一种土样制备装置和制备方法与流程

本发明涉及岩土力学中一种重要的实验装置及方法，尤其涉及对于土样抗拉强度测定时土样制备的装置以及制备方法。

背景技术：
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随着土力学特性研究的精确性提高，尤其是土坡塌方、地表、土石坝开裂、射流破土等领域的发展，土体抗拉强度的准确测量显得日益重要，而土样的优劣对测量的准确性影响极大。目前普遍采用沿轴向分层击实的制样方法，主要用于三轴实验时进行试样的压剪破坏，但这种方式制备的土样用于拉伸实验时，会存在如下问题：（1）各层击实时，人为干扰严重，击实强度无法保证一致，击实过程中含水率变化也较大，这使得土样沿轴向性质不均；（2）在分层处，尽管土样通过打毛处理，但仍使整个土样产生人为薄弱面，拉伸时试样极易沿着该分层面拉断，无法反应土样由于土粒自身粘性引起的抗拉强度。

技术实现要素：
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本发明所需要解决的问题:解决上述传统击实方法制作的土样造成土样轴向性质不均、分层处存在薄弱面、无法进行抗拉强度实验的缺陷，提供一种新型的土样的制备装置以及制备方法。

本发明采用的技术方案：

一种土样制备装置，包括土料槽组、压盖、外壳、顶出螺栓以及加压螺栓；

所述土料槽组包括两个左右对称的半U型槽和土料槽组耳板，所述两个左右对称的半U型槽组成一个U型槽，所述土料槽组耳板上设置若干螺栓孔，所述U型槽底部为半圆弧度的槽，槽两边为垂直槽壁；

所述外壳为一个一端开口的空心矩形体，设置在土料槽组外侧，与土料槽组嵌合在一起，所述外壳与U型槽底部接触的一个平面的中央位置设置一个顶出螺栓孔，所述顶出螺栓孔上设置一个顶出螺栓，所述顶出螺栓与顶出螺栓孔通过螺纹连接；

所述压盖为T型状，T型状的两个上端为压盖耳板，所述压盖耳板上设置与土料槽组耳板相对应的螺栓孔，所述T型状的下端顶部设置一个半圆弧度的槽，所述压盖契合嵌入土料槽组内，土料槽组和压盖的两个半圆弧度的槽形成了圆柱空间，通过外壳使得圆柱空间变成密闭的圆柱空间，所述加压螺栓通过设置于土料槽组和压盖中相应的螺栓孔将整个装置固定。

一种土样制备方法，步骤如下：

第一步，制备准备

根据需要配置一定含水率的实验用土料，并密闭放置一昼夜；准备好相应备土工具，包括：挑土刀、凡士林、刷子、与土样等径的圆盘、木锤以及相应紧固扳手；

第二步，组装装置

分别在压盖、两个半U型槽以及外壳的内侧壁面涂上适当凡士林，然后将两半U型槽安装至外壳内，形成一个完整的U型槽；

第三步，填土

根据所需干密度称量一定质量土料，依次分批放置在U型槽内，防止土料散落，结块土料需分散后填入，两侧挡板处土料适当填实，可适当振动土料槽组促进土粒密实；

第四步，压实土料

盖上压盖，用木锤轻敲压盖上部四周，待其降到加压螺栓行程内时，拧上加压螺栓，按左右间隔位置逐渐拧紧螺栓，以确保土料受力均衡，直至土料槽组和压盖间无缝隙为止；

第五步，取出试样

先松开加压螺栓，再将顶出螺栓旋进外壳底部的顶出螺栓孔，慢慢拧紧顶出螺栓，将土料槽组从外壳内顶出，然后沿土样轴向依次将两个半U型槽内推出，最后用圆盘抵住土样一侧，将土样慢慢推出压盖，进行质量和直径的测量后密封保存，以待实验；

第六步，清洁保存

清洗装置各部分并晾晒或风干，注意防止压盖下口发生碰撞，干燥后再组装在一起存放。

本发明具有的优点：

本土样制作的装置，可以一次压实土料，无需多次击实，耗时少，含水率变化小，操作简单；

通过径向加载施加压力，土样压制均匀，有利于提高土样实验精度；

土样无轴向的制作缺陷，可防止轴向拉伸实验时沿缺陷面断裂而无法反映土粒自身粘性所产生的抗拉特性。

附图说明

图1为土样制备装置三维半剖图；

图2为压盖的示意图；

图3为土料槽组的示意图；

图4为土样制备装置三维图；

图5为外壳三维图；

图6为土样制作原理示意图。

附图标注说明：1、压盖，1-1、压盖耳板，2、土料槽组，2-1、半U型槽，2-2、土料槽组耳板，3、外壳，3-1、顶出螺栓孔，4、加压螺栓，5、顶出螺栓；6、螺栓孔。

具体实施方式

参见图1、图2、图3、图4、图5所示，一种土样制备装置，包括土料槽组2、压盖1、外壳3、顶出螺栓5以及加压螺栓4；

土料槽组2包括两个左右对称的半U型槽2-1和土料槽组耳板2-2，两个左右对称的半U型槽2-1组成一个U型槽，土料槽组耳板2-2上设置若干螺栓孔6，U型槽底部为半圆弧度的槽，槽两边为垂直槽壁；

外壳3为一个一端开口的空心矩形体，设置在土料槽组2外侧，与土料槽组2嵌合在一起，外壳3与U型槽底部接触的一个平面的中央位置设置一个顶出螺栓孔3-1，顶出螺栓孔3-1上设置一个顶出螺栓5，顶出螺栓5与顶出螺栓孔3-1通过螺纹连接；

压盖1为T型状，T型状的两个上端为压盖耳板1-1，压盖耳板1-1上设置与土料槽组耳板2-2相对应的螺栓孔6，T型状的下端顶部设置一个半圆弧度的槽，压盖1契合嵌入土料槽组2内，土料槽组2和压盖1的两个半圆弧度的槽形成了圆柱空间，通过外壳3使得圆柱空间变成密闭的圆柱空间，加压螺栓4通过设置于土料槽组2和压盖1中相应的螺栓孔6将整个装置固定。

如图6所示，一种土样制备方法，利用上述的装置。其步骤如下：

第一步，制备准备

根据需要配置一定含水率的实验用土料，并密闭放置一昼夜；准备好相应备土工具，包括：挑土刀、凡士林、刷子、与土样等径的圆盘、木锤以及相应紧固扳手；

第二步，组装装置

分别在压盖1、两个半U型槽2-1以及外壳3的内侧壁面涂上适当凡士林，然后将两半U型槽2-1安装至外壳3内，形成一个完整的U型槽；

第三步，填土

根据所需干密度称量一定质量土料，依次分批放置在U型槽内，防止土料散落，结块土料需分散后填入，两侧挡板处土料适当填实，可适当振动土料槽组2促进土粒密实；

第四步，压实土料

盖上压盖，用木锤轻敲压盖上部四周，待其降到加压螺栓4行程内时，拧上加压螺栓4，按左右间隔位置逐渐拧紧螺栓，以确保土料受力均衡，直至土料槽组2和压盖1间无缝隙为止；

第五步，取出试样

先松开加压螺栓4，再将顶出螺栓5旋进外壳底部的顶出螺栓孔3-1，慢慢拧紧顶出螺栓5，将土料槽组2从外壳3内顶出，然后沿土样轴向依次将两个半U型槽2-1内推出，最后用圆盘抵住土样一侧，将土样慢慢推出压盖1，进行质量和直径的测量后密封保存，以待实验；

第六步，清洁保存

清洗装置各部分并晾晒或风干，注意防止压盖下口发生碰撞，干燥后再组装在一起存放。