土工三轴试验无粘性土装样模具的制作方法
【专利摘要】本发明的目的在于提供一种土工三轴试验无粘性土装样模具，以解决现有技术中存在的模具容易变形错动、试样成型困难并且容易变形的问题。本发明公开了一种土工三轴试验无粘性土装样模具，包括圆模和卡箍，圆模设置有容纳腔，圆模内壁设置有用于减少局部负压过大的网格纹路，圆模包括第一半圆模和第二半圆模，第一半圆模的端部设置有凸起，第二半圆模的端部设置有与第一半圆模的凸起适配的凹槽，第一半圆模和第二半圆模的端部相抵接，卡箍套装在圆模外用于紧固第一半圆模和第二半圆模。本发明提供的土工三轴试验无粘性土装样模具的有益效果在于：模具不容易变形错动，试样成型简单和试样成型后不容易变形。
【专利说明】
土工三轴试验无粘性土装样模具
技术领域
[0001]本发明涉及试验装置领域，尤其涉及一种土工三轴试验无粘性土装样模具。
【背景技术】
[0002]土工三轴试验是测定土抗剪强度的一种方法，试样在某一固定的周围压力下，逐渐增大轴向压力，直至试样破坏，据此可作出莫尔应力圆。同一种土试样分别在不同的周围压力下进行试验，可得到一组莫尔应力圆，作出这些莫尔应力圆的公切线即得到抗剪强度的包络线，由此求得土试样的抗剪强度指标。土工三轴试验需要土试样为标准圆柱型，特别对于无粘性土，由于土颗粒之间粘结能力非常弱，无粘性土在自然状态下难以形成标准圆柱状试样，而试样的制备对试验结果的精度影响很大，因而提出了对无粘性土试样成型模具的需求。
[0003]首先，现有技术中的土工三轴试验无粘性土装样模具采用的是有机玻璃容器，有机玻璃模具在内外压强差的作用下会出现形变。
[0004]其次，现有技术中的有机玻璃模具是对开设计，有机玻璃模具的结合面光滑，无限位设计，因而在装载土样之后玻璃模具容易发生相对错动而导致试样变形，试样成型达不到试验标准。
[0005]再次，有机玻璃模具内表面光滑，试样在负压的情况下，试样不同位置受到的负压强度不一致，导致试样容易变形。
[0006]综上所述，现有技术中的土工三轴试验无粘性土装样模具存在的问题是:模具容易变形错动、试样成型困难并且容易变形。
【发明内容】
[0007]本发明的目的在于提供一种土工三轴试验无粘性土装样模具，以解决现有技术中存在的模具容易变形错动、试样成型困难并且容易变形的问题。
[0008]本发明公开了一种土工三轴试验无粘性土装样模具，包括圆模和卡箍，所述圆模设置有容纳腔，所述圆模内壁设置有用于减少局部负压过大的网格纹路，所述圆模包括第一半圆模和第二半圆模，所述第一半圆模的端部设置有凸起，所述第二半圆模的端部设置有与所述第一半圆模的凸起适配的凹槽，所述第一半圆模和所述第二半圆模的端部相抵接，所述卡箍套装在所述圆模外用于紧固所述第一半圆模和所述第二半圆模。
[0009]更进一步地，所述凸起包括第一凸起和第二凸起，所述第一凸起和所述第二凸起对称设置于所述第一半圆模两端部。
[0010]更进一步地，所述凹槽包括第一凹槽和第二凹槽，所述第一凹槽和所述第二凹槽对称设置于所述第二半圆模两端部。
[0011 ]更进一步地，所述第一半圆模和所述第二半圆模均设置有内层和外层，所述第一凸起和所述第二凸起设置于所述第一半圆模的内层上，所述第一凹槽和所述第二凹槽设置于所述第二半圆模的内层上。
[0012]更进一步地，所述圆模的上端和下端均套装有卡箍。
[0013]更进一步地，所述圆模的底部设置有用于搭载所述卡箍的凸台。
[0014]更进一步地，所述第一半圆模的内层的中部设置有集气凹槽，所述集气凹槽中部设置有连通负压控制仪的负压吸气孔。
[0015]更进一步地，所述网格纹路包括相交的竖直纹路和圆环纹路。
[0016]更进一步地，所述圆环纹路包括从圆模顶端到底端纹路密度依次增大的第一圆环纹路、第二圆环纹路和第三圆环纹路。
[0017]更进一步地，所述圆模由碳钢制成。
[0018]结合以上技术方案，第一、本发明提供的土工三轴试验无粘性土装样模具采用的是碳钢材料制成，碳钢材料的强度大且不容易变形;第二、第一半圆模和第二半圆模的端部设置凸起和凹槽，这种榫卯连接的方式能保证土工三轴试验无粘性土装样模具在使用过程中不发生形变;第三、由于圆模内部设置有网格状结构，网格状结构有助于圆模内气体的流通，保证圆模内试验样品在不同位置受到的压强均一，使得制得的试样不容易变形，试样成型简单。
[0019]综上所述，本发明提供的土工三轴试验无粘性土装样模具的有益效果在于:模具不容易变形，试样成型简单和试样成型后不容易变形。
【附图说明】
[0020]为了更清楚地说明本发明【具体实施方式】或现有技术中的技术方案，下面将对【具体实施方式】或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0021 ]图1为本发明提供的土工三轴试验无粘性土装样模具的正视图；
[0022]图2为图1的A-A方向的俯视图；
[0023]图3为第一半圆模和第二半圆模的结构示意图；
[0024]图4为卡雜的结构不意图；
[0025]图5为网格纹路的结构不意图。
[0026]附图标记
[0027]1-圆模；2-第一半圆模；3-第二半圆模；
[0028]4-凸起；5-凹槽；6-卡箍；
[0029]7-网格纹路；8-凸台；9-容纳腔；
[0030]21-内层；22-外层；41-第一凸起；
[0031]42-第二凸起； 51-第一凹槽；52-第二凹槽；
[0032]71-竖直纹路； 72-圆环纹路；211-负压吸气孔；
[0033]212-集气凹槽； 721-第一圆环纹路；722-第二圆环纹路；
[0034]723-第三圆环纹路。
【具体实施方式】
[0035]下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0036]在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置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发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0037]在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“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发明中的具体含义。
[0038]如图1、图2、图3和图4所示，本发明公开了一种土工三轴试验无粘性土装样模具，包括圆模I和卡箍6。卡箍6套装在圆模I上用于紧固圆模I。
[0039]如图4所示，卡箍6设置为由两个半圆环构成的圆环形结构，两个半圆环的一端铰接，两个半圆环可围绕铰接部位转动，两个半圆环另一端通过连接轴螺旋连接并通过连接轴的旋紧或者旋松达到紧固或者松开的效果。圆模I的上端和下端均套装有卡箍6。
[0040]更进一步地，作为一种具体的可实施方式，其中一个半圆环与连接轴连接的端部开设有螺孔，另一个半圆环与连接轴连接的端部开设有负压吸气孔211。
[0041 ]更进一步地，作为一种具体的可实施方式，连接轴上设置有螺纹，连接轴与设置有螺孔的半圆环螺接。
[0042]更进一步地，作为一种具体的可实施方式，连接轴端部设置有把手，把手抵接在开设有负压吸气孔211的半圆环上，连接轴在旋紧的过程中不断向前推进并锁紧两个半圆环。
[0043]更进一步地，作为一种具体的可实施方式，连接轴的把手的中部开设有圆孔，圆孔用于操作者手部持握。
[0044]更进一步地，作为一种具体的可实施方式，卡箍6为不锈钢材料。
[0045]更进一步地，作为一种具体的可实施方式，连接轴为不锈钢材料。
[0046]圆模I设置有容纳腔9，容纳腔9用于装载试样，圆模I包括第一半圆模2和第二半圆模，第一半圆模2和第二半圆模的端部相抵接，圆模I的底部设置有用于搭载第二卡箍6的凸台8。第一半圆模2的内层21的中部设置有用于连接负压控制仪的负压吸气孔211。第一半圆模2和第二半圆模均设置有相互卡接的内层21和外层22。
[0047]凸台8的直径大于圆模I的直径，卡箍6搭接在凸台8上。凸台8设置于圆模I底部的外围，凸台8—方面可以搭载第二卡箍6，另一方面可以稳定土工三轴试验无粘性土装样模具，防止土工三轴试验无粘性土装样模具倾倒。
[0048]第一半圆模2的内层21和第二半圆模的内层21相抵接，第一半圆模2的外层22和第二半圆模的外层22相抵接，第一半圆模2和第二半圆模的内层21组成封闭的环形，第一半圆模2和第二半圆模的外层22组成封闭的环形。
[0049]本发明提供的土工三轴试验无粘性土装样模具中的圆模I设置外层22和内层21的原因在于:组合使用，方便安装和拆卸，加工简易。
[0050]第一半圆模2的端部设置有凸起4，凸起4设置于第一半圆模2的内层21上，第二半圆模的端部设置有与第一半圆模2的凸起4适配的凹槽5。
[0051 ]凸起4包括第一凸起41和第二凸起42，第一凸起41和第二凸起42对称设置于第一半圆模2两端部。第一凸起41和第二凸起42设置于第一半圆模2的内层21上，
[0052]凹槽5包括第一凹槽51和第二凹槽52，第一凹槽51和第二凹槽52对称设置于第二半圆模两端部。第一凹槽51和第二凹槽52设置于第二半圆模的内层21上。
[0053]需要说明的是:第一凸起41与第一凹槽51配合，第二凸起42与第二凹槽52配合。圆模I在第一凸起41和第二凸起42分别与第一凹槽51与第二凹槽52配合的情况下，可以避免第一半圆模2和第二半圆模之间的径向运动，保证良好定位。
[0054]本发明提供的土工三轴试验无粘性土装样模具设置凸起4和凹槽5的有益效果在于:凸起4和凹槽5的榫接固定，可以保证土工三轴试验无粘性土装样模具精确定位，避免土工三轴试验无粘性土装样模具在工作过程中发生错动以及变形的情况发生。
[0055]需要说明的是:在土工三轴试样中，包裹土试样的乳胶膜套在三轴压力室平台试验底座上，安装三轴试验无粘性土装样模具后，将乳胶膜外翻套于模具上口，装入试验土按试验标准击实制样后，在上部安置试样帽，三轴试验无粘性土装样模具位于试样帽和压力室平台试验底座之间。试样帽上部设置有排水管路及控制阀，压力室底座外侧设置有孔隙水压力传感器和控制阀。在对三轴试验无粘性土装样模具的试验样品进行饱和处理时，首先打开孔隙水压力阀，先通入二氧化碳气体，排净土试样中的空气，然后使无气水从试验样品的底部逐渐流入到上部的试样帽中，浸水完成后，打开位于试样帽上端的排水管阀，使水分排出，饱和试样。在试验样品的顶部设置有用纯水湿润的滤纸和透水石。试样帽和三轴试验土样连接处的缝隙通过橡皮模的紧箍作用密封。压力室平台试验底座与三轴试验土样连接处的缝隙通过橡皮模的紧箍作用密封。
[0056]如图1所示，第一半圆模2的内层21在中部设置有用于连通负压控制仪的负压吸气孔 211。
[0057]需要说明的是:制样时，必须将包裹土试样的乳胶膜吸附到三轴试验无粘性土装样模具内壁上，以利于盛入试验土及击实制样，为保证吸附紧密贴合，需要用到负压控制仪，负压控制仪的吸嘴设置在第一半圆模2的外层22对应负压吸气孔211的位置上。当对土工三轴试验无粘性土装样模具进行抽真空操作时，圆模I内的空气首先通过该负压吸气孔211，再由负压控制仪的吸嘴排出到土工三轴试验无粘性土装样模具外部。
[0058]集气凹槽212水平设置于土工三轴试验无粘性土装样模具轴向方向的中部。第一半圆模2中部的负压吸气孔211位于集气凹槽212的中部。
[0059]设置集气凹槽212的原因在于:第一半圆模2中部的负压吸气孔211为土工三轴试验无粘性土装样模具的气体出口，在负压吸气孔211附近设置集气凹槽212使乳胶膜与模具之间的空气通过网格凹痕流动到该处集中排出。
[0060]如图5所示，圆模I内壁设置有用于减少局部负压过大的网格纹路7，网格纹路7包括相交的竖直纹路71和圆环纹路72。
[0061]更进一步地，作为一种具体的可实施方案，网格纹路7设置为网格状的凹痕。
[0062]网格纹路7的主要用途在于:提供土工三轴试验无粘性土装样模具中的空气流通的通道。在对土工三轴试验无粘性土装样模具中的样品进行反压处理时，土工三轴试验无粘性土装样模具中的空气通过第一半圆模2中部的负压吸气孔211排出到土工三轴试验无粘性土装样模具外部，此时处于土工三轴试验无粘性土装样模具中不同位置的空气压强不均衡，第一半圆模2中部的负压吸气孔211附近的空气可以较快排出，而远离第一半圆模2中部的负压吸气孔211的位置的空气由于缺少必要的流通通道而难以排出，设置有网格纹路7后，气体可以在网格纹路7提供的流通通道内顺利排出到土工三轴试验无粘性土装样模具外部，使制得的试验样品受力均匀而保持稳定并不易变形。
[0063]圆环纹路72包括从圆模顶端到底端纹路密度依次增大的第一圆环纹路721、第二圆环纹路722和第三圆环纹路72。
[0064]设置第一圆环纹路721、第二圆环纹路722和第三圆环纹路72的原因在于:土工三轴试验无粘性土装样模具底部空气比上部的空气多，位于土工三轴试验无粘性土装样模具底部的气体难以排出，因而需要设置较为密集的流体通道辅助底部的空气排出，较为合理的设置方式为:从圆模顶端到底端，第一圆环纹路721、第二圆环纹路722和第三圆环纹路72的密度依次增大。
[0065]设置竖直纹路的原因在于:圆环纹路72在土工三轴试验无粘性土装样模具的轴向方向上排布，圆环纹路之间并没有通道连通，设置竖直纹路71可以连通圆环纹路72。土工三轴试验无粘性土装样模具在圆环纹路72和竖直纹路71的共同作用下可实现土工三轴试验无粘性土装样模具中气体的快速流通。
[0066]更进一步地，作为一种具体的可实施方式，圆模I由碳钢制成。
[0067 ]圆模I由碳钢制成的有益效果在于:传统的玻璃圆模I在土工三轴试验无粘性土装样模具内外压强差的作用下容易发生变形，而且强度低。碳钢具有高强度、高韧性和抗腐蚀和优良特点，因而可以适应三轴试样装样模具在各种不同压力下工作的情形。
[0068]采用本发明提供的土工三轴试验无粘性土装样模具的三轴试验的操作流程如下:
[0069]1、配制出500g待用混合砂料，取出试样总质量的四分之一的混合砂料分别放入四个坩祸内与75g水均匀混合成15%含水量的砂料，水由吸耳球均匀滴入坩祸，然后用塑料薄膜封装，保证试样含水率不变。
[0070]2、制备用于密封的橡皮膜，橡皮膜设置为圆圈状，橡皮膜轴向方向的长度保留为10mm，保证橡皮膜边缘平整、无锯齿、无倾斜。并裁剪宽度为5mm的橡皮圈，然后进行橡皮膜漏水测试，将橡皮膜一侧用橡皮圈扎紧、向其中注满水后将另一侧也同样用橡皮圈扎紧，双手依次挤压橡皮膜各个方位检测是否漏水，检查完毕后取下橡皮筋放出水并擦拭干净。
[0071]3、压力室平台试验底座的侧边缘均匀涂上一层凡士林防止橡皮膜漏气，然后将用蒸馏水湿润过的透水石和滤纸依次放在压力室平台试验底座上，然后将已经准备好的橡皮膜套在压力室底座上，接着用橡皮圈将橡皮膜套在压力室平台实验底座上。经过凡士林和橡皮圈的紧箍作用可以充分保证橡皮膜与试样底座的接触面不漏气。
[0072]4、将土工三轴试验无粘性土装样模具固定在压力室平台试验底座上，然后把模具上面的橡皮膜拉紧反套在模具上，使模具内部的橡皮膜平整，再用吸球将模具与橡皮膜之间的空气吸出，使二者紧密贴合。
[0073]5、将已准备好的四小份砂料分别用勺子拌匀后缓慢均匀地放入模具内，在试样顶端依次放上用纯水湿润的滤纸和透水石，然后将周围涂有凡士林的试样帽盖在砂料试样上，打开孔隙水压力阀和量管阀，使水缓慢地从试样底部流入，排除试样与橡皮膜之间的气泡，关闭孔隙水压力阀和量管阀。打开排水阀，使试样帽中充水，再将反套在模具上的橡皮膜将其包裹，最后用橡皮圈将其扎紧。试样完成后，用反压控制仪使试样内部形成负压，保证试样拆模后能够站立，然后轻轻将对开模具移除，检测试样的高度与直径是否符合试验要求。
[0074]本发明提供的土工三轴试验无粘性土装样模具的有益效果在于:
[0075]第一、由于本发明提供的土工三轴试验无粘性土装样模具采用的是碳钢材料制成，碳钢材料的强度大且不容易变形，因而三轴试验装样模具不容易变形。
[0076]第二、由于本发明提供的土工三轴试验无粘性土装样模具在第一半圆模2和第二半圆模的端部设置凸起和凹槽，这种榫卯连接的方式能保证土工三轴试验无粘性土装样模具在使用过程中不发生形变，使得制得的试样不容易变形。
[0077]第三、由于本发明提供的土工三轴试验无粘性土装样模具在圆模内部设置有网格状结构，网格状结构有助于圆模I内气体的流通，保证圆模I内的试验样品在不同位置受到的压强均一，制得的试样不容易变形，试样成型简单。
[0078]综上，本发明提供的土工三轴试验无粘性土装样模具的有益效果在于:模具不容易变形，试样成型简单和试样成型后不容易变形。
[0079]最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制;尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部。
【主权项】
1.一种土工三轴试验无粘性土装样模具，其特征在于，包括圆模(I)和卡箍(6)，所述圆模(I)设置有容纳腔(9)，所述圆模(I)内壁设置有用于减少局部负压过大的网格纹路(7)，所述圆模(I)包括第一半圆模(2)和第二半圆模(3)，所述第一半圆模(2)的端部设置有凸起(4)，所述第二半圆模(3)的端部设置有与所述第一半圆模(2)的凸起(4)适配的凹槽(5)，所述第一半圆模(2)和所述第二半圆模(3)的端部相抵接，所述卡箍(6)套装在所述圆模(I)夕卜用于紧固所述第一半圆模(2)和所述第二半圆模(3)。2.根据权利要求1所述的土工三轴试验无粘性土装样模具，其特征在于，所述凸起(4)包括第一凸起(41)和第二凸起(42)，所述第一凸起(41)和所述第二凸起(42)对称设置于所述第一半圆模(2)两端部。3.根据权利要求2所述的土工三轴试验无粘性土装样模具，其特征在于，所述凹槽(5)包括第一凹槽(51)和第二凹槽(52)，所述第一凹槽(51)和所述第二凹槽(52)对称设置于所述第二半圆模(3)两端部。4.根据权利要求3所述的土工三轴试验无粘性土装样模具，其特征在于，所述第一半圆模(2)和所述第二半圆模(3)均设置有内层(21)和外层(22)，所述第一凸起(41)和所述第二凸起(42)设置于所述第一半圆模(2)的内层(21)上，所述第一凹槽(51)和所述第二凹槽(52)设置于所述第二半圆模(3)的内层(21)上。5.根据权利要求1所述的土工三轴试验无粘性土装样模具，其特征在于，所述圆模(I)的上端和下端均套装有卡箍(6)。6.根据权利要求1所述的土工三轴试验无粘性土装样模具，其特征在于，所述圆模(I)的底部设置有用于搭载所述卡箍(6)的凸台。7.根据权利要求1所述的土工三轴试验无粘性土装样模具，其特征在于，所述第一半圆模(2)的内层(21)的中部设置有集气凹槽(212)，所述集气凹槽(212)中部设置有连通负压控制仪的负压吸气孔(211)。8.根据权利要求1所述的土工三轴试验无粘性土装样模具，其特征在于，所述网格纹路(7)包括相交的竖直纹路(71)和圆环纹路(72)。9.根据权利要求8所述的土工三轴试验无粘性土装样模具，其特征在于，所述圆环纹路(72)包括从圆模顶端到底端纹路密度依次增大的第一圆环纹路(721)、第二圆环纹路(722)和第三圆环纹路(723)。10.根据权利要求9所述的土工三轴试验无粘性土装样模具，其特征在于，所述圆模(I)由碳钢制成。
【文档编号】G01N1/28GK105865877SQ201610368860
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年5月30日
【发明人】董建军
【申请人】辽宁工程技术大学