利用分層壓實法製備三軸試驗試樣的裝置的製作方法

2023-08-10 19:13:26

本發明涉及室內三軸試驗制樣裝置，更具體地說涉及一種利用分層壓實法製備三軸試驗試樣的裝置。

背景技術：

在土工試驗中，原狀樣和重塑樣並重，原狀樣反映了土體的天然結構、真實的力學性能，但是也存在取樣困難、樣本數量少、試樣不均勻，不便於科學研究的缺點；相比於原狀樣，重塑樣在試樣樣本數量、試驗控制條件、試驗時間、試樣均勻性方面都佔有較大優勢，因此重塑土樣在土工試驗中具有更強、更普遍的適用性。

對試樣進行重塑成型的關鍵是選擇一個精度高、能夠靈活控制重塑樣相對密度和均勻性且易於操作的儀器。傳統的三軸重塑樣擊實器分為兩種：一種是一次成型擊實器(如千斤頂)，這種擊實器能夠保證試樣一次成型，但是存在致命的弊端：使製成的試樣密度不均勻，出現「上緊下松」的現象，造成試樣沒有良好的整體力學性能，整體承載能力下降，且制樣時會帶出一定量的土，會引起所制土樣的幹密度產生較大誤差，使試驗精度大大降低。另一種是常見的三軸擊實儀，這種儀器在一次成型擊實器的基礎上進行改進，採用了分層擊實的方法對試樣進行重塑，使試樣「上緊下松」、整體性能差的現象得到了改善，但是使用這種儀器作為擊實工具，在制樣時存在各層層厚難以控制(只能用尺子去一層層測量)，對試樣的製備帶來了極大地不便， 且在各層土樣的擊實過程中，由於產生的較大衝擊力減短了儀器的使用壽命且造成土量的損失，使試驗結果存在較大的誤差。因此，需要設計一種新型的重塑土樣成型儀器，避免上述問題的發生，提高試驗精度

技術實現要素：

本發明的目的旨在根據土工試驗中關於土樣成型存在的問題，並分析傳統的三軸重塑樣擊實器的原理，針對傳統儀器存在的問題，提供一種新型的利用分層壓實法製備三軸試驗試樣的裝置，結合機械領域和土領域的知識，將基於槓桿原理設計的簡易壓實器成功的應用到土樣壓實中，提高了試驗操作的方便性和結果的精度。

為解決上述技術問題，本發明所採取的技術方案是：一種利用分層壓實法製備三軸試驗試樣的裝置，其特徵在於：包括土樣壓實器、土樣壓實筒和限位模塊；所述土樣壓實器包括主體基座，安裝在主體基座上並帶有多個位於不同高度的手柄掛孔的立柱，與立柱通過手柄掛孔活動連接的手柄，以及活動安裝在手柄中部的帶有壓錘的壓杆；所述土樣壓實筒包括底座、土樣成型筒和壓板，所述土樣成型筒是由多個弧形板拼接經圓形套箍固定而成的，所述底座設有固定土樣成型筒底部的凹槽，所述壓板設有固定土樣成型筒頂部的貫穿孔，所述壓板與底座通過螺栓連接；所述土樣壓實筒活動固定在土樣壓實器主體基座上的試樣孔中，所述限位模塊與土樣壓實器上的壓錘活動固定。

進一步的技術方案在於，還包括補高器，所述補高器為一個與土樣成型筒內直徑相同的環形柱體。

進一步的技術方案在於，所述限位模塊的底部可伸入土樣成型筒的內部，且其頂部可卡在土樣成型筒的外部，所述限位模塊的底部設有一個圓形的水平面。

進一步的技術方案在於，所述限位模塊為3種，其高度各不相同。

進一步的技術方案在於，所述限位模塊與土樣壓實器上的壓錘通過磁力固定。

進一步的技術方案在於，所述限位模塊與土樣壓實器上的壓錘之間設有具有吸附性的磁鐵。

進一步的技術方案在於，所述土樣成型筒是由三個弧形板拼接經圓形套箍固定而成的。

進一步的技術方案在於，所述立柱設有兩個位於不同高度的手柄掛孔。

進一步的技術方案還在於，所述底座上的凹槽為環形的；所述底座上的凹槽為圓形的。

採用上述技術方案所產生的有益效果在於：本發明針對傳統土樣擊實器存在的制樣精度低、產生的衝擊力過大、儀器使用壽命短、費時費力、土量損失大等問題，進行改進創新，使得新制儀器構造簡單，造價低，能夠保證試樣各層層厚均一、各土層相對密度均勻，可根據需求製得不同分層高度和層數的土樣；且基於槓桿原理設計的壓實器具有省時省力的優點，避免了傳統擊實方式存在的儀器使用壽命過短、在擊實過程中由於衝擊力引起土量損失等弊端，極大的滿足了重塑樣製作的要求；土樣壓實器與相應型號的限位模塊之間通過磁力相 連，使土樣壓實器和限位模塊成為一體，進一步確保了壓實過程的精確性和簡便性。

附圖說明

下面結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步詳細的說明。

圖1是本發明結構示意圖；

圖2是本發明中土樣壓實器結構示意圖；

圖3是本發明中限位模塊結構示意圖；

圖4是本發明中土樣壓實筒結構示意圖；

圖5是本發明中補高器結構示意圖

其中:1、土樣壓實器；1-1、主體基座；1-2、立柱；1-3、壓杆；1-4、第一手柄掛孔；1-5、第二手柄掛孔；1-6、手柄；1-7、壓錘；1-8、試樣孔；2、限位模塊；3、土樣壓實筒；3-1、圓形套箍；3-2、壓板；3-3、土樣成型筒；3-4、螺栓；3-5、底座；4、補高器。

具體實施方式

下面結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明的一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。

在下面的描述中闡述了很多具體細節以便於充分理解本發明，但是本發明還可以採用其他不同於在此描述的其它方式來實施，本領域技術人員可以在不違背本發明內涵的情況下做類似推廣，因此本發明 不受下面公開的具體實施例的限制。

本發明採用了基於槓桿原理設計的簡易壓實器，將機械領域的知識應用到土工試驗中，手柄1-6、壓杆1-3、壓錘1-7、立柱1-2構成了一個槓桿設備，代替了靠較大衝擊力壓實土樣的傳統方式，技巧性的達到省時省力的效果。

如圖1所示，本發明包括土樣壓實器1、土樣壓實筒3和限位模塊2；

如圖2所示，土樣壓實器1包括主體基座1-1，安裝在主體基座1-1上並帶有多個位於不同高度的手柄掛孔的立柱1-2，與立柱1-2通過手柄掛孔活動連接的手柄1-6，以及活動安裝在手柄1-6中部的帶有壓錘1-7的壓杆1-3；

如圖3所示，土樣壓實筒3包括底座3-5、土樣成型筒3-3和壓板3-2，土樣成型筒3-3是由多個弧形板拼接經圓形套箍3-1固定而成的，底座3-5設有固定土樣成型筒3-3底部的凹槽，壓板3-2設有固定土樣成型筒3-3頂部的貫穿孔，壓板3-2與底座3-5通過螺栓3-4連接；

如圖1所示，土樣壓實筒3活動固定在土樣壓實器1主體基座1-1上的試樣孔1-8中，防止壓實過程中由於土樣壓實筒3移動對土樣造成的破壞，限位模塊2與土樣壓實器1上的壓錘1-7活動固定。

如圖5所示，本發明還包括補高器4，補高器4為一個與土樣成型筒3-3內直徑相同的環形柱體。

優選的，限位模塊2的底部可伸入土樣成型筒3-3的內部，且其 頂部可卡在土樣成型筒3-3的外部，限位模塊2的底部設有一個圓形的水平面。

如圖4所示，限位模塊2為3種，其高度各不相同。每種限位模塊2均由三部分構成：頂部為直徑43.6mm(略大於土樣成型筒3-3內直徑)，高25mm的圓柱；底部為直徑38.3mm(略小於樣成型筒3-3內直徑)，高5mm的圓餅；中間為直徑18.5mm，高為15mm、35mm、55mm三種不同型號的細長圓柱。

每種限位模塊2的上部為一「矮胖型」圓柱，其直徑略大於樣成型筒3-3上端內直徑，下部為一直徑略小於樣成型筒3-3上端內直徑的圓餅，其可在樣成型筒3-3自由出入，中間為一細長柱，用於傳力；

本發明中，限位模塊2與土樣壓實器1上的壓錘1-7通過磁力固定。

優選的，限位模塊2與土樣壓實器1上的壓錘1-7之間設有具有吸附性的磁鐵。

土樣壓實器1與相應型號的限位模塊2之間通過磁力相連，使土樣壓實器1和限位模塊2成為一體，確保了壓實過程的精確性和簡便性。在壓實時，土樣壓實器1和限位模塊2由於壓力的作用下移，當達到要求的土層厚度時，限位模塊2的頂部分則會卡住，則壓實完成。

優選的，土樣成型筒3-3是由三個弧形板拼接經圓形套箍3-1固定而成的。

優選的，立柱1-2設有兩個位於不同高度的手柄掛孔，分別為第一手柄掛孔1-4、第二手柄掛孔1-5。當土樣分層層數為4層時，壓 實第一、二、三層土樣時，不需要使用補高器4，則選擇第一手柄掛孔1-4，而進行最後一層土樣壓實時，需要配合使用補高器4，高度增加40mm，則選擇第二手柄掛孔1-5，手柄1-6上的槽形孔卡到右側立柱的槽形位置時，限位模塊2也剛好被卡住，完成該層土樣的擊實；

優選的，底座3-5上的凹槽為環形的；底座3-5上的凹槽為圓形的。用來放置由三塊弧形板拼接而成的土樣成型筒3-3；

具體操作步驟如下：

1.將三塊弧形板拼接成圓筒，並通過圓形套箍進行固定，組成土樣成型筒3-3，土樣成型筒3-3內直徑為39.1mm，高為80mm，將土樣成型筒3-3置於底座3-5的凹槽上，壓板3-2置於土樣成型筒3-3頂端相應位置處，壓板3-2並通過豎向的螺栓3-4與底座3-5連接，構成土樣壓實筒3。

2.將土樣壓實筒3分別放置在土樣壓實器1主體基座1-1的試樣孔1-8處，加以固定，此時將土樣壓實器1的手柄1-6掛鈎掛到第一手柄掛孔1-4處。

3.稱量所需壓實的第一層土樣的質量，並將其放入土樣壓實筒3中，將磁鐵固定在土樣壓實器1上，並吸附中間細柱高度為55mm(入筒高度為60mm)的限位模塊2，使施力手柄1-6右側抬到一定高度，並用力下壓，此時由於壓杆1-3的連動作用，壓錘1-7和限位模塊2下移，通過限位模塊2，對土樣進行壓實，隨著限位模塊2的不斷下移，限位模塊2的頂部卡在土樣壓實筒3上端，完成這一層土樣的壓實，此時手柄1-6上的槽形孔也剛好卡到右側立柱的槽形位置。

4.壓實完畢後，卸下此型號的限位模塊2，並對第一層土樣進行刮毛處理。

5.稱量第二層土樣的質量，且使土樣壓實器1上的磁鐵吸附中間細柱高度為35mm(入筒高度為40mm)的限位模塊2，重複步驟3和4。

6.稱量第三層土樣的質量，且使土樣壓實器1上的磁鐵吸附中間細柱高度為15mm(入筒高度為20mm)的限位模塊2，重複步驟3和4。

7.稱量第四層土樣的質量，將補高器4放置在土樣壓實筒3的上端且使土樣壓實器1上的磁鐵吸附中間細柱高度為35mm的限位模塊2，此時將土樣壓實器1的手柄1-6掛鈎掛到第二掛孔1-5處，重複步驟3和4。

8.一個分四層進行壓實成型的三軸試樣製備完成，也可以根據實驗要求選擇適當的分層高度和分層數，取出試樣，保證各設備恢復到最初狀態。