专利名称：一种三轴试样自由膨胀饱和器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及岩土工程室内试验测试装置技术领域，具体涉及一种三轴试样自由膨胀饱和器，该饱和器适用于膨胀岩/ 土室内三轴样品的饱和制备。
背景技术：
室内三轴试验是岩土工程建设和科学研究中常用的技术手段，是获取可靠岩土体物理力学参数，为岩土工程设计和施工提供正确决策的重要依据。规范要求对于在复杂地质条件下进行的岩土工程，在获取岩土体力学参数指标时，须依据室内三轴试验的结果。目前，常规室内三轴试验样品为圆柱形样品，在进行样品饱和时，通常采用的是包括了底座、固定板、顶座、夹板、拉杆、透水石、圆模和紧箍的饱和器(见附图1)。其中，圆形的底座与用于固定拉杆的固定板为一整体结构，三块固定板均布在底座的周边；其中，圆形的顶座与夹板为一整体结构，三块夹板均布在顶座的周边；其中，圆形的透水石有两片，底座和顶座中各安装一片，用于压在三轴圆柱形岩/土样品的底部和顶部，并保证试样的底部和顶部透水，便于试样吸水饱和；其中，圆模由三片形状与尺寸完全相同的瓣模拼接而成，各瓣模的拼接面均为平面且与圆模的中轴线共面；其中，圆形的紧箍用于夹紧圆模，使其拼接紧密，不留缝隙。这种饱和器可用于大多数三轴岩样/ 土样的饱和制备，但对于类似膨胀岩/ 土内部具有膨胀势且土体体积变化受水份浸入影响很大的土类则存在难以克服的缺点。如:(I)膨胀岩/ 土矿物成分以蒙脱石为主，岩土体体积受水分变化影响显著，强膨胀土的自由膨胀率可高达160%，内在膨胀力可高达1.8MPa，若采用通常的饱和器对三轴样品进行饱和，受到变形约束，膨胀力可导致饱和器的变形损坏；同时，岩/ 土三轴样品外围最先与水接触吸水膨胀，因受到变形约束，使原本渗透性低的膨胀岩/ 土样(10_6cm/s 10_8cm/s)的渗透系数更低，从而导致整个试样浸水饱和很难均匀，且饱和需要很长时间；(2)采用通常饱和器制备的膨胀岩/ 土样，因受到变形约束，在饱和器中饱和前后的岩/ 土样的体积和密度是已知的，而一旦从饱和器中取出，放入三轴试验室内进行试验时，土样从受到圆形瓣模的约束转变为受弹性橡皮模约束，膨胀势得以释放，土样会在三轴剪切试验的过程中继续产生膨胀变形，不仅引起试样的初始状态发生变化，而且还会导致剪切试验的试样体变与样品自身的膨胀变形难以区分，造成试验结果无法分析。因此，必须开发一种能允许膨胀岩/ 土样充分吸水饱和的饱和器，且待其体积膨胀至稳定后取出，重新切削恢复原始三轴样品尺寸，再重新计算出岩/ 土样的初始密度，而后进行三轴剪切试验，可以克服上述传统饱和器的缺陷，满足膨胀岩/土三轴样品的饱和制备。目前，在实际操作中，也有不采用饱和器而直接将加工成型的三轴岩/土样裸置于水中进行饱和的方法，该方法中岩/ 土样的膨胀虽不受约束，但因膨胀岩/ 土样具有多裂隙性和遇水崩解性，浸水饱和的过程中会出现样品崩解或脱落，导致样品损坏。实用新型内容[0010]针对现有技术中存在的不足，本实用新型的目的在于提供了一种三轴试样自由膨 胀饱和器，是一种适用于膨胀岩/ 土室内三轴样品制备的饱和器，该饱和器能使样品自由 膨胀至吸水饱和、变形稳定，且不崩解，操作方便，制备出的岩/ 土样品初始状态明确，经切 削后能够满足三轴剪切试验的需要。[0011]为了实现上述目的，本实用新型采取了如下技术措施:[0012]一种三轴试样自由膨胀饱和器，包括底座、固定板、顶座、夹板、拉杆、透水石和圆 模，拉杆设有三根，三根拉杆均通过链杆连在固定板上，圆模由三片形状与尺寸完全相同的 瓣模拼接而成，其特征在于:在每根拉杆与每片瓣模之间设置有拱高为2-8cm的弓形弹片， 所述弓形弹片中部漏空，漏空宽度与拉杆的直径一致，以确保拉杆能够从弓形弹片的漏空 中穿过，所述拉杆的上部丝杆部分长度为3-5cm，便于固定和安装弓形弹片，所述拉杆的上 部丝杆底部设有一螺母，用于固定弓形弹片，所述弓形弹片的拱顶顶住圆模。所述弓形弹片 使得岩/土样品在体积膨胀过程中圆模始终能保持圆模内壁与试样外壁的紧贴，避免了岩 / 土样品的崩解或脱落。[0013]进一步，组成圆模的三片瓣模的两侧直边分别设有外壁凹面和内壁凹面，其中三 片瓣模两两之间通过外壁凹面与内壁凹面无缝拼接，并且拼接面均为光滑的弧形滑面，所 述弧形滑面使得岩/土样品在体积膨胀过程中圆模可随岩/土样品在体积膨胀过程中一起 膨胀。[0014]进一步，三片瓣模的腰部外壁均设有一圆模凹槽，圆模凹槽正对拉杆，圆模凹槽的 宽度与弓形弹片的宽度一致，弓形弹片的拱顶卡设于圆模凹槽，因此可起到对弓形弹片的 导向作用。[0015]与现有技术相比，本实用新型的优点及有益效果在于:[0016]结构简单，安装方便，操作容易，稳定性好，只需在传统三轴样品饱和器的基础上 稍作改进，既可满足各类非膨胀或膨胀性岩/ 土样品的饱和制备需求，扩大了传统饱和器 的适用范围，弓形弹片的主要优点在于可利用其自身的弹性，确保岩/ 土样品在吸水体积 膨胀过程中，三片改进了结构的瓣模的内壁始终与试样紧贴。
[0017]图1为现有技术的结构示意图；[0018]图2为本实用新型的一种三轴试样自由膨胀饱和器的结构示意图；[0019]图3为圆模的横截面结构示意图；[0020]图4为组成圆模的瓣模结构示意图；[0021]图5为弓形弹片的主视结构示意图。[0022]附图标记说明如下:[0023]1.顶座；[0024]2.夹板；[0025]3.底座；[0026]4.固定板；[0027]5.透水石；[0028]6.链杆；[0029]7.拉杆；[0030]8.圆模；[0031]9.紧箍；[0032]10.弓形弹片；[0033]11.圆模凹槽；[0034]12.耳形螺母；[0035]13.螺母；[0036]14.瓣模；[0037]15.外壁凹面；[0038]16.内壁凹面；[0039]17.弧形滑面。
具体实施方式
[0040]
以下结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步的详细阐述，以便本领域技术 人员清楚地理解本实用新型。[0041]实施例1:[0042]如图2-图5所示，一种三轴试样自由膨胀饱和器，包括底座3、固定板4、顶座1、 夹板2、拉杆7、透水石5和圆模8，拉杆7设有三根，三根拉杆7均通过链杆6连在固定板4 上，圆模8由三片形状与尺寸完全相同的瓣模14拼接而成，其特征在于:在每根拉杆7与每 片瓣模14之间设置有拱高为2-8cm的弓形弹片10，所述弓形弹片10中部漏空，漏空宽度与 拉杆7的直径一致，以确保拉杆7能够从弓形弹片10的漏空中穿过，所述拉杆7的上部丝 杆部分长度为3-5cm，以便于固定和安装弓形弹片10，所述拉杆7的上部丝杆底部设有一螺 母13，用于固定弓形弹片10;[0043]组成圆模8的三片瓣模14的两侧直边分别设有外壁凹面15和内壁凹面16，其中 三片瓣模14两两之间通过外壁凹面15与内壁凹面16无缝拼接，并且拼接面为光滑的弧形 滑面17，所述弧形滑面17使得岩/ 土样品在膨胀过程中圆模8可随其一起膨胀而始终能保 持圆模8内壁和试样外壁的紧贴，避免了岩/ 土样品的崩解或脱落；[0044]三片瓣模14的腰部外壁均设有一圆模凹槽11，圆模凹槽11正对拉杆7，圆模凹槽 11的宽度与弓形弹片10的宽度一致，弓形弹片10的腰部卡设于圆模凹槽11，因此可起到 对弓形弹片10的导向作用；[0045]弓形弹片10的下端卷绕在固定板4上的链杆6上，保持其能够转动；[0046]弓形弹片10的上端中部漏空部分穿过拉杆7的丝杆，并通过螺母13固定。[0047]实际应用时，在岩/ 土样品浸水前，移除紧箍9，向上旋拧松开耳形螺母12，预留试 样向上膨胀间隙，使顶座I在间隙内能够上下自由移动；向下适当松开螺母13，使弓形弹片 10上端处于活动状态，岩/ 土三轴圆柱形样品浸水膨胀后，轴向因预留膨胀间隙可自由膨 胀，径向膨胀使得圆模8的各瓣模14向外撑开，挤压弓形弹片10而变形，在弓形弹片10的 弹力作用下，圆模8的内壁始终与岩/ 土样外壁紧贴，确保了岩/ 土样品在浸水饱和过程中不崩解、脱落。 上述具体实施例只是本实用新型的一种优选技术方案，并不是用来限制本实用新型的实施与权利要求保护范围的，凡依据本实用新型申请专利保护范围所述的内容做出的等效变化和修饰，均应包括于本实用新型申请专利范围内。
权利要求1.一种三轴试样自由膨胀饱和器，包括底座、固定板、顶座、夹板、拉杆、透水石和圆 模，拉杆设有三根，三根拉杆均通过链杆连在固定板上，圆模由三片形状与尺寸完全相同 的瓣模拼接而成，其特征在于:在每根拉杆与每片瓣模之间设置有拱高为2-8cm的弓形弹 片，所述弓形弹片中部漏空，漏空宽度与拉杆的直径一致，所述拉杆的上部丝杆部分长度为 3-5cm，所述拉杆的上部丝杆底部设有一螺母，所述弓形弹片的拱顶顶住圆模。
2.如权利要求1所述的三轴试样自由膨胀饱和器，其特征在于:所述组成圆模的三片 瓣模的两侧直边分别设有外壁凹面和内壁凹面，其中三片瓣模两两之间通过外壁凹面与内 壁凹面无缝拼接，并且拼接面均为光滑的弧形滑面。
3.如权利要求1或2所述的三轴试样自由膨胀饱和器，其特征在于:所述三片瓣模的 腰部外壁均设有一圆模凹槽，圆模凹槽正对拉杆，圆模凹槽的宽度与弓形弹片的宽度一致， 弓形弹片的拱顶卡设于圆模凹槽。
专利摘要本实用新型属于岩土工程室内试验测试装置技术领域，具体公开了一种三轴试样自由膨胀饱和器，该饱和器适用于膨胀岩/土室内三轴样品的饱和制备。本实用新型的自由膨胀饱和器在现有技术的基础上的改进主要在于1、在拉杆与圆模之间增加了弓形弹片；2、将传统的圆模的三个瓣模的拼接方式优化为了内外壁凹面拼接，拼接面为可滑动的弧形滑面。上述改进使得圆模可随岩/土样品在体积膨胀过程中一起膨胀而始终保持圆模内壁与试样外壁的紧贴，避免饱和过程中岩/土样品崩解或脱落。
文档编号G01N1/28GK203069424SQ201320016960
公开日2013年7月17日 申请日期2013年1月14日 优先权日2013年1月14日
发明者王艳丽, 程展林, 饶锡保, 张伟, 王勇 申请人:长江水利委员会长江科学院