三轴重塑土样成型方法及其装置制造方法
【专利摘要】本发明公布了一种三轴重塑土样成型装置，其特征在于，此装置包括蜗轮蜗杆机构（1）、手轮（3）、支撑台（5）、支柱（6）、连接套（7）、活动挤压塞（8）、盛土筒（10）、底座（13）和升降杆（14）；所述蜗轮蜗杆机构（1）通过螺母a（2）安装于支撑台（5）上；所述蜗轮蜗杆机构（1）的蜗杆（101）与手柄（3）连接，蜗轮蜗杆（1）的涡轮（102）与升降杆（14）相配合设置；所述支撑台（5）通过螺母b（4）与支柱（6）连接，且支撑台（5）通过支柱（6）与底座（13）连接；所述升降杆（14）的下端通过连接套（7）与活动挤压塞（8）连接；所述活动挤压塞（8）位于盛土筒（10）内部；所述盛土筒（10）位于底座（13）上。本发明克服了传统方法不能很地控制土样含水量和密实度的技术缺陷，能方便地地制作任意含水量和密实度的三轴试验用圆柱体土样。
【专利说明】三轴重塑土样成型方法及其装置
【技术领域】
[0001]本发明属于土力学领域，涉及一种对重塑土样制备方法和装置，具体为一种三轴重塑土样成型方法及其装置。
【背景技术】
[0002]三轴剪切试验是试样在某一固定周围压力下，逐渐增大轴向压力，直至试样破坏的一种抗剪强度试验，是以摩尔-库仑强度理论为依据而设计的三轴向加压的剪力试验。
[0003]三轴剪切试验是测定土体抗剪强度的一种比较完善的室内试验方法，通常采用3?4个圆柱形试样，分别在不同的周围压力下测得土的抗剪强度，再利用摩尔-库仑破坏准则确定土的抗剪强度参数。
[0004]三轴剪切试验可以严格控制排水条件，可以测量土体内的孔隙水压力，另外，试样中的应力状态也比较明确，试样破坏时的破裂面是在最薄弱处，而不像直剪试验那样限定在上下盒之间，同时三轴剪切试验还可以模拟建筑物和建筑物地基的特点以及根据设计施工的不同要求确定试验方法，因此对于特殊建筑物(构筑物)、高层建筑、重型厂房、深层地基、海洋工程、道路桥梁和交通航务等工程有着特别重要的意义。
[0005]实验样本中有用到重塑土，重塑土是相对于原状土来说的，一般来说重塑土指受到扰动的土，实验室做实验的土肯定是取自野外的，野外取来的土未经扰动的情况下，密度、含水率以及其它一些物理性质都是固定的，但是往往室内试验要改变原状土的一些物理性质指标如，含水率、干密度，这就需要实验人员把现场取来的整块的土打碎后烘干再加水配成所要的含水率后，再进行试验，这时相对于原状土来说，土的自身固有结构和状态已经被人为破坏，这就是重塑土。
[0006]现有的的重塑土在制备的过程中，其采用的方式是在密闭容器内逐层撒土敲击的方式；其压制具有任意性，无法保证制作的试样的各层土样受力完全一致，每层土的压实能量因敲击的力度不同而难以一致；试样土层的各层之间压实厚度难以严格控制一致，且土层的含水量和密实度难以准确控制。
【发明内容】
[0007]本发明的目的是针对以上问题，提供一种三轴重塑土样成型方法及其装置，其克服了传统方法不能很地控制土样含水量和密实度的技术缺陷，能方便地地制作任意含水量和密实度的三轴试验用圆柱体土样。
[0008]为实现以上目的，本发明采用的技术方案是:一种三轴重塑土样成型装置，其特征在于，此装置包括蜗轮蜗杆机构(I)、手轮(3)、支撑台(5)、支柱(6)、连接套(7)、活动挤压塞(8 )、盛土筒(10 )、底座(13 )和升降杆(14 );所述蜗轮蜗杆机构(I)通过螺母a (2 )安装于支撑台(5)上；所述蜗轮蜗杆机构(I)的蜗杆(101)与手柄(3)连接，蜗轮蜗杆(I)的涡轮(102)与升降杆(14)相配合设置；所述支撑台(5)通过螺母b (4)与支柱(6)连接，且支撑台(5)通过支柱(6)与底座(13)连接；所述升降杆(14)的下端通过连接套(7)与活动挤压塞(8)连接；所述活动挤压塞(8)位于盛土筒(10)内部；所述盛土筒(10)位于底座(13)上。
[0009]进一步的，所诉活动挤压塞(8)上设置有四个隔层，两个半圆弧定量卡环(11)通过螺钉(9 )扣合于活动挤压塞(8 )上的隔层内。
[0010]进一步的，所述盛土筒(10)由三瓣活动环形钢瓦组成，上、下端用盛土筒固定套
(12)固定。
[0011]根据本发明的另一个方案，一种重塑土样成型方法，其采用的是本发明的前一个方案所揭示的一种三轴重塑土样成型装置，根据需要成型土的体积选择相对应大小的盛土筒(10)，通过五次压制成型，其重塑土样成型方法包括如下步骤:
(I )、第一次压土:首先把盛土筒(10)，从底板(13)上拿下来，称取所要得土样五分之一定质量的土，放入盛土筒(10)，然后旋转手轮(3)控制升降杆(14)下降，使活动挤压塞(8)向下移动，活动挤压塞(8)的第一层的下表面与盛土筒的上表面接触，完成以一次压土 ;
(2)、第二次压土:摇动手轮(3)使升降杆(14)上升，活动挤压塞(9)也向上移动，从而将活动挤压塞(9)从升降杆(14)上取出来，将两块半圆弧定量卡环(I)安装到活动挤压塞(8)的第一层与第二层的中间隔层，用螺钉(9)锁紧；将所要得土样五分之一质量的土再次放入盛土筒(10)，然后把此种状态下的活动挤压塞(8)安装回升降杆(14)，摇动手轮(3)，活动挤压塞(8)下移，使定量卡环(I)的下表面与成土筒(10)的上表面接触，完成第二次压土 ;
(3)、第三次压土:摇动手轮(3)使升降杆(14)上升，活动挤压塞(9)也向上移动，从而将活动挤压塞(9)从升降杆(14)上取出来，将两块半圆弧定量卡环(I)安装到活动挤压塞(8)的第二层与第三层的中间隔层，用螺钉(9)锁紧；将所要得土样五分之一质量的土再次放入盛土筒(8)，然后把此种状态下的活动挤压塞(8)安装回升降杆(14)，摇动手轮(3)，活动挤压塞(8)下移，使定量卡环(I)的下表面与成土筒(10)的上表面接触，完成第三次压土 ;
(4)、第四次压土:摇动手轮(3)使升降杆(14)上升，活动挤压塞(9)也向上移动，从而将活动挤压塞(9)从升降杆(14)上取出来，将两块半圆弧定量卡环(I)安装到活动挤压塞(8)的第三层与第四层的中间隔层，用螺钉(9)锁紧；将所要得土样五分之一质量的土再次放入盛土筒(8)，然后把此种状态下的活动挤压塞(8)，安装回升降杆(14)，摇动手轮(3)，活动挤压塞(8 )下移，使定量卡环(I)的下表面与成土筒(10 )的上表面接触，完成第四次压土 ;
(5)、第五次压土:摇动手轮(3)使升降杆(14)上升，活动挤压塞(9)也向上移动，从而将活动挤压塞(9)从升降杆(14)上取出来，将两块半圆弧定量卡环(I)安装到活动挤压塞
(8)的第二层与第三层的中间隔层，用螺钉(9)锁紧；将所要得土样剩余五分之一质量的土再次放入盛土筒(8)，然后把此种状态下的活动挤压塞(8)，安装回升降杆(14)，摇动手轮
(3)，活动挤压塞(8)下移，使定量卡环(I)的下表面与成土筒(10)的上表面接触，完成第五次压土。
[0012](6 )、摇动手轮(3 )使升降杆(14 )上升，活动挤压塞(9 )也向上移动出盛土筒(8 )，取出盛土筒(8)，松开盛土筒固定套(12)，取出重塑成型的土样。
[0013]本发明的有益效果是:(1)本发明是将重塑土放入新发明的装置中，通过轴传活塞挤压土体，形成给定尺寸、给定密实度和给定含水量的圆柱体土样，有效地解决了现有重塑土三轴试样制备时密实度和含水量不容易控制及土样密实度不均匀等技术缺陷。
[0014](2)本发明采用分五层压实，与传统分层压实相比较其层数更多，其可将设定好密度的土样分成五等分，每层土可较好地被压实，采用定量卡环可以保证每层土的压实厚度均相等，保证每层土的密度都相同。
[0015](3)本发明通过驱动蜗轮蜗杆，从而将力传递到每个土层，可保证每层土受到的压实能量相同，克服了锤击方法击实能量不同及击实过程中的随意性误差。
[0016](4)本发明方法简单、操作方便，不仅节约了实验所需要的时间，还可制作高质量的二轴重塑土样，为后期实验提供较为准确的实验基础，提闻实验的精确度。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1为本发明的沿C-C的剖视图。
[0018]图2为本发明左视图。
[0019]图3为本发明的俯视图。
[0020]图中所述文字标注表示为:1、蜗轮蜗杆机构；2、螺母a ;3、手轮；4、螺母b ;5、支撑台；6、支柱；7、连接套；8、活动挤压塞；9、螺钉；10、盛土筒；11、定量卡环；12、盛土筒固定套；13、底座；14、升降杆。
【具体实施方式】
[0021]为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。
[0022]如图1-图3所示，本发明的具体结构为:所述装置包括蜗轮蜗杆机构1、手轮3、支撑台5、支柱6、连接套7、活动挤压塞8、盛土筒10、底座13和升降杆14。蜗轮蜗杆机构I通过螺母a 2安装于支撑台5上，蜗轮蜗杆机构I的蜗杆101与手柄3连接，蜗轮蜗杆I的涡轮102与升降杆14相配合设置，支撑台5通过螺母b 4与支柱6连接，且支撑台5通过支柱6与底座13连接，升降杆14的下端通过连接套7与活动挤压塞8连接，活动挤压塞8位于盛土筒10内部；所述盛土筒10位于底座13上。
[0023]优选的，活动挤压塞8上设置有四个隔层，两个半圆弧定量卡环11通过螺钉9扣合于活动挤压塞8上的隔层内。
[0024]优选的，盛土筒10由三瓣活动环形钢瓦组成，上、下端用盛土筒固定套12固定。
[0025]根据本发明的另一个方案，一种重塑土样成型方法，其采用的是本发明的前一个方案所揭示的一种三轴重塑土样成型装置，根据需要成型土的体积选择相对应大小的盛土筒10，通过五次压制成型，其重塑土样成型方法包括如下步骤:
(1)、第一次压土:首先把盛土筒10，从底板13上拿下来，称取所要得土样五分之一定质量的土，放入盛土筒10，然后旋转手轮3控制升降杆14下降，使活动挤压塞8向下移动，活动挤压塞8的第一层的下表面与盛土筒的上表面接触，完成以一次压土 ；
(2)、第二次压土:摇动手轮3使升降杆14上升，活动挤压塞9也向上移动，从而将活动挤压塞9从升降杆14上取出来，将两块半圆弧定量卡环I安装到活动挤压塞8的第一层与第二层的中间隔层，用螺钉9锁紧；将所要得土样五分之一质量的土再次放入盛土筒10，然后把此种状态下的活动挤压塞8安装回升降杆14，摇动手轮3，活动挤压塞8下移，使定量卡环I的下表面与成土筒10的上表面接触，完成第二次压土 ；
(3)、第三次压土:摇动手轮3使升降杆14上升，活动挤压塞9也向上移动，从而将活动挤压塞9从升降杆14上取出来，将两块半圆弧定量卡环I安装到活动挤压塞8的第二层与第三层的中间隔层，用螺钉9锁紧；将所要得土样五分之一质量的土再次放入盛土筒8，然后把此种状态下的活动挤压塞8安装回升降杆14，摇动手轮3，活动挤压塞8下移，使定量卡环I的下表面与成土筒10的上表面接触，完成第三次压土 ；
(4)、第四次压土:摇动手轮3使升降杆14上升，活动挤压塞9也向上移动，从而将活动挤压塞9从升降杆14上取出来，将两块半圆弧定量卡环I安装到活动挤压塞8的第三层与第四层的中间隔层，用螺钉9锁紧；将所要得土样五分之一质量的土再次放入盛土筒8，然后把此种状态下的活动挤压塞8，安装回升降杆14，摇动手轮3，活动挤压塞8下移，使定量卡环I的下表面与成土筒10的上表面接触，完成第四次压土 ；
(5)、第五次压土:摇动手轮3使升降杆14上升，活动挤压塞9也向上移动，从而将活动挤压塞9从升降杆14上取出来，将两块半圆弧定量卡环I安装到活动挤压塞8的第二层与第三层的中间隔层，用螺钉9锁紧；将所要得土样剩余五分之一质量的土再次放入盛土筒8，然后把此种状态下的活动挤压塞8，安装回升降杆14，摇动手轮3，活动挤压塞8下移，使定量卡环I的下表面与成土筒10的上表面接触，完成第五次压土。
[0026](6)、摇动手轮3使升降杆14上升，活动挤压塞9也向上移动出盛土筒8，取出盛土筒8，松开盛土筒固定套12，取出重塑成型的土样。
[0027]需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括哪些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
[0028]本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，由于文字表达的有限性，而客观上存在无限的具体结构，对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进、润饰或变化，也可以将上述技术特征以适当的方式进行组合；这些改进润饰、变化或组合，或未经改进将发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均应视为本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种三轴重塑土样成型装置，其特征在于，此装置包括蜗轮蜗杆机构(I )、手轮(3)、支撑台(5)、支柱(6)、连接套(7)、活动挤压塞(8)、盛土筒(10)、底座(13)和升降杆(14)；所述蜗轮蜗杆机构(I)通过螺母a (2)安装于支撑台(5)上；所述蜗轮蜗杆机构(I)的蜗杆(101)与手柄(3)连接，蜗轮蜗杆(I)的涡轮(102)与升降杆(14)相配合设置；所述支撑台(5)通过螺母b (4)与支柱(6)连接，且支撑台(5)通过支柱(6)与底座(13)连接；所述升降杆(14)的下端通过连接套(7)与活动挤压塞(8)连接；所述活动挤压塞(8)位于盛土筒(10)内部；所述盛土筒(10)位于底座(13)上。
2.根据权利要求1所述的一种三轴重塑土样成型装置，其特征在于，所诉活动挤压塞(8)上设置有四个隔层，两个半圆弧定量卡环(11)通过螺钉(9)扣合于活动挤压塞(8)上的隔层内。
3.根据权利要求1所述的一种三轴重塑土样成型装置，其特征在于，所述盛土筒(10)由三瓣活动环形钢瓦组成，上、下端用盛土筒固定套(12)固定。
4.使用权利要求1或2或3所述的一种三轴重塑土样成型装置的重塑土样成型方法，其特征在于，根据需要成型土的体积选择相对应大小的盛土筒(10)，通过五次压制成型，其重塑土样成型方法包括如下步骤: 步骤一:第一次压土:首先把盛土筒(10)，从底板(13)上拿下来，称取所要得土样五分之一定质量的土，放入盛土筒(10)，然后旋转手轮(3)控制升降杆(14)下降，使活动挤压塞(8)向下移动,活动挤压塞(8)的第一层的下表面与盛土筒的上表面接触,完成以一次压土 ; 步骤二:第二次压土:摇动手轮(3)使升降杆(14)上升，活动挤压塞(9)也向上移动，从而将活动挤压塞(9)从升降杆(14)上取出来，将两块半圆弧定量卡环(I)安装到活动挤压塞(8)的第一层与第二层的中间隔层，用螺钉(9)锁紧；将所要得土样五分之一质量的土再次放入盛土筒(10)，然后把此种状态下的活动挤压塞(8)安装回升降杆(14)，摇动手轮(3)，活动挤压塞(8)下移，使定量卡环(I)的下表面与成土筒(10)的上表面接触，完成第二次压土； 步骤三:第三次压土:摇动手轮(3)使升降杆(14)上升，活动挤压塞(9)也向上移动，从而将活动挤压塞(9)从升降杆(14)上取出来，将两块半圆弧定量卡环(I)安装到活动挤压塞(8)的第二层与第三层的中间隔层，用螺钉(9)锁紧；将所要得土样五分之一质量的土再次放入盛土筒(8)，然后把此种状态下的活动挤压塞(8)安装回升降杆(14)，摇动手轮(3)，活动挤压塞(8)下移，使定量卡环(I)的下表面与成土筒(10)的上表面接触，完成第三次压土 ; 步骤四:第四次压土:摇动手轮(3)使升降杆(14)上升，活动挤压塞(9)也向上移动，从而将活动挤压塞(9)从升降杆(14)上取出来，将两块半圆弧定量卡环(I)安装到活动挤压塞(8)的第三层与第四层的中间隔层，用螺钉(9)锁紧；将所要得土样五分之一质量的土再次放入盛土筒(8)，然后把此种状态下的活动挤压塞(8)，安装回升降杆(14)，摇动手轮(3),活动挤压塞(8)下移，使定量卡环(I)的下表面与成土筒(10)的上表面接触，完成第四次压土； 步骤五:第五次压土:摇动手轮(3)使升降杆(14)上升，活动挤压塞(9)也向上移动，从而将活动挤压塞(9)从升降杆(14)上取出来，将两块半圆弧定量卡环(I)安装到活动挤压塞(8)的第二层与第三层的中间隔层，用螺钉(9)锁紧；将所要得土样剩余五分之一质量的土再次放入盛土筒(8)，然后把此种状态下的活动挤压塞(8)，安装回升降杆(14)，摇动手轮(3 )，活动挤压塞(8 )下移，使定量卡环(I)的下表面与成土筒(10 )的上表面接触，完成第五次压土； 步骤六:摇动手轮(3)使升降杆(14)上升，活动挤压塞(9)也向上移动出盛土筒(8)，取出盛土筒(8)，松开盛土筒固定套(12)，取出重塑成型的土样。
【文档编号】G01N1/28GK104198233SQ201410363616
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年7月29日 优先权日:2014年7月29日
【发明者】肖宏彬, 龚忠良, 张党权, 李珍玉, 范云蕾, 贺茜, 陈能, 刘星, 李伟 申请人:中南林业科技大学