组合式土工试样制样器的制作方法

本实用新型属于土工试验制样装置技术领域，尤其涉及组合式土工试样制样器。

背景技术：

在岩土工程的科学研究和教学实践中，重塑土因其性质相对稳定而被越来越多的选用，重塑土试样的制备是进行土工实验必不可少的环节。但是，目前常见的制样器功能较为单一，集成度不高，难以精确控制压力。

为了满足实际工程和科学研究的需要，如何设计一种功能多，集成度高，并可准确反映压力值的土工试样制样装置，是需要解决的技术问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种组合式土工试样制样器，解决了现有技术中重塑土制样器功能单一，不能制备多种不同规格土体试样的问题。可以快速组合进行制样，即可以制作环刀试样，又可以制作三轴试样，还能对试样进行脱模。

为达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

组合式土工试样制样器，包括至少两个竖杆，竖杆上设有能够沿竖杆上下移动的顶板，顶板的中部开有通孔；顶板的正下方设置有加压装置，加压装置与油泵连接，油泵能够使加压装置加压上升。

还包括组合式套筒和压杆，组合式套筒由大内径套筒内套接小内径套筒组成，或者组合式套筒由内径相同的套筒上下连接组成，或者组合式套筒由套筒内嵌套与套筒内径相同的环刀组成。

制样时，组合式套筒位于加压装置上，压杆的下部位于组合式套筒内。

脱模时，压杆位于加压装置上，压杆的上部位于组合式套筒内。

更进一步地，本实用新型的特点还在于：

套筒包括内径为39.1mm、壁厚为4mm、高度为120mm的第一套筒；内径为61.8mm、壁厚为6mm、高度为50mm的第二套筒；内径为61.8mm、壁厚为6mm、高度为120mm的第三套筒；内径为79.8mm、壁厚为6mm、高度为40mm的第四套筒；内径为101mm、壁厚为9mm、高度为100mm的第五套筒；内径为101mm、壁厚为9mm、高度为170mm的第六套筒；

环刀包括内径为61.8mm、壁厚为2mm、高度为20mm的第一环刀；内径为79.8mm、壁厚2mm、高度为20mm的第二环刀。

组合式套筒由第三套筒内套接第一套筒组成；

或者组合式套筒由第二套筒和第三套筒上下连接后，套接在第六套筒内组成；

或者组合式套筒由第五套筒和第六套筒上下连接组成；

或者组合式套筒由第二套筒内嵌套第一环刀组成；

或者组合式套筒由第四套筒内嵌套第二环刀组成。

大内径套筒和小内径套筒通过套筒加固卡扣连接。

内径相同的套筒通过卡环上下连接。

压杆插入组合式套筒的一端连接有压块，压块的直径与土体试样的直径相同，压杆与压块之间设置有用于固定压杆位置的卡夹。

压块包括直径为61mm，高度为20mm的第一压块；直径为79mm，高度为20mm的第二压块；直径为101mm，高度为20mm的第三压块。

还包括脱模钢板，顶板底部设有用于卡住脱模钢板的卡槽，脱模钢板上开有取模孔。

取模孔包括直径为79.8mm的第一取模孔、直径为61.8mm的第二取模孔和直径为39.1mm的第三取模孔；通孔的直径为101mm。

压杆的侧部设有刻度。

还包括限位装置，限位装置包括限位杆、激光接收器、激光发射器以及用于控制加压装置加压和减压的控制转换器，限位杆固定在压杆上并能够沿压杆上下移动；激光发射器和激光接收器分别设置在限位杆的两端，激光接收器与控制转换器连接，控制转换器与加压装置连接。制样时，激光发射器发射的激光被接收器接收，形成闭合回路，当激光被组合式套筒隔断时，激光接收器接收不到激光，此时控制转换器转换信号使得加压装置停止加压。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益的技术效果：

本实用新型提供的组合式土工试样制样器，制样时，通过加压装置使组合式套筒加压上升，使得压杆将组合式套筒中的试样进行压实。脱模时，通过加压装置使压杆加压上升，使得压杆对组合式套筒中的试样进行脱模。同时，通过设置组合式套筒，将大内径套筒内套接小内径套筒，或者将内径相同的套筒上下连接，或者在套筒内嵌套与套筒内径相同的环刀，可以快速组合进行制样，即可以制作环刀试样，又可以制作三轴试样，还能对试样进行脱模。不仅能够提高制样的效率，高质量的完成试样的制作和脱模过程，还可以节约材料。

更进一步的，本实用新型采用油泵与高精度油压表连接，可精确控制制样以及脱模过程中的压力。

更进一步的，采用六种规格不同的套筒和两种不同规格的环刀，能够制备不同规格的三轴试样或环刀试样。

更进一步的，根据不同规格的土体试样，设计了具有多个取模孔的脱模钢板，方便了土体试样的取出。

更进一步的，通过在压杆的侧部设置刻度。制样过程中，通过观察压杆刻度的差值即可确定压实试样的高度。

更进一步的，通过将限位装置套设在压杆上，初始时限位装置与组合式套筒之间的距离即为本次压实试样的高度，通过激光接收器自动感应是否达到本次压实试样的高度，达到时，加压装置停止工作，无需人为观察压杆刻度的差值。

附图说明

图1为本实用新型所提供的组合式土工试样制样器的结构示意图；

图2为本实用新型所提供的反力架的结构示意图；

图3为本实用新型所提供的脱模钢板的俯视结构示意图；

图4(a)为本实用新型制作Φ39.1mm试样时的示意图；图4(b)为本实用新型Φ39.1mm试样脱模时的示意图；

图5(a)为本实用新型制作Φ61.8mm试样时的示意图；图5(b)为本实用新型Φ61.8mm试样脱模时的示意图；

图6(a)为本实用新型制作Φ101mm试样时的示意图；图6(b)为本实用新型Φ101mm试样脱模时的示意图；

图7(a)为本实用新型制作Φ61.8mm环刀试样时的示意图；图7(b)为本实用新型Φ61.8mm环刀试样脱模时的示意图；

图8(a)为本实用新型制作Φ79.8mm环刀试样时的示意图；图8(b)为本实用新型Φ79.8mm环刀试样脱模时的示意图；

图9为本实用新型所提供的套筒加固卡扣的结构示意图；

图10为本实用新型所提供的限位装置的结构示意图。

其中：1、反力架；11、底座；12、竖杆；13、顶板；14螺母；2、加压装置；21、油泵；22、高精度油压表；3、组合式套筒；31、第一套筒；32、第二套筒；33、第三套筒；34、第四套筒；35、第五套筒；36、第六套筒；4、压杆；5、脱模钢板；51、第一取模孔；52、第二取模孔；53、第三取模孔；6、试样；71、第一压块；72、第二压块；73、第三压块；81、套筒加固卡扣；84为卡夹；91、第一环刀；92、第二环刀；10、限位装置；101、限位杆；102、激光接收器；103、激光发射器；104、控制转换器。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步详细描述：

本实用新型提供了一种组合式土工试样制样器，包括至少两个竖杆12，竖杆12上设有能够沿竖杆12上下移动的顶板13，顶板13的中部开有通孔；顶板13的正下方设置有加压装置2，加压装置2与油泵21连接，油泵21能够使加压装置2加压上升；还包括组合式套筒3和压杆4，组合式套筒3由大内径套筒内套接小内径套筒组成，或者组合式套筒3由内径相同的套筒上下连接组成，或者组合式套筒3由套筒内嵌套与套筒内径相同的环刀组成；制样时，组合式套筒3位于加压装置2上，压杆4的下部位于组合式套筒3内；脱模时，压杆4位于加压装置2上，压杆4的上部位于组合式套筒3内。

优选地，制样时，压杆4的上部安装有限位装置10。

本实用新型通过设置组合式套筒3，可以快速组合进行制样，即可以制作环刀试样，又可以制作三轴试样，还能对试样进行脱模。不仅能够提高制样的效率，高质量的完成试样的制作和脱模过程，还可以节约材料。

如图1和2所示，本实用新型包括反力架1、加压装置2、组合式套筒3、脱模钢板5。反力架1是由下部钢制的底座11、上部钢制的顶板13、两根长竖杆12、螺母14组成。竖杆12上设有螺纹，顶板13与底座11通过长竖杆12和螺母14连接，并且通过调节螺母14来控制顶板13与加压装置2的距离。底座11采用工字钢，长500mm，宽300mm，工字钢腹板厚度为20mm。顶板13采用长500mm，宽300mm，厚20mm的钢板，顶板13中部开通孔，孔洞直径为101mm，用作试样的脱模。顶板13孔底两侧安置2个钢制的卡槽，钢槽的净距为210mm，脱模钢板5在卡槽上移动来控制取模孔径，进行脱模。

加压装置2包括液压千斤顶、油泵21和高精度油压表22。

组合式套筒3的材料均采用不锈钢，由6个套筒和2个环刀组成，其具体规格如下：1个内径为39.1mm，壁厚为4mm，高度为120mm的第一套筒31；1个内径为61.8mm，壁厚为6mm，高度为50mm的第二套筒32；1个内径为61.8mm，壁厚为6mm，高度为120mm的第三套筒33；一个内径为79.8mm、壁厚为6mm、高度为40mm的第四套筒34；一个内径为101mm、壁厚为9mm、高度为100mm的第五套筒35；一个内径为101mm、壁厚为9mm、高度为170mm的第六套筒36；一个内径为61.8mm、壁厚为2mm、高度为20mm的第一环刀91；一个内径为79.8mm、壁厚2mm、高度为20mm的第二环刀92。

需要说明的是，第二套筒32上部内侧自筒顶向下20mm高度范围，内径较下部直径大4mm，放置一个高度为20mm，内径为61.8mm，壁厚为2mm的第一环刀91。

在第四套筒34底表面向上20mm高度范围内，内径较上部直径大4mm，放置一个内径为79.8mm，高度为20mm，壁厚为2mm的第二环刀92。

卡环包括第一卡环和第二卡环。在第三套筒33的上环形截面与第二套筒32的下环形截面中部开深度为10mm，宽度为2mm的环形凹槽，在环形凹槽上放置高度为20mm，内径为66mm，外径为70mm，壁厚为2mm的第一卡环，用于连接第二套筒32和第三套筒33。

在第五套筒35的上环形截面和第六套筒36的下环形截面中部开深度为10mm，宽度为4mm的环形凹槽，凹槽上放置高度为20mm，内径为107mm，外径为115mm，壁厚为4mm的第二卡环，用于连接第五套筒35和第六套筒36。

套筒的配件包括压块、4个套筒加固卡扣81和1个压杆4，具体规格如下：制作1个直径为61mm，高度为20mm的第一压块71；制作1个直径为79mm，高度为20mm的第二压块72；制作1个直径为101mm，高度为20mm的第三压块73。压块上表面中部Φ39mm范围向下凹陷2mm，压块凹陷两边安置两个高度为20mm的卡夹84，用于确定压杆4位置，既固定压杆4又使压杆4与压块保持一致运动。套筒加固卡扣81用于连接两个不同直径的套筒，提高内部套筒的侧壁承载力。压杆4的直径为39mm，高度为251mm，限位装置10安装在压杆4上，可拆卸并可以在压杆4上移动位置。

如图3所示，制作1个厚度为20mm，长度为522mm，宽度为200mm的脱模钢板5，在距脱模钢板5左边缘120mm的上下中心点处，开一个半径为40mm的第一取模孔51，在距钢板左侧水平150mm处做一个标记，当钢板移动到这个位置时即可进行Φ79.8mm环刀试样脱模；在距该圆孔中心水平151mm处开一个半径为31mm的第二取模孔52，当把第一取模孔51完全移过去时，第二取模孔52圆孔刚好在中间，进行Φ61.8mm环刀和Φ61.8mm三轴试样脱模；在距钢板右边缘100mm的上下中心点处开一个半径为20mm的第三取模孔53，当把第二取模孔52完全移过去时，第三取模孔53刚好在中间，进行Φ39.1mm三轴试样脱模。

本实用新型在压杆4的侧部设置刻度。制样过程中，根据压杆4刻度的差值确定压实试样的高度，操作人员可预设本次制样时压杆4上刻度的差值，当差值达到预设值时，加压装置2停止加压，加压装置2泄压完成后，取出压杆4进行加土料。按规范要求分次完成制样工作。

由于人工观察压杆4的刻度差值较为麻烦，因此本实用新型设置了限位装置10，限位装置10包括限位杆101、接收器102、激光发射器103以及控制处理器104，限位杆101固定在压杆上并能够沿压杆上下移动；激光发射器103和激光接收器102分别设置在限位杆101的两端，激光接收器102的上部安装有控制处理器104。制样时，操作人员预设好本次制样时压杆4上刻度的差值，将限位杆101套设在压杆4上，此时限位杆101与组合式套筒3上端面的距离，即为预设刻度的差值。随着制样的进行，限位杆101与组合式套筒3上端面之间的距离越来越小，当限位装置10与组合式套筒3的垂直距离最小时，激光被套筒隔断，激光接收器102接收不到激光，此时控制转换器104转换信号使得加压装置2停止加压。加压装置2泄压完成后，取出压杆4进行加土料。按规范要求分次完成制样工作。

本实用新型使用各种组合套筒制备柱型土体试样和环刀土体试样的具体过程是：

首先，将反力架1固定在地面上，加压装置2固定在底座11中部，组合式套筒3放置在加压装置2上，顶板13通过调节螺母14控制其距组合式套筒3的位置，加压装置2通过油泵21调节压力进行压样，压力的大小通过高精度油压表22显示。脱模钢板5放置在顶板13底侧的钢制卡槽上，三轴试样通过脱模钢板5进行脱模。下面是制备不同土体试样的具体操作流程：

如图4(a)所示，对于Φ39.1mm三轴试样制作，根据规范可知其试样高度是其直径的2～2.5倍，通过直径为39mm，高度为251mm的带刻度压杆4来调整第一套筒31内部试样的高度，因此该装置既可以满足标准制样又可以满足非标准制样。实验开始前，先固定好反力架1和加压装置2，此时顶板13的通孔用脱模钢板5封闭。将第一套筒31放置在第三套筒33内，通过相应的套筒加固卡扣81连接，提高第一套筒31的承压能力。土料放在第一套筒31内，第一套筒31底部是加压装置。每次填土量的高度约为试样高度的1/3，在土料的上部放置直径为39mm的压杆4，此时的压杆4上安装限位装置10。加压装置2不断增压使得组合式套筒3上升与顶板13接触，根据压杆4刻度的差值确定压实试样的高度，当限位装置10的接收器102接收不到信号后，控制转换器104转换信号使得加压装置2停止加压，加压装置2泄压完成后，取出压杆4进行加土料。按规范要求通过3到4次完成Φ39.1mm三轴制样工作。

如图4(b)所示，对于Φ39.1mm三轴试样脱模，在加压装置2上放置压杆4，压杆4上部放置带试样的组合式套筒3，脱模钢板5通过顶板13底面的钢槽来调整位置，使脱模钢板5的Φ39.1mm第三取模孔与所脱模的Φ39.1mm三轴试样中轴重合，加压进行Φ39.1mm三轴试样脱模。

如图5(a)所示，对于Φ61.8mm三轴试样制作，根据规范可知其试样高度是其直径的2～2.5倍，将第二套筒32和第三套筒33用第一卡环连接起来，形成一个内径为61.8mm，高度为170mm，壁厚为6mm的上下套筒，再将上下套筒放在第六套筒36内，组成组合式套筒3。通过压杆4来调整组合式套筒3内部试样的高度，该装置既可以满足标准制样又可以满足非标准制样。实验开始前，先固定好反力架1和加压装置2，此时顶板13的通孔用脱模钢板5封闭。加压装置2上放置组合式套筒3，土料放在组合式套筒3内，其底部是加压装置。每次填土量的高度约为试样高度的1/4，在土料的上部放置Φ61mm的第一压块71，第一压块71上部是压杆4，此时的压杆4上安装限位装置10。通过加压装置2不断增压使得组合式套筒3上升，当激光接收器102接收不到激光时，控制转换器104转换信号使得加压装置2停止加压，加压装置2泄压完成后取出第一压块71和压杆4，进行加土料。按规范要求通过3到4次完成Φ61.8mm三轴制样工作。

如图5(b)所示，对于Φ61.8mm三轴试样脱模，在加压装置2上放置压杆4，压杆4上部是Φ61mm的第一压块71，第一压块71上部是带试样的组合式套筒3，脱模钢板5通过上钢板底面的卡槽来调整位置，使脱模钢板5的第二取模孔与所脱模的Φ61.8mm三轴试样中轴重合，加压进行Φ61.8mm三轴试样脱模。

如图6(a)，对于Φ101mm三轴试样制作，根据规范可知其试样高度是其直径的2～2.5倍，把第五套筒35和第六套筒36通过第二卡环连接起来，组成一个内径为101mm，壁厚为9mm，高度为270mm的组合式套筒。通过压杆4来调整组合式套筒3内部试样的高度，因此该装置既可以满足标准制样又可以满足非标准制样。实验开始前，先固定好反力架1和加压装置2，此时顶板13的通孔处不密封。加压装置2上放置组合式套筒3，土料放在组合式套筒3内，每次填土量的高度约为试样高度的1/5，在土料的上部放置Φ100mm的第三压块73和压杆4，加压系统不断增压使得组合套筒上升。当激光接收器102接收不到激光后，控制转换器104转换信号使得加压装置2停止加压，加压装置2泄压完成后，取出第三压块73和压杆4，进行加土料。按规范要求通过4到5次完成Φ101mm三轴制样工作。

如图6(b)所示，对于Φ101mm三轴试样脱模，在加压装置2上放置压杆4，压杆4上部是Φ100mm的第三压块73，第三压块73上部是带试样的组合式套筒3，调节螺母14使顶板13的位置与套筒顶部接触，使所脱模的Φ101mm三轴试样中线与顶板13的孔位中线重合，加压进行Φ101mm三轴试样脱模。

如图7(a)所示，对于Φ61.8mm环刀试样制作，根据规范可知其试样高度为20mm，固定好反力架1和加压装置2后，此时顶板13通孔处用脱模钢板5封闭。通过压杆4调整第二套筒32内部的高度。组合式套筒3底部是加压装置2。实验开始前，把第一环刀91放置在第二套筒32底部环形凹槽内，环刀内放置土料。土料上部放置Φ61mm的第一压块71，第一压块71上部是压杆4。通过加压装置22不断增压使得第二套筒32上升与顶板13接触，当满足要求时，对加压装置2进行卸压，取出第一压块71和压杆4，按照规范要求通过3到4次完成Φ61.8mm环刀试样的制样。

如图7(b)所示，对于Φ61.8mm环刀试样脱模，加压装置2上放置压杆4，压杆4上部是Φ61mm的第一压块71，第一压块71上部是带试样的第二套筒32，脱模钢板5通过上钢板底面的卡槽来调整位置，使脱模钢板5的Φ61.8mm孔位与所脱模的Φ61.8mm环刀试样中轴重合，加压进行Φ61.8mm环刀试样脱模。

如图8(a)所示，对于Φ79.8mm环刀试样制作，根据规范可知其试样高度为20mm，固定好反力架1和加压装置2后，此时顶板13通孔处用脱模钢板5封闭。通过压杆4调整第四套筒34内部的高度。第四套筒34底部是加压装置2。实验开始前，把第二环刀92放置在第四套筒34底部环形凹槽内，第二环刀92内放置土料。土料上部放置Φ79mm的第二压块72，第二压块72上部是压杆4。通过加压装置2不断增压使得第四套筒34上升与顶板13接触，当满足要求时，对加压装置2进行卸压，取出第二压块72和压杆4，按照规范要求通过3到4次完成Φ79.8mm环刀试样的制样。

如图8(b)所示，对于Φ79.8mm环刀试样脱模，加压装置2上放置压杆4，压杆4上部是Φ79mm的第二压块72，第二压块72上放置带试样的第四套筒34，脱模钢板5通过上钢板底面的卡槽来调整位置，使脱模钢板5的Φ79.8mm孔位与所脱模的Φ79.8mm环刀试样中轴重合，加压进行Φ79.8mm环刀试样脱模。

在制作土样时，高精度油压表22示数显示加载时的压力，因此，本实用新型可以根据需要进行压力控制，实现对压力的精确控制。