一种用于土工试验的重塑试样制备装置的制作方法

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1.本实用新型属于岩土工程领域，尤其是涉及一种用于土工试验的重塑试样制备装置。


背景技术：

2.在岩土工程领域，要获得地基、边坡设计参数，往往离不开土工试验。然而，在同样的实验室条件下，即使是同一个实验人员，每次制备的重塑试样的参数也不尽相同，其差异性严重影响了土工试验的结果。对于重塑试样制备装置而言，由于其筒体径向尺寸固定，因此试样的高度是保证试样均一性的重要变量。精确控制试样的高度，是除减小同批次试样间的含水率、孔隙比、密度等差异性之外的技术难题。
3.目前常见的重塑试样制备方法有分层击实法与静压压实法两种，其中静压压实法又可细分为一端静压法与两端静压法。对于分层击实法而言，虽然其制备的重塑试样的密实度较为均一，但是不同层之间存在接触面效应，这会对试样的力学性能造成一定影响。而静压压实法由于一次成型，因此有效地避免了接触面效应。可是，一端静压法由于试样不同部位直接承受的压力存在差异，因此其制备的重塑试样在轴向上存在密度差异性，这也会影响土工试验的精度。而两端静压法由于在筒体两端均配备了活动压头，因此有效地解决了密度差异性问题。但是，这些方法存在一个共同的问题，即难以精确控制试样的高度。
4.无论是分层击实法的预判击实次数，还是静压压实法的在压头上作标注，都是凭借实验人员的经验，因此难以避免同批次试样间的尺寸差异。而在土工试验中，尺寸效应会严重影响试验结果。因此，当试样尺寸不符合土工试验的要求时，往往需要舍弃该试样。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的是提供的一种用于土工试验的重塑试样制备装置，以解决现有技术中存在的难以精确控制试样高度的问题；本实用新型提供的诸多技术方案中的优选技术方案所能产生的诸多技术效果详见下文阐述。
6.为实现上述目的，本实用新型提供了以下技术方案：
7.本实用新型提供的一种用于土工试验的重塑试样制备装置，包括：顶板、螺帽、筒体、第一箍环、第二箍环、第一压头、第二压头、支撑柱、空气压缩机、伸缩杆、激光测距仪、控制器和底板。
8.所述顶板固定安装在四根支撑柱的上端，所述底板固定安装在四根支撑柱的下端，所述伸缩杆和激光测距仪固定安装在底板上，所述第一压头固定安装在顶板上，所述第一箍环、第二箍环分别固定在筒体的上部、下部。
9.所述筒体由两个相同的可凹凸吻合的瓣模拼接而成，所述第一箍环、第二箍环由两个相同的瓣箍凹凸吻合并通过螺栓连接固定，所述第一压头、第二压头设置为结构相同的圆柱体结构，所述顶板上设置有第一凹槽，所述第一压头固定嵌入安装在第一凹槽内，所述第二压头置于伸缩杆的托盘上，所述第一压头和第二压头的安装位置同心设置。
10.所述底板上设置有第二凹槽，所述激光测距仪固定嵌入安装在第二凹槽内，其激光发射方向竖直朝上，照射在伸缩杆的托盘上。
11.所述控制器与空气压缩机、伸缩杆电性连接。
12.在重塑试样制备过程中，先打开空气压缩机与激光测距仪，再操作控制器使伸缩杆伸长，推动第二压头向筒体内部移动。当激光测距仪的读数为目标值时，操作控制器使伸缩杆停止工作。
13.与现有技术相比，本实用新型的有益之处是：本装置可在制备重塑试样的全过程中实时精确测量试样的高度，确保试样尺寸符合土工试验的要求。具有操作简单，精确高效，省时省力的优点。
附图说明：
14.下面结合附图对本实用新型进一步说明。
15.图1是本实用新型的结构示意图。
16.图2是本实用新型的剖面示意图。
17.图3是本实用新型的筒体组件示意图。
18.图4是本实用新型的箍环组件示意图。
19.图中：1-顶板；2-螺帽；3-筒体；4-第一箍环；5-第二箍环；6-第一压头；7-第二压头；8-支撑柱；9-空气压缩机；10-伸缩杆；11-激光测距仪；12-控制器；13-底板。
具体实施方式：
20.在本实用新型的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如“中心”、“长度”、“宽度”、“高度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“侧”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
21.在本实用新型的描述中，如果有描述到“第一”、“第二”等，只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
22.在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电性连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
23.下面结合具体实施方式对本实用新型进行详细描述：
24.如图1-4所示的一种用于土工试验的重塑试样制备装置，其特征在于：包括顶板1、螺帽2、筒体3、第一箍环4、第二箍环5、第一压头6、第二压头7、支撑柱8、空气压缩机9、伸缩杆10、激光测距仪11、控制器12和底板13，所述顶板1固定安装在四根支撑柱8的上端，所述底板13固定安装在四根支撑柱8的下端，所述伸缩杆10和激光测距仪11固定安装在底板13上，所述第一压头6固定安装在顶板1上，所述第一箍环4、第二箍环5分别固定在筒体3的上
部、下部。
25.所述筒体3由两个相同的可凹凸吻合的瓣模拼接而成，所述第一箍环4、第二箍环5由两个相同的瓣箍凹凸吻合并通过螺栓连接固定，所述第一压头6、第二压头7设置为结构相同的圆柱体结构，所述顶板1上设置有第一凹槽，所述第一压头6固定嵌入安装在第一凹槽内，所述第二压头7置于伸缩杆10的托盘上，所述第一压头6和第二压头7的安装位置同心设置，所述顶板1、螺帽2、筒体3、第一箍环4、第二箍环5、第一压头6、第二压头7、支撑柱8、伸缩杆10和底板13的材料均为高强度模具钢。
26.所述底板13上设置有第二凹槽，所述激光测距仪11固定嵌入安装在第二凹槽内，其激光发射方向竖直朝上，照射在伸缩杆的托盘上。
27.所述控制器12与空气压缩机9、伸缩杆10电性连接。
28.其工作原理为：先将两个相同的瓣模拼接成筒体3，并分别用第一箍环4与第二箍环5固定住筒体3的上部与下部，再将待重塑土样置于筒体3之中轻轻压实，并将装入土样的筒体3置于第一压头6与第二压头7之间。然后，打开空气压缩机9与激光测距仪11，并操作控制器12使伸缩杆10伸长，推动第二压头7向筒体3内部移动。当激光测距仪11的读数为目标值时，操作控制器13使伸缩杆10停止工作。接下来，操作控制器12使伸缩杆10缩短，并关闭空气压缩机9与激光测距仪11。最后，将筒体3取下来，并取掉第一箍环4、第二箍环5与两个瓣模，重塑试样制备完成。其中，目标值的计算如下：
29.h0＝h
1-h
2-h
3-2h430.式中：h0——目标值，mm；
31.h1——顶板1第一凹槽表面至底板13第二凹槽表面的高度，mm；
32.h2——重塑试样设计高度，mm；
33.h3——伸缩杆10的托盘高度，mm；
34.h4——压头6、7高度，mm。
35.需要强调的是：对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。