3 5(见表5 ).从 表5中还可看出,对 标准
