一种生土基材料的制样方法及压制装置的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种生土基材料的制样方法及压制装置，包括在模具内涂抹润滑油层，将生土基材料分层装入模具内，每铺一层生土基材料，通过千斤顶对模具内的生土基材料层进行压实即得待测试样；千斤顶的压实速率为0.5mm/s，千斤顶的压实压力为18～19KN，千斤顶的压实时间为3～5min；压制装置包括试验台，试验台由上到下依次沿水平方向并列设置第一平台和第二平台，在第二平台上沿竖向由下到上依次同轴设置千斤顶、垫片、模具和压柱，压柱的顶端与第一平台顶紧，通过对比传统的锤击试验、压力机压实试验与千斤顶的压实试验可知，千斤顶压实的试件的抗压强度比其他两种试验方法压实的试件抗压强度都要稳定，试件整体变形较好，试件受压时具有较好的延性。
【专利说明】
一种生土基材料的制样方法及压制装置
技术领域
[0001] 本发明属于土木工程领域中建筑结构领域，具体为一种生土材料的制样方法及压 制装置。
【背景技术】
[0002] 击实试验是用锤击实土样以了解土的压实特性的一种方法。这个方法是用不同的 击实功(锤重X落距X锤击次数)分别锤击不同含水量的土样，并测定相应的干容重，从而 求得最大干容重、最优含水量，为填土工程的设计、施工提供依据。传统的击实试验，是采用 圆柱形击实桶和圆柱形的重力击实锤进行分层夯实，但其使用起来较为繁琐，人为因素对 试验影响较大，效率较低。
【发明内容】
[0003] 针对现有技术中的缺陷和不足，本发明的目的在于提供一种生土材料的制样方法 及压制装置，该方法和模具提高了生土材料的制样效率，通过每个阶段对施加压力的控制， 减少人为因素对生土材料制样的影响，机械化程度更高，使用起来更加简易，易于推广。
[0004] 为达到上述目的，本发明采取的技术方案为：
[0005] -种生土基材料的制样方法，包括在模具内涂抹润滑油层，将生土基材料分层装 入模具内，每铺一层生土基材料，通过千斤顶对模具内的生土基材料层进行压实即得待测 试样;千斤顶的压实速率为〇.5mm/s，千斤顶的压实压力为18~19KN，千斤顶的压实时间为3 ~5min〇
[0006] 进一步的，将制作好的带有模具的试样静置一昼夜再拆除模具，拆除模具后的试 样放在室内养护28天，养护温度为20 °C ± 5 °C，养护湿度为15 %~25 %。
[0007] 具体的，所述的制备得到的生土基材料的试样形状为立方体状。
[0008] 该制样方法采用压制装置实现，所述的压制装置包括试验台，试验台由上到下依 次沿水平方向并列设置第一平台和第二平台，在第二平台上沿竖向由下到上依次同轴设置 千斤顶、模具和压柱，压柱的顶端与第一平台顶紧。
[0009] 进一步的，在模具和压柱之间还同轴设置挡箍，挡箍的顶端套接在压柱外，挡箍的 底端套接在模具外，压柱穿过挡箍对模具内的生土基材料进行压实。
[0010] 具体的，所述的模具为立方体状的模具，压柱的横切面为方形，挡箍的横切面为长 方形。
[0011 ] 详细的，所述的立方体状的模具的长X宽X高为150mmX 150mmX 150mm，压柱的横 切面的边长为147mm，挡箍的顶端横切面的长X宽为180mm X 150mm，挡箍的底端横切面的长 X 宽为200mm X 180mm 〇
[0012] 具体的，所述的压柱及挡箍的制作材料为有机玻璃，所述的模具为钢制模具。
[0013] 实现所述的制样方法的压制装置，包括试验台，试验台由上到下依次沿水平方向 并列设置第一平台和第二平台，在第二平台上沿竖向由下到上依次同轴设置千斤顶、模具 和压柱，压柱的顶端与第一平台顶紧。
[0014] 本发明的优点为：
[0015] (1)本发明的生土基材料的制样方法，利用千斤顶对模具内的每层生土基材料层 进行压实得到最终的试样，并通过对千斤顶的压实速率、压实压力及压实时间的研究，得到 了能保证最终制得的生土基材料试样整体性能较优的制备条件，且通过对比传统的锤击试 验、压力机压实试验与千斤顶的抗压试验可知，千斤顶压实的试件的抗压强度比其他两种 试验方法压实的试件抗压强度都要稳定，试件的密集度好，土粒之间的粘聚力高，千斤顶压 实的10个试件数据偏差最小，对比峰值位移可以发现，千斤顶压实的试件整体变形较好，试 件受压时具有较好的延性；
[0016] (2)本发明的实现制样方法的压制装置，包括试验台，试验台由上到下依次沿水平 方向并列设置第一平台和第二平台，在第二平台上沿竖向由下到上依次同轴设置千斤顶、 垫片、模具和压柱，压柱的顶端与第一平台顶紧，通过千斤顶将垫片与模具一起向上匀速顶 起运动，使顶端的压柱压入模具内对模具内的生土基材料进行压实制备得到所需试样，不 仅制作过程可控，且制作过程简单易实施；
[0017] (3)因为松散的土体积比压实土的体积大，所以要压实成试模那么大的土体，在加 土时会有一部分土体露在试模外面，因此，本发明在压柱与模具之间加设挡箍，箍住多余的 土的，不仅方便了制样过程，同时还有利于压柱准确的压入模具内；
[0018] (4)本发明的挡箍的顶端尺寸和底端尺寸不同，底端面积大于顶端面积，方便底端 套接在模具外顶端套接在压柱外，且挡箍是一个长方形的构件，套接在方形的模具和压柱 后可留有一定的缝隙，在压住压实过程中将土颗粒之间的空气排出，使得压实效果更好，也 为了防止制造偏差，保证压柱顺利压入挡箍和模具内；
[0019] (5)本发明的压柱及挡箍的制作材料为有机玻璃，模具为钢制模具，垫片为钢制垫 片，利用有机玻璃较大的刚度和较好的平整度，组成可以套在150mm X 150_ X 150mm钢制模 具上约束压柱向下运动的挡箍，由于有机玻璃之间摩擦力较小，有机玻璃压柱在有机玻璃 挡箍内滑动更为流畅。
【附图说明】
[0020] 图1为本发明生土基材料的压制装置的整体结构示意图；
[0021] 图2为第一挡板的正视图；
[0022]图3为图2的右视图；
[0023]图4为图2的俯视图；
[0024]图5为第二挡板的正视图；
[0025]图6为图5的右视图；
[0026] 图7为图5的俯视图；
[0027] 图中各标号表示为：1-试验台、11-第一平台、12-第二平台、13-锚固构件、2-千斤 顶、3-模具、4-挡箍、41-第一挡板、42-第二挡板、5-压柱；
[0028] 以下结合说明书附图和【具体实施方式】对本发明做具体说明。
【具体实施方式】
[0029] 本发明的生土基材料的制样方法，包括在模具内涂抹润滑油层，将生土基材料分 层装入模具内，每铺一层生土基材料，通过千斤顶对模具内的生土基材料层进行压实;千斤 顶的压实速率为〇.5mm/s，千斤顶的压实压力为18~19KN，千斤顶的压实时间为3~5min。将 制作好的试样静置一昼夜再拆除模具，拆除模具后的试样放在室内养护28天，养护温度为 20°C ±5°C，养护湿度为15%~25%。制备得到的生土基材料的试样形状为立方体状。
[0030] 结合图1，实现制样方法的压制装置包括试验台1，试验台1为在四个方向垂直于平 面设置四个立柱，试验台1由上到下依次沿水平方向并列设置第一平台11和第二平台12,第 一平台11和第二平台12分别通过锚固构件13固定在四个立柱上，例如锚固构件13为螺栓或 法兰构件，在第二平台12上沿竖向由下到上依次同轴设置千斤顶2、模具3和压柱5,压柱5的 顶端与第一平台11顶紧。
[0031] 在模具3和压柱5之间还同轴设置挡箍4,挡箍4的顶端套接在压柱5外，挡箍4的底 端套接在模具3外，压柱5穿过挡箍4对模具3内的生土基材料进行压实。
[0032] 模具4为立方体状的模具，压柱5的横切面为方形，挡箍4的横切面为长方形。立方 体状的模具3的长X宽X高为150mmX 150mmX 150mm，压柱5的横切面的边长为147mm，压柱5 的高为200mm，挡箍4的顶端横切面的长X宽为180mm X 150mm,挡箍4的底端横切面的长X宽 为200mmX180mm。
[0033] 本发明的压柱5和挡箍4由有机玻璃材料制成，有机玻璃挡箍4由四块加工好的有 机玻璃挡板互相粘结组成，具体见图2-7，挡板包括第一挡板41和第二挡板42，第二挡板42 的底端设置卡槽，组装后两个第一挡板41和两个第二挡板42通过卡槽插接并粘结固定;压 柱5和挡箍4间沿一个方向的两端各预留出5mm的空间，使得生土材料在被压实时，材料之间 的空气可以从缝隙中排出，有利于试件的密实，挡箍4采用厚度约为15_的具有较大刚度的 有机玻璃粘结而成。挡箍4的高度刚好适用于最后一次添加生土基材料的量，不宜过高或过 低，这样既能保持压实的质量，也能节约材料。
[0034] 优选的，本发明采用150mmX 150mmX 150mm的钢制模具3进行试验研究，钢制模具3 的结构与混凝土试模的结构一致，围板和底板之间采用螺栓连接，为防止胀模，相邻的围板 连接处设有卡槽;为方便土中气体的排出，围板与底板的连接处有较小的空隙。本发明采用 的千斤顶为具有测量并显示压力的手动液压千斤顶，可以进行压实压力的观测和调节。 [0035] 实施例1:
[0036] 见图1，以150mmX 150mmX 150mm钢制模具为例，生土基材料的压制装置包括试验 台1，试验台1为在四个方向垂直于平面设置四个立柱，试验台1由上到下依次沿水平方向并 列设置第一平台11和第二平台12,四个立柱穿过第一平台11和第二平台12并分别通过锚固 构件13进行固定，锚固构件13为螺栓构件进行拧紧固定，在第二平台12上沿竖向由下到上 依次同轴设置千斤顶2、模具3和压柱5,压柱5的顶端与第一平台11顶紧。在模具3和压柱5之 间还同轴设置挡箍4,挡箍4的顶端套接在压柱5外，挡箍4的底端套接在模具3外，压柱5穿过 挡箍4对模具3内的生土基材料进行压实。
[0037] 模具3为立方体状的模具，其底面的平面面积大于四周侧壁围成的横切面，压柱5 的横切面为方形，挡箍4的横切面为长方形。压柱5的横切面的边长为147mm，压柱5的高为 200mm，挡箍4的顶端横切面的长X宽为180mm X 150mm,挡箍4的底端横切面的长X宽为 200mm X180mm〇
[0038]本实施例的压柱5和挡箍4由有机玻璃材料制成，挡箍4由四块加工好的有机玻璃 挡板互相粘结组成，具体见图2-7,挡板包括第一挡板41和第二挡板42,第二挡板42的底端 设置卡槽，组装后两个第一挡板41和两个第二挡板42通过卡槽插接并粘结固定;压柱5和 挡箍4间沿一个方向的两端各预留出5mm的空间，挡箍4采用厚度约为15mm的具有较大刚度 的有机玻璃粘结而成，模具3为钢制模具或有机玻璃模具，满足生土基材料压实过程的承压 需求。
[0039]实施例2:制样方法的对比
[0040]以150_X 150_X 150_的立方体钢制模具为例，对传统锤击法、压力机压实法及 千斤顶压实法三种不同制作方法制备得到的立方体生土基材料试件的抗压强度做实验分 析，研究试件成型后尺寸外观，试件成型后密度，28天后试件抗压强度。观察试验破坏形态， 裂缝出现位置，研究就应力分布状态，对数据进行统计分析及稳定性分析。研究三种中制作 方法的共性和差异性，找出较为合适的生土材料立方体试件的制作方法。
[0041 ] 传统锤击法：
[0042]将立方体钢制模具平放在坚实的地面，安装好护筒，在立方体钢制模具内涂一层 较薄的润滑油，将计算得出的土量分三次击实，将土料分层装入;对于轻型击实试验，单位 体积击实功约592.2kJ/m3，分三层，每层击实68次。击实时保证击锤自由垂直落下，锤迹必 须均匀分布于土样表面，一层击好后，加下一层土样时应将接触面"拉毛"；击实完成后，将 超出试模顶的试样刮平即得生土基材料试样；
[0043]压力机压实法：
[0044]将立方体钢制模具平放在压力试验机平台上，压力试验机型号为MAS-500伺服作 动器，杭州威邦机电控制工程有限公司制造，在立方体钢制模具内涂一层较薄的润滑油，将 计算得出的土量分三层装入，每层50mm。将装好土的模具放到压力机下，在模具内放入压 柱，并且进行几何对中，然后降下压力机的压板，当压板与有机玻璃压柱刚刚接触上时，清 零压力机试验量程，然后开始试验让压力机以O.lmm/s的速率向下施加压力，第一层压实时 施加压力约为27KN，第二层压实时施加压力约为32KN，第三层压实时施加压力约为22KN。一 层压好后，静滞3~5min，抬起压板取出活塞，将本层土样接触面拉毛，重复上述步骤进行压 制，压实完成后，将超出模试顶部的土体刮平即得生土基材料试样。
[0045] 千斤顶压实法：
[0046] 利用实施例一中的压制模具，在立方体钢制模具内涂一层较薄的润滑油，将计算 得出的土量分三层装入，每层50mm，组装好装置后，通过千斤顶以0.5mm/s的速率匀速施加 压力，千斤顶的压实压力约为18~19KN，当一层压好后，静滞3~5min，降下千斤顶，取出试 模并将本层土样接触面拉毛，重复上述步骤进行压制，压实完成后，将超出顶模高度的土体 用小刀刮去并抹平表面即得生土基材料试样。
[0047]将上述三种方法制作好的试样分别静置一昼夜再拆除钢制模具，放在室内养护28 天，养护温度为20°C±5°C，养护湿度为15%~25%。
[0048]将经过28天养护的试样，放在300KN的压力机下进行抗压试验，抗压试验步骤包 括：
[0049] (1)试样从养护地点取出后及时进行试验，用干毛巾将试件表面与上下承压板面 擦干净；
[0050] (2)将试件直立放置在试验机的下压板上，调整试件位置使其轴心与下压板中心 对准；
[0051] (3)启动试验机，当上压板与试样或钢垫板接近时，使接触均衡，将位移调零；
[0052] (4)应该连续均勾地施加荷载，不得有冲击，加载速度控制为lmm/min;
[0053] (5)记录破坏荷载，导出实验数据；
[0054] (6)观测试件破坏形态，对其进行拍照存档；
[0055] 将得到的试验数据进行处理，处理结果见下表1。
[0056] 表1抗压强度试验结果
[0058] 通过数据对比可以看出，千斤顶压实的试件抗压强度较压力机压实试件高，但是 比击实试件低。通过标准差可以看出，千斤顶压实的试件的抗压强度比其他两种试验方法 压实的试件抗压强度都要稳定，千斤顶压实的10个试件数据偏差最小，对比峰值位移可以 发现，千斤顶压实的试件整体变形较好，试件受压时具有较好的延性。
[0059] 综合试件制作方法、试验方法和试验数据对比发现，千斤顶压实的方法使用起来 更加简单，效率更高，压实效果更好，更有利于推广，而且千斤顶压实出来的试件抗压强度 较高，与传统击实方法强度较为接近，且试件之间的抗压强度差异较小，延性较好。
【主权项】
1. 一种生土基材料的制样方法，包括在模具内涂抹润滑油层，将生土基材料分层装入 模具内，其特征在于，每铺一层生土基材料，通过千斤顶对模具内的生土基材料层进行压实 即得待测试样;千斤顶的压实速率为0.5mm/ s，千斤顶的压实压力为18~19KN，千斤顶的压 实时间为3~5min。2. 如权利要求1所述的生土基材料的制样方法，其特征在于，将制作好的带有模具的试 样静置一昼夜再拆除模具，拆除模具后的试样放在室内养护28天，养护温度为20°C±5°C， 养护湿度为15%~25%。3. 如权利要求1或2所述的生土基材料的制样方法，其特征在于，所述的制备得到的生 土基材料的试样形状为立方体状。4. 如权利要求1或2所述的生土基材料的制样方法，其特征在于，该制样方法采用压制 装置实现，所述的压制装置包括试验台（1)，试验台（1)由上到下依次沿水平方向并列设置 第一平台（11)和第二平台（12)，在第二平台（12)上沿竖向由下到上依次同轴设置千斤顶 (2) 、模具(3)和压柱(5)，压柱(5)的顶端与第一平台（11)顶紧。5. 如权利要求4所述的生土基材料的制样方法，其特征在于，在模具(3)和压柱(5)之间 还同轴设置挡箍(4)，挡箍(4)的顶端套接在压柱(5)外，挡箍(4)的底端套接在模具(3)外， 压柱(5)穿过挡箍(4)对模具(3)内的生土基材料进行压实。6. 如权利要求4所述的生土基材料的制样方法，其特征在于，所述的模具（3)为钢制模 具或有机玻璃模具。7. 如权利要求5所述的生土基材料的制样方法，其特征在于，所述的模具（3)为立方体 状的模具，压柱(5)的横切面为方形，挡箍(4)的横切面为长方形。8. 如权利要求7所述的生土基材料的制样方法，其特征在于，所述的立方体状的模具 (3) 的长X宽X高为150mmX 150mmX 150mm，压柱(5)的横切面的边长为148mm，挡箍(4)的顶 端横切面的长X宽为180mmX 150mm,挡箍(4)的底端横切面的长X宽为200mmX 180mm。9. 如权利要求5所述的生土基材料的制样方法，其特征在于，所述的压柱(5)及挡箍(4) 的制作材料为有机玻璃。10. 实现权利要求1、2或3所述的制样方法的压制装置，其特征在于，包括试验台（1)，试 验台（1)由上到下依次沿水平方向并列设置第一平台（11)和第二平台（12)，在第二平台 (12)上沿竖向由下到上依次同轴设置千斤顶(2)、模具(3)和压柱(5)，压柱(5)的顶端与第 一平台（11)顶紧。
【文档编号】G01N1/36GK105890961SQ201610190680
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年3月30日
【发明人】王毅红, 仲继清, 万虹宇, 张坤, 刘奇佶, 刘芳, 丁思远, 孙艺嘉, 侍雪雷, 石丹, 刘瑞元, 徐荀, 吴琴容
【申请人】长安大学