一种粗粒土三轴试样压实脱模装置及其使用方法

本发明属于岩土工程学科的土力学性能测试的实验设备领域，涉及了一种粗粒土三轴试样压实脱模装置及其使用方法。

背景技术：

1、粗粒土三轴试验是土工试验中常见的一种试验，用于测定粗粒土在不同围压、应变条件下的力学性能。试验通常分为试样制备、试样饱和、试样固结和试验四个步骤，其中每一个步骤对试验结果的准确性都具有重要影响。因此，规范的操作至关重要，而试样制备则是关键的一步。

2、在土工试验中，如果需要制备符合实际工程中试样总体密度的试样，则通常采用人工击实、目力测量等方法进行控制。不过这些方法难以操作，无法确保试样密度的均匀性和密实度要求，而且击实过程中可能会对粗粒土结构造成损坏，进而影响试样的力学性能结果。因此，精细的试样制备对确保试验结果的精确性和可靠性至关重要。

3、在现有技术中，公开号为“cn111103185a”的专利公开了一种旋压式粗粒土三轴试样制样器，其整体技术方案也是现如今日益常熟的技术方案。所述制样器包括底座、反力架、橡皮膜、制样筒、旋压装置、透水板、试样帽；所述底座包含上、中、下三层不同直径的圆柱形凸台，所述反力架包含环形底板、刚性反力柱、反力盖板。一种利用所述制样器的制样方法，包括：在底座扎好橡皮膜；将环形底板套装在上层凸台外围；安装制样筒；备好土料；逐层装填土料并压实；取出土样。该方法在不破坏粗粒土结构性的前提下，能够在短时间内制取三轴压缩试验测试使用的粗粒土试样，装置结构简单，使用方便，能够精准控制分层、控制粗粒土总密度，制样均匀且经济实用；

4、可见，在现有技术中，对于粗粒土的制样效果，尤其是土样与制样器取出的过程尤为重要，如取出过程不能够对土壤起到良好的保持效果，也就对制备的土样造成了一定程度的破坏，针对该问题，在现有技术中已经给出了将制样筒的本体进行拆卸以提升样品的保持性的效果，但是上述文件中使用较多的紧固件以及紧固螺栓，导致在土样进行取出的过程中需要一定的工作量以及工作时间将制样筒分离，并且在旋转螺栓的过程中，制样筒可能会收到小幅度的震荡，这也会对制样土造成结构破坏，鉴于此，需对上述问题进行深入研究。

技术实现思路

1、发明目的：本发明的目的是提供了一种粗粒土三轴试样压实脱模装置及其使用方法，解决了土样在制备仪器取出的过程中会对土体造成结构破坏的问题。

2、技术方案：本发明所述的一种粗粒土三轴试样压实脱模装置，包括基座、旋压支撑机构、旋压击实机构、筒体释放机构和制样筒；

3、所述旋压支撑机构与基座固定相连，并设置在基座的外侧；

4、所述旋压击实机构活动安装在旋压支撑机构上，并位于基座的正上方；

5、所述筒体释放机构设置在基座的顶端，所述筒体释放机构上设置有制样筒；

6、所述制样筒由四个单体弧形片构成，四个弧形片同心布置，每一个弧形片分别与筒体释放机构的不同位置相连接；

7、所述旋压支撑机构包括外座、支撑柱和支撑横梁，所述外座固定安置在基座的两边外侧，其底端与基座位于同一平面内；

8、所述支撑柱沿垂直方向固定安装在外座上；所述支撑横梁沿水平方向套设在两个支撑柱的外壁外侧，所述支撑横梁的两侧套设端位置处上下设置有两个螺母。

9、进一步的，所述旋压击实机构包括旋转扳手、旋压螺杆和击实片，所述旋压螺杆活动贯穿于支撑横梁的中部位置，并与支撑横梁螺接，所述旋压螺杆的顶端设置有旋转扳手，所述旋压螺杆的底端设置有击实片，所述击实片直径与制样筒的内径相对应。

10、进一步的，所述筒体释放机构包括导向柱、卡动组件、水平稳固组件、水平扩张组件和第一弹簧，四个所述导向柱沿垂直方向固定安装在基座的顶端，所述导向柱的外壁顶端开设有凹槽；

11、所述卡动组件可沿直线方向移动的套设在所有导向柱的外壁外侧；

12、所述水平稳固组件设置在卡动组件的顶端，所述水平稳固组件与制样筒中的每一个弧形片底部相连接；所述水平扩张组件安置在基座和卡动组件之间；

13、进一步的，所述第一弹簧套设在导向柱的外壁外侧，并抵接在卡动组件和基座之间。

14、进一步的，所述卡动组件包括安置板、卡块、按钮、第二弹簧和卡接部，所述安置板沿水平方向固定套设在四个导向柱的外壁外侧；

15、所述卡块，每两个为一组，每组所述卡块可向相对方向移动的设置在安置板的内腔中，所述卡块的端部还设置有卡接部，所述卡接部与导向柱外壁上的凹槽相适配卡接；

16、所述按钮可活动的安置在安置板内，其内端位于两个卡块的中部，其外端位于安置板的外侧；

17、所述第二弹簧安置在每组内的两个卡块之间；

18、所述按钮与两个所述卡块紧密接触，其接触位置为倾斜端面。

19、进一步的，所述水平稳固组件包括托架、凸台、导向槽和驱动座，所述托架固定安装在安置板的顶端，且托架为中空状；

20、所述凸台位于托架表面正中心，凸台直径与制样筒内径一致，凸台位于制样筒内部底端，刚好与制样筒内壁贴合；

21、四个所述导向槽开设在托架的顶端端面上；

22、所述驱动座可沿直线方向移动的设置在导向槽中，其顶端端面与托架顶端端面位于同一水平面内。

23、进一步的，所述水平扩张组件包括第一固定柱、第二固定柱、驱动块、连接块和驱动杆，

24、所述第一固定柱的底端与第二固定柱顶端固定一体，上端直接贯穿卡动组件、水平稳固组件直达凸台底端内部，与凸台固定一体，所述第一固定柱高度固定不变；

25、所述第二固定柱的底端与基座固定焊接；

26、所述驱动块活动贯穿于卡动组件和水平稳固组件，所述驱动块的顶端与驱动座底端固定相连；所述连接块固定设置在第一固定柱的外壁上，其数量与驱动块的数量相对应；

27、所述驱动杆，每两个为一组，分别通过销轴转动连接在位于同侧的连接块和驱动块上，所述驱动杆在默认状态下为倾斜状；

28、所述驱动块中位于托架内腔的外壁上设置有滚轮。

29、进一步的，一种粗粒土三轴试样压实脱模装置的使用方法，其具体使用步骤如下：

30、步骤(1)、向制样筒中倒入需要进行制样的粗粒土样品；

31、步骤(2)、调节支撑横梁为旋压击实机构所在的支撑高度；

32、步骤(3)、通过旋压击实机构对制样筒内土样进行击实，再添加土样，循环操作多次，直至达到土样制备所需体积；

33、步骤(4)、接触卡动组件对制样筒所在的高度限制，向下按压水平稳固组件致使制样筒的四个弧形片与样品脱离；

34、步骤(5)、取出凸台上土样，完成制样流程。

35、有益效果：本发明与现有技术相比，本发明的特点是：1、在基座的外侧设置有旋压支撑机构及旋压击实机构，通过旋压支撑机构及旋压击实机构，为本装置提供了一种对土样的旋压式击实的方式，使得本装置的操作更加规范，其击实角度以及方位更加准确；2、在基座顶端设置有筒体释放机构及制样使用到的制样筒，其中，本发明提供的制样筒由四个单体弧形片构成，四个弧形片同心布置，每一个弧形片分别与筒体释放机构的不同位置相连接，在制样筒重合时，能够组成与现有技术中相同形状的制样筒，但是，本发明提供的制样筒在另一状态下，每一个单体弧形片能够分离，使得制样筒的内腔瞬间扩大，制样筒内壁与制样土分离，可以直接取出内部完成制样的土样，可见本装置相对于现有技术中的筒体结构提出了较大程度的改进，并且通过筒体释放机构能够使得制样筒在两种形态下来回切换，整体装置结构上设置更加合理，有效的解决现有技术中对于土样从模具取出环节中的土体结构易受到损坏的弊端。