一种土工环剪试验原状土环形土样制样装置的制作方法

本实用新型属于岩土工程土工室内试验技术领域，涉及一种土样制样器，尤其涉及一种土工环剪试验原状土环形土样制样装置。

背景技术：

环剪试验是土力学室内试验的一种，由于试样是环状的，剪切沿着圆周方向旋转，所以剪切面的总面积不变，剪切位移不受限制，适用于测量大变形下土体的残余强度或极限强度。这类剪切试验也常被用来研究不同材料间接触面的剪切特性，用以确定接触面的强度和变形参数，比如：用于研究土与混凝土或钢材，土与土工合成材料及不同土料之间的接触面特性。

对于取自现场的原状土样，为了研究土体的残余强度或极限强度时，需要将土样制备成厚度为2cm的环状；当研究土体与不同材料接触面的特性时，需要将土样制备成厚度为1cm的环状；现有的制样技术，尚不能借助同一个装置来完成上述不同厚度原状土环形土样的制备，且现有技术很容易在土样脱模环节造成环形试样的断裂，从而导致制样失败。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本实用新型提供了一种结构简单、操作方便以及可有效解决土工环剪试验环形试样制备难题的土工环剪试验原状土环形土样制样装置。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种土工环剪试验原状土环形土样制样装置，其特征在于：所述土工环剪试验原状土环形土样制样装置包括方形底座、环形底座、大环刀、直角护环、圆盘、中心环刀、导向螺杆以及固定支架；所述环形底座通过固定支架固定设置在方形底座上；所述大环刀内嵌在环形底座侧壁上并可从环形底座侧壁上取出；所述圆盘设置在环形底座内部；所述直角护环置于待制成环形土样的原状土样顶部；所述中心环刀整体呈门型并设置在直角护环上；所述中心环刀、大环刀、圆盘以及环形底座同轴；所述导向螺杆的一端穿过固定支架，另一端依次贯穿中心环刀、圆盘以及方形底座；所述导向螺杆上设置有第一螺母、第二螺母以及第三螺母；所述第一螺母置于中心环刀的顶部并驱动中心环刀沿环形底座的轴向向下运动；所述第二螺母设置在圆盘的下表面；所述第三螺母设置在方形底座的下表面；所述中心环刀、圆盘以及方形底座上均设置有导向螺杆通孔；所述第一螺母的外径大于中心环刀上导向螺杆通孔的内径；所述第二螺母的外径大于圆盘上导向螺杆通孔的内径且小于方形底座上导向螺杆通孔的内径；第二螺母的厚度小于或等于方形底座的厚度；所述第三螺母的外径大于方形底座上导向螺杆通孔的内径；。

作为优选，本实用新型所采用的土工环剪试验原状土环形土样制样装置还包括设置在直角护环与原状土样顶部之间设置有圆环。

作为优选，本实用新型所采用的土工环剪试验原状土环形土样制样装置还包括设置在方形底座与圆盘之间的环形垫片；所述环形垫片是一片或多片。

作为优选，本实用新型所采用的环形垫片是整体件或分体件；所述环形垫片是分体件时，所述环形垫片是由多个弧状片体拼接而成。

作为优选，本实用新型所采用的中心环刀呈上端封闭、下端开口且有刃口的圆桶状结构；所述中心环刀的侧壁上沿中心环刀的径向设置有圆环形翼缘；所述中心环刀的顶部设置有用于导向螺杆贯穿的通孔；所述第一螺母驱动中心环刀沿环形底座的轴向向下运动并最终通过圆环形翼缘紧贴在直角护环上。

作为优选，本实用新型所采用的中心环刀的顶部还设置有透气排水孔；所述透气排水孔是一个或多个；所述透气排水孔是多个时，多个透气排水孔均布在中心环刀的顶部。

作为优选，本实用新型所采用的直角护环是由角钢制成的整体件或分体件；所述直角护环是分体件时，所述直角护环包括多片弧状体拼接而成。

作为优选，本实用新型所采用的圆盘上设置有用于导向螺杆贯穿的通孔；所述圆盘上还设置有透气排水孔，所述透气排水孔是一个或多个；所述透气排水孔是多个时，多个透气排水孔均布在圆盘上。

本实用新型的优点是：

本实用新型提供了一种土工环剪试验原状土环形土样制样装置，其中，土工环剪试验原状土环形土样制样装置包括方形底座、环形底座、大环刀、直角护环、圆盘、中心环刀、导向螺杆以及固定支架；环形底座通过固定支架固定设置在方形底座上；大环刀内嵌在环形底座侧壁上并可从环形底座侧壁上取出；圆盘设置在环形底座内部；圆盘的外径等同于环形底座的内径；直角护环置于待制成环形土样的原状土样顶部；中心环刀整体呈门型并设置在直角护环上；中心环刀、大环刀以及环形底座同轴；导向螺杆的一端穿过固定支架，另一端依次贯穿中心环刀、圆盘以及方形底座；导向螺杆上设置有第一螺母、第二螺母以及第三螺母；第一螺母置于中心环刀的顶部并驱动中心环刀沿环形底座的轴向向下运动；第二螺母设置在圆盘的下表面；第三螺母设置在方形底座的下表面。本实用新型通过不同部件之间的组合，可以实现制取不同厚度的环状原状土试样，用于土工环剪试验。本实用新型专利使用模块化的部件，其结构简单，操作方便，且制得的试样均匀性好，试样在脱模过程不易断裂，提高了土工环剪试验土样制备的成活率。

附图说明

图1是基于本实用新型所提供的土工环剪试验原状土环形土样制样装置在制备1cm厚的原状土环形试样的结构示意图；

图2是基于本实用新型所提供的土工环剪试验原状土环形土样制样装置在制备2cm厚的原状土环形试样的结构示意图；

图中：

1-方形底座；2-环形底座；3-大环刀；4-环形垫片；5-直角护环；6-圆环；7-圆盘；8-中心环刀；9-导向螺杆；10-固定支架。

具体实施方式

为了加深对本实用新型的理解，下面将对本实用新型的实施例作详细说明，以下实施例在以本实用新型技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如果在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

本实用新型提供了一种土工环剪试验原状土环形土样制样装置，该土工环剪试验原状土环形土样制样装置包括方形底座1、环形底座2、大环刀3、直角护环5、圆盘7、中心环刀8、导向螺杆9以及固定支架10；环形底座2通过固定支架10固定设置在方形底座1上；大环刀3内嵌在环形底座2侧壁上并可从环形底座2侧壁上取出；圆盘7设置在环形底座2内部；圆盘7的外径等同于环形底座2的内径；直角护环5置于待制成环形土样的原状土样顶部；中心环刀8整体呈门型并设置在直角护环5上；中心环刀8、大环刀3以及环形底座2同轴；导向螺杆9的一端穿过固定支架10，另一端依次贯穿中心环刀8、圆盘7以及方形底座1；导向螺杆9上设置有第一螺母、第二螺母以及第三螺母；第一螺母置于中心环刀8的顶部并驱动中心环刀8沿环形底座2的轴向向下运动；第二螺母设置在圆盘7的下表面；第三螺母设置在方形底座1的下表面。

其中，方形底座1中心有一个六边形的孔，便于第二螺母和导向螺杆穿过，四边中点各有一个螺丝孔，通过固定支架10将环形底座固定在上面；环形底座2的外径为方形底座1的内接圆直径，其在过圆心且与方形底座1四边平行的两个互相垂直方向上，分布有四个与方形底座1固定的螺丝孔，可以通过固定支架10的螺杆将环形底座2固定在方形底座1上；大环刀3为内嵌在环形底座2上，可以取出大环刀3，用于切取原状土样进行下一步操作。圆盘7中心有一导向螺杆通孔，便于导向螺杆9穿过，将圆盘7放在中心环刀下面，既可以限制中心环刀8切入的深度，又便于托抵试样，利用导向螺杆9连同中心环刀8和圆盘7一起从环形底座中取出，圆盘7上分布有若干小孔，作为土样制备中的排气和排水通道。导向螺杆9为一螺丝杆，螺杆上带有三个六角形螺母，中心环刀8或圆盘7位于第一螺母下，通过旋拧第一螺母向中心环刀施加竖向压力，切割土样；提起螺杆时，第二螺母可从方形底座1中心处的六边形孔中穿过，便于将制备好的试样连同中心环刀8和圆盘7整体从环形底座中取出；第三螺母的尺寸比方形底座1中心处的六边形孔大，和第一螺母共同工作，在切割土样或压实土样过程中，约束螺杆向上运动。固定支架10由两根螺杆和一块有三个孔的板梁组成，两个螺杆主要起固定方形底座和环形底座的连接、支撑起三孔板梁的作用，导向螺杆9受三孔板梁中间孔的约束，确保中心环刀8沿垂直方向位移。

土工环剪试验原状土环形土样制样装置还包括设置在待制成环形土样的原状土样顶部与直角护环5之间的圆环6。

土工环剪试验原状土环形土样制样装置还包括设置在方形底座2与圆盘7之间的环形垫片4；环形垫片4是一片或多片；环形垫片4是多片时，多片环形垫片4中的每一环形垫片4的厚度是相同的或非等同的。

环形垫片4是整体件或分体件；环形垫片4是分体件时，环形垫片4是由多个弧状片体拼接而成。作为优选，环形底座内的环形垫片，由四片90度的1/4环片组成，便于安装和拆除，环形垫片的外径为环形底座的内径，有不同的厚度，可以根据制样需要，叠放不同厚度规格的垫片。

中心环刀8呈上端封闭、下端开口且有刃口的圆桶状结构；中心环刀8的侧壁上沿中心环刀8的径向设置有圆环形翼缘；中心环刀8的顶部设置有用于导向螺杆9贯穿的通孔；第一螺母驱动中心环刀8沿环形底座2的轴向向下运动并最终通过圆环形翼缘紧贴在直角护环5上。

中心环刀8的顶部还设置有透气排水孔；透气排水孔是一个或多个；透气排水孔是多个时，多个透气排水孔均布在中心环刀8的顶部。

直角护环5是由角钢制成的整体件或分体件；直角护环5是分体件时，直角护环5包括多片弧状体拼接而成。作为优选，直角护环为四片90度的1/4圆环形角钢组成，主要功能为约束中心环刀切入深度以及限制试样外径；四片直角护环被环形底座约束住，保证其整体性，从而保护圆环形试样不会破损；在直角护环内叠放圆环，可以改变直角护环下圆环的厚度来调整所制环形土样的高度。

圆盘7上设置有用于导向螺杆9贯穿的通孔；圆盘7上还设置有透气排水孔，透气排水孔是一个或多个；透气排水孔是多个时，多个透气排水孔均布在圆盘7上。

实施例1

为制备1cm厚的原状土环形试样的制样方法以及拆样的操作方法。

如图1所示为本实用新型所提供的制1cm厚的原状土环形试样结构示意图，这里需要制取的为外径15cm，内径10cm，厚1cm的圆环状试样，本实施例由方形底座1、环形底座2、大环刀3、环形垫片4、直角护环5、圆环6、圆盘7、中心环刀8、导向螺杆9、固定支架10组成；方形底座1通过两颗固定支架螺丝与环形底座2相连，在环形底座2中装上两层1cm厚的环形垫片4以及一层0.5cm厚的环形垫片4，将圆盘7放在环形垫片4上，使圆盘7与环形底座2保持同一轴心，在圆盘7上放置一张圆形滤纸，便于后续拆样，利用大环刀3从原状土块上切出一个2cm厚的原状土饼，上下两面刮平，将大环刀3和土饼扣在环形底座2上，使土样与大环刀3分离，土样落在圆盘7上，用钢丝锯将土饼沿着环形底座2上方切割，将土样切成一个1cm厚的土饼，在土饼中间对准圆盘7中心处掏一个小孔，使用导向螺杆9穿过土饼及圆盘7中心的导向螺杆通孔，拧上导向螺杆8的第二螺母，通过导向螺杆8将圆盘及土饼整体提出，将环形底座2中的环形垫片4取出，将圆盘7及土装回环形底座2中，在土饼上方放置一张圆形滤纸，然后放置圆环6和直角护环5，将中心环刀8的刀口通过直角护环5及圆环6，装上导向螺杆9的第一螺母和第二螺母，将固定支架的三孔板梁盖上，通过拧动中心环刀8上的第一螺母，像下施加压力使其向下运动切割土饼，当中心环刀8的刀口到达圆盘7时，土饼被完全切开，并包裹在圆盘7与中心环刀8之间，随后松开导向螺杆9的第三螺母，通过导向螺杆9将土样连同圆盘7、圆环6、直角护环5、中心环刀8一起提出，将直角护环5取出，用钢丝锯沿着圆盘7和中心环刀8的圆环形翼缘外侧，将土样外面一圈切掉，这样就得到了外径15cm，内径10cm，厚1cm的环形原状土样，将导向螺杆9拆下，向上取出中心环刀8，向上移除圆环6，土样脱模后，将环形试样从圆盘7上移到环剪仪上，即可进行土工环剪试验。

实施例2

为制备2cm厚的原状土环形试样的制样方法以及拆样的操作方法。

如图2所示为本实用新型所提供的制2cm厚的原状土环形试样结构示意图，这里需要制取的为外径15cm，内径10cm，厚2cm的圆环状试样，本实施例由方形底座1、环形底座2、大环刀3、环形垫片4、直角护环5、圆盘7、中心环刀8、导向螺栓9、固定支架10组成；方形底座1通过两颗固定支架螺丝10与环形底座2相连，在环形底座中装一层1cm厚的环形垫片4，将圆盘7放在环形垫片4上，在圆盘7上放置一张圆形滤纸，便于后续拆样，利用大环刀3从原状土块上切出一个2cm厚的原状土饼，将大环刀3和土饼扣在环形底座2上，使土样与大环刀3分离，土样落在圆盘7上，在土样的上面放置一张圆形滤纸，在土样中间对准圆盘7中心处掏一个小孔，将直角护环5放置在土饼上方，将中心环刀8的刀口通过直角护环5，将导向螺杆9穿过中心环刀8、圆盘7、方形底座1，装上导向螺杆9的第三螺母，将固定支架的三孔板梁盖上，通过拧动中心环刀8上的第一螺母，向下施加压力使其向下运动切割土样，当中心环刀8的刀口到达圆盘7时，土饼被完全切开，并包裹在圆盘7与中心环刀8之间，随后松开导向螺杆9的第三螺母，通过导向螺杆9将土样连同圆盘7、直角护环5、中心环刀8一起提出，将直角护环5取出，随后用钢丝锯紧挨着圆盘7和中心环刀8的圆环形翼缘外侧，将土样外面一圈切掉，这样就得到了外径15cm，内径10cm，厚2cm的环形原状土样，将导向螺杆9拆下，向上取出中心环刀8，土样脱模后，将环形试样从圆盘7上移到环剪仪上，即可进行土工环剪试验。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。