一种静压法三轴试样制备装置及方法与流程

本发明涉及土工试验设备及方法，具体涉及重塑土三轴试样的制备装置及方法。

背景技术

目前重塑土三轴试样常用的制备方法有固结法、击实法以及静压法，其中静压法是将一定质量的土体放入饱和器中，刮平土面后放上压样活塞，活塞上面刻有分层压入的控制线，施加静力将活塞压至每一层的刻度线与模具架上环齐平为止，因此每层高度的控制必须用肉眼瞄对刻度线，因而人为因素的影响较大，容易造成土面倾斜和各层厚度不等等缺点。现有技术中申请公布号为cn106610353a的发明专利申请公开了一种利用分层压实法制备三轴试验试样的装置，包括土样压实器、土样压实筒和限位模块，所述土样压实筒活动固定在土样压实器主体基座上的试样孔中，所述限位模块与土样压实器上的压锤活动固定，该发明虽然通过限位模块使得试样各层层厚均一、各土层相对密度均匀，但是该发明中包括高度不同的3种限位模块来实现对不同层的压实，不仅使整个装置零件繁多，而且在压制过程中频繁更换高度不同的限位模块也使得整个制样过程复杂，操作不便。另外还有申请公布号为cn104006992a的发明专利申请公开了一种三轴试验试样制备的对称分层压样装置及制样方法，其装置的构成主要是：土样筒两端的外壁均与延伸筒内壁的卡槽套合，延伸筒非卡槽部位的内壁直径与土样筒的内壁直径相等；延伸筒及土样筒内套垫块套件，垫块套件的组成是：外垫块背面端的外周向外凸起形成盖沿，外垫块正面中心设有带螺纹的凸起；中间垫块背面中心有螺纹孔，正面中心有带螺纹的凸起，中间垫块有两个；内垫块背面设有螺纹孔，正面平整；外垫块、中间垫块、内垫块之间通过凸起与相应螺纹孔螺纹连接；内垫块、中间垫块高度为土样筒高度的1/5；内垫块与外垫块的高度之和减去盖沿厚度等于延伸筒非卡槽部位高度。虽然该装置通过外垫块、中间垫块以及内垫块制得的试样均匀性较好，但是整个装置过于复杂，不宜于推广应用。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种使用方便，能够提高试样均匀性与可靠性的静压法三轴试样制备装置及方法。

本发明的静压法三轴试样制备装置，包括由筒形的饱和器、可与饱和器配合压样的压样活塞以及饱和器底板组成的模具，还包括可用来固定整套模具的模具架和可改变饱和器底板与饱和器相对位置的垫块，所述模具架包括模具架底座，其上设有模具架拉杆和用于固定支撑饱和器底板的固定杆，分别与饱和器的上下端配合组装的模具架上环和模具架底板可固定于模具架拉杆的任意高度位置、且模具架上环和模具架底板设有与饱和器内径相等的通孔，所述压样活塞上还设有直径大于模具架上环通孔直径的环形凸台，且所述垫块的上表面面积大于模具架底板通孔的面积。本发明通过在固定杆上、模具架底板与模具架底座之间增加或减少垫块的数量来改变饱和器与饱和器底板的相对位置，从而控制饱和器中可装入土的深度。在制样时，通过不断增加垫块数量，将称好的土样分次倒入饱和器中，然后通过压样活塞施加静压至压样活塞上的环形凸台被模具架上环顶住，即完成该层土样的压制，样品按照上述方法分五层制作。本发明的装置可实现均等地加深饱和器的深度，并用设有环形凸台的压样活塞静压，消除了人为因素造成的土面倾斜和各层厚度不等的缺点，增加了整个样品的均匀性与可靠性。

进一步，本发明的静压法三轴试样制备装置，所述垫块为长方体，其一侧开设有可供模具架底座上固定杆和模具架拉杆通过的u形口，从而方便地增加或减少模具架底板与模具架底座之间垫块的数量，操作方便。

进一步，本发明的静压法三轴试样制备装置，所述垫块设有4块、且高度为固定杆高度的五分之一。

进一步，本发明的静压法三轴试样制备装置，所述环形凸台以下压样活塞的高度为垫块高度与饱和器顶部至模具架上环顶部高度的和。

进一步，本发明的静压法三轴试样制备装置，所述模具架上环和模具架底板可通过螺栓固定于模具架拉杆上的任意高度位置。

进一步，本发明的静压法三轴试样制备方法，包括如下步骤：

1)根据所制试样的密实实度及尺寸，计算出所需土的质量，并将土平均分为五份；

2)将模具架上环、模具架底板与饱和器组装好，并使模具架底板紧贴模具架底座，拧紧螺栓使整个装置固定；

3)称出第一层土重，倒入饱和器中，拂平土面，放上压样活塞，并对压样活塞施加静压力直至压样活塞上的环形凸台被模具架上环顶住，此层压制完成后刨毛土样上表面；

4)松开螺栓，首先在模具架底板下面放置一块垫块，使模具架底板紧贴垫块，拧紧螺栓固定整个装置，然后称出第二层土重继续倒入饱和器中，如步骤3)中所述完成第二层图样的压制；

5)剩余三层的制作依次重复步骤4)，最终完成土样的整个制备过程。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明的一种静压法三轴试样制备装置及方法，通过在固定杆上、模具架底板与模具架底座之间增加或减少垫块的数量来改变饱和器与饱和器底板的相对位置，从而控制饱和器中可装入土的深度，实现均等地加深饱和器的深度，并用设有环形凸台的压样活塞静压，消除了人为因素造成的土面倾斜和各层厚度不等的缺点，提高了整个样品的均匀性与可靠性。

附图说明

图1为本发明的试样制备装置结构剖视图。

图2为本发明的压样活塞正视图。

图3为本发明的压样活塞俯视图。

图4为本发明的垫块正视图。

图5为本发明的垫块俯视图。

图中：1.模具架上环，2.饱和器，3.饱和器底板，4.模具架底板，5.垫块，6.螺栓，7.模具架拉杆，8.压样活塞，9.模具架底座，10.固定杆，11.环形凸台，12.u形口。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明。

如图1-5所示，本发明的一种静压法三轴试样制备装置，包括由筒形的饱和器2、可与饱和器2配合压样的压样活塞8以及饱和器底板3组成的模具，还包括可用来固定整套模具的模具架和可改变饱和器底板3与饱和器2相对位置的垫块5，在本最佳实施例中，饱和器2、压样活塞8以及饱和器底板3之间为最松动配合，所述饱和器2为一圆柱体钢筒，其高度与直径根据所制试样尺寸选定，所述模具架包括模具架底座9，其上设有模具架拉杆7和用于固定支撑饱和器底板3的固定杆10，所述垫块5为长方体，其一侧开设有可供模具架底座9上固定杆10和模具架拉杆7通过的u形口12，而且垫块5设有4块、且高度为固定杆10高度的五分之一，垫块5的上表面面积大于模具架底板4通孔的面积。其中模具架上环1和模具架底板4可分别与饱和器2的上下端配合组装，并连同饱和器2一起固定于模具架拉杆7的任意高度位置，模具架上环1和模具架底板4上还设有与饱和器2内径相等的通孔，所述压样活塞8上还设有直径大于模具架上环1通孔直径的环形凸台11，其中环形凸台11以下压样活塞8的高度为垫块5高度与饱和器2顶部至模具架上环1顶部高度的和。在本最佳实施例中，模具架上环1和模具架底板4全部通过螺栓6固定于模具架拉杆7上。

利用本发明的静压法三轴试样制备装置制备试样的方法，包括如下步骤：

1)根据所制试样的密实实度及尺寸，计算出所需土的质量，并将土平均分为五份；

2)将模具架上环1、模具架底板4与饱和器2组装好，并使模具架底板4紧贴模具架底座9，拧紧螺栓6使整个装置固定；

3)称出第一层土重，倒入饱和器2中，拂平土面，放上压样活塞8，并对压样活塞8施加静压力直至压样活塞8上的环形凸台11被模具架上环1顶住，此层压制完成后刨毛土样上表面；

4)松开螺栓6，首先在模具架底板4下面放置一块垫块5，使模具架底板4紧贴垫块5，拧紧螺栓6固定整个装置，然后称出第二层土重继续倒入饱和器2中，如步骤3)中所述完成第二层图样的压制；

5)剩余三层的制作依次重复步骤4)，最终完成土样的整个制备过程。