专利名称：一种并联液压式三轴试样制样器及其制样方法
技术领域：
本发明涉及一种并联液压式三轴试样制样器及其制样方法，属于土木工程学科的土体力学性能测试领域。
背景技术：
目前，随着沿海地区软土地基上兴建工程的增多，土地资源日趋紧张，软土力学性能的测试已成为目前土木工程中的重要内容。实验室在测定软土的三轴力学性能时，通常将其做成直径3. 91cm高8. Ocm左右的圆柱形标准试样，且一组实验需要3 5个标准试样用以模拟3 5个不同的围压。试样制作过程中需要对其进行均匀击实以达到设计的密实度。实验室试样制作通常采用手工击实和手工卸样，逐个制作，效率较低，且很难精确控制试样的均匀性、试样总体密度、多个试样间的一致性，卸样时也容易对试样造成损伤甚至损坏， 不易操作，影响试样的力学性能检测。
发明内容
本发明的目的在于提供一种并联液压式三轴试样制样器及其制样方法，以解决现有技术试样均匀性和易损坏之缺陷，本发明能精确的控制试样总体密度和试样间的一致性，而且能一次制作I 3个试样，效率高，卸样更加方便。为了达到上述目的，本发明的解决方案是
一种并联液压式三轴试样制样器，其特征在于包括底座，门形支架，液压系统，制样筒，反力垫，门形支架安装于底座上，液压系统安装于门形支架上，门形支架的下部水平安装有反力横梁，反力横梁上设有若干个卸样圆孔，卸样圆孔为阶梯形，卸样圆孔的上部阶梯的直径与制样筒的外径相同，卸样圆孔的下部阶梯的直径介于制样筒的外径和内径之间，液压系统包括液压施加器、压力传递杆、推头、限位器、水平梁；液压施加器安装于门形支架上，液压施加器下方固接有水平梁；水平梁下方固接有若干个压力传递杆，每个压力传递杆均固接有推头，每个推头分别与反力横梁上的卸样圆孔一一对应，限位器螺纹连接在压力传递杆上，制样筒为圆柱形中空筒体；反力垫包括反力横板、上侧凸起、下侧凸起，其中，反力横板与卸样圆孔的上阶梯圆孔相适配，上侧凸起的直径与制样筒的内径相适配；下侧凸起的直径与卸样圆孔的下阶梯圆孔相适配。进一步设置在于
所述反力横梁设置有3个卸样圆孔；在水平梁下方固接有3个压力传递杆，每个压力传递杆均固接有推头，每个推头分别与反力横梁上的卸样圆孔一一对应。制样筒内径与标准试样的直径相同为3. 91cm，制样筒高度为12. O cm ;制样筒的外径为4. 5cm。反力横梁为刚性横梁，水平固接于门形支架上，卸样圆孔的上部阶梯的直径为4. 5cm，下部阶梯的直径为4. Icm ;反力横梁21的下缘距离底座I的距离大于所需制备的标准试样高度8. O cm,反力横梁21的下缘距离底座I的距离为9. O cm。反力垫为阶梯圆柱形，包括反力横板，反力横板上方为上侧凸起，反力横板下方为下侧凸起，反力横板的直径为4. 5cm ;上侧凸起的直径为3. 91cm ;下侧凸起的直径为4. Icm0
所述的液压系统，液压施加器为自动液压式千斤顶，倒置安装于门形支架上，其行程为20cm ;液压施加器下方固接有水平梁；水平梁下方固接有左右对称的3个压力传递杆，每个压力传递杆均固接有推头，压力传递杆为刚性直杆，杆上面刻有螺纹；推头为直径3. 91cm的钢饼，固接于压力传递杆的下端；在压力传递杆上刻有三个标准刻度点，分别用于控制推头的下表面至上侧凸起的距离为1/3、2/3、3/3试样高度，限位器为圆形螺帽，限位器外径大于制样筒的内径，限位器螺帽的螺纹与压力传递杆的螺纹相适配，使限位器螺纹连接在压力传递杆上。限位器的厚度为O. 5cm ;限位器外径为4. 2cm。压力传递杆和推头的总长度为13.0cm。压力传递杆、推头、制样筒、反力横梁的卸样圆孔处在同一中心线上。本发明另一方面目的是提供一种并联液压式三轴试样制样方法，其特征在于，包括如下步骤
(1)、先将反力垫安装在反力横梁上，使其与各卸样圆孔匹配，而后将制样筒套装于反力垫的上侧凸起上固定，然后称取设计1/3重量的重塑土 3份，分别放入各制样筒内，调整各限位器至各压力传递杆上的第一控制点，启动液压施加器，通过水平梁、压力传递杆和推头对重塑土进行压实，直至各限位器与制样筒的上缘充分接触，完成1/3 土样的压实，而后卸除液压施加器的压力，驱动推头同步退出各制样筒；
(2)、再次称取设计1/3重量的重塑土份放入各制样筒内，调整各限位器至各压力传递杆上的第二控制点，启动液压施加器，通过水平梁、压力传递杆和推头对重塑土进行压实，直至各限位器与制样筒的上缘充分接触，完成2/3 土样的压实，而后卸除液压施加器的压力，驱动推头同步退出各制样筒；
(3)、重复步骤2，将剩余1/3重量的重塑土3份放入各制样筒，调整各限位器至各压力传递杆上的第三控制点，启动液压施加器，通过水平梁、压力传递杆和推头对重塑土进行压实，直至各限位器与制样筒的上缘充分接触，完成整个土样的压实；
(4)、启动液压施加器回复到初始无压力位置，卸除推头的压力，调整各限位器至各压力传递杆最上端；移除全部制样筒，卸除反力横梁上的反力垫，露出贯通的卸样圆孔；
(5)把全部的制样筒放置在反力横梁上，使制样筒卡入直径相同的卸样圆孔的上阶梯圆孔并固定，重新启动液压施加器，使各压力传递杆进入各制样筒，驱动推头将各圆柱形土样逐渐由制样筒内推入到反力横梁下方，直至限位器的下缘与制样筒体的上缘充分接触，土样完全由制样筒推出并落于底座上；
(6)、启动液压施加器回复到初始无压力位置，各压力传递杆和推头均退出制样筒，并拆除制样筒，卸样完毕，圆柱形土样即可供测试使用。本发明一次可制作I 3个土样，当制作I个土样时，优选中间的制样装置；当制作2个土样时，优选两侧的制样装置。本发明的有益效果为本发明克服了传统制样器不能把土体充分压实且密度均匀的缺陷，不仅能精确的控制试样总体密度和试样间的一致性，而且能一次制作I 3个试样，效率高，卸样更加方便。以下结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步说明。
图I是本发明制样器的结构示意 图2是本发明制样筒的结构示意 图3是本发明的反力垫示意 图4是本发明第一次装土制样时的示意 图5是本发明制样至2/3标准样高时的示意 图6是本发明卸样过程的示意图。图中标号1_底座；2_门形支架，21-反力横梁，22-卸样圆孔；3_液压系统，31-液压施加器，32-压力传递杆，33-推头，34-限位器，35-水平梁；4_制样筒；5_反力垫，51-反力横板，52-上侧凸起，53-下侧凸起；6_ 土样。·
具体实施例方式 如图I 图3所示，本实施例的一种并联液压式三轴试样制样器，包括底座1，门形支架2，液压系统3，制样筒4，反力垫5。门形支架2安装于底座I上，液压系统3安装于门形支架2上。门形支架2的下部水平安装有反力横梁21，反力横梁21上设有若干个卸样圆孔22，本实施例中设置有3个卸样圆孔22 ;液压系统3包括液压施加器31、压力传递杆32、推头33、限位器34、水平梁35 ;制样筒4为圆柱形中空筒体；反力垫5包括反力横板51、上侧凸起52、下侧凸起53。制样筒4内径与标准试样的直径相同为3. 91cm,高度比所需制备的圆柱形标准试样高度8. O cm略大，优选为12. O cm ;制样筒4的外径为4. 5cm。反力横梁21为刚性，水平固接于门形支架2上，反力横梁21上开设有3个左右对称布置、相同大小的卸样圆孔22 ;卸样圆孔22为阶梯形，其中卸样圆孔22的上部阶梯的直径与制样筒4的外径相同为4. 5cm，下部阶梯的直径介于制样筒4的外径和内径之间，优选为4. Icm ;反力横梁21的下缘距离底座I的距离大于所需制备的标准试样高度8. O cm,优选为9. O cm。反力垫5为阶梯圆柱形，包括反力横板51、上侧凸起52、下侧凸起53。反力横板51与卸样圆孔22的上阶梯圆孔相适配，直径为4. 5cm ;上侧凸起52的直径与制样筒4的内径相同为3. 91cm ;下侧凸起53的直径与卸样圆孔22的下阶梯圆孔相适配为4. 1cm。所述的液压系统3 :液压施加器31为自动液压式千斤顶，倒置安装于门形支架2上，其行程为20cm ;液压施加器31下方固接有水平梁35 ;水平梁35下方固接有左右对称的3个压力传递杆32，每个压力传递杆32均固接有推头33。压力传递杆32为刚性直杆，杆上面刻有螺纹；推头33为直径3. 91cm的钢饼，固接于压力传递杆32的下端；在压力传递杆32上刻有三个标准刻度点，分别用于控制推头33的下表面至上侧凸起52的距离为1/3、2/3、3/3试样高度，试样的总高度为8.0 cm;限位器34为圆形螺帽，外径大于制样筒4的内径，优选为4. 2cm,限位器34的厚度为O. 5cm ;限位器34螺帽的螺纹与压力传递杆32的螺纹相适配，使限位器34螺纹连接在压力传递杆32上。压力传递杆32和推头33的总长度略大于限位器34的厚度O. 5cm与制样筒4的高度12. Ocm之和12. 5cm，取13. Ocm,以保证当限位器34旋转至压力传递杆32的最上端且下缘与制样筒4的上缘充分接触时，能够把土样推出制样筒4内且推头33顶出样筒4有O. 5cm，此时土样在重力作用下落到底座I上；由于反力横梁21的下缘距离底座I的距离为9. 0cm，所以高度8. Ocm的土样上表面脱离推头33有I. Ocm以上的距离，保护试样在不会被重新压坏。优选地，前述的压力传递杆32、推头33、制样筒4、反力横梁21的卸样圆孔22处在同一中心线上，从而保证制样时，能保持运行稳定，以及试样不受损坏。结合图4 图6所示，本实施例的一种并联液压式三轴试样制样方法，可以一次制作I 3个土样，以3个土样为例，其特征在于，包括如下步骤
(I )、先将3个反力垫5安装在反力横梁21上，且使其与各卸样圆孔22匹配，而后将制样筒4套装于反力垫5的上侧凸起52上固定，然后称取设计1/3重量的重塑土 3份，分别放入各制样筒4内，调整各限位器34至各压力传递杆32上的第一控制点，启动液压施加器31，通过水平梁35、压力传递杆32和推头33对重塑土进行压实，直至各限位器34与制样筒4的上缘充分接触，完成1/3 土样的压实，而后卸除液压施加器31的压力，驱动推头33同步退出各制样筒4 ； (2)、再次称取设计1/3重量的重塑土3份放入各制样筒4内，调整各限位器34至各压力传递杆32上的第二控制点，启动液压施加器31，通过水平梁35、压力传递杆32和推头33对重塑土进行压实，直至各限位器34与制样筒4的上缘充分接触，完成2/3 土样的压实，而后卸除液压施加器31的压力，驱动推头33同步退出各制样筒4 ；
(3)、重复步骤2，将剩余1/3重量的重塑土3份放入各制样筒4，调整各限位器34至各压力传递杆32上的第三控制点，启动液压施加器31，通过水平梁35、压力传递杆32和推头33对重塑土进行压实，直至各限位器34与制样筒4的上缘充分接触，完成整个土样的压实；
(4)、启动液压施加器31回复到初始无压力位置，卸除推头33的压力，调整各限位器34至各压力传递杆32最上端；移除全部制样筒4，卸除反力横梁21上的反力垫5，露出贯通的卸样圆孔22 ；
(5)把全部的制样筒4放置在反力横梁21上，使制样筒4卡入直径相同的卸样圆孔22的上阶梯圆孔并固定，重新启动液压施加器31，使各压力传递杆32进入各制样筒4，驱动推头33将各圆柱形土样6逐渐由制样筒4内推入到反力横梁21下方，直至限位器34的下缘与制样筒体4的上缘充分接触，土样6完全由制样筒4推出并落于底座I上；
(6)、启动液压施加器31回复到初始无压力位置，各压力传递杆32和推头33均退出制样筒4，并拆除制样筒4，卸样完毕，圆柱形土样6即可供测试使用。本发明的有益效果为本发明克服了传统制样器不能把土体充分压实且密度均匀的缺陷，不仅能精确的控制试样总体密度和试样间的一致性，而且能一次制作I 3个试样，效率高，卸样更加方便。
权利要求
1.一种并联液压式三轴试样制样器，其特征在于包括底座，门形支架，液压系统，制样筒，反力垫，门形支架安装于底座上，液压系统安装于门形支架上，门形支架的下部水平安装有反力横梁，反力横梁上设有若干个卸样圆孔，卸样圆孔为阶梯形，卸样圆孔的上部阶梯的直径与制样筒的外径相同，卸样圆孔的下部阶梯的直径介于制样筒的外径和内径之间，液压系统包括液压施加器、压力传递杆、推头、限位器、水平梁；液压施加器安装于门形支架上，液压施加器下方固接有水平梁；水平梁下方固接有若干个压力传递杆，每个压力传递杆均固接有推头，每个推头分别与反力横梁上的卸样圆孔一一对应，限位器螺纹连接在压力传递杆上，制样筒为圆柱形中空筒体；反力垫包括反力横板、上侧凸起、下侧凸起，其中，反力横板与卸样圆孔的上阶梯圆孔相适配，上侧凸起的直径与制样筒的内径相适配；下侧凸起的直径与卸样圆孔的下阶梯圆孔相适配。
2.根据权利要求I所述的一种并联液压式三轴试样制样器，其特征在于所述反力横梁设置有3个卸样圆孔；在水平梁下方固接有3个压力传递杆，每个压力传递杆均固接有推头，每个推头分别与反力横梁上的卸样圆孔一一对应。
3.根据权利要求I所述的一种并联液压式三轴试样制样器，其特征在于制样筒内径与标准试样的直径相同为3. 91cm，制样筒高度为12. O cm ;制样筒的外径为4. 5cm。
4.根据权利要求I或2所述的一种并联液压式三轴试样制样器，其特征在于反力横梁为刚性横梁，水平固接于门形支架上，卸样圆孔的上部阶梯的直径为4. 5cm，下部阶梯的直径为4. Icm ;反力横梁21的下缘距离底座I的距离大于所需制备的标准试样高度8. Ocm,反力横梁21的下缘距离底座I的距离为9. O cm。
5.根据权利要求I或2所述的一种并联液压式三轴试样制样器，其特征在于反力垫为阶梯圆柱形，包括反力横板，反力横板上方为上侧凸起，反力横板下方为下侧凸起，反力横板的直径为4. 5cm ;上侧凸起的直径为3. 91cm ;下侧凸起的直径为4. Icm0
6.根据权利要求I或2所述的一种并联液压式三轴试样制样器，其特征在于所述的液压系统，液压施加器为自动液压式千斤顶，倒置安装于门形支架上，其行程为20cm ;液压施加器下方固接有水平梁；水平梁下方固接有左右对称的3个压力传递杆，每个压力传递杆均固接有推头，压力传递杆为刚性直杆，杆上面刻有螺纹；推头为直径3. 91cm的钢饼，固接于压力传递杆的下端；在压力传递杆上刻有三个标准刻度点，分别用于控制推头的下表面至上侧凸起的距离为1/3、2/3、3/3试样高度，限位器为圆形螺帽，限位器外径大于制样筒的内径，限位器螺帽的螺纹与压力传递杆的螺纹相适配，使限位器螺纹连接在压力传递杆上。
7.根据权利要求6所述的一种并联液压式三轴试样制样器，其特征在于限位器的厚度为O. 5cm ;限位器外径为4. 2cm。
8.根据权利要求I或2所述的一种并联液压式三轴试样制样器，其特征在于压力传递杆和推头的总长度为13. 0cm。
9.根据权利要求I或2所述的一种并联液压式三轴试样制样器，其特征在于压力传递杆、推头、制样筒、反力横梁的卸样圆孔处在同一中心线上。
10.一种并联液压式三轴试样制样方法，其特征在于，包括如下步骤 (I)、先将反力垫安装在反力横梁上，使其与各卸样圆孔匹配，而后将制样筒套装于反力垫的上侧凸起上固定，然后称取设计1/3重量的重塑土 3份，分别放入各制样筒内，调整各限位器至各压力传递杆上的第一控制点，启动液压施加器，通过水平梁、压力传递杆和推头对重塑土进行压实，直至各限位器与制样筒的上缘充分接触，完成1/3 土样的压实，而后卸除液压施加器的压力，驱动推头同步退出各制样筒； (2)、再次称取设计1/3重量的重塑土份放入各制样筒内，调整各限位器至各压力传递杆上的第二控制点，启动液压施加器，通过水平梁、压力传递杆和推头对重塑土进行压实，直至各限位器与制样筒的上缘充分接触，完成2/3 土样的压实，而后卸除液压施加器的压力，驱动推头同步退出各制样筒； (3)、重复步骤2，将剩余1/3重量的重塑土3份放入各制样筒，调整各限位器至各压力传递杆上的第三控制点，启动液压施加器，通过水平梁、压力传递杆和推头对重塑土进行压实，直至各限位器与制样筒的上缘充分接触，完成整个土样的压实； (4)、启动液压施加器回复到初始无压力位置，卸除推头的压力，调整各限位器至各压力传递杆最上端；移除全部制样筒，卸除反力横梁上的反力垫，露出贯通的卸样圆孔； (5)把全部的制样筒放置在反力横梁上，使制样筒卡入直径相同的卸样圆孔的上阶梯圆孔并固定，重新启动液压施加器，使各压力传递杆进入各制样筒，驱动推头将各圆柱形土样逐渐由制样筒内推入到反力横梁下方，直至限位器的下缘与制样筒体的上缘充分接触， 土样完全由制样筒推出并落于底座上； (6)、启动液压施加器回复到初始无压力位置，各压力传递杆和推头均退出制样筒，并拆除制样筒，卸样完毕，圆柱形土样即可供测试使用。
全文摘要
本发明公开了一种并联液压式三轴试样制样器及其制样方法，属于土体力学性能测试技术领域，包括底座，门形支架，液压系统，制样筒，反力垫。门形支架安装于底座上，液压系统安装于门形支架上。门形支架的下部安装有水平反力横梁，反力横梁上设有卸样圆孔；液压系统包括液压施加器、压力传递杆、推头、限位器和水平梁；制样筒为圆柱形中空筒体；反力垫包括反力横板、上侧凸起和下侧凸起。本发明克服了传统制样器不能把土体充分压实且密度均匀的缺陷，不仅能精确的控制试样总体密度和试样间的一致性，而且能一次制作1～3个试样，效率高，卸样更加方便。
文档编号G01N1/28GK102928267SQ20121038995
公开日2013年2月13日 申请日期2012年10月16日 优先权日2012年10月16日
发明者王伟 申请人:绍兴文理学院