带有双柱塞结构圆柱形模具主要用于在压缩稳定土圆柱体 (CSEC) 中实现均匀的内部密度。 这种结构允许同时从样品顶部和底部施加压力。通过这样做，它可以有效地抵消在压实过程中土壤混合物与模具壁之间自然发生的摩擦。
核心要点 在静态压实中，材料与模具之间的摩擦会产生密度梯度，从而影响测试结果。双柱塞系统通过从两端进行压缩来消除这个问题，确保样品整体密度一致，从而产生可靠、可重复的数据。
有效压实的力学原理
要理解双柱塞系统为何必要，必须了解土壤混合物与容器之间的相互作用。
克服壁面摩擦
当对稳定土混合物施加压力时，材料会自然地推向圆柱形模具的侧壁。
这种接触会产生显著的摩擦。在标准的单柱塞装置中，这种摩擦会抵抗向下的力，导致靠近移动柱塞的材料比底部材料更致密。
双柱塞解决方案
双柱塞结构通过同时从两端施加压缩力来解决这种阻力。
这种双重作用确保了压实作用力均匀分布在整个圆柱体的高度上。它最大限度地减少了摩擦会阻止充分压实的“死区”。
对样品质量的影响
模具的物理结构直接关系到从 CSEC 收集的数据的完整性。
实现结构均匀性
制备 CSEC 的主要目标是制造内部结构均匀的样品。
双柱塞模具可确保内部密度从圆柱体的顶部到底部保持一致。这种均匀性对于准确表征稳定土的力学性能至关重要。
提高测试一致性
当由于模具摩擦导致内部密度不均匀时，测试结果会变得不稳定且不可靠。
通过消除密度不均匀这个变量，双柱塞方法显著提高了测试结果的一致性。这使得研究人员和工程师能够相信数据的变化是由于材料本身造成的，而不是制备方法造成的伪影。
样品制备中的常见陷阱
虽然双柱塞方法更优越，但了解忽略摩擦动力学相关的风险很重要。
密度梯度风险
土柱制备中的一个常见错误是低估壁面摩擦的影响，尤其是在较高的样品中。
如果使用单柱塞或静态模具，产生的圆柱体很可能会出现密度梯度。这意味着上半部分可能结构牢固，而下半部分可能多孔且薄弱。
数据完整性受损
测试密度不均匀的样品会导致较弱的一端过早失效。
这会导致对材料真实强度的低估。依赖此类数据可能导致关于稳定土承载能力的工程判断不正确。
为您的目标做出正确选择
选择正确的模具配置是稳定土实验设计中的关键一步。
- 如果您的主要关注点是数据可靠性： 使用双柱塞结构消除会给测试结果带来噪声的密度变化。
- 如果您的主要关注点是材料表征： 确保同时进行顶部和底部的压实，以生产均匀的样品，准确反映材料的真实性能。
通过同时进行双端压实来控制摩擦，您可以将一个可变的过程转化为标准化、科学有效的程序。
总结表：
| 特征 | 单柱塞法 | 双柱塞法 |
|---|---|---|
| 压力来源 | 仅顶部表面 | 同时顶部和底部 |
| 壁面摩擦 | 产生显著阻力 | 有效中和 |
| 密度分布 | 梯度（顶部更致密） | 均匀/均质 |
| 数据可靠性 | 结果出现异常的高风险 | 高一致性和准确性 |
| 结构完整性 | 底部有薄弱区域 | 整体强度一致 |
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参考文献
- Robert Hillyard, Brett Story. Prediction of Performance of Compressed Earthen Construction Using Compressed Stabilized Earthen Cylinders (CSECs). DOI: 10.3390/buildings15111767
本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .
