一种三轴制样搅拌抛毛器的制作方法

本发明涉及一种三轴制样搅拌抛毛器，特别涉及一种制备具有较高含水率和孔隙率粉质粘土试样的三轴制样搅拌抛毛器和制样方法。

背景技术：

粉质粘土通常是指塑性指数介于10～17之间的黏性土，其粉粒组含量大于砂粒组含量。在我国分布广泛，该类土水稳性差，在雨季易被冲刷侵蚀，极端天气下容易产生边坡冲刷和滑塌。所以对粉质粘土进行研究有益于对滑坡泥石流灾害进行进一步分析。室内三轴实验不仅能够准确的测出土壤的抗剪强度特性，还能通过孔隙水压力的变化分析剪切过程中应力路径的变化，而均匀试样是确保实验数据稳定和可靠的前提条件。

目前，常规三轴实验的制样方法主要通过击实法来实现，通常采用将土制成直径39.1mm、高80mm的小三轴试样或者直径61.8mm、高125mm的中三轴试样。击实法具有简单易操作，制样周期短等优点，但其缺点是试样的均匀性很难控制，其主要原因有以下四点：

1.当制作压实试样时，只需要将击实器按照一定的次数进行击实就可以，尤其是针对小三轴试样制样效果还能够达到所需要求，但是对于中三轴试样由于试样的含土量较多，很难保证试样的均匀性；

2.对于粉质粘性土而言，当制样的含水量较大时，拌合的土样会成团状，也会影响试样的均匀性；

3.是当制作孔隙率较大的具有一定密度的试样时，此时的试样不能采用压实操作，必须同时控制其质量和体积才能达到效果，因此如果仅仅在将土样装入击样筒，而不压实的情况下，团状土之间的空隙将会远远比团状土本身的土颗粒间的空隙大得多，三轴试样就会变得极不均匀。

4.分层制样的过程中，由于下层土的上表层经过击实锤的击打变得光滑，简单的抛毛措施很难均匀性的使上下层土很好地连接起来。

因此，改进制样器以及制样方法会大大降低人为因素对试样的造成的影响。

技术实现要素：

本发明的目的是：为解决上述现有技术无法解决的技术问题，提供一种操作简单、功能性强、经济可靠的三轴制样搅拌抛毛器以及有效的制样方法，能够切实提高制样的均匀性，减少人为制样因素对三轴试样的影响。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

在原有三轴设备击样筒的基础上，一种三轴制样搅拌抛毛器改进并添加了以下设备：固定器、夹板、搅拌器、搅拌抛毛杆；

进一步的是：所述固定器进一步包括：击样座、底座、拉杆、螺母；底座和拉杆均与击样座、上螺纹装置和搅拌抛毛器的尺寸相匹配，击样座套于底座内；螺母通过拉杆将击样筒固定住；

进一步的是：所述夹板进一步包括：上螺纹装置；上螺纹装置是在传统夹板的基础上增加了高度，增设了内圈的螺纹结构，与下螺纹装置的外螺纹相匹配，上螺纹装置又通过螺母和拉杆将夹板与击样筒进行固定，最终使整个制样抛毛器连接成可拆卸的整体结构；

进一步的是：所述搅拌器进一步包括：垫板、金属垫片、下螺纹装置、直流电动机、直流电池、接线管、竖向锥齿轮、横向锥齿轮、轴承、三爪卡盘、翘板开关；这一部分是发明的最重要的部分，垫板设有捣孔并且垫板与上螺纹装置相连接固定，垫板作用在于将制样筒的土体与搅拌器的内部结构相隔开；金属垫片内嵌于垫板的孔内以减轻刻度杆在旋转时的摩擦消耗；直流电动机和直流电池以及接线管和翘板开关内嵌于下螺纹装置中，接线管内设置金属导线将三个五号电池和电动机以及开关连接在一起，制样时只需要通过翘板开关来控制搅拌器的旋转即可；横向锥齿轮和竖向锥齿轮垂直相匹配，轴承与横向锥齿轮和三爪卡盘通过焊接形成整体，轴承内圈下册焊接横向锥齿轮，轴承内圈上册焊接三爪卡盘，轴承外圈嵌入搅拌器上部从而进行固定，最终通过齿轮传动，将电动机横向转动转化为垂直方向的轴承内圈连接的三个部分的整体转动，达到搅拌和抛锚的目的；

进一步的是：所述搅拌抛毛杆进一步包括：刻度杆、捣头、抛毛头；刻度杆和捣头、抛毛头均采用螺纹连接的方式进行连接；刻度杆通过三爪卡盘进行压紧，控制其左右方向并固定，并穿过下层垫板的金属捣孔，控制其垂直方向。

本发明的增益效果是：

1.本发明解决了制作高含水率和孔隙率的重塑三轴试样的不均性问题，以及分层制样时，层间不能很好连接的问题。通过搅拌杆对击样筒内的团状土进行电动搅拌，将每一层土搅拌成小颗粒状再进行控制击样，这就很好得控制了在击样前的土壤均匀性；每层击样后再通过抛毛杆进行抛毛一定的厚度后再次装样，均匀抛毛后再进行后面的制样，解决了层间连接不均，联结性不好的问题；双重控制下，大大减少人为因素对制样的影响。

2.本发明的制样筒采用原有三轴实验设备，可以很好地与其相匹配，减少成本投入。

3.本发明操作方便，一杆多用，刻度杆可以同时用来搅拌和抛毛，高度控制也可以直接用三爪卡盘来调节。

附图说明

图1为本发明整体立体图

图2为本发明整体俯视图

图3为本发明a-a剖面图

图4为本发明搅拌器内部结构分解图

图5为本发明搅拌抛毛装置立体图

附图标识：

1-击样座，2-底座，3-拉杆，4-螺母，5-紧箍，6-圆模筒，7-上螺纹装置，8-垫板，9-金属垫片，10-下螺纹装置，10a-下螺纹装置下部结构，10b-下螺纹装置中部结构，10c-下螺纹装置上部结构，11-直流电动机，12-直流电池，13-接线管，14-竖向锥齿轮，15-横向锥齿轮，16-轴承，17-三爪卡盘，18-翘板开关，19-刻度杆，20-捣头，21-抛毛头

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

本发明一种三轴制样搅拌抛毛器，包括：固定器、击样筒、夹板、搅拌器、搅拌抛毛杆；

所述固定器进一步包括：击样座1、底座2、拉杆3、螺母4；底座2和拉杆3均与击样座1、上螺纹装置7和搅拌抛毛器的尺寸相匹配，击样座1套于底座2内；螺母4通过拉杆3将击样筒固定住；

所述击样筒进一步包括：紧箍5、圆模筒6由三片圆弧片组成；紧箍5套在圆模筒6上进行固定；

所述夹板进一步包括：上螺纹装置7；上螺纹装置7是在传统夹板的基础上增加了高度，增设了内圈的螺纹结构，与下螺纹装置的外螺纹相匹配，上螺纹装置7又通过螺母4和拉杆3将夹板与击样筒进行固定，最终使整个制样抛毛器连接成可拆卸的整体结构；

所述搅拌器进一步包括：垫板8、金属垫片9、下螺纹装置10、直流电动机11、直流电池12、接线管13、竖向锥齿轮14、横向锥齿轮15、轴承16、三爪卡盘17、翘板开关18；这一部分是本发明的最重要的部分，垫板8设有捣孔并且垫板8与上螺纹装置7相连接固定，垫板8作用在于将制样筒的土体与搅拌器的内部结构相隔开；金属垫片9内嵌于垫板8的孔内以减轻刻度杆19在旋转时的摩擦消耗；下螺纹装置10由下10(a)、中10(b)、上10(c)三个结构进行组装；直流电动机11和直流电池12以及接线管13和翘板开关18内嵌于下螺纹装置10中，接线管13内设置金属导线将三个五号电池和电动机11以及开关连接在一起，制样时只需要通过翘板开关18来控制搅拌器的旋转即可；横向锥齿轮15和竖向锥齿轮14垂直相匹配，轴承16与横向锥齿轮15和三爪卡盘17通过焊接形成整体，轴承16内圈下册焊接横向锥齿轮15，轴承16内圈上册焊接三爪卡盘17，轴承16外圈嵌入搅拌器上部从而进行固定，最终通过齿轮传动，将电动机横向转动转化为垂直方向的轴承内圈连接的三个部分的整体转动，达到搅拌和抛锚的目的；

所述搅拌抛毛杆进一步包括：刻度杆19、捣头20、抛毛头21；刻度杆19和捣头20、抛毛头21均采用螺纹连接的方式进行连接；刻度杆19通过三爪卡盘17进行压紧，控制其左右方向并固定，并穿过下层垫板8的金属捣孔，控制其垂直方向。

参考附图，本发明一种三轴制样搅拌抛毛器的使用方法，具体包括以下步骤：

步骤1：首先根据需要制样的干密度要求，通过圆模筒的体积，准确计算并称量一份试样的干土质量；再根据所需含水量计算出一份试样的需水质量，与干土拌合均匀后分成6等份；

步骤2：固定器、击样筒、夹板按照图示通过拉杆3和螺母4紧固后，加入一上述配好的一份土样；

步骤3：将刻度杆19与捣头20螺纹拧紧后，从下而上穿入搅拌器下方的捣孔，并从上方的三爪卡盘17穿出，初步旋转三爪卡盘螺旋，对刻度杆进行固定；

步骤4：将搅拌器整体，通过上下螺纹结构7、10进行初步螺纹旋钮，再次移动刻度杆使捣头恰好处于加入的土样中间部位；

步骤5：打开翘板开关18，电动机10转动带动刻度杆19和捣头20转动，对加入的土样进行搅拌，同时缓慢旋转下螺纹结构10，使捣头充分接触土样进行搅拌；

步骤6：搅拌2分钟后，停止搅拌器，可再通过三爪卡盘17调整刻度杆的捣头20高度进行再次搅拌，直至土样分散均匀；

步骤7：搅拌均匀后，去除搅拌器，通过击实器对土样击压，控制圆膜筒6高度的1/6；

步骤8：将搅拌器的捣头20换成抛毛头21，再次通过上下螺纹结构7、10进行初步螺纹旋钮，移动刻度杆19使抛毛头21恰好处于击压好的土样表层，打开开关，通过旋转下螺纹结构10，控制抛锚的深度即可完成整体表面抛锚；

步骤9：一步一步加入剩下的5份试样，并且每一次都重复上述步骤3-8，直至试样完成。

以上所述实施例是本发明的较佳实施例所做的进一步详细说明，并不能认定为发明的具体实施仅限于这些说明。故在不脱离本发明的思路以及形状和原理的前提下，还可以做出简单的推演和替换，都应当涵盖在本发明的保护范围内。