专利名称：一种三轴试验扰动土试件用试模系统及其操作方法
技术领域：
本发明涉及公路地基处理设备技术领域，具体涉及一种三轴试验扰动土试件用试模系统及其操作方法。
背景技术：
根据现行《公路土工试验规程》(JTJ051-93)的规定，制备三轴试验扰动土试件时，采用的是用击实器分层击实的方法。所说的击实器主要包括套筒、套筒下部的底板和用来击实土样的击锤，使用时，将松散的土样放入套筒内，以击锤击实，然后再在已击实的土样上加上松散的土样，再次击实，重复五次，完成扰动土样的制备，成品为五层土样。现有设备存在的问题是1、无法控制预计的干密度无论每层击多少次总无法达到预定的高度，达不到试验目的；2、制备效率低以手工进行击实操作，费力费时；3、适用范围窄击实器击实功太小，只能用于过去轻型击实结果扰动样的制备，而不能用于现在广泛应用的标准击实(重型击实)结果扰动土样的制备；4、土样精度差以前的手工击实中，土样会沿击锤外侧向上翻腾，边缘很难压实；5、结构相对复杂击实器包括的零件多，且拼装、拆卸麻烦。
发明内容
本发明要克服现有技术存在的无法控制预计的干密度、制备效率低、适用范围窄和结构相对复杂的问题。
为克服现有技术存在的问题，本发明的技术方案是，一种三轴试验扰动土试件用试模系统，包括套筒1和底板4，其特殊之处在于还包括可与套筒1滑动配合的五个压实块2、供套筒1固定脱模用的固定架、压实用压力装置和脱模用压力装置，所述压实块2中有四个的高度与单层土样高度一致，所述底板4为圆形，其滑动配合设置于套筒1底部。
上述底板4和五个压实块2的总高度加上单层土样的高度的总高等于套筒1的高度。
上述压实用压力装置是压力试验机或路面强度仪或者反力架。
上述脱模用压力装置是脱模器或千斤顶。
上述方案还包括脱模块5，所述脱模块5可与套筒1滑动配合，其下部设置有与压力装置给力端部相配合的凹槽6。确保土样的受力均匀。
一种上述系统的操作方法是，采用静压法进行试样制作。
上述静压法进行试样制作的过程是(一)将拌好并经闷料的土按予定干密度均匀分五份，底板4放置在套筒1底部，先将一份土样装入套筒1内，依次放入五个压实块2，最上部的压实块2整个位于套筒1外或大部分位于套筒1外；(二)压实用压力实验机进行压实，使最上部的压实块2顶端刚好与套筒1齐平时停止，以静压法成型，然后利用压实块2的自重将其倒出；(三)将接触面刨毛，再取一份土样装入套筒1内，这次依次放入四个压实块2，以静压法成型，然后利用压实块2的自重将其倒出；(四)重复上述压实工作，每次减少一个压实块2，直至土样为5层；(五)固定套筒，脱摸。
上述(五)中，用脱模块5顶住底板4由下至上将土样推出。
上述(五)中，用脱模块5顶住底部土样由下至上将土样推出。
与现有技术相比，本发明的优点是1、可以有效控制预计的干密度成型前把拌好并经闷料的土按予定干密度均匀分五份，每次取一份装入套筒内，压实用压力装置每次压下同样的高度，这样就确保各层土样达到预定的高度，试件高度、密度、含水量均能符合规范要求，可有效达到试验要求。在制样操作过程中，我们采用了静压法，该方法相比击实法来说，一方面能有效的控制试样每层土的压实度；另一方面能节约大量的时间和人力；2、制备效率高操作方便，以压实用压力装置和脱模用压力装置进行辅助，减少人工工作量，提高了工作效率；3、适用范围宽本实用新型准确度高，稳定性好，适用于三轴试验扰动土在标准击实结果下不同干密度的试件成型，不仅可用于过去轻型击实结果扰动样的制备，而且能用于现在广泛应用的标准击实(重型击实)结果扰动土样的制备，也可用于剪切、压缩试验时扰动土样的试件制备；
4、精度高由于压实原理不同，因此结果差距很远，以前的手工击实中，土样会沿击锤外侧向上翻腾，边缘很难压实，而本实用新型中压实块与套筒滑动配合，在落下的过程中由于两者之间的摩擦作用及压实块下部空气的阻力，压实块缓慢下降，无土样翻腾现象出现，最后又采用静压方式压实，能减少人为误差，有效保证了精度；5、结构简单本发明包括的部件少，且不需拼装省去了很多麻烦；6、操作简单利用本发明的系统，操作步骤简单，易掌握，对操作人员的能力无特殊要求。
7、本方法具有很好的适用价值对于土工试验中需分层成型试样的试验，可以根据试样不同的高度、直径和所要求的层数，将试模加工成不同高度和直径的圆筒和压实块，都能应用此方法进行静压成型。
图1是本发明的套筒结构示意图；图2是脱模块的结构示意图。
附图标记说明如下1-套筒，2-压实块，3-土样，4-底板，5-脱模块，6-凹槽。
具体实施例方式参见图1和图2，本发明包括套筒1和底板4，还包括可与套筒1滑动配合的五个压实块2、一个脱模块5、供套筒1可拆卸固定用的固定架、压实用压力装置和脱模用压力装置，所述底板4为圆形，其滑动配合设置于套筒1底部。所说的压实用压力装置是压力试验机；所说的脱模用压力装置是千斤顶，脱模块5的下部设置有与千斤顶给力端部相配合的凹槽6。
底板4与压实块2实质上是同一结构，但因所起功能不同有了不同的名称。
本例中，套筒1的直径是φ61.8mm，高度为175mm，底板4和五个压实块2的高度均为25mm(与单层土样的高度相等)，一个底板4与五个压实块2的总高为150mm。
本实用新型粗分为(1)压力设备压实和脱模用的两种；(2)制模组件套筒1、底板4、五个压实块2和一个脱模块5；(3)辅助设备固定架。
使用时，先用制模组件进行土样3制备，具体步骤是将拌好并经闷料的土按予定干密度均匀分五份，底板4放置在套筒1底部，先将一份土样装入套筒1内，依次放入五个压实块2，最上部的压实块2整个位于套筒1外或大部分位于套筒1外，用压力实验机进行压实，使最上部的压实块2顶端刚好与套筒1齐平时停止，以静压法成型；再取一份土样装入套筒1内，这次依次放入四个压实块2，重复压实工作。由于每次装入的土样数量一样，且每次的压实高度是确定的，因此所制备成品土样3的高度完全相等。制备过程中，各层接触面应刨毛。然后脱摸，首先利用压实块2的自重将其倒出，将套筒1固定于固定架上，用千斤顶顶住底板4向上推出脱模，为保证脱摸时土样3受力均匀；也可先利用底板4自重将其倒出，再将脱模块5放入套筒1内，用千斤顶顶住脱模块5的下部凹槽6向上推出脱模；脱模块5直接顶住底板4亦可。
具体试验中，所用的试验仪器为TSZ30-2.0型台式三轴仪，该仪器为应变控制式，主要由试验机、压力室、测控柜三部分组成，其中仪器主要技术参数如下a.土试样尺寸φ＝61.8mm×125mmb.最大轴向输出力30KN；c.轴升速度范围(15档变速)0.002～4.5mm/min；d.最大周围压力2MPa动作灵敏度0.5％F·S；e.最大反压力0.8MPa动作灵敏度0.2％F·S；f.轴升最大行程90mm；g.最大孔隙水压力2Mpa分辨率0.05％F·S在三轴试验中，在最大干密度和最佳含水量下制备成的试样的直径为61.8mm，高为125mm，分五层均匀压实，压实度控制为93％。在试验过程中，分别用击实法和静压法两种成型方法制备土样，结果发现，当采用击实法时，由于土样在最大干密度和最佳含水量下的强度很大，击实时很难达到93％的压实度，并且在击实过程中，由于是用高度来控制每层土的压实度，每击几下，就需要测量土样的高度，费事麻烦，并且每层也很难控制为相同的压实度，有很多人为的因素，有时在击实时一不小心，就多击了几下或少击了几下。而采用本方法，可达到理想的试验效果。
实施例2，试模由圆筒和压实块组成，其中圆筒的内径为61.8mm，高为205mm，压实块共有六个，直径也都为61.8mm，其中有四个压实块的高度为25mm(与成型试样的每层高度相同)，另两个为40mm，其中的一个作为底板使用，六个压实块的总高度加上单层土样的高度刚好和圆筒高相等。试样制备的具体操作方法如下1.选取试验土样，经风干，碾碎，过筛(过5mm的筛)，测定风干含水率，按土样的最佳含水量算出所需加水量。
2.将需加的水量喷洒到土料上拌均，稍静置后装入塑料袋，然后置于密封容器内至少20小时，使含水率均匀。取出土料复测其含水率。测定的含水率与要求的含水率的差值小于1％。否则，需调整含水率至符合要求为止。
3.根据土样的最大干密度和93％的压实度，称取试样每层所需的土样质量共五份。其中每份土样的质量为m5=15ρd(1+w)kV,]]>式中m为土样的质量；ρd为土样的最大干密度；w为土样的最佳含水量；k为试样的压实度；V为试样的体积，且V＝πR2h，R为试样半径，h为试样高度。
4.在制备土样的圆筒中，先放上一个高40mm的压实块做为底板，将称好的一份土倒入圆筒中，然后放上四个高25mm的压实块和一个高40mm的压实块，将圆筒和压实块放在压力机下进行静压，直到压实块和圆筒刚好一样高为止。
5.将圆筒和压实块从压力机上拿开后，从圆筒中利用压实块的自重将它们倒出，将压实好的土刨毛后，再加入一份称好的土，在土样上再放上三个高25mm的压实块(即取掉一个高25mm的压实块)，在压力机上进行静压。
6.就这样，取掉一个高25mm的压实块后，再进行一层土样的静压，直到五层土样都依次压实到规定的压实度为止。
7.在千斤顶上，将试样脱模。
为进一步说明本发明的特点，以试样成型实例来说明所取土样来自陕南膨胀土，取土地点为安康扬河沟滑坡处，该处膨胀土引起大规模滑坡，导致挡土墙开裂、破坏，浆砌片石护坡损坏，路面鼓起、沉陷。经室内重型击实试验得到膨胀土样的最大干密度和最佳含水量分别为ρdmax＝1.84g/cm3、w0＝15.1％。
对该土样进行三轴试验，在最大干密度和最佳含水量下制备成的试样的直径为61.8mm，高为125mm，分五层均匀压实，压实度控制为93％，风干膨胀土的含水量为w′＝4.3％，每次成型四个试样，分别在不同的围压下进行压缩试验。成型试样体积为V=π(D2)2h=3.14×(6.182)2×12.5=375cm3]]>需要的风干土样质量为m1＝4ρdmax(1+w′)kV＝4×1.84×(1+0.043)×375×0.93＝2677g风干土样中土质量为ms＝4ρdmaxkV＝4×1.84×0.93×375＝2567g风干土样中水质量为mw1＝w′ms＝2567×0.043＝110g成型时土样中水质量为mw2＝w0ms＝0.151×2567＝388g需加水质量为mw3＝mw2-mw1＝388-110＝278g每个试样总质量为m＝ρdmax(1+w0)kv＝1.84×(1+0.151)×0.93×375＝739g成型试样每层需称取的土样总质量为m′=m5=7395=148g]]>按照实施例2的步骤1～3，首先称取该膨胀风干土样2677g，将需加的278g水均匀地喷洒到土料上拌匀，稍静置后装入塑料袋，然后置于密封容器内至少20h，使含水率均匀。然后称取加水后的土样五份，每份148g。按照实施例2中的步骤4、5、6、7依次操作，即制备得到所需试样共四个。考虑到水分和风干土样在试验中的损失，试验中可以适当增加少量土样和水。
权利要求
1.一种三轴试验扰动土试件用试模系统，包括套筒(1)和底板(4)，其特征在于还包括可与套筒(1)滑动配合的五个压实块(2)、供套筒(1)固定脱模用的固定架、压实用压力装置和脱模用压力装置，所述压实块(2)中有四个的高度与单层土样高度一致，所述底板(4)为圆形，其滑动配合设置于套筒(1)底部。
2.如权利要求1所述的一种三轴试验扰动土试件用试模系统，其特征在于所述底板(4)和五个压实块(2)的总高度加上单层土样的高度的总高等于套筒(1)的高度。
3.如权利要求1或2所述的一种三轴试验扰动土试件用试模系统，其特征在于所述压实用压力装置是压力试验机或路面强度仪或者反力架。
4.如权利要求3所述的一种三轴试验扰动土试件用试模系统，其特征在于所述脱模用压力装置是脱模器或千斤顶。
5.如权利要求4所述的一种三轴试验扰动土试件用试模系统，其特征在于所述方案还包括脱模块(5)，所述脱模块(5)与套筒(1)滑动配合，其下部设置有与压力装置给力端部相配合的凹槽(6)。
6.如权利要求1所述的一种三轴试验扰动土试件用试模系统的操作方法，其特征在于采用静压法进行试样制作。
7.如权利要求6所述的一种三轴试验扰动土试件用试模系统的操作方法，其特征在于所述静压法进行试样制作的过程是，(一)将拌好并经闷料的土按予定干密度均匀分五份，底板4放置在套筒1底部，先将一份土样装入套筒1内，依次放入五个压实块2，最上部的压实块2整个位于套筒1外或大部分位于套筒1外；(二)压实用压力实验机进行压实，使最上部的压实块2顶端刚好与套筒1齐平时停止，以静压法成型，然后利用压实块2的自重将其倒出；(三)将接触面刨毛，再取一份土样装入套筒1内，这次依次放入四个压实块2，以静压法成型，然后利用压实块2的自重将其倒出；(四)重复上述压实工作，每次减少一个压实块2，直至土样为5层；(五)固定套筒，脱摸。
8.如权利要求7所述的一种三轴试验扰动土试件用试模系统的操作方法，其特征在于所述(五)中，用脱模块5顶住底板4由下至上将土样推出。
9.如权利要求7所述的一种三轴试验扰动土试件用试模系统的操作方法，其特征在于所述(五)中，用脱模块5顶住底部土样由下至上将土样推出。
全文摘要
本发明涉及公路地基处理设备技术领域，具体涉及一种三轴试验扰动土试件用试模系统及其操作方法。本发明要克服现有技术存在的无法控制预计的干密度、制备效率低、适用范围窄和结构相对复杂的问题。为克服现有技术存在的问题，本发明的技术方案是，一种三轴试验扰动土试件用试模系统，包括套筒和底板，还包括可与套筒滑动配合的五个压实块、供套筒固定脱模用的固定架、压实用压力装置和脱模用压力装置，所述压实块中有四个的高度与单层土样高度一致，所述底板为圆形，其滑动配合设置于套筒底部。操作方法是采用静压法进行试样制作。
文档编号E02D33/00GK1854734SQ200510041978
公开日2006年11月1日 申请日期2005年4月20日 优先权日2005年4月20日
发明者张留俊, 张梅玲, 尹利华, 张发如 申请人:中交第一公路勘察设计研究院