一种新型粗颗粒土动三轴试样制备装置的制作方法

本实用新型属于岩土工程中土工试验仪器技术领域，具体是一种新型粗颗粒土动三轴试样制备装置。

背景技术：

铁路路基工程粗粒土填料相关性能指标对路基功能的发挥至关重要，三轴试验作为该填料变形及强度特性的一项重要研究手段，为研究不同岩土工程问题中土体的变形及强度特性提供了较为科学的试验依据。在进行土动三轴试验前，首先需要进行土样制备的工作。实验室主要依据国标《土工试验方法标准》GB/T50123-1999和水利部行业标准《土工试验规程》SL237-1999中的 “ 试样制备和饱和”一节的击样法进行试样制备。即根据套筒容积和试验要求的干密度所需质量的湿土倒入装有套筒的击样器内，击实到所需密度。

现有的制样设备有好多，比如在专利公告号为CN 102288461 B中公开了一种粗粒土大型空心圆柱制样器及使用方法，该制样器采用振动电机提供振动力进行振动击实，配合传力杆和环形铁板来压实土样，与常规的击实锤沿导杆下落将重力势能转化为动能进行击实，具有方便、快捷、省力等特点。

但是，利用上述设备制备试样时，仅仅采用振动电机推动传力杆，容易产生偏心，对土样内部压实不均匀，土样表面不平整，另外，在压实过程中，缺乏设备的自我保护功能，容易损坏套筒及振动电机。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是提供一种新型粗颗粒土动三轴试样制备装置，该装置可均匀精准压实土样，避免试验荷载的偏心，又可很大程度节省人力，提高工作效率。

为解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案是：一种新型粗颗粒土动三轴试样制备装置，其特征在于：包括盛放粗粒土样的击实圆筒，击实圆筒两端开口，击实圆筒竖直放置于底座上，击实圆筒的正上方设置多功能油泵，多功能油泵与竖直放置的液压升降杆一端连接，液压升降杆的另一端水平固定击实圆盘，击实圆盘与击实圆筒的内径匹配，并与击实圆筒的上口对正，击实圆盘与液压升降杆的连接处设有高频振动仪，高频振动仪环绕于液压升降杆外侧，并通过圆垫板与击实圆盘连接，高频振动仪与多功能油泵之间电连接。

上述方案中，通过多功能液压泵推动液压升降杆，并带动击实圆盘至击实圆筒内，利用多功能液压泵设定的压力，对内部的粗粒土样压紧，并通过高频振动仪的振动敲击击实圆盘，实现对粗粒土样的压实，在振动敲击的过程中，适时调整多功能液压泵输出，使其压力维持在设定值，避免了载荷出现偏心，保证试样表面平整。

对上述方案作进一步说明，所述液压升降杆为内部具有液压油的可伸缩杆，其伸缩端竖直向下，且与击实圆盘固接。

对上述方案作进一步说明，所述多功能油泵驱动液压升降杆下端伸缩，并且多功能油泵可采集液压升降杆伸缩量。液压升降杆是利用液压驱动实现伸缩，多功能油泵配合液压升降杆，可以通过油压精确控制伸缩长度，控制驱动压力，能够实现均匀精准压实土样。

对上述方案作进一步说明，所述多功能油泵通过支架支撑，支架为门形框架，门形框架的两自由端固定于地面，门形框架中段固定悬挂多功能油泵，门形框架中段与左、右两支撑段通过限位支架连接，形成稳定三角形支撑。

对上述方案作进一步说明，所述门形框架两端焊接有固定底盘，固定底盘与地面贴合，并通过地螺栓连接。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：

（1）本实用新型采用多功能油泵配合液压升降杆和击实圆盘，多功能油泵能够控制所施加的压力，实现对击实圆筒内的粗粒土样的精确压实；在对粗粒土样持续施压的过程中，利用高频振动仪的振动，对击实圆盘进行振动冲击，在振动波的作用下，实现粗粒土样内部压实均匀性调整，保证内部平整密实，同时也可以避免多层土样压实时层间出现的薄弱结合面；

（2）本实用新型中的多功能油泵具有压力最大载荷限制，因此使用时，可根据粗粒土压实规范标准配置不同型号的油泵，设置所能承受的最大荷载值，在击实过程中，达到最大荷载值时，仪器会自动停止工作，对设备起到保护作用；

（3）本实用新型中的固定支架与限位支架形成三角形的稳固约束，可以更好的限制油泵的反向位移，保证压实的精确性。

附图说明

图1是本实用新型的整体结构示意图；

图2是图1的俯视图；

图中：1-地螺栓，2-底座，3-粗粒土样，4-击实圆筒，5-支架，6-击实圆盘，7-液压升降杆，8-多功能油泵，9-限位支架，10-固定地盘，11-高频振动仪，12-圆垫板，13-油泵固定支架。

具体实施方式

为使本实用新型的目的和优点更加清楚的呈现，以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细地说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本实用新型，而非限制本实用新型。

本实用新型具体为一种新型粗颗粒土动三轴试样制备装置，主要用于粗粒土样在土动三轴试验中的试样制备，为了能获取更加精确的室内动三轴粗粒土性能测试指标，其目的是把粗粒土样快速压紧压实，保证内部压实均匀，表面平整光滑。

根据附图1和2可知，该装置的具体结构主要包括支架5、多功能油泵8和击实圆筒4，其中击实圆筒4盛放粗粒土样3，支架5固定多功能油泵，多功能油泵8对粗粒土样3进行施压，实现粗粒土样3压紧。

为了实现精确压紧、内部压实，避免出现载荷偏心，一方面要保证与粗粒土样3接触的结构平整，压力精确并能够持续施压，另一方面需要对粗粒土样持续敲击。因此，击实圆筒4竖直放置于底座2上，在多功能油泵8上设置了液压升降杆7，液压升降杆7的神缩短设置了击实圆盘6，击实圆盘6与击实圆筒4的内径匹配，并与击实圆筒4的上口对正，击实圆盘6、击实圆筒4和底座2之间形成密闭空间，通过击实圆筒4与粗粒土样3上表面接触，击实圆盘6在多功能油泵8的作用下，沿着击实圆筒4向下滑动，实现对粗粒土样3压紧。

另外，为了保证击实圆盘6在击实圆筒4内滑动的过程中，不产生翻转或倾斜，要求液压升降杆7下端处于击实圆盘6的正中心，并击实圆盘6与液压升降杆7下端平面固为一体，同时对击实圆盘6四周进行光滑打磨，击实圆盘6厚度与击实圆筒4筒壁厚度相同，保证击实圆盘6始终垂直下压，不变形，则对粗粒土样3内部形成均匀压实。

由于粗粒土样3的体积比较大，通常粗粒土粒径d：0.075mm>d>0.005mm，仅仅通过多功能油泵8持续施压，很难消除内部间隙，需要外部持续振动敲击因此，在击实圆盘6与液压升降杆7的连接处设置高频振动仪11，高频振动仪11环绕于液压升降杆7外侧，并通过具有缓冲功能的圆垫板12与击实圆盘6连接，高频振动仪11与多功能油泵8之间电连接。高频振动仪11可采用电磁式振动盘，功率在30-50W，振动频率在50Hz，振动底盘直径小于所选用的击实圆盘6半径。当击实圆盘6接触到土样时，土样会给击实圆盘6一个反向荷载，多功能油泵8会把荷载传递给高频振动仪11，高频振动仪11接收到荷载信号后开始振动，多功能油泵8记录升降杆的位移值，当位移值达到设定值时，高频振动仪11会自动停止振动，将液压升降杆7收回到初始位置，当然也可在实验前不设置位移值，全程人工控制。

上述的液压升降杆7为内部具有液压油的可伸缩杆，其伸缩端竖直向下，且与击实圆盘6固接，多功能油泵8驱动液压升降杆7下端伸缩，并且多功能油泵8可采集液压升降杆7伸缩量。液压升降杆7是利用液压驱动实现伸缩，多功能油泵配合液压升降杆，可以通过油压精确控制伸缩长度，控制驱动压力，能够实现均匀精准压实土样。

本装置中的多功能油泵8通过支架5支撑，支架5为门形框架，门形框架的两自由端固定于地面，门形框架中段固定悬挂多功能油泵8，门形框架中段与左、右两支撑段通过限位支架9连接，形成稳定三角形支撑约束，可以更好的限制多功能油泵8的反向位移，保证压实的精确性。由于高频振动仪11的振动，因此在门形框架两端焊接有固定底盘10，固定底盘10与地面贴合，并通过地螺栓1连接，保证固定结实可靠，避免长期振动而引起支架的晃动。

本实用新型中的多功能油泵8，采用HTS电磁润滑油泵，该油泵额定压力为10kg，由电脑芯片控制设定，使电磁圈产生的磁力驱动，在磁场内推动活塞副与弹簧配合产生快速循环的柱塞推拉动作，将润滑油不断的推向出油口。该油泵具有极限压力保护，注油可控可调，压力补偿等功能。该油泵用于制备装置，可根据粗粒土压实规范标准设定不同压力，并且设置整个装置所能承受的最大荷载值，在击实过程中，达到最大荷载值时，仪器会自动停止工作，对设备起到保护作用。

本实用新型使用时，首先根据试样干密度称取所需的土样，土样分六层压实，每层压实厚度为100 mm。把击实圆筒4摆放到正确位置，用小勺将等分好的土样均匀放入击实圆筒4内，并抹平试样表面，设定压力值及液压升降杆伸长的长度，启动多功能油泵8，通过击实圆盘对试样施压，当击实圆盘接触到试样后，高频振动仪自动启动，高频振动仪将振动波传给圆垫板，圆垫板将振动波传给击实圆盘，击实圆盘将振动波传给土样，土样在压实荷载及振动波的作用下变得平整密实。装入下一层土样，重复上述过程 进行试样击实 ；直至最后一层土样的填撞压实，完成试样制备。

本实用新型作出了较当前常用动三轴仪更大合理的创新改进，本发明具有一套高频智能振动压实系统，较传统动三轴实验中人工压实相比，本发明的压实系统即可均匀精准压实土样，避免试验荷载的偏心；又可很大程度节省人力，提高工作效率。