专利名称：一种低液限粉质土三轴制样器及制样方法
技术领域：
本发明涉及岩土力学三轴试验试样制备技术领域，特别涉及一种低液限粉质土三轴制样器及制样方法。
背景技术：
粉质土是界于砂性土和粘性土之间的过渡类型，在我国广泛分布，该类土稳定性差，既易冲刷侵蚀，在各种动荷载作用下又易于液化，在当前极端天气频发的情况下，相应的地质灾害严重影响国民经济发展与人民的安定生活，因此对低液限粉质土的研究刻不容缓。限于现场原位试验的限制，一般室内试验是进行相关研究的主要手段，而均一的试样是获取稳定、可靠的试验数据，保证研究结果的必要基础。目前常用的制样方法主要包括击实法和泥浆固结法。泥浆固结法制样过程繁琐，对制样设备要求较高，而且粉质土黏粒含量低，保水性差，因此泥浆含水量不易确定泥浆过稠，空气难以排出，泥浆过稀，土颗粒易沉降，分层明显，因此该方法不适用于粉质土。击实法适用性较广，并且简单方便、制样周期短，但缺点也非常明显首先，试样受冲击荷载作用，分层间密度不均匀，下层试样更加密实；其次，制样过程中空气可能封装在试样中，形成大孔隙，导致试样差异性大；第三在整个制样过程中受人为因素的影响过大。此外，两种方法均需在试样制作完成后再套橡胶膜，然后放置于试验仪器内进行相关研究，这一过程中试样将受到二次扰动，对试验结果形成潜在影响。因此有必要改进制样方法，以适应粉质土的特点，降低设备要求，进而减少人为因素对试样的影响。
发明内容
本发明的目的是为解决上述现有技术中的技术问题，提供一种经济、可靠的低液限粉质土三轴制样器及合理的制样方法，其能够提高粉质土试样的均一性，减少人为因素对试样的影响，并通过已有的三轴试验设备控制试样的密度，减少对设备投入的要求。为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案提供了一种低液限粉质土三轴制样器及制样方法，一种低液限粉质土三轴制样器包括试样筒、平整器、振捣器和加载器；
所述试样筒进一步包括底座1、对开模2、对开模固定板3、增容筒14、增容筒固定板15 ;底座I两端设有螺纹圆槽33，中心设有圆形凸台，圆形凸台与底座侧边的中心垂直线处设置第一导气导水通道32，第一导气导水通道32出口处设有第一导气导水孔4 ;对开模2下端与所述圆形凸台相匹配，对开模2上端与增容筒14下端相匹配；固定杆12通过旋入螺纹圆槽33固定在底座I上；对开模固定板3与增容筒固定板15两端均设有通孔，固定板依次穿过固定杆12且分别放置在对开模与增容筒的凸缘上，并用螺母13固定；对开模固定板3将底座I与对开模2固定在一起、增容筒固定板15将对开模2与增容筒14固定在一起；所述平整器进一步包括一字凸端头16、导杆17，两者通过螺纹连接；
所述振捣器进一步包括联合振捣头18、第一螺纹杆19、第一定位板20、第一紧固片21、辅助定位板22 ;第一螺纹杆19下端与联合振捣头18螺纹连接，上端与辅助定位板22螺纹连接，第一定位板20与第一紧固片21在第一螺纹杆19上自由移动；
所述加载器放入增容筒内，进一步包括加载头23、第二螺纹杆24、第二定位板25、第二紧固片26、第二导气导水孔27，加载头23与第二螺纹杆24下端螺纹连接，第二螺纹杆24上端设置第二导气导水孔27，第二定位板25与第二紧固片26在第二螺纹杆24上自由移动。其中，所述对开模2由两块圆心角为180°的半圆形金属片组成，其连接处，一端设置凸槽9，另一端设置第一凹槽8，凸槽9与第一凹槽8相对应，凸槽9长于第一凹槽8约
0.5mm,第一凹槽8与直径3mm橡胶密封圆条10相通。其中，所述对开模2外侧中间位置设有吸气孔5，对开模2内侧刻有若干1. 5_宽、
1.5mm深的排气槽,纵向排气槽6间隔60° ,环向排气槽7间隔15mm,纵向排气槽6与环向排气槽7在吸气孔5处相交。其中，所述联合振捣头18由20mm高弹性橡胶圆柱块与20mm白钢圆柱块组成。其中，所述加载器的加载头23侧壁设置两道密封圈29，下端内嵌第一透水石30，第二螺纹杆24上端设置弯凹槽31，第二螺纹杆24内设第二导气导水通道28，且第二导气导水通道28出口处设有第二导气导水孔27。—种低液限粉质土三轴制样器的制样方法，在制样时，先将橡胶膜套在对开模2上，并由吸气孔5通真空，使橡胶膜与对开模2内壁贴紧；在对开模2内放入第二透水石与滤纸，将风干土逐份倒入对开模2中，每次先用平整器刮平，再用振捣器调节初始干密度，直至预定高度；加载器放入增 容筒14内保持密封，加载头23下端与土层表面接触，两者之间放置滤纸，第二螺纹杆24上端的弯凹槽31与三轴设备的量力环相接触，然后由底座I的第一导气导水孔4先通二氧化碳，再通无气水饱和试样；根据二次干密度计算并固结试样至预定高度，然后依次拆除加载器、增容筒14、底座1，削去多余土，完成试样制作。制作完成的试样应放在试验设备上再拆除对开模2，以消除套橡胶膜导致的试样二次扰动，然后直接进彳T相关饱和试验。本发明的有益效果是本发明解决了制作粉质土均一试样的问题，其将对开模定位、密封合为一体，提高试样尺寸精度与密封效果，并可与现有的三轴仪相匹配，减小设备投入；通过初始干密度和二次干密度两级控制，可在一定范围内任意指定试样的密度；采用橡胶-钢联合振捣头有效提高振动加密效果；整个制样过程中试样被对开模保护，有效减少人为因素影响，而预设的橡胶膜消除了套橡胶膜等过程对试样的二次扰动。制样方法也充分考虑粉质土的特点，试样饱和与加压固结速度快，制样效率可以保证。本发明不仅使用方便，而且密度控制精确，试样无二次扰动，适用于各种三轴试验。
图1为本发明一种低液限粉质土三轴制样器的主视图。图2为本发明对开模的主视图。图3为本发明对开模的俯视图。图4为本发明平整器的结构示意图。图5为本发明振捣器的结构示意图。附图标识1-底座，2-对开模,3-对开模固定板,4-第一导气导水孔,5-吸气孔，6-纵向排气槽，7-环向排气槽,8-第一凹槽,9-凸槽,10-橡胶密封圆条,11-螺栓,12-固定杆，13-螺母,14-增容筒,15-增容筒固定板,16-—字凸端头，17-导杆，18-联合振捣头，19-第一螺纹杆，20-第一定位板，21-第一紧固片，22-辅助定位板，23-加载头，24-第二螺纹杆，25-第二定位板，26-第二紧固片，27-第二导气导水孔，28-第二导气导水通道，29-密封圈，30-第一透水石，31-弯凹槽，32-第一导气导水通道，33-螺纹圆槽。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。本发明一种低液限粉质土三轴制样器，包括试样筒、平整器、振捣器和加载器；
所述试样筒进一步包括底座1、对开模2、对开模固定板3、增容筒14、增容筒固定板
15 ;底座I两端设有螺纹圆槽33，中心设有圆形凸台，圆形凸台与底座侧边的中心垂直线处设置第一导气导水通道，第一导气导水通道出口处设有第一导气导水孔4 ;对开模2下端与所述圆形凸台相匹配，对开模2上端与增容筒14下端相匹配，对开模2由螺栓11夹紧；固定杆12通过旋入螺纹圆槽33固定在底座I上；对开模固定板3和增容筒固定板15为梭形，长轴两端有通孔，并与固定杆12相匹配，固定板依次穿过固定杆12且放置在对开模与增容筒的凸缘上，并用螺母13固定；对开模固定板3将底座I与对开模2固定在一起、增容筒固定板15将对开模2与增容筒14固定在一起；
所述平整器进一步包括一字凸端头16、导杆17，两者通过螺纹连接；
所述振捣器进一步包括联合振捣头18、第一螺纹杆19、第一定位板20、第一紧固片21、辅助定位板22 ;第一螺纹杆19下端与联合振捣头18螺纹连接，上端与辅助定位板22螺纹连接，第一定位板20与第一紧固片21在第一螺纹杆19上自由移动；
所述加载器进一步包括加载头23、第二螺纹杆24、第二定位板25、第二紧固片26、第二导气导水孔27，加载头23与第二螺纹杆24下端螺纹连接，第二螺纹杆24上端设置第二导气导水孔27，第二定位板25与第二紧固片26在第二螺纹杆24上自由移动。其中，所述对开模2由两块圆心角为180°的半圆形金属片组成，其连接处，一端设置凸槽9，另一端设置第一凹槽8，凸槽9与第一凹槽8相对应，凸槽9长于第一凹槽8约
0.5mm,第一凹槽8与直径3mm橡胶密封圆条10相通,这一设置可以精确定位对开模2,确保密封性，保证试样尺寸与形状。其中，所述对开模2外侧中间位置设有吸气孔5，对开模2内侧刻有若干1. 5mm宽、
1.5mm深的排气槽,纵向排气槽6间隔60° ,环向排气槽7间隔15mm,当由吸气孔5抽真空后，排气槽可保证橡胶膜与对开模2紧贴在一起，纵向排气槽6与环向排气槽7在吸气孔5处相交。其中，所述联合振捣头18由20mm高弹性橡胶圆柱块与20mm白钢圆柱块组成，并通过三个螺栓连接在一起，其中高弹性橡胶将有效传递振动，保证土样加密效果。其中，所述加载器的加载头23侧壁设置两道密封圈29，下端内嵌第一透水石30，第二螺纹杆24上端设置弯凹槽31，第二螺纹杆24内设第二导气导水通道28，且第二导气导水通道28出口处设有第二导气导水孔27，第二螺纹杆24上端的弯凹槽31与三轴设备的量力环相匹配。—种低液限粉质土三轴制样器的制样方法，在制样时，先将橡胶膜套在对开模2上，并由吸气孔5通真空，使橡胶膜与对开模2内壁贴紧；在对开模2内放入第二透水石与滤纸，将风干土逐份倒入对开模2中，每次先用平整器刮平，再用振捣器调节初始干密度，直至预定高度；加载器放入增容筒14内保持密封，加载头23下端与土层表面接触，两者之间放置滤纸，第二螺纹杆24上端的弯凹槽31与三轴设备的量力环相接触，然后由底座I的第一导气导水孔4先通二氧化碳，再通无气水饱和试样；根据二次干密度计算并固结试样至预定高度，然后依次拆除加载器、增容筒14、底座1，削去多余土，完成试样制作。制作完成的试样应放在试验设备上再拆除对开模2，以消除套橡胶膜导致的试样二次扰动，然后直接进彳T相关饱和试验。参照图1-5，本发明一种低液限粉质土三轴制样器的制样方法，具体包括以下步骤
步骤100 :根据初定干密度要求，计算并精确称量5份试验土。步骤200 :用螺栓11将对开模2夹紧，在对开模2上套橡胶膜并用橡胶圈固定，将对开模2放在底座I上，对开模固定板3穿过固定杆12，用蝶形螺母13将对开模2与底座I固定，两者密封性由橡胶膜保证。步骤300 :往对开模2内逐份倒入风干粉质土，每次倒入土样后先用平整器刮平，然后根据初定干密度将振捣器的第一定位板20旋至计算位置，并用第一紧固片21固定，最后将土层击至预定高度；在倒入第四层土时，将增容筒14置于对开模2上并由增容筒固定板15通过固定杆12和蝶形螺母13将增容筒14与对开模2固定在一起，两者密封性由橡胶膜保证，重复倒入第四、第五层土并控制在预定高度。步骤400 :将加载器放置在增容筒14内，加载头23下端与试样上表面接触，两者之间放置滤纸，第二螺 纹杆24上端的弯凹槽31与三轴设备的量力环相接触；由底座I的第一导气导水孔4通入二氧化碳，当排出气泡均匀，继续通一会二氧化碳，然后再由第一导气导水孔4通无气水反压饱和试样，当排出水量稳定，试样饱和完毕。步骤500 :对于高干密度试样，根据二次干密度计算第二定位板25的位置并用第二紧固片26固定，开启三轴仪加载，当第二定位板25与增容筒14相接触，停止加载，保持试样固结；当固结排水量与量力环上百分表示数均稳定后，则表示固结稳定。步骤600 :依次拆除加载器和增容筒14和底座1，将多余土削去，即得到所需的三轴试样，该试样直径为39. 1mm，高为80mm。步骤700 :将试样连同对开模2放置在三轴仪器的底座上，再拆除对开模1，以保证试样无扰动，此时试样已是饱和试样，可直接进行相关试验。以上内容是结合优选技术方案对本发明所做的进一步详细说明，不能认定发明的具体实施仅限于这些说明。对本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的构思的前提下，还可以做出简单的推演及替换，都应当视为本发明的保护范围。
权利要求
1.一种低液限粉质土三轴制样器，其特征在于，所述低液限粉质土三轴制样器包括试样筒、平整器、振捣器和加载器；所述试样筒进一步包括底座(I)、对开模(2)、对开模固定板(3)、增容筒(14)、增容筒固定板(15);底座(I)两端设有螺纹圆槽(33),中心设有圆形凸台，圆形凸台与底座侧边的中心垂直线处设置第一导气导水通道(32)，第一导气导水通道(32)出口处设有第一导气导水孔(4);对开模(2)下端与所述圆形凸台相匹配，对开模(2)上端与增容筒(14)下端相匹配；固定杆(12)通过旋入螺纹圆槽(33)固定在底座(I)上；对开模固定板(3)与增容筒固定板(15)两端均设有通孔，固定板依次穿过固定杆(12)且分别放置在对开模与增容筒的凸缘上，并用螺母(13)固定。
2.根据权利要求1所述的低液限粉质土三轴制样器，其特征在于，所述平整器进一步包括一字凸端头(16)、导杆(17)，两者通过螺纹连接；所述振捣器进一步包括联合振捣头(18)、第一螺纹杆(19)、第一定位板(20)、第一紧固片(21)、辅助定位板(22);第一螺纹杆(19)下端与联合振捣头(18)螺纹连接，上端与辅助定位板(22)螺纹连接，第一定位板(20)与第一紧固片(21)在第一螺纹杆(19)上自由移动；所述加载器放入增容筒内，进一步包括加载头(23)、第二螺纹杆(24)、第二定位板(25)、第二紧固片(26)、第二导气导水孔(27)，加载头(23)与第二螺纹杆(24)下端螺纹连接，第二定位板(25)与第二紧固片(26)在第二螺纹杆(24)上自由移动。
3.根据权利要求1所述的低液限粉质土三轴制样器，其特征在于，所述对开模(2)由两块圆心角为180°的半圆形金属片组成，其连接处，一端设置凸槽(9)，另一端设置第一凹槽(8)，凸槽(9)与第一凹槽(8)相对应，凸槽(9)长于第一凹槽(8) O. 5mm，第一凹槽(8)与直径3_橡胶密封圆条(10)相通。
4.根据权利要求1所述的低液限粉质土三轴制样器，其特征在于，所述对开模(2)外侧中间位置设有一个吸气孔(5)，对开模(2)内侧刻有若干1. 5mm宽、1. 5_深的排气槽，纵向排气槽(6)间隔60°，环向排气槽(7)间隔15mm，纵向排气槽(6)与环向排气槽(7)在吸气孔(5)处相交。
5.根据权利要求1所述的低液限粉质土三轴制样器，其特征在于，所述联合振捣头(18)由20mm高弹性橡胶圆柱块与20mm白钢圆柱块组成。
6.根据权利要求1所述的低液限粉质土三轴制样器，其特征在于，所述加载器的加载头(23 )侧壁设置两道密封圈(29 )，下端内嵌第一透水石(30 )，第二螺纹杆(24 )上端设置弯凹槽(31)，第二螺纹杆(24)内设第二导气导水通道(28)，且第二导气导水通道(28)出口处设有第二导气导水孔(27)。
7.一种低液限粉质土三轴制样器的制样方法，其特征在于，在制样时，先将橡胶膜套在对开模(2)上，并由吸气孔(5)通真空，使橡胶膜与对开模(2)内壁贴紧；在对开模(2)内放入第二透水石与滤纸，将风干土逐份倒入对开模(2)中，每次先用平整器刮平，再用振捣器调节初始干密度，直至预定高度；加载器放入增容筒(14)内保持密封，加载头(23)下端与土层表面接触，两者之间放置滤纸，第二螺纹杆(24)上端的弯凹槽(31)与三轴设备的量力环相接触，然后由底座(I)的第一导气导水孔(4)先通二氧化碳，再通无气水饱和试样；根据二次干密度计算并固结试样至预定高度，然后依次拆除加载器、增容筒(14)、底座(1)，削去多 余土，完成试样制作。
全文摘要
本发明涉及岩土力学三轴试验试样制备技术领域，公开了一种低液限粉质土三轴制样器及制样方法，一种低液限粉质土三轴制样器包括试样筒、平整器、振捣器和加载器。本发明的制样方法是将橡胶膜套在对开模上，逐次倒入土样并用平整器和振捣器控制初始干密度，从底座依次通二氧化碳和无气水饱和，根据二次干密度固结试样。本发明解决了制作粉质土均一试样的问题，将对开模定位、密封合为一体，提高试样尺寸精度与密封效果，采用橡胶-钢联合振捣头改善振动加密效果，并可与现有的三轴仪相匹配，减小设备投入；通过初始干密度和二次干密度两级控制，可在一定范围内任意指定试样的密度。
文档编号G01N1/28GK103048174SQ20121055910
公开日2013年4月17日 申请日期2012年12月21日 优先权日2012年12月21日
发明者杨钢, 杨庆 申请人:大连理工大学