用于室内三轴试验的重塑土分层压实制样器及其方法与流程

本发明涉及室内三轴试验的制样技术，尤其涉及一种用于室内三轴试验的重塑土分层压实制样器及其方法。

背景技术：

通过室内试验可以获得工程建设等所需的各类指标，以便作为设计和施工资料保存。一般在进行三轴试验前，需要根据土工试验规程制备试验土样。在土工试验中，试验土样可分为原状样和重塑样。原状样是用钻探方法取出的未经外力扰动和保持原状结构的地下土层或岩矿层样品。原状样能够较好地反映土体原始结构状态及力学性能；但取样困难，试样不均匀，且其对试验环境和条件变化较为敏感，易因微小的试验条件改变而对试验结果造成巨大变化。相对于原状样，重塑样在试样数量、试验控制条件、试验时间和试样均匀性等方面都有较大优势，因此室内的试验土样通常采用重塑土样。

一般需要根据试验规程对试验土样进行必要的加工及制备。依据相关土工试验规程（sl237-1999，jtge40-2007），目前，常用的室内重塑土的制样方法分别为击样法和压样法。

击样法是在制样筒内倒入根据制样筒容积及要求干密度计算出的所需质量的湿土，利用落锤将试验土样一层或分层击实至目标高度成样。

压样法是根据压样器的容积和要求干密度计算所需湿土的质量，将湿土样倒入预先装好环刀的压样器内，再通过活塞采用静压力将土样压紧至所需密度。

击样法优点是制样周期短，简单易行，操作方便；但在击实过程中冲击荷载的反复作用，会使土样的均匀性、土体的结构及其他相关物理力学性质受到影响，易出现“上紧下松”的现象。

压样法的优点是能够制得密度均匀的土样，但设备要求高。目前，土样高度一般是通过观察直尺或游标卡尺的刻度来控制的，费时费力，且测量精度易受人为因素的干扰，极易产生误差。

技术实现要素：

本发明的目的就在于克服现有技术存在的缺点和不足，提供一种用于室内三轴试验的重塑土分层压实制样器及其方法，从而减轻人为因素对试验土样的影响，提高试验土样的精度和效率。同时要求该制样器结构简单、拆装方便、操作简易、成本较低，可减轻重塑土试验土样的工作量。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一、用于室内三轴试验的重塑土分层压实制样器（简称制样器）

本制样器包括底座1、压实筒2和限位压实盖3；

从下到上，底座1、压实筒2和限位压实盖3依次连接

二、用于室内三轴试验的重塑土分层压实制样方法（简称方法）

本方法包括以下步骤：

①准备土样，在土样成型筒内壁均匀涂抹一层凡士林，并将底座和压实筒组装好；

准备土样是根据试验所需土样的含水率，计算一定土料的加水量并进行加水调配，拌和均匀后装入密封袋润湿24小时，再复测含水率，含水率与制备标准之差值在1%范围内；

②所需制备的土样总高度为80mm，可以分为四层进行压实，每层高度20mm；再根据试验所需土样的含水率和干密度，计算每层土样的质量并进行称取；

③将称好的分层土样倒入土样成型筒内并搅拌平整，根据分层土样的高度选取相应的限位压实盖，缓慢推入土样成型筒上端，与之嵌合；

④将制样器整体放置在静载装置上，利用静载装置对限位压实盖3的顶盖进行加载，当顶盖的底端面与压实筒的顶端面匹配闭合时，停止加载；然后取下制样器置于实验平台，将限位压实盖轻旋取出，此时第一层分层土样压实完毕；

若继续添加第二层分层土样时，需要对第一层分层土样的上表面进行刨毛；

⑤刨毛完成后，依次重复步骤③④，直到完成所有分层土样的压实，其中最后一层的土样压实完成后其上表面不需要进行刨毛处理；

⑥拆卸制样器，即将土样成型筒小心取出，慢慢地逐片滑移拆开对开模，将制好的土样取出，保存待用。

本发明具有下列优点和积极效果：

①能够保证试样各层的厚度均一，相对密度均匀，还可根据需求制得不同分层高度和层数的试样；

②可重复使用，通过更改部件结构和尺寸可制作其他规格的试样；

③制样器结构简单、拆装方便、操作简易、成本较低、寿命长久，制样准确、高效可靠、人为因素干扰小；

④制样方法易于掌握，通用性强，省时省力，方便快捷。

附图说明

图1为本制样器的结构示意图；

图2为本制样器的结构剖面图；

图3为底座的结构示意图；

图4为压实筒的结构示意图；

图5为外置套筒的结构示意图；

图6为土样成型筒的结构示意图；

图7为限位压实盖的结构示意图。

图中：

1—底座，

2—压实筒，

21—外置套筒，22土样成型筒，栓23—紧箍螺栓；

3—限位压实盖，

31—顶盖，32—限位柱。

具体实施方式

下面结合附图和实施例详细说明。

一、制样器

1、总体

如图1、2，本制样器包括底座1、压实筒2和限位压实盖3；

从下到上，底座1、压实筒2和限位压实盖3依次连接

2、功能部件

1）底座1

如图3，底座1是一种短圆筒，底座1的外径与外置套筒21的外径一致；

底座1的内径与土样成型筒22的外径适配，即底座1的顶端面有用于压实筒2的土样成型筒22底端落入的底座1的凹口，有助于更好地固定住压实筒2。

2）压实筒2

如图4，压实筒2包括外置套筒21、土样成型筒22和紧箍螺栓23；

在外置套筒21内的中心设置有土样成型筒22，在外置套筒21的外壁左右对称设置有紧箍螺栓23，紧箍螺栓23抵住土样成型筒22。

如图1，所述压实筒2通过土样成型筒22凸出端面与底座1固定。

（1）外置套筒21

如图5，外置套筒21为上下两层不同内径的圆环柱体，上端面内径为39.1mm，高度为50mm，用于限位压实盖3的推入；下端面内径为60mm，高度为70mm，用于嵌入土样成型筒22；外置套筒21下层两侧分别对称开有两个螺纹型圆孔，用于紧箍螺栓23的使用。

（2）土样成型筒22

如图6，土样成型筒22为一组圆柱体结构的对开模，高度为80mm，内径为39.1mm，外径为60mm；土样成型筒22闭合后嵌入外置套筒21下端，通过螺栓23紧固，形成完整压实筒2。

3）限位压实盖3

如图7，限位压实盖3包括上下连接的顶盖31和限位柱32；

（1）顶盖31

顶盖31为圆形板，高度为7mm，直径为80mm；

（2）限位柱32

限位柱32为圆柱体，直径为39.1mm，与土样成型筒22内径尺寸相匹配；其高度包括多种预设制样高度，分别为50mm、70mm、90mm和110mm。

3、工作机理

选用闭合后的对开模做土样成型筒22有助于保证试样的直径上下均一，再利用外置套筒21对土样成型筒22进行整体紧箍，能有效确保土样成型筒22的整体密闭性，减轻了试样在压实过程中产生的错动；同时外置套筒21也起到了一层保护作用，避免了外界震动等因素对试样制备过程的干扰，可以提高制样精度。

限位压实盖3用于对试样进行压实；为保证试样上下密度均匀采用分层压实，因此限位压实盖3的限位柱32有多种规格；当前制样器尺寸规格适于制备高度80mm的三轴试样，为使高度均一分四层压样，即每层目标高度为20mm；故进行第一层压实时，土样目标高度为20mm，限位压实盖3是通过外置套筒21上端面推入，对土样成型筒22内试样进行压实，结合外置套筒21、土样成型筒22高度，需要选用限位柱高度110mm的限位压实盖才能实现；静力装置对限位压实盖3的顶盖31加载，加载过程中力通过限位柱32传输给试样使之压实，当顶盖31底端面与压实筒2顶端面匹配闭合停止加载，此时试样被压实到目标厚度20mm，从而完成一层分层压实；因此随试样高度的增加，对应的限位压实盖3的限位柱32高度也有所不同，通过选取不同规格限位压实盖满足分层压样的目的。