[发明专利]制备内含定向分布纤维的物化法改良土试样的装置及方法

权利要求书

1.一种制备内含定向分布纤维的物化法改良土试样的装置，其特征在于，包括可拆卸模具、击实定位板、击实锤系统和纤维定向筛；

所述的可拆卸模具包括底钢板、两块外侧钢板、两块内侧钢板和若干螺纹钢拉杆；所述底钢板的每个侧面上均设有若干螺孔，用于与自攻螺钉配合以固定侧钢板；所述外侧钢板内表面设有两个固定凹槽和定位凹槽，所述固定凹槽用于嵌入内侧钢板，所述定位凹槽设于外侧钢板内表面边缘，用于固定击实定位板和纤维定向筛；所述内侧钢板内表面边缘设有定位凹槽，定位凹槽的尺寸及作用与外侧钢板内表面的定位凹槽相同；所述外侧钢板上部设有若干贯穿螺孔，用于与螺纹钢拉杆配合以固定外侧钢板和内侧钢板；所述的可拆卸模具内部铺设有土样；

所述的击实定位板用于辅助击实锤系统定位，所述的击实锤系统用于对土样进行击实，从而保证改良土样的干密度均匀；

所述纤维定向筛用于使纤维沿平行于螺纹钢拉杆的方向分布；

所述的击实定位板包括上位钢片和下位钢片，上位钢片和下位钢片的高度大于外侧钢板内表面的定位凹槽长度；所述上位钢片下端和下位钢片上端开有相同尺寸的卡槽，二者通过卡槽连接；

所述的纤维定向筛包括四块侧铝板和若干设于侧铝板底部的底部平行细铝丝；侧铝板通过焊接彼此相连，侧铝板的高度与可拆卸模具的深度相同；底部平行细铝丝之间的净距应至少为5倍纤维直径，但不大于10倍纤维直径，底部平行细铝丝距土样顶面的距离为1-2cm；

所述的纤维定向筛还包括固定钢塞，所述侧铝板上在与内侧钢板和外侧钢板内表面上定位凹槽对应的竖向位置处设有若干等间距的贯穿孔洞，用于与固定钢塞配合使用以调节纤维定向筛的竖向位置。

2.根据权利要求1所述的制备内含定向分布纤维的物化法改良土试样的装置，其特征在于，所述的击实锤系统包括击实锤套筒、设于击实锤套筒内的击实锤和设于击实锤套筒上的套筒帽；所述的套筒帽中心设有一个供击实锤杆穿过的圆孔；所述的击实锤由击实锤头和击实锤杆焊接而成，击实锤头和击实锤杆的外形分别为长方体和圆柱体，击实锤头的横截面为正方形，其边长大于两外侧钢板或两内侧钢板之间净距的1/3，且小于两外侧钢板或两内侧钢板之间净距的2/3；击实锤套筒的横截面内边缘为正方形，其边长大于击实锤头的横截面边长，但大于的量不超过2mm。

3.一种制备内含定向分布纤维的物化法改良土试样的方法，其特征在于，该方法基于权利要求1或2所述的装置实现，包括如下步骤：

(1)将取自现场的土体自然风干或采用烘箱烘干得到干土，然后将干土碾散，并过相关规范所要求孔径的标准筛；按预定的质量百分比称取化学添加剂；按预设的纤维长度和纤维质量百分比准备好纤维；

(2)将化学添加剂与过筛后的干土均匀拌合，然后边搅拌边少量多次地撒入预定质量的纯净水，拌合均匀，然后养护若干周期，养护结束后得到化学法改良土；

(3)组装可拆卸模具和击实锤系统；在可拆卸模具内表面上均匀地涂刷一层凡士林，再在可拆卸模具内表面上贴一层保鲜膜，然后在保鲜膜上均匀地涂刷一层凡士林，用于确保击实完毕后可拆卸模具的快速拆卸及可拆卸模具拆卸过程对击实块表面扰动的最小化；在击实锤系统的击实锤头的底部包裹一层透明胶带，用于防止击实过程中击实锤头底面与土样的粘结；

(4)将一次制备过程所需的纤维和化学法改良土分别均分为9份和10份；

(5)取一份化学法改良土均匀地铺设于可拆卸模具底部并抹平土层表面；

(6)调节纤维定向筛上固定钢塞的位置，以使得纤维定向筛的底部平行细铝丝与可拆卸模具内土层的表面之间的距离为1-2cm为调节标准，然后将纤维定向筛组装到可拆卸模具上；

(7)取一份纤维均匀地撒入纤维定向筛中，拨动纤维使其全部落入可拆卸模具内的土层表面上；

(8)将纤维定向筛从可拆卸模具中拔出，取一份化学法改良土均匀地铺设于可拆卸模具内的纤维表面，并抹平土层表面；

(9)重复步骤(6)、(7)、(8)直至形成一个包含三层纤维和四层化学法改良土的互层结构；

(10)将击实定位板与可拆卸模具组装在一起，使用击实锤系统对步骤(9)中得到的互层结构击实27次，击实的顺序为先外围后内部，隔一击一，确保击实锤套筒与可拆卸模具内壁或击实定位系统侧面自上而下均紧密接触；击实结束后，进行层间“拉毛”处理；

(11)将击实定位板拔出，重复步骤(6)、(7)、(8)、(9)、(10)直至一次制备过程所需的所有纤维和化学法改良土均掺和、击实完毕，得到物化法改良土击实块；

(12)拆卸可拆卸模具，取出物化法改良土击实块并置于保鲜袋中密封阴凉保存，清洗可拆卸模具表面土样及凡士林，擦干、组装并归位，以备后续试验所用；

(13)将保存在保鲜袋中的物化法改良土击实块置于冰箱中冷冻若干周期，一周期为24h；

(14)按照预设的纤维取向与水平面的夹角在冷冻后的物化法改良土击实块表面划定切割辅助线，沿着切割辅助线将物化法改良土击实块切割成小块，得到含有预设定向分布纤维的物化法改良土击实块；

(15)按照不同试验对试样尺寸的要求，将含有预设定向分布纤维的物化法改良土击实块修剪成型，并置于常温遮光环境中解冻24h，得到内含定向分布纤维的物化法改良土试样。