冻结粘土空心圆柱试样制样装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种冻结粘土空心圆柱试样制样装置。利用此装置，可制备饱和粘土空心试样，为进一步研究冻结粘土在复杂应力路径条件下的力学性质提供技术支持。
[0002]
【背景技术】
[0003]空心圆柱试验是研究复杂应力路径条件下土的力学性质较为理想的支撑手段。空心圆柱试验因受压力室温度调控技术以及空心圆柱冻土试样制样技术的限制，一直是制约我们进一步认识冻土力学性质的瓶颈。目前在冻土力学研究领域还没有开展通过空心圆柱试验研究冻土的力学性质的工作。在未冻土研究中，常将土样分层装入承膜筒中，并分层击实至一定密度，然后对空心土柱进行反压饱和，使其达到某一密度下的饱和含水量。由于砂土渗透性较大，反压饱和较为容易，所以这一制样方法是完全可行的。但对于颗粒较为细密的粘土来说，由于其渗透性很差，所以反压饱和非常不易，即使在高压作用下对土样进行反压饱和，水分在土样中也不能完全分布均匀，当土样冻结后将产生不均匀冻胀变形而无法进行力学试验。为此，我们研发了冻土空心圆柱仪来研究复杂应力路径条件下冻土的力学性质，而制备空心圆柱试样是顺利开展冻土空心圆柱试验，从而认识冻土力学性质的关键。
【发明内容】
[0004]鉴于上述，本发明的目的在于提供一种可用于制备粘土空心圆柱试样的制样装置。利用本装置，制出的粘土试样干密度和含水率均匀、脱模容易、且操作简单，并能与试验机加载系统密切配合，为下一步开展复杂应力路径条件下冻土的力学性质奠定良好的基础。
[0005]本发明的目的是通过以下措施来实现:
一种粘土空心圆柱试样制样装置，是由加力杆、不锈钢三瓣外筒、内筒帽、紧箍圈、带齿的上压头、固定螺丝、抽板、不锈钢对瓣内筒、带挂耳的紧箍圈、空心圆柱试样、带齿的下压头、固定支架的螺栓、支架、下底座构成。加力杆断面呈“Π”状，内置有不锈钢三瓣外筒，不锈钢三瓣外筒内套有不锈钢对瓣内筒，不锈钢对瓣内筒穿过带齿的上压头抵达带齿的下压头，内筒帽置于不锈钢对瓣内筒的顶端，不锈钢对瓣内筒中间嵌入有一个外为长方形内为带弓的抽板，将带齿的上压头和带齿的下压头隔开，不锈钢三瓣外筒与不锈钢对瓣内筒之间是空心圆柱试样，不锈钢三瓣外筒的上部设置紧箍圈，用固定螺丝紧固，中部设置带耳朵的紧箍圈，与一个不锈钢支架相连接，用固定支架的螺栓紧固，底座与制样装置的底部接触。
[0006]本发明的优点和产生的有益效果是:
1、本发明的内筒由两个对开的抽板对接，在脱模时，将抽板抽取掉，不仅可以降低在压样时内膜筒与土样之间产生的挤压力，使脱去试样内膜较为省力、方便，而且可以保证试样内壁的光滑度； 2、本发明的外筒由三瓣不锈钢体对接，并由紧箍圈将其固定。不仅保证所制备试样的完整性，而且能够使试样脱模更加容易；
4、位于不锈钢三瓣外筒中部的紧箍圈有一挂耳，不仅可以紧箍不锈钢三瓣外筒，而且与支架相接，以此挂耳为轴，翻转制样筒，可以在制样筒两头加载，保证试样的均匀性，省力、方便；
4、空心圆柱试样居于不锈钢三瓣外筒与不锈钢对瓣内筒、带齿的上压头与带齿的下压头之间。在进行扭剪试验时，保持空心试样与底座不脱离，能够制成干密度、含水率分布均匀，初始损伤较小、上下表面都是齿状的饱和空心圆柱粘土试样；
5、此制样装置结构简单、操作方便，试样脱模轻松、且不会破坏试样的外部结构。
【附图说明】
[0007]图1为本发明的冻结粘土空心圆柱试样制样装置纵剖面图；
图2为本发明的冻结粘土空心圆柱试样制样装置侧剖面图；
图3为本发明的冻结粘土空心圆柱试样制样装置俯视图；
图4为本发明的冻结粘土空心圆柱试样制样装置底座；
图5为本发明的冻结粘土空心圆柱试样制样装置上下压头结构图。
【具体实施方式】
[0008]下面，结合附图，通过实施例对发明的技术方案再做进一步的详述:
如图1 -图5所示，一种粘土空心圆柱试样制样装置，是由加力杆1、不锈钢三瓣外筒2、内筒帽3、紧箍圈4、带齿的上压头5、固定螺丝6、抽板7、不锈钢对瓣内筒8、带挂耳的紧箍圈9、空心圆柱试样10、带齿的下压头11、固定支架的螺栓12、支架13、下底座14构成。加力杆I与试验机的圆柱形压头相接，其作用是将压力传递给带齿的上压头5，上压头5紧扣在空心圆柱试样10的顶端，下压头11置于空心圆柱试样的10的底端。上压头5与下压头11的主要作用有两点，一是将加力杆I的压力均匀分布传递于试样的顶端，二是为了制成上下底面都是齿状的空心圆柱试样。不锈钢三瓣外筒2由一定厚度的三瓣圆心角为120°的圆弧形不锈钢金属片组成。内筒帽3是一个圆形的金属盖，直径与不锈钢对瓣内筒的直径相等，主要是为了防止制样时将湿土洒入内筒。不锈钢三瓣外筒2上下部紧箍圈4为圆环形，接头处带有螺纹型圆孔，通过螺丝6把不锈钢三瓣外筒2固定在一起，防止外筒松动。不锈钢对瓣内筒8由两半圆不锈钢筒体与一不锈钢抽板7对接构成内圆筒体，抽板7主要的功能是降低压样过程中内膜筒与土样之间产生的挤压力，在脱试样内膜时较为省力、方便，并且确保试样内壁表面的光滑度。不锈钢三瓣外筒2的内壁面与空心圆柱粘土试样10的外壁面相适配，不锈钢对瓣内筒8的外表面与试样的内表面紧贴在一起。支架13是由两片完全一致的不锈钢板对接而成，不锈钢三瓣外筒2两侧有带耳朵的紧箍圈9，支撑的支架13上留有螺栓孔，通过固定支架的螺栓12将紧箍圈和支架13紧固。底座14是一个上表面大、下表面小的不锈钢圆筒，在制样时用于盛放制样筒。
[0009]制样时的操作步骤如下
(I)将制样装置安装好，即把不锈钢三瓣外筒2用紧箍圈4固定，紧贴带齿的下压头11的外侧，安放在底座14之上，随后装上带耳朵的紧箍圈9，把整个支架13与整个制样筒固定好，将抽板7卡在不锈钢二瓣内筒8之间，之后一同放入不锈钢三瓣外筒2内，紧贴带齿下压头11的内侧，盖上内筒帽3 ；
(2)根据干密度称量所需湿土的质量，逐层倒入两不锈钢二瓣内筒的双筒中，随后将带齿上压头5带齿的一面扣在湿土表面，之后将加力杆I放在上压头5的上表面；
(3)调节压样机的速度使压头下降，当压头与加力杆I接触并一同下降到与不锈钢三瓣外筒2上端开口位置时，对压样机的位移清零，移动制样筒使加力杆I处于制样筒上端开口的正上方，计算与最终需要的试样高度的差值，通过计算机控制系统来控制压头的压实速率，使蓬松的土样在压头压力作用下缓慢的被压实，当压头下降到一定距离时，取下底座14，翻转整个制样筒后，将底座14再次置于制样筒的正下方，控制加载的时间以及载荷的大小，直至达到所需试样的高度；
(4)整个制样筒位于实验台上，加力杆通过试验机将力传递到空心圆柱试样顶端和底端实现双向加载，双向加载时，以挂耳为轴，翻转制样筒，保证试样的均匀性。脱模时，先抽取内筒中心的长方体抽板7，卸除部分内筒与试样之间的压力，然后就可轻松卸下不锈钢二瓣内筒8 ;即得到所需空心圆柱粘土试样10。
【主权项】
1.一种粘土空心圆柱试样制样装置，由加力杆(1)、不锈钢三瓣外筒(2)、内筒帽(3)、紧箍圈(4)、带齿的上压头(5)、固定螺丝(6)、抽板(7)、不锈钢对瓣内筒(8)、带挂耳的紧箍圈(9)、空心圆柱试样(10)、带齿的下压头(11)、固定支架的螺栓(12)、支架(13)、下底座(14)构成，其特征加力杆I断面呈“Π”状，内置有不锈钢三瓣外筒(2)，不锈钢三瓣外筒(2)内套有不锈钢对瓣内筒(8)，不锈钢对瓣内筒(8)穿过带齿的上压头(5)抵达带齿的下压头(11)，内筒帽(3 )置于不锈钢对瓣内筒(8 )的顶端，不锈钢对瓣内筒(8 )中间嵌入有一个外为长方形内为带弓的抽板(7)，将带齿的上压头(5)和带齿的下压头(11)隔开，不锈钢三瓣外筒(2)与不锈钢对瓣内筒(8)之间是空心圆柱试样(10)，不锈钢三瓣外筒(2)的上下部设置紧箍圈(4)，用固定螺丝(6)紧固，中部设置带耳朵的紧箍圈(9)，与一个不锈钢支架(13 )相连接，用固定支架的螺栓(12 )紧固，底座(14)与制样装置的底部接触。
【专利摘要】本发明涉及一种冻结粘土空心圆柱试样制样装置，其结构特征是齿状的上下压头卡在对接内筒与外筒之间，位于空心圆柱试样的上下端、外筒利用紧箍圈将其固定，带齿的上压头的正上方是加力杆，它与压样机的压头相接、负责将压力均匀地传递给带齿的上压头。外筒的中间部位是带耳朵的紧箍圈，与一个不锈钢支架相连接。其制样方法是首先将整个装置固定好，将搅拌均匀的湿土分层导入制样筒内，利用压样机对土体进行两头压实。本发明不仅操作简便，节省时间，原理简单，而且能够制成干密度、含水率分布均匀，初始损伤较小、上下表面都是齿状的饱和空心圆柱粘土试样，为进一步研究冻结粘土在复杂应力路径条件下的力学性质提供技术支持。
【IPC分类】G01N1/28
【公开号】CN105181404
【申请号】CN201510399623
【发明人】王大雁, 郭妍, 马巍, 王永涛, 穆彦虎, 雷乐乐
【申请人】中国科学院寒区旱区环境与工程研究所
【公开日】2015年12月23日
【申请日】2015年7月9日