水化学条件下土体环剪实验试样制备装置制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种水化学条件下土体环剪实验试样制备装置。它主要由上承压板、下承压板、上内环、下内环、上外环、下外环、上刚性承压柱、下刚性承压柱、紧箍套、上透水盖板、下透水盖板和环形装样槽组成。该装置通过可拆分的上下外环、内环和刚性承压柱设计，在满足环剪试验试样规格准确控制的同时，不仅用于土体环剪试样的制备，还可用于土与混凝土接触环剪试样的制备。外环、内环和透水盖板均为钢化玻璃材料，适用于考虑水化学溶液腐蚀条件对制样设备的影响，并有效了克服土体试样长时间浸泡膨胀松散的现象。本实用新型结构合理，拆卸方便，可靠性高，可广泛应用于岩土边坡工程中土体以及土与混凝土接触面力学参数测试的环剪实验。
【专利说明】水化学条件下土体环剪实验试样制备装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种用于水化学条件下土体环剪实验的试样制备装置，该装置可广泛应用于岩土边坡工程中土体以及土与混凝土接触面力学参数测试的环剪实验试样制备。
【背景技术】
[0002]因自然和人工开挖形成的岩土边坡广泛分布于江河库岸、水利水电和交通等工程中，其中大部分边坡不可避免受水位变化、降雨人类生活污水等多因素作用的影响，使得边坡岩土体通常处于水化学环境条件下，容易发生局部或大范围内的变形破坏，进而导致滑坡地质灾害的发生，危及工程建设运营和人类生命财产安全。
[0003]随着水化学环境的不断变化，边坡在变形演化过程中，其土体的物理力学参数也处于不断变异状态，如弹性模量、抗剪强度参数改变等。为研究土体的物理力学性质，一系列土工实验仪器被发明制造出来。其中，环剪仪在测定土体的抗剪强度和残余剪切参数方面具有剪切面恒定不变而且位移保持连续的特点，具有能精确地测定长距离移动条件下土体强度参数变化规律的优点，在边坡稳定性研究中获得了广泛认可和应用。常见的环剪仪如德国的ARS-E2自动非饱和土动态环剪仪、日本诚研社DTA-138环剪仪等。
[0004]尽管环剪仪设备技术已较为成熟，但通常都没有与之配套的试样制备模具，需要实验人员根据实验需求自行设计制作。而现有模具的承压板和内外环结构在设计制作时为了使得试验人员便于拆卸，往往出现模具接缝处不够紧密的现象，从而导致土体在制样过程中容易从缝隙中挤出，进而较大程度影响了测试结果精确性和可靠性。其次，现有模具内外环均为整体单一的刚性环形结构，在考虑土和混凝土接触条件时，由于装样环形槽底部混凝土的水平面精度难以控制，因此不能实现土与混凝土接触的环剪试验试样制作。再次，现有模具为了保证制样时模具的刚度，在材料上均采用钢材制作，均未考虑边坡土体处于水化学环境的客观条件，导致制备需要化学溶液浸泡的试样时模具不具备耐腐蚀性，且模具盖板缺乏充分的透水设计，因此，不能适用于水化学条件下不同酸碱性、不同离子影响的土体试样制备。
【发明内容】
[0005]针对上述存在的缺陷，本实用新型的目的在于为水化学影响下岩土工程边坡的土体力学参数室内实验提供一种适用于水化学条件下土体环剪实验的试样制备装置。
[0006]为了实现上述目的，其技术解决方案为:
[0007]水化学条件下土体环剪实验试样制备装置，所述制备装置包括上承压板、下承压板和活动嵌装在上承压板、下承压板之间的内环及外环，所述内环是由上内环、下内环组成，所述外环是由上外环、下外环组成，上刚性承压柱、下刚性承压柱分别套装在上内环、下内环内，下外环、下内环和下刚性承压柱的上端面在同一水平面上，上外环与下外环通过第一螺栓连接，上刚性承压柱与下刚性承压柱通过第二螺栓连接，上内环和下内环、上外环和下外环活动嵌装在上承压板、下承压板或上透水盖板与下透水盖板之间，所述的上透水盖板和下透水盖板的表面分别垂直开有五排环形间距4.5mm、孔径2mm的上透水孔、下透水孔。
[0008]所述的上内环和下内环、上外环和下外环活动嵌装在上承压板、下承压板时，上外环和下外环的外表面设置有紧箍套，紧箍套是由两个半圆形钢环通过第一螺杆连接而成，紧箍套与下承压板通过第二螺杆连接。
[0009]所述的上内环和下内环、上外环和下外环活动嵌装在上透水盖板与下透水盖板之间时，上透水盖板与下透水盖板通过第三螺杆连接。
[0010]所述的上承压板和下承压板为刚性材料，上内环、下内环、上外环、下外环、上透水盖板、下透水盖板为钢化玻璃材料。
[0011]由于采用了以上技术方案，本实用新型水化学条件下土体环剪实验试样制备装置，外环、内环和刚性承压柱为上下两部分即可拆卸又可紧密连接的结构，使得本装置不仅可以制备纯土体试样，也可以制备模拟土体与混凝土相互作用接触试样，由于下外环和下内环上端面在同一水平面上，因此可实现对接触面水平的精确控制。采用刚性的上承压板、下承压板和刚性承压柱，并将紧箍套紧密安装在上外环和下外环的外围，以防上外环和下外环的钢化玻璃环不致受压样时产生的侧向压力而破裂，确保了压样时对制样装置的刚度要求，并克服了土体在制样过程中容易从缝隙中挤出的缺陷。上承压板中心处设有螺纹孔，试样压制完成后通过该螺纹孔将与其匹配的螺栓旋拧进去，螺栓压在刚性承压柱上，通过反作用力可将上承压板轻松取出，避免了少量土体压入缝隙使上承压板不易取下的难题。试样浸泡时，采用钢化玻璃材料的上透水盖板、下透水盖板，并将刚性紧箍套拆下，这样使得浸泡土样的模具均为钢化玻璃材料，有效避免了钢材不能受化学溶液腐蚀的缺陷。制样装置的外环、内环和透水盖板均为钢化玻璃材料，适用于考虑水化学溶液腐蚀条件对制样设备的影响，并有效了克服土体试样长时间浸泡膨胀松散的现象，多排环形透水孔的设计也使得土样受水化学溶液浸泡时更为充分。本实用新型可广泛实现水化学条件下环剪试验试样的制备，可靠性高。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1是本实用新型的整体结构俯视图。
[0013]图2是图1的A-A剖视图。
[0014]图3是本实用新型上透水盖板的结构俯视图。
[0015]图4是图3的B-B剖视图。
[0016]图5是本实用新型下透水盖板的结构剖视图。
【具体实施方式】
[0017]下面结合附图对本实用新型水化学条件下土体环剪实验试样制备装置作进一步详细的描述。
[0018]见附图。
[0019]水化学条件下土体环剪实验试样制备装置，所述制备装置由上承压板1、下承压板
2、上透水盖板15、下透水盖板18、内环、外环和紧箍套12组成。上内环3、下内环4与上外环5、下外环6之间形成环形装样槽20。所述内环是由上内环3、下内环4组成，所述外环是由上外环5、下外环6组成，上刚性承压柱7、下刚性承压柱8分别套装在上内环3、下内环4内，下外环6、下内环4和下刚性承压柱(8)的上端面在同一水平面上，上外环5与下外环6通过第一螺栓9连接，上刚性承压柱7与下刚性承压柱8通过第二螺栓10连接，上内环3和下内环4、上外环5和下外环6活动嵌装在上承压板1、下承压板2或上透水盖板15与下透水盖板18之间。上内环3和下内环4位于上外环5和下外环6内并在同一条中心线上，所述的上透水盖板15和下透水盖板18的表面分别垂直开有五排环形间距4.5mm、孔径2mm的上透水孔16、下透水孔19。
[0020]所述的上内环3和下内环4、上外环5和下外环6活动嵌装在上承压板1、下承压板2时，上外环5和下外环6的外表面设置有紧箍套12，紧箍套12是由两个半圆形钢环通过第一螺杆14连接而成，紧箍套12与下承压板2通过第二螺杆13连接。
[0021]所述的上内环3和下内环4、上外环5和下外环6活动嵌装在上透水盖板15与下透水盖板18之间时，上透水盖板15与下透水盖板18通过第三螺杆17连接。
[0022]所述的上承压板I和下承压板2为刚性材料。所述的上内环3、下内环4、上外环
5、下外环6、上透水盖板15、下透水盖板18为钢化玻璃材料。
[0023]制备土体试样时，根据土体原状样的比重和环形装样槽20的体积，配置一定质量的土样，将土样均匀散布在环形装样槽20内，通过千斤顶将上承压板I的环形突起部分完全压入环形装样槽20内，再分步将剩余的其他土样按同样的方法全部压入环形装样槽20内，则压样过程结束。当考虑水化学条件影响对土体试样进行浸泡时，将外环紧箍套12拆下，把上承压板1、下承压板2分别替换成上透水盖板15、下透水盖板18，并将上透水盖板15和下透水盖板18通过螺杆17紧密连接，将连接好的装置整体放入化学溶液中进行浸泡。
[0024]制备土体与混凝土相互作用的接触试样时，首先，将下内环4、下外环6、下刚性承压柱8嵌入下承压板2中；然后，将混凝土材料浇灌入环形装样槽20内，用刮刀将混凝土表面抹平，并与下外环6、下内环4的上端面平齐，待混凝土凝固后，分别将上外环5、上内环4和上刚性承压柱7通过第一螺栓9和第二螺栓10紧密连接；而后，将外环紧箍套12紧密安装在上外环5和下外环6的外围，并通过螺杆13与下承压板2紧密连接；最后，分步将配置好的一定质量的土样均匀散布在环形装样槽20内，通过千斤顶将上承压板I的环形突起部分完全压入环形装样槽20内。当需要对土体与混凝土相互作用的接触试样进行浸泡时，同样将外环紧箍套12拆下，将上承压板1、下承压板2分别替换成上透水盖板15、下透水盖板18，并将上透水盖板15和下透水盖板18通过螺杆17紧密连接，将连接好的装置整体放入化学溶液中进行浸泡。
【权利要求】
1.水化学条件下土体环剪实验试样制备装置，所述制备装置包括上承压板(I)、下承压板(2)和活动嵌装在上承压板(I)、下承压板(2)之间的内环及外环，其特征在于:所述内环是由上内环(3)、下内环(4)组成，所述外环是由上外环(5)、下外环(6)组成，上刚性承压柱(7)、下刚性承压柱(8)分别套装在上内环(3)、下内环(4)内，下外环(6)、下内环(4)和下刚性承压柱(8 )的上端面在同一水平面上，上外环(5 )与下外环(6 )通过第一螺栓(9 )连接，上刚性承压柱(7)与下刚性承压柱(8)通过第二螺栓(10)连接，上内环(3)和下内环(4)、上外环(5 )和下外环(6 )活动嵌装在上承压板(I)、下承压板(2 )或上透水盖板(15 )与下透水盖板(18)之间，所述的上透水盖板(15)和下透水盖板(18)的表面分别垂直开有五排环形间距4.5mm、孔径2mm的上透水孔(16)、下透水孔(19)。
2.根据权利要求1所述的水化学条件下土体环剪实验试样制备装置，其特征在于:所述的上内环(3)和下内环(4)、上外环(5)和下外环(6)活动嵌装在上承压板(I)、下承压板(2)时，上外环(5)和下外环(6)的外表面设置有紧箍套(12)，紧箍套(12)是由两个半圆形钢环通过第一螺杆(14)连接而成，紧箍套(12)与下承压板(2)通过第二螺杆(13)连接。
3.根据权利要求1所述的水化学条件下土体环剪实验试样制备装置，其特征在于:所述的上内环(3)和下内环(4)、上外环(5)和下外环(6)活动嵌装在上透水盖板(15)与下透水盖板(18)之间时，上透水盖板(15)与下透水盖板(18)通过第三螺杆(17)连接。
4.根据权利要求1所述的水化学条件下土体环剪实验试样制备装置，其特征在于:所述的上承压板(I)和下承压板(2)为刚性材料。
5.根据权利要求1所述的水化学条件下土体环剪实验试样制备装置，其特征在于:所述的上内环(3)、下内环(4)、上外环(5)、下外环(6)、上透水盖板(15)、下透水盖板(18)为钢化玻璃材料。
【文档编号】G01N1/28GK203502268SQ201320512097
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年8月21日 优先权日:2013年8月21日
【发明者】李邵军, 鲁燕儿, 江权, 李耀 申请人:中国科学院武汉岩土力学研究所