专利名称：一种用于三轴剪切试验的重塑土样制备装置的制作方法
技术领域：
一种用于三轴剪切试验的重塑土样制备装置技术领域[0001]本实用新型涉及土木工程土工试验领域，更具体涉及一种用于三轴剪切试验的重塑土样制备装置，特别适用于三轴剪切试验的重塑土样制备。
背景技术：
[0002]三轴剪切试验是测定土体抗剪强度的一种比较完善的室内试验方法，它可以准确获得土体工程设计所需的强度指标。其实验土样可分为天然原状样与室内重塑样，天然原状样可较真实反映土体原始结构状态，但受取样技术的限制和环境影响，原状样的实验结果离散性大，有时实验结果并不理想。如海洋沉积的软土，由于含水量大、触变性高、强度低等原因，获取理想原状样难度较大。因此，国外在室内土工实验中主要是用性质均匀、实验结果离散性小的重塑土样。[0003]现行室内制样技术大致可分为两类。(I)击实法，即采用确定质量的击锤从确定的高度下落，一层或分层击实土样至所需尺寸。其优点是简单易行、制样周期短，缺点是制样过程中使用的是冲击力，击实土样受力不均匀，下层土样要比上层土样压的密实。此外，试验过程中容易将空气封装在样品内，使之内部形成较大孔隙，不利于后续试验开展，并可能导致试验结果的失真。(2)固结法，即将风干土加蒸馏水配成大于液限的稀泥浆，倒入制样筒，在顶部施加静载加速土样固结，这样采用单向或三维排水固结法获得饱和试样。其优点是可获得含水量均匀土样，制样效果优，缺点是步骤繁琐，制样设备要求较高，而且无法控制含水率。[0004]鉴于以上方法的不足，一些研究者对制样方法和装置进行了改进。中国专利申请号201020558288. 1，发明名称室内重塑软粘土真空抽吸固结筒。中国专利申请号 200920109190. 5，发明名称实验室重塑海洋地基软粘土制备装置。这两个实用新型专利都是利用真空抽吸固结软粘土进而达到制作出土样均匀的土样，但过程繁琐，设备复杂，制备的土样是大体积土体，进行后续试验时需对土样进行二次修剪，容易对试样造成损伤，影响试验结果准确度。[0005]中国专利申请号201120099311.X，发明名称一种细长土梁重塑试样的成型模具。中国专利申请号200710164847. 3，发明名称一种空心圆柱扭剪仪重塑样击实器。这两个发明专利分别提出了一套合理、适用于细长条土梁以及扭剪试验重塑土样的制备方法与装置，但即使将其改进，也无法制备适合常规三轴剪切试验用试样。[0006]中国专利申请号200920033221，发明名称土工试样制备仪。中国专利申请号 200820150444，发明名称饱和重塑土制样器。两者的优点是都可以制备不同尺寸的重塑土样，但前者由于制样压力采用千斤顶施加，压力不稳定容易使试样含水量分布不均。后者虽然可以通过控制固结压力的杠杆制作质地均匀的试样，但对杠杆尺寸以及制作工艺有严格要求。同时，两者材料都为钢铁，加工不方便，制样过程不可视。[0007]中国专利申请号201010564744. 8，发明名称轻型重塑土制样装置。该实用新型本通过把由重塑土制备的稀泥浆倒入由有机玻璃制作的装置中，在顶部施加静载使土样固结得到含水量均匀的饱和重塑土试样。材料采用有机玻璃，制样可视操作，装置简单，操作方便。该装置虽然可以制作不同直径的重塑样，却无法按预先高度制样，也就是说制作的试样还需二次修剪才可以用于三轴剪切试验。同时，制样过程中采用排水措施，虽然缩短了制样时间，但无法保证按预先设计的含水量制样。发明内容[0008]本实用新型针对现有技术存在的上述不足，本实用新型的目的是在于提供了一种用于三轴剪切试验的重塑土样制备装置，结构简单，使用方便，成本低廉，制作方便，不易损坏，可多次使用，操作可视化，可按预先设定含水率与密度制作含水量均匀的直接成型的供三轴剪切试验用试样。通过调整装置尺寸也可制备其他尺寸试样。[0009]为了实现上述的目的，本实用新型采用以下技术措施[0010]一种用于三轴剪切试验的重塑土样制备装置，该装置包括加载装置、制样筒、底座、加载系统、推样器。除加载砝码为不锈钢制，装置的各部件皆为有机玻璃制。其连接关系是推样器5上的连接杆7分别连接承压板、挡板、定位板、推土板。推样器连接杆连接推样器顶板与推样器底板。制样筒放在底座内，与底座底板相连，加载装置放在制样筒内。定位板与推土板放在制样筒内，承压板上连接加载破码，加载系统为第一加载破码、第二加载砝码、第三加载砝码、第四加载砝码、第五加载砝码并依次相连，推土时，推样器底板放在制样筒内。[0011]所述的加载装置包括承压板、连接杆、挡板、定位板、推土板。其连接关系是通过连接杆由上向下依次连接承压板、挡板、定位板、推土板。其中，承压板尺寸与加载砝码的下部凹槽尺寸匹配；挡板、推土板尺寸与制样筒内径尺寸匹配；挡板尺寸大于制样筒外径尺寸。[0012]所述的制样筒为空心圆柱形结构。制样筒外径尺寸与底座内部由有机玻璃围城的圆形凹槽的尺寸匹配。[0013]所述的底座的内部由有机玻璃围城的圆形凹槽，其凹槽的高度不应小于制备试样高度的1/2。[0014]所述的加载砝码的形状为上凸下凹，叠放时应紧密扣接。[0015]所述的推样器包括推样器顶板、推样器连接杆、推样器底板。其连接关系是通过连接杆由上向下依次连接推样器顶板、推样器底板。其中推样器底板尺寸与制样筒内径尺寸匹配，推样器顶板尺寸应大于制样筒外径尺寸。[0016]本实用新型的具体使用方法，包括以下步骤[0017](I)土样风干过筛孔2mm的筛子，测定风干含水率。按照设定含水率与密度配比水土质量，混合搅拌后密封静置I天。[0018](2)用毛刷在制样筒内涂抹一层凡士林。底座底板平铺一张沾水的滤纸，将制样筒安装在底座内部，将土样缓慢注入制样筒底部，轻轻振荡。[0019](3)在推土板下部粘一张沾水的滤纸，将加载装置推进制样筒内，推土板与土样接触后，采用分级加载的方式每隔2 3小时将加载砝码放置在承压板上。[0020](4)当土样达到预定高度时，挡板会自动阻止加载装置下滑。卸除加载砝码与加载装置，将制样筒从底座中轻轻拔出，平放，通过推样器顶板施加推力将土样从制样筒中推出。[0021]本实用新型的有益效果[0022]( I)本实用新型装置除加载砝码外，均采用有机玻璃制，成本低廉，不易损坏，制作方便，可多次使用，操作可视化。[0023](2)采用沉降法，即静载固结土样，可得到含水量均匀的重塑样，得到的数据结果真实可靠。[0024]( 3 )可按预先设定含水率与密度制样，试样直接成型供三轴剪切试验所用，通过调整装置尺寸也可制备其他尺寸试样。
[0025]图I为一种用于三轴剪切试验的重塑土样制备装置的结构示意图；[0026]图2为一种加载装置的正视图；[0027]图3为一种制样筒的正视图；[0028]图4为一种底座的正视图；[0029]图5为一种加载破码的正视图；[0030]其中[0031]I-加载装置；2_制样筒；3-底座；4_加载系统；5_推样器；6-承压板；7_连接杆； 8_挡板；9_定位板；10-推土板；11-底座底板；12-推样器顶板；13-推样器连接杆；14_推样器底板；第一加载破码15a、第二加载破码15b、第三加载破码15c、第四加载破码15d、第五加载破码15e ；16-凸槽；17-凹槽。
具体实施方式
[0032]实施例I :[0033]下面对本实用新型的实施例作详细说明。[0034]如图I和图5所示，一种用于三轴剪切试验的重塑土样制备装置，该装置包括加载装置I、制样筒2、底座3、加载系统4、推样器5。除加载系统4为不锈钢制外，装置材料皆为有机玻璃。[0035]其连接关系是推样器5上的连接杆7分别连接承压板6、挡板8、定位板9、推土板 10。推样器连接杆13连接推样器顶板12与推样器底板14。制样筒2放在底座3内，与底座底板11相连，加载装置I放在制样筒2内。定位板9与推土板10放在制样筒2内，承压板6上连接第一加载破码15a,加载系统4为第一加载破码15a、第二加载破码15b、第三加载石去码15c、第四加载破码15d、第五加载破码15e并依次相连。推土时,推样器底板14放在制样筒2内。[0036]如所述的加载装置I包括承压板6、连接杆7、挡板8、定位板9、推土板10。其中， 承压板6尺寸与第五加载破码15e的下部凹槽17尺寸匹配,承压板6直径80mm,厚IOmm ； 挡板8、推土板10尺寸与制样筒2内径尺寸匹配,挡板8与推土板10的直径都为39. Imm,厚 IOmm ;挡板8尺寸大于制样筒2外径尺寸,挡板8的直径为59. Imm,厚10mm。其连接关系是 通过连接杆7由上向下依次连接承压板6、挡板8、定位板9、推土板10，连接杆7长160_， 直径为20mm。加载装置I如图2所示。其中承压板6上放置加载系统4，推土板10与土样接触，连接杆7与推土板10用来传递加载砝码施加的压力压缩土样。挡板8作用是，当土样达到三轴剪切试验所需试样高度时，阻止加载装置I继续下移。定位板9可调整第一加载石去码15a、第二加载破码15b、第三加载破码15c、第四加载破码15d、第五加载破码15e以及加载系统4的整体的重心，防止整个装置倾倒。[0037]如所述的制样筒2如图3所示，制样筒2为内径39. 1mm，壁厚IOmm的有机玻璃制的空心圆柱体。制样筒2外径尺寸与底座3内部由有机玻璃围城的圆形凹槽的尺寸匹配。[0038]如所述的底座3如图4所示，底座3底部有直径49. Imm,高40mm的底座底板11。 所述的底座3的内部由有机玻璃围城的圆形凹槽，其凹槽的高度不应小于制备试样高度的 1/2。[0039]如所述的加载系统4如图5所不,加载系统4上分别为第一加载破码15a、第二加载砝码15b、第三加载砝码15c、第四加载砝码15d、第五加载砝码15e，材料为不锈钢材，共 5个，每个重I. 2kg。其连接关系是第一加载砝码15a放在承压板6上，第一加载砝码15a 上部依次放置第二加载破码15b、第三加载破码15c、第四加载破码15d、第五加载破码15e。 加载系统4上部有凸槽16，下部有凹槽17，叠放时可紧密连接，目的是使各个砝码重心处于同一竖直线上，防治施加压力使装置倾倒。[0040]所述的推样器5包括推样器顶板12、推样器连接杆13、推样器底板14。其中推样器底板14尺寸与制样筒2内径尺寸匹配,推样器底板14直径39. Imm,厚10mm。推样器顶板12直径为60mm,厚10mm。推样器连接杆13高160mm,直径为20mm。其连接关系是通过连接杆I由上向下依次连接推样器顶板12、推样器连接杆13、推样器底板14。推样器5 用处是将制备好的土样从制样筒2中推出。[0041]下面介绍利用本实用新型的实施例[0042]参考土工试验方法标准(GBT50123-1999)，预制备三轴剪切试验试样尺寸为直径 39. Imm,高80mm。设计试样密度I. 7g/cm3,含水率50%。[0043]a.重塑样制备的计算依据以下公式，[0044](I)按下式计算干土质量
权利要求1.一种用于三轴剪切试验的重塑土样制备装置，该装置包括加载装置(I)、制样筒(2)、底座(3)、加载系统(4)、推样器(5)，其特征在于推样器(5)上的连接杆(7)分别连接连接承压板出)、挡板(8)、定位板(9)、推土板(10)，推样器连接杆(13)连接推样器顶板(12)与推样器底板(14)，制样筒⑵放在底座(3)内，与底座底板(11)相连，加载装置(I)放在制样筒(2)内，定位板(9)与推土板(10)放在制样筒(2)内，承压板(6)上连接第一加载破码(15a),加载系统(4)为第一加载破码(15a)、第二加载破码(15b)、第三加载破码(15c)、第四加载砝码(15d)、第五加载砝码(15e)并依次相连，推样器底板(14)放在制样筒⑵内。
2.根据权利要求I所述的一种用于三轴剪切试验的重塑土样制备装置，其特征在于所述的承压板(6)上放置加载系统(4)，推土板(10)与土样接触。
3.根据权利要求I所述的一种用于三轴剪切试验的重塑土样制备装置，其特征在于所述的制样筒⑵为内径39. 1mm，壁厚IOmm的有机玻璃制的空心圆柱体。
4.根据权利要求I所述的一种用于三轴剪切试验的重塑土样制备装置，其特征在于所述的底座⑶底部有直径49. Imm,高40mm的底座底板(11)。
5.根据权利要求I所述的一种用于三轴剪切试验的重塑土样制备装置，其特征在于所述的第一加载砝码(15a)放在承压板(6)上，第一加载砝码(15a)上部依次放置第二加载石去码(15b)、第三加载破码(15c)、第四加载破码(15d)、第五加载破码(15e)。
6.根据权利要求I所述的一种用于三轴剪切试验的重塑土样制备装置，其特征在于所述的加载系统⑷上部有凸槽(16)，下部有凹槽(17)。
7.根据权利要求I所述的一种用于三轴剪切试验的重塑土样制备装置，其特征在于所述的推样器(5)包括推样器顶板(12)、推样器连接杆(13)、推样器底板(14)，通过连接杆⑵由上向下依次连接推样器顶板(12)、推样器连接杆(13)、推样器底板(14)。
专利摘要本实用新型公开了一种用于三轴剪切试验的重塑土样制备装置，推样器上的连接杆分别连接承压板、挡板、定位板、推土板，推样器连接杆连接推样器顶板与推样器底板，制样筒放在底座内，与底座底板相连，加载装置放在制样筒内，定位板与推土板放在制样筒内，承压板上连接第一加载砝码，加载系统为第一加载砝码、第二加载砝码、第三加载砝码、第四加载砝码、第五加载砝码，推样器底板放在制样筒内。结构简单，使用方便，成本低廉，不易损坏，可多次使用，采用沉降法，即静载固结土样，可得到含水量均匀的重塑样，得到的数据结果真实可靠。可按预先设定含水率与密度制样，试样直接成型供三轴剪切试验所用，通过调整装置尺寸也可制备其他尺寸试样。
文档编号G01N1/28GK202814770SQ20122043435
公开日2013年3月20日 申请日期2012年8月29日 优先权日2012年8月29日
发明者张先伟, 孔令伟 申请人:中国科学院武汉岩土力学研究所