一种砂土共振柱试验制样装置的制作方法

本实用新型属于室内砂土测试技术领域，具体涉及一种砂土共振柱试验制样装置。

背景技术：

土体的小应变剪切模量或剪切波速是土体工程特性的重要表征之一。共振柱室内试验方法是测定土体小应变剪切模量的有效方法，共振柱室内试验通过改变对土样施加激振的频率来确定土体的固有（共振）频率，然后基于动力学理论确定土体的剪切模量。

但是，现有的砂土制样采用共振柱系统配套提供的空心圆柱式对开模，制样时将砂土样倒入对开模中，后采用分层压实到试样所需高度。但上述的制样方法存在以下缺点：橡胶膜无法有效与对开模粘贴使得试样在高度方向容易产生褶曲或橡胶膜松弛，导致试样直径沿高度方向不易控制；分层击实试样时，需用卡尺量测试样高度，卡尺易于触探并进入土体内部，使得试样压实过程中量测土层高度产生偏差，进一步影响密实度计算值；分层击实中层与层之间接触光滑，层与层之间可能无法形成有效的整体，无法保证接触摩擦。由于共振柱试验土体应变数量级为10^-6-10^-7，因此上述的缺陷将直接影响试验数据的可靠性及精确性。

技术实现要素：

本实用新型的目的是根据上述现有技术的不足之处，提供一种砂土共振柱试验制样装置，通过在对开膜上设置凹槽带和抽气孔，并改进击实器的结构，使得砂土共振柱试验制样装置能够制作出共振柱试验所需的特定密实度且均匀的砂土试样。

本实用新型目的实现由以下技术方案完成：

一种砂土共振柱试验制样装置，包括对开模具和击实器，所述对开模具呈圆柱环状，所述对开模具包括两片对称设置的半圆柱环，所述对开模具的内侧壁具有若干竖向设置和环向设置的凹槽带，所述对开模具的中部壁面上开设一抽气孔，所述抽气孔连通所述凹槽带，所述对开模具的内侧壁的底部设置有环向的橡皮圈凹槽；所述击实器包括螺纹击实杆、定位环、击实锤，所述螺纹击实杆底部可拆卸地连接所述击实锤，所述定位环套接在所述螺纹击实杆上，所述击实锤截面的外径小于所述对开模具的内径。

所述半圆柱环的一侧设置凹槽，另一侧设置凸槽，两片所述半圆柱环通过将所述凹槽和所述凸槽相互嵌合构成所述对开模具。

所述抽气孔壁面内侧设置于竖向设置的所述凹槽带与环向设置的所述凹槽带的交汇处，所述抽气孔外侧设置有直角状导气管。

所述击实锤的底面设置有若干凸起齿纹。

所述螺纹击实杆外表面和所述定位环内侧壁设置有相互匹配的螺纹，所述击实锤上表面设置有与所述螺纹击实杆匹配的开孔。

一种涉及任一所述的砂土共振柱试验制样装置的制样方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：采用第一橡皮圈将圆柱环状的橡胶膜底部固定在共振柱系统的底座上；

步骤2：在所述底座上拼装对开模具，在所述对开模具外侧套置第二橡皮圈，将所述橡皮膜贴于所述对开模具的内侧壁，并使得所述第一橡皮圈置于所述对开模具的橡皮圈凹槽内；

步骤3：开启连接所述对开模具的抽气孔的真空泵，将所述橡皮膜与所述对开模具的内侧壁之间的气泡排出；

步骤4：根据土体的密实度和称取砂土的质量确定土体的分层击实厚度，采用砂雨法将所述砂土填入所述对开模具中，根据所述分层击实厚度调整所述击实器中定位环的高度位置，采用击实器对已装填的所述砂土进行击实整平并使得所述砂土的顶面粗糙，重复上述操作直至所述砂土的厚度达到试样要求；

步骤5：将共振柱系统的顶座置于所述对开模具顶部，并通过第三橡皮圈将所述橡胶膜顶部固定在所述顶座上，关闭所述真空泵，拆除所述对开模具。

本实用新型的优点是：能够制取密实度均匀且尺寸符合试验要求的砂土试样，通过设置抽气孔抽真空方式使得砂土试样直径沿高度方向均匀分布；通过高度可变的定位环控制击实厚度，密实度易于控制；通过击实锤的凸起纹理使得土体层间接触面粗糙；提高共振柱试验的精确性，完善共振试验仪器设备，能够应用于弯曲元试验、三轴试验的制样中。

附图说明

图1为本实用新型实施例中制样装置的整体结构示意图；

图2为本实用新型实施例中击实器的结构示意图；

图3为本实用新型实施例中对开模具的结构示意图；

图4为本实用新型实施例中半圆柱环的侧视结构示意图；

图5为本实用新型实施例中半圆柱环的透视结构示意图；

图6为本实用新型实施例中半圆柱环的结构示意图；

图7为本实用新型实施例中击实锤的结构示意图；

图8为本实用新型实施例中拆除一片半圆柱环的制样装置的结构示意图；

图9为本实用新型实施例中放置有顶座的制样装置的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图通过实施例对本实用新型的特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：

如图1-9，图中各标记分别为：对开模具1、底座2、顶座3、螺纹击实杆4、定位环5、击实锤6、半圆柱环7、竖向设置的凹槽带8、环向设置的凹槽带9、抽气孔10、橡皮圈凹槽11、凸槽12、凹槽13、导气管14、凸起齿纹16、橡胶膜17、第一橡皮圈18、第二橡皮圈19、第三橡皮圈20。

实施例：如图1-9所示，本实施例具体涉及一种砂土共振柱试验制样装置及其制样方法，通过在对开膜上设置凹槽带和抽气孔10，并改进击实器的结构，使得砂土共振柱试验制样装置能够制作出共振柱试验所需的特定密实度且均匀的砂土试样。

如图1、图3-图6、图8、图9所示，本实施例中的砂土共振柱试验制样装置包括对开模具1、底座2、击实器、顶座3；对开模具1呈圆柱环状，对开模具1包括两片对称设置的半圆柱环7，对开模具1的内侧壁具有若干竖向设置的凹槽带8和环向设置的凹槽带9，对开模具1的中部壁面上开设一抽气孔10，抽气孔10连通凹槽带，本实施例中的凹槽带包括竖向设置的凹槽带8和环向设置的凹槽带9，对开模具1的内侧壁的底部设置有环向的橡皮圈凹槽11。对开模具1的底部可拆卸地嵌置在底座2上，对开模具1的顶部能够可拆卸地连接顶座3。底座2是共振柱系统的底座，顶座3是共振柱系统的顶座。对开模具1、底座2、击实器、顶座3均为不锈钢材质。上述对开模具1的内径为51毫米、外径为66毫米、高度为150毫米。凹槽带的截面呈半圆状，上述的凹槽带的半径为0.5毫米。

如图1-9所示，本实施例中，对开模具1和底座2构建底部封闭的圆筒结构，将土体置于其中进行压实形成试样。在对开模具1内部设置凹槽带，使得在对开模具1内贴置橡胶膜17过程中，橡胶膜17与对开模具1的间隙处的气泡便于进入凹槽带中进而被排出。凹槽带具备竖向和环向的两种设置方式，进而构成凹槽网络，各个凹槽带能够相互连通，再通过抽气孔10将凹槽带连通，借助抽气孔10的抽气设备对凹槽带施加负压，使得橡胶膜17与对开模具1的间隙处的气泡在负压的作用下排出。对开模具1的结构保证了橡胶膜17不再产生褶皱，试样沿高度的直径能够保持均匀。抽气孔10设置在一片半圆柱环7上，另一半圆柱环7上不具有抽气孔10和导气管14的结构。橡皮圈凹槽11处可容纳固定橡胶膜17的橡皮圈。

如图3-6所示，本实施例中，半圆柱环7的一侧设置凹槽，另一侧设置凸槽12，两片半圆柱环7通过将凹槽13和凸槽12相互嵌合构成对开模具1。通过两组凹槽13和凸槽12的组合可将两片半圆柱环7严密合实，提高了两片半圆柱环7连接的稳定性。抽气孔10壁面内侧设置在竖向设置的凹槽带8与环向设置的凹槽带9的交汇处，上述位置空隙较大容易向周围的凹槽带传导负压，具有更好的去除橡胶膜17褶皱的效果，抽气孔10外侧设置有直角状导气管14，便于与真空泵进行连接。

如图1、图2、图7所示，本实施例中，击实器包括螺纹击实杆4、定位环5、击实锤6，螺纹击实杆4底部可拆卸地连接击实锤6，定位环5套接在螺纹击实杆4上。螺纹击实杆4外表面和定位环5内侧壁设置有相互匹配的螺纹，击实锤6上表面设置有与螺纹击实杆4匹配的开孔。螺纹击实杆4上的螺纹与定位环5上的螺纹使得定位环5能够固定在特定的高度上，在螺纹的引导下将定位环5旋转，能够使得定位环5固定位置发生改变，螺纹具备固定和导向两个作用。击实锤6截面的外径小于对开模具1的内径，定位环5的外径大于对开模具1的内径，使得击实锤6能够进入对开模具1内部压实土体，而定位环5能够在特定的位置限定击实锤6能够进入对开模具1的深度，进而控制击实锤6对土体压实的厚度，也就控制了每层土体的密室度。击实锤6的底面设置有若干凸起齿纹16，在凸起齿纹16的作用下使得土体层与层之间接触面粗糙连接。上述螺纹击实杆4的外径为10毫米、高为195毫米，螺纹击实杆4全长设置右旋正螺纹，定位环5内侧为与螺纹击实杆4匹配的右旋正螺纹，定位环5的内径为10毫米、外径为60毫米，厚5毫米。击实锤6为圆柱体结构，击实锤6的外径为49毫米、高10毫米、击实锤6的顶面开孔直径10毫米与螺纹击实杆4连接，击实锤6的底面设置的凸起齿纹16的高度为1毫米。

如图1-9所示，本实施例中，上述的砂土共振柱试验制样装置的试样制作方法，包括以下步骤：步骤1：采用第一橡皮圈18将圆柱环状的橡胶膜17底部固定在底座2上，橡胶膜17的尺寸与对开模具1内侧面的尺寸相同，第一橡皮圈18将橡胶膜17底部固定在底座2上使得橡胶膜17底部封闭。步骤2：在底座2上拼装对开模具1，在对开模具1外侧套置第二橡皮圈19，将橡皮膜贴于对开模具1的内侧壁，并使得第一橡皮圈18置于对开模具1的橡皮圈凹槽11内使得第一橡皮圈18的位置固定，第一橡皮圈18也将橡皮圈凹槽11填充使得橡皮膜与内侧壁间隙的底部封闭起来。步骤3：开启连接对开模具1的抽气孔10的真空泵，将橡皮膜与对开模具1的内侧壁之间的气泡排出，真空泵通过导气管14实现连接。步骤4：根据土体的密实度和称取砂土的质量确定土体的分层击实厚度，采用砂雨法将砂土填入对开模具1中，根据分层击实厚度调整击实器中定位环5的高度位置，采用击实器对已装填的砂土进行击实整平并使得砂土的顶面粗糙，重复上述操作直至砂土的厚度达到试样要求；土体的填入过程分多次进行，根据每次称取砂土的质量，基于测试土体的密实度计算确定砂土需要压实的厚度，在对击实器的定位环5位置进行调整，使得击实器中的击实锤6正好能够深入到需要进行压实的深度，同时击实锤6的底面设置的凸起齿纹16使得每层的砂土都具有粗糙的表面，减少分层现象；在已装填的砂土的同时保持真空泵开启，避免橡皮膜褶皱。步骤5：将顶座3置于对开模具1顶部，并通过第三橡皮圈20将橡胶膜17顶部固定在顶座3上，关闭真空泵，拆除对开模具1。

本实施例具有如下优点：能够制取密实度均匀且尺寸符合规格的砂土试样，通过设置抽气孔10抽真空方式使得砂土试样直径沿高度方向均匀分布；通过高度可变的定位环5控制击实厚度，密实度易于控制；通过击实锤6的凸起纹理使得土体层间接触面粗糙；提高共振柱试验的精确性，完善共振试验仪器设备，能够应用于弯曲元试验、三轴试验的制样中。