本发明涉及岩土工程及土力学领域，特别涉及一种环剪试验原状土样制样装置及方法。
背景技术：
在岩土工程及土力学领域，环剪试验是扭转剪切试验中的一种，用于研究大变形下土体的抗剪能力，能较好的测定土的残余强度，进而探求土体遭受破坏后强度衰减的变化规律。而对于环剪试验的制样，到目前为止制成的试样都是扰动土，破坏了土样的天然结构、孔隙率或者含水率，对于土样残余强度测试的精度有一定的影响，基本没有配套的取原状土的装置。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是提供一种环剪试验原状土样制样装置及方法，便于制取环剪试验用的环形原状土样，不会对土样造成扰动。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种环剪试验原状土样制样装置，包括传力装置、内环刀、外环刀以及取样装置；
所述传力装置包括承力台、若干内传力杆、若干外传力杆和传力底盘，所述传力底盘下端设有同心设置的内限位环槽和外限位环槽，内环刀和外环刀上端分别设置在内限位环槽和外限位环槽中，内传力杆和外传力杆设置在承力台与传力底盘之间，内传力杆与传力底盘的连接位置位于内限位环槽上方，外传力杆与传力底盘的连接位置位于外限位环槽的上方；
所述取样装置包括基座、中圈压土板和环状压土板，中圈压土板的直径与内环刀的内径相等，环状压土板的外径与外环刀的内径相等，环状压土板的内径与内环刀的外径相等，基座包括环状托板和设置在环状托板下方的支架，环状托板的内径与内环刀的内径相等。
优选的方案中，所述传力底盘包括同心设置的内传力环和外传力环，内限位环槽和外限位环槽分别设置在内传力环和外传力环的下端。
优选的方案中，所述传力底盘上端设有卡嵌槽，磁铁安装在卡嵌槽中，磁铁将内环刀和外环刀吸附在传力底盘下端。
进一步的方案中，所述内限位环槽为沿内传力环外壁打开的“l”型槽，外限位环槽均为沿外传力环内壁打开的“l”型槽，内限位环槽的槽底宽度与内环刀的厚度相等，外限位环槽的槽底宽度与外环刀的厚度相等。
更进一步的方案中，所述内限位环槽和外限位环槽的槽深相同。
优选的方案中，所述环状托板上端设有与环状托板同心设置的内环形凸起和外环形凸起，内环形凸起内径等于环状托板内径，外环形凸起与外环刀位置相对应。
优选的方案中，所述中圈压土板中心位置设有第一施力把手。
优选的方案中，所述环状压土板上设有两个第二施力把手，所述第二施力把手沿环状压土板中心线对称设置。
优选的方案中，所述承力台设置在内限位环槽的圆心的正上方，内传力杆沿内限位环槽的竖直中心线对称分布，外传力杆沿外限位环槽的竖直中心线对称分布。
本发明还提供一种环剪试验原状土样制样方法，包括以下步骤：
一、将内环刀和外环刀分别定位安装在内限位环槽和外限位环槽中，磁铁对内环刀和外环刀形成吸附力；
二、将内环刀和外环刀对准取样位置，对承力台施加力，直至将内环刀*和外环刀完全压入待测土体中；
三、对外环刀外侧的土样进行清理，将内环刀、外环刀以及原状土样一起从待测土体中取出；
四、待完成原状土样底部的修剪之后，将内环刀和外环刀放置在取样装置的环状托板上，内环刀放置在内环形凸起上，外环刀放置在外环形凸起上，将传力装置取下；
五、将中圈压土板放置在内环刀内部的土样上方，向下施压，将内环刀内的土样推出；
六、待完成原状土样上部的修剪之后，将内环刀和外环刀放置在环剪试验的剪切盒上端，环状压土板放置在内环刀和外环刀中间的土样上方，环状压土板的内侧与内环刀的外壁对齐，环状压土板的外侧与外环刀的内壁对齐，向下施压，将环状土样压入剪切盒中。
本发明提供的一种环剪试验原状土样制样装置及方法，实现环剪试验所需原状土样的制作，制样装置充分保证内环刀和外环刀同心，制取满足尺寸要求的环状样品，同时制样的过程不会对土样造成扰动，从而满足实际工程需要，获取更好的试样，得到更有价值的实验数据。优选的，设置的磁铁既能实现传力装置与内环刀和外环刀的连接，同时方便取下内环刀和外环刀，方便后续进行取样。内限位环槽和外限位环槽设置为“l”型槽，实现内环刀外壁与内传力环外壁对齐，外环刀内壁与外传力环内壁对齐，防止因为内环刀和外环刀上端设置在内限位环槽和外限位环槽中而造成对内环刀和外环刀之间的环状土样上端的干涉，减少取下传力装置时对环状土样上端的扰动。设置的内限位环槽和外限位环槽的槽深大小一致，保证内环刀和外环刀上端平齐，使整个环状土样完整。设置的内环形凸起和外环形凸起，方便取样时，内环刀和外环刀的定位，减少因为内环刀和外环刀的放置位置偏差而造成推出内环刀中部的土样时阻力增加。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明：
图1为本发明的整体结构示意图。
图2为本发明的传力装置的结构示意图。
图3为本发明的取样装置的结构示意图。
图中：内环刀1，外环刀2，承力台3，内传力杆4，外传力杆5，传力底盘6，基座7，中圈压土板8，环状压土板9，磁铁10，内限位环槽601，外限位环槽602，内传力环603，外传力环604，卡嵌槽605，环状托板701，支架702，内环形凸起703，外环形凸起704，第一施力把手801，第二施力把手901。
具体实施方式
实施例1：如图1~3中，一种环剪试验原状土样制样装置，包括传力装置、内环刀1、外环刀2以及取样装置，内环刀1和外环刀2的高度相同；
所述传力装置包括承力台3、若干内传力杆4、若干外传力杆5和传力底盘6，所述传力底盘6下端设有同心设置的内限位环槽601和外限位环槽602，内环刀1和外环刀2上端分别设置在内限位环槽601和外限位环槽602中，内限位环槽601和外限位环槽602的槽深相同，保证内环刀1和外环刀2的上端面处于同一个平面上，传力杆4和外传力杆5设置在承力台3与传力底盘6之间，内传力杆4和外传力杆5的直径相同，内传力杆4与传力底盘6的连接位置位于内限位环槽601上方，外传力杆5与传力底盘6的连接位置位于外限位环槽602的上方；
为保证内环刀1和外环刀2均匀下压，所述承力台3设置在内限位环槽601的圆心的正上方，内传力杆4沿内限位环槽601的竖直中心线对称分布，外传力杆5沿外限位环槽602的竖直中心线对称分布。
为方便制样时向承力台3施力，内传力杆4和外传力杆5向承力台3倾斜设置，倾斜角度为60~70°。
所述取样装置包括基座7、中圈压土板8和环状压土板9，中圈压土板8的直径与内环刀1的内径相等，环状压土板9的外径与外环刀2的内径相等，环状压土板9的内径与内环刀1的外径相等，基座7包括环状托板701和设置在环状托板701下方的支架702，支架702设置为四个支腿，环状托板701的内径与内环刀1的内径相等。
所述传力底盘6上端设有卡嵌槽605，磁铁10安装在卡嵌槽605中，磁铁10将内环刀1和外环刀2吸附在传力底盘6下端。
为保证磁铁10对内环刀和外环刀2的吸附力，卡嵌槽605为多个弧形槽，所述卡嵌槽605设置在内限位环槽601和外限位环槽602的正上方，磁铁10为与弧形卡嵌槽对应的弧形磁铁。
所述磁铁10可以设置为电磁铁，通过对电磁铁的通、断电，实现传力装置与内环刀1和外环刀2的连接和断开，方便取样时，将传力装置取下。
所述环状托板701上端设有与环状托板701同心设置的内环形凸起703和外环形凸起704，内环形凸起703内径等于环状托板701内径，外环形凸起704与外环刀2位置相对应。方便取样时，内环刀1和外环刀2的位置定位。
所述中圈压土板8中心位置设有第一施力把手801。
所述环状压土板9上设有两个第二施力把手901，所述第二施力把手901沿环状压土板9中心线对称设置。
采取上述制样装置的制样方法，包括以下步骤：
一、将内环刀1和外环刀2分别定位安装在内限位环槽601和外限位环槽602中，对内环刀1和外环刀2定位，磁铁10对内环刀1和外环刀2形成吸附力；
二、将内环刀1和外环刀2对准取样位置，对承力台3施加力，直至将内环刀1和外环刀2完全压入待测土体中；
三、对外环刀2外侧的土样进行清理，将内环刀1、外环刀2以及原状土样一起从待测土体中取出；
四、待完成原状土样底部的修剪之后，将内环刀1和外环刀2放置在取样装置的环状托板701上，内环刀1放置在内环形凸起703上，外环刀2放置在外环形凸起704上，将传力装置取下；
五、将中圈压土板8放置在内环刀1内部的土样上方，握住第一施力把手801向下施压，将内环刀1内的土样推出；
六、待完成原状土样上部的修剪之后，将内环刀1和外环刀2放置在环剪试验的剪切盒上端，在本实施例中，环剪仪为bromhead型环剪仪，内环刀1的外径与剪切盒内环的外径一致，外环刀2的内径与剪切盒外环的内径一致。环状压土板9放置在内环刀1和外环刀2中间的土样上方，环状压土板9的内侧与内环刀1的外壁对齐，环状压土板9的外侧与外环刀2的内壁对齐，同时握住第二施力把手901向下施压，保证内环刀1和外环刀2中间的土样受力均匀，将环状土样压入剪切盒中。
实施例2：与实施例1不同的，所述传力底盘6包括同心设置的内传力环603和外传力环604，内限位环槽601和外限位环槽602分别设置在内传力环603和外传力环604的下端。
所述内限位环槽601为沿内传力环603外壁打开的“l”型槽，外限位环槽602均为沿外传力环604内壁打开的“l”型槽，内限位环槽601的槽底宽度与内环刀1的厚度相等，外限位环槽602的槽底宽度与外环刀2的厚度相等。
采取上述结构，制样时，内环刀1外壁与内传力环603外壁对齐，外环刀2内壁与外传力环604内壁对齐，使土样可以填充内环刀1和外环刀2之间整个高度，保证环状土样的完整，而且由于内传力环603和外传力环604与环状土样不接触，防止取下传力装置时对土样造成扰动。
本发明的制样装置材质均采用高强度不锈钢材料，以保证在制样过程中不发生变形。
上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。