一种重塑土环刀样精确制取装置

1.本实用新型涉及土工试验研究技术领域，特别是涉及一种重塑土环刀样精确制取装置。


背景技术：

2.原状土是保持天然含水量及天然形成结构的土样。用来测定土的容重、天然孔隙比、压缩系数及抗剪强度等物理力学性质指标。工程实践及研究项目中，常常遇到取样难度大、扰动过大或原状样难以保存、运输等情况，在试验中不得不采用重塑土来进行试验。重塑土是指将人为扰动过的土样，在经过压密或者压实作用后形成的具有一定重度、含水量的人工制备的土样，与原状土具有相同或相似的成分、结构，因此可通过对重塑土进行试验进而估算原状土的物理力学性质。
3.土工试验中，直剪、固结、渗透、无荷载膨胀率等试验需要制备环刀样，具体的形状大小视所做试验配备的仪器而定，如直剪、无荷载膨胀率试验所用土样一般为直径61.8毫米，高20毫米的圆柱体土样；渗透试验所用土样一般为直径61.8毫米，高40毫米的圆柱体土样。含水率对于土体的物理力学性质有重要影响，因此有必要测量制备完成后重塑土样的含水率，尤其是对于具有一定膨胀性的土体来说，含水率指标更是尤为重要。然而现今试验土样并无固定的制取设备，装置的复杂程度、功能、大小也不相同，为了节约时间、提高效率和精确度，迫切需要一种重塑土样精确制取装置。


技术实现要素：

4.针对现有技术中的上述问题，本实用新型提供了一种重塑土环刀样精确制取装置，解决了现有技术中制取重塑土环刀样的装置结构复杂、效率低和精确度差的问题。
5.为了达到上述发明目的，本实用新型采用的技术方案如下：
6.提供一种重塑土环刀样精确制取装置，其包括底板和固定于底板上的门架，门架上可拆卸连接有液压缸，液压缸下方的底板上放置有备样筒，液压缸的活塞杆上可拆卸连接有能够在备样筒内腔中轴向移动的加压帽，备样筒的顶端设置有测量加压帽移动距离的位移传感器，备样筒的底部设置有含水率传感器，含水率传感器嵌接于底板中，含水率传感器的探针伸入备样筒内，含水率传感器、位移传感器和液压缸均与智能终端连接。
7.本实用新型的有益效果为：底板与备样筒形成的内腔中用于放置土样，液压缸的加载缓慢且力道大，在液压缸的挤压作用下，加压帽下移，挤压土样，使土样内部紧实，同时位移传感器能够实时测得加压帽的下移距离，使加压帽下移到目标位置后即停止，通过准确控制加压帽的下移距离来提高加压帽对土样挤压的准确性；放置的含水率传感器能够测量塑土环刀样的含水率，获得含水率指标为后续的试验分析提供有效的试验数据，提高试验准确性。
8.含水率测量以后，控制液压缸的活塞杆上移，去掉加压帽，将重塑土环刀样从备样筒中取出。整个装置结构简单，操作方便，可在有限的步骤内快速且准确地制取直剪、无荷
载膨胀率、渗透等试验所需的重塑土环刀样，能够改进重塑土环刀样的制备流程，节约时间，节省成本，且易于拆卸和携带，提高使用的方便性。
附图说明
9.图1为重塑土环刀样精确制取装置的结构示意图。
10.图2为图1中备样筒的断面图。
11.其中，1、底板；2、门架；21、支柱；22、横梁；3、液压缸；31、液压管路；32、液压油箱；33、压板；4、备样筒；41、第一半筒体；42、第二半筒体；5、定形筒；6、加压帽；61、圆柱段；62、圆台段；7、含水率传感器；8、智能终端；9、位移传感器。
具体实施方式
12.下面对本实用新型的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本实用新型，但应该清楚，本实用新型不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本实用新型的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本实用新型构思的发明创造均在保护之列。
13.如图1所示，该重塑土环刀样精确制取装置包括底板1和固定于底板1上的门架2，门架2上可拆卸连接有液压缸3，液压缸3下方的底板1上放置有备样筒4，液压缸3的活塞杆上可拆卸连接有能够在备样筒4内腔中轴向移动的加压帽6，备样筒4的顶端设置有测量加压帽6移动距离的位移传感器9，备样筒4的底部设置有含水率传感器7，含水率传感器7嵌接于底板1中，含水率传感器7的探针伸入备样筒4内。
14.如图2所示，备样筒4由两个截面为半圆环的第一半筒体41和第二半筒体42沿径向拼接而成，备样筒4外套接有定形筒5。定形筒5能够箍住备样筒4，使土样在固结过程中受力更加均匀，在制样完成以后，拿走定形筒5，然后沿径向将第一半筒体41和第二半筒体42移走，使得在将环刀样从备样筒4中取出的过程中，环刀样始终没被移动过，相比于现有技术中使用推土器等辅助工具沿备样筒4轴向将环刀样移除，本方案中的环刀样不会与备样筒4的侧壁产生摩擦力，也不会振动环刀样，提高了环刀样内部结构的完整性。
15.位移传感器9为拉绳式位移传感器，优选型号为fiaye品牌下的wfs系列的拉绳式位移传感器，量程为1000mm，精度为0.1mm。拉绳式位移传感器通过螺纹紧固件安装在备样筒4的顶端，拉绳式位移传感器的拉绳沿备样筒4轴向向下并通过拉绳端部自带的卡扣扣接到加压帽6顶面上的拉环上。拉绳式位移传感器通过测量拉绳的长度变化来获得加压帽6的下移距离。
16.备样筒4底部设置的含水率传感器7优选型号为星仪csf11土壤水分传感器，底板1上开有嵌接含水率传感器7的凹槽，含水率传感器7安装与凹槽内，含水率传感器7的探针伸入备样筒4内。备样筒4中装满土样后，探针能够探测到土样中的水含量，含水率传感器7嵌到底板1中，在将环刀样从底板1上取走后，探针很容易从环刀样中抽出，降低了因安装含水率传感器7对环刀样的影响。
17.智能终端8包括模/数转换模块、控制器和显示屏，智能终端8设置于备样筒4外侧。含水率传感器7和位移传感器9上均连接有模/数转换模块，通过模/数转换模块将对应传感器检测到的模拟信号转换为控制器能够识别的数字信号，控制器优选单片机芯片
stm32f103c8t6，显示屏优选oled显示屏。含水率传感器7和位移传感器9分别连接于控制器的输入端，显示屏连接于控制器的输出端，通过显示屏可以实时显示位移传感器9测得的加压帽6的移动距离以及含水率传感器7测得的土样的含水率值。
18.液压缸3通过液压管路31与液压油箱32连接。液压缸3的活塞杆的底端固定有压板33。通过控制液压缸3的活塞杆伸长来使加压帽6向下挤压土样，使土样紧密。
19.加压帽6包括实心的圆柱段61和圆台段62，圆柱段61固定连接于圆台段62的底部，压板33与圆台段62的顶面通过螺纹紧固件连接，圆柱段61的外圆柱面与备样筒4的内圆柱面间隙配合。圆柱段61的底面与土样充分接触，在挤压土样的过程中能够提高受力的均匀性，提高了环刀样的成型质量。圆台段62的设置将加压帽6上部的外径减小，使加压帽6沿备样筒4轴向移动更加顺畅，降低了故障率。
20.门架2包括支柱21和横梁22，在备样筒4的两侧对称设置有一根可拆卸连接于底板1上的支柱21，横梁22架设于备样筒4的竖直上方且两端可拆卸连接于支柱21上，液压缸3可拆卸安装于横梁22上。门架2用于支撑液压缸3，支柱21、横梁22、液压缸3和底板1之间的连接均通过螺纹紧固件的方式可拆卸连接，安装和拆卸方便，便于运输。
21.使用该装置制备一个满足直剪试验要求的直径61.8毫米、高20毫米的重塑土环刀样的具体操作步骤如下：
22.1)准备一个备样筒4，备样筒4内径61.8毫米、高60毫米、壁厚2毫米，将第一半筒体41和第二半筒体42拼接后在备样筒4内表面均匀涂抹一层凡士林；
23.2)将备样筒4居中放置在底板1上，底板1上加工有凹槽用于放置含水率传感器7，要使含水率传感器7的探针完全处于备样筒4内，然后使用定形筒5套住备样筒4，定形筒5的内径65.8毫米、高60毫米、壁厚2毫米；
24.3)向备样筒4和底板1形成的空腔内缓缓倒入预先准备好的土样，在土样上端放置一张滤纸，然后将加压帽6放在土样上，加压帽6圆柱段61的外径为61.7毫米，测量加压帽6底边距离底板1表面的距离再减去20毫米的环刀样目标高度即得到加压帽6需要下移的距离；
25.4)将位移传感器9安装到备样筒4的顶端，将位移传感器9的拉线端与固定好；
26.5)启动位移传感器9，开启液压系统，液压油箱32中的液压油从液压管路31中流入液压缸3中，驱动液压缸3的活塞杆向下逐渐施加压力；6)智能终端8上显示的位移量达到步骤3中计算得到的加压帽6下移的距离则控制液压缸3停止，此时备样筒4内的土样8已固结到20毫米高；
27.7)启动含水率传感器7，测量并记录备样筒4内制备完成后土样的含水率；
28.8)使液压缸3复位，取下位移传感器9和加压帽6，取出定形筒5，再将第一半筒体41和第二半筒体42沿径向分开即可获得制备好的重塑土环刀样。