本發(fā)明涉及一種濕搗法制備空心圓柱砂土試樣的擊實(shí)裝置。

背景技術(shù)：

天然沉積形成的土體力學(xué)特性十分復(fù)雜，由于受到沉積環(huán)境、地質(zhì)歷史等因素的影響，土體具有明顯的結(jié)構(gòu)性。土的結(jié)構(gòu)性定義為土顆粒和孔隙的大小、形狀，顆粒排列形式，以及顆粒之間的相互作用力，并將顆粒排列的幾何特征稱為組構(gòu)，將顆粒之間的相互作用力稱為顆粒聯(lián)結(jié)，即廣義的土體結(jié)構(gòu)性包括組構(gòu)與顆粒聯(lián)結(jié)。關(guān)于土的結(jié)構(gòu)性研究的重要性，早在1925年就由Terzaghi指出，沈珠江院士稱之為21世紀(jì)土力學(xué)的核心，謝定義等認(rèn)為土的結(jié)構(gòu)性是決定各類土力學(xué)特性的一個(gè)最為根本的內(nèi)在因素。然而對(duì)于土的結(jié)構(gòu)性研究，施斌指出結(jié)構(gòu)性難以測(cè)量和定量化，相比而言，組構(gòu)較易定量化研究，結(jié)構(gòu)中的許多信息可以從相應(yīng)的組構(gòu)中獲得，因而要了解土的結(jié)構(gòu)性特征，首先要開展組構(gòu)的研究。

在研究組構(gòu)對(duì)砂土力學(xué)特性影響時(shí)，由于很難獲取原狀砂樣，往往采用不同制樣方法制備砂樣進(jìn)行室內(nèi)單元體試驗(yàn)。制樣方法主要有落砂法、濕搗法、砂雨法、水下沉積法、水下震動(dòng)法、濕振法等。已有研究表明，不同制樣方法制備的砂樣具有不同的組構(gòu)。由落砂法制得的砂樣，其顆粒長(zhǎng)軸的排列方向近于水平方向；由濕搗法制得的砂樣，其顆粒排列無(wú)最優(yōu)排列方向，近于雜亂無(wú)章排列。濕搗法的具體操作為將試樣所需的砂烘干后與一定質(zhì)量的無(wú)氣水均勻攪拌后用塑料薄膜包裹后放入密封容器內(nèi)靜置；后將濕砂分成若干等份依次倒入成樣模具中，每份砂土經(jīng)擊實(shí)器擊實(shí)，每層高度根據(jù)需要進(jìn)行控制，通過(guò)施加不同程度的擊實(shí)能可以制成具有不同相對(duì)密實(shí)度的試樣。

已有的關(guān)于組構(gòu)對(duì)砂土力學(xué)特性影響的試驗(yàn)研究，多數(shù)基于三軸試驗(yàn)。研究者通過(guò)對(duì)不同組構(gòu)砂土的三軸不排水試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，相同相對(duì)密實(shí)度和應(yīng)力狀態(tài)下不同組構(gòu)試樣在相同應(yīng)力路徑下的力學(xué)性狀不同；通過(guò)對(duì)不同組構(gòu)砂樣進(jìn)行的三軸壓縮、三軸拉伸和扭剪試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，無(wú)論在何種剪切模式和圍壓大小條件下，相同試驗(yàn)條件下，落砂法試樣呈現(xiàn)出較強(qiáng)的剪縮性，而濕搗法試樣具有較強(qiáng)的剪脹性和較大剛度。然而，傳統(tǒng)的三軸試驗(yàn)只能施加豎向力，無(wú)法實(shí)現(xiàn)更為復(fù)雜的應(yīng)力路徑，因此研究?jī)?nèi)容較少。

自20世紀(jì)80年代以來(lái)，空心圓柱扭剪儀逐漸發(fā)展，該儀器可以獨(dú)立控制內(nèi)外圍壓、軸向力以及扭矩，從而可以實(shí)現(xiàn)大主應(yīng)力方向連續(xù)旋轉(zhuǎn)，中主應(yīng)力系數(shù)變化等復(fù)雜應(yīng)力路徑，進(jìn)一步研究土體在波浪荷載、交通荷載等作用下的動(dòng)力特性。但是，利用該儀器研究組構(gòu)對(duì)砂土在復(fù)雜應(yīng)力路徑下力學(xué)特性的影響卻鮮有報(bào)道。究其主要原因是，三軸試驗(yàn)是實(shí)心圓柱試樣，進(jìn)行濕搗法制樣時(shí)，采用配套的三軸圓柱體擊實(shí)器即可；而空心圓柱扭剪試驗(yàn)沒有配套的擊實(shí)裝置。對(duì)于空心圓柱扭剪試樣，在內(nèi)、外制樣模具形成的狹小空心圓柱空間中，傳統(tǒng)的圓柱體擊實(shí)器根本無(wú)法放入，而且模具高度較大，即使傳統(tǒng)的圓柱體擊實(shí)器縮小尺寸能夠放入其中，當(dāng)擊實(shí)較底層土體時(shí)，很難將擊實(shí)器的小錘提起，另外，空心圓柱試樣是環(huán)形試樣，若采用縮小的傳統(tǒng)擊實(shí)器，由于與土樣接觸面較小，需要多次圍繞模具對(duì)砂樣進(jìn)行擊實(shí)，如此以來(lái)，砂樣均勻性有很大的不確定性。因此利用傳統(tǒng)的擊實(shí)器無(wú)法制備空心圓柱扭剪砂樣。沒有空心圓柱扭剪試驗(yàn)擊實(shí)裝置，則無(wú)法進(jìn)行濕搗法制樣，嚴(yán)重限制了利用空心圓柱扭剪儀進(jìn)行組構(gòu)對(duì)砂土力學(xué)特性影響的研究。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于背景技術(shù)的不足，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種濕搗法制備空心圓柱砂土試樣的擊實(shí)裝置，該裝置能夠在內(nèi)、外制樣模具形成的圓柱空心空間內(nèi)更加方便快捷且均勻地?fù)魧?shí)砂土試樣。

為此，本發(fā)明提供的濕搗法制備空心圓柱砂土試樣的擊實(shí)裝置，包括基座和擊錘，其特征是：所述基座上帶有多個(gè)豎向分布的導(dǎo)向桿，每個(gè)導(dǎo)向桿上均套接有扇環(huán)形的擊錘，擊錘上固定有固定桿，固定桿上端與橫向分布的圓環(huán)固定連接。

本發(fā)明提供的濕搗法制備空心圓柱砂土試樣的擊實(shí)裝置能夠?qū)崿F(xiàn)在內(nèi)、外制樣模具形成的圓柱空心空間內(nèi)采用濕搗法制備砂土試樣，同時(shí)解決鋼錘每次擊實(shí)試樣后無(wú)法從內(nèi)、外制樣模具形成的狹小圓柱空心空間中提起的難題，從而可以獲取特定組構(gòu)的砂土試樣，為后續(xù)進(jìn)行利用空心圓柱扭剪儀研究組構(gòu)（顆粒排列方式）對(duì)砂土力學(xué)特性的影響提供高質(zhì)量砂土試樣。該裝置具有提高擊實(shí)效率，操作簡(jiǎn)單方便等特點(diǎn)。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明第一種實(shí)施例提供的濕搗法制備空心圓柱砂土試樣的擊實(shí)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為圖1中的基座及導(dǎo)向桿在試驗(yàn)筒體中的俯視圖示意圖。

圖3為圖1中的鋼錘及兩固定桿在試驗(yàn)筒體中的俯視圖示意圖。

圖4為圖1中的橫向細(xì)圓環(huán)俯視圖示意圖。

圖5為本發(fā)明第二種實(shí)施例提供的濕搗法制備空心圓柱砂土試樣的擊實(shí)裝置的基座和導(dǎo)向桿的結(jié)構(gòu)俯視示意圖。

圖6為圖5中的導(dǎo)向桿套上擊錘后的結(jié)構(gòu)俯視示意圖。

圖7為圖6中的擊錘配置圓環(huán)后的結(jié)構(gòu)俯視示意圖。

具體實(shí)施方式

參照?qǐng)D1、圖2、圖3、圖4所示，本發(fā)明第一種實(shí)施例提供的濕搗法制備空心圓柱砂土試樣的擊實(shí)裝置，包括基座1和擊錘2，所述基座1上帶有多個(gè)豎向分布的導(dǎo)向桿3，每個(gè)導(dǎo)向桿3上均套接有扇環(huán)形的擊錘2，擊錘2上固定有固定桿4，固定桿4上端與橫向分布的圓環(huán)5固定連接。所述基座1呈扇環(huán)形分布，基座1數(shù)量有兩個(gè)且相對(duì)對(duì)稱分布，所述基座1的導(dǎo)向桿3上對(duì)應(yīng)套接有形狀與其匹配的所述擊錘2。

參照?qǐng)D5、圖6、圖7所示，本發(fā)明第二種實(shí)施例與第一種實(shí)施例基本相同，區(qū)別僅在于：所述基座1呈環(huán)形，基座1上帶有環(huán)形導(dǎo)向槽6，環(huán)形導(dǎo)向槽6中設(shè)置有導(dǎo)向環(huán)7，導(dǎo)向環(huán)7可在所述環(huán)形導(dǎo)向槽6中轉(zhuǎn)動(dòng)，導(dǎo)向環(huán)7上對(duì)應(yīng)所述擊錘2的數(shù)量固定設(shè)置有導(dǎo)向桿3，每個(gè)導(dǎo)向桿3上套接有所述擊錘2。所述導(dǎo)向環(huán)7上均勻分布有兩根導(dǎo)向桿3，兩根導(dǎo)向桿3上分別套接有擊錘2。本實(shí)施例中，擊錘2可以在導(dǎo)向環(huán)3上沿著環(huán)形導(dǎo)向槽6移動(dòng)以更換擊打位置，可在不移動(dòng)裝置的前提下進(jìn)行操作，使用上更加方便快捷，而且兩個(gè)擊錘2擊打在一個(gè)整體結(jié)構(gòu)的環(huán)形基座上，使砂土的受理更加均勻。