一種高度可視化土工三軸試驗(yàn)試樣裝置及試樣制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于土木工程設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種土工三軸試驗(yàn)制樣裝置，并涉及一種土工三軸試驗(yàn)試樣制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]土力學(xué)的四大支柱，理論土力學(xué)、試驗(yàn)土力學(xué)、應(yīng)用土力學(xué)與計(jì)算土力學(xué)。試驗(yàn)土力學(xué)作為土力學(xué)發(fā)展的基礎(chǔ)，不僅僅是建立在采樣、制作、模擬影響因素而進(jìn)行的重復(fù)性測(cè)試，必將與理論土力學(xué)緊密結(jié)合。隨著土力學(xué)理論和土工實(shí)驗(yàn)技術(shù)的提升，土工三軸試驗(yàn)已成為一種常用的測(cè)量土體力學(xué)參數(shù)的方法。
[0003]在進(jìn)行土體試驗(yàn)時(shí)，英國(guó)GDS公司生產(chǎn)的STDTTS標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)力路徑三軸儀在各高校及科研機(jī)構(gòu)中廣泛應(yīng)用。只是，GDS公司沒(méi)有給出統(tǒng)一的試樣制備裝置，不同的科研人員根據(jù)試驗(yàn)要求及目的，開(kāi)發(fā)出了不同的試樣制備裝置。常規(guī)土樣制備模有直筒式和組裝式。直筒式模具制樣時(shí)把土樣倒入直筒模中，然后分層壓實(shí)到試樣所需的高度，再借助外力把試樣頂出來(lái)即可。組裝式就是把上述直筒式模具軸向切割拆開(kāi)分成若干塊的再組裝的形式，制樣時(shí)把各部分拼接成筒狀，在筒外使用鐵環(huán)將其固定，灌土分層壓實(shí)成型后再取下鐵環(huán)，掰開(kāi)模具即可。
[0004]但是，在試樣制備過(guò)程中，常規(guī)的試樣制備裝置具由金屬材料加工而成，無(wú)法直觀地判斷與控制裝樣高度。對(duì)于需嚴(yán)格控制試樣直徑和高度的土體力學(xué)試驗(yàn)，目前只能通過(guò)重復(fù)性的“裝樣一量測(cè)一拆樣”過(guò)程，來(lái)獲得相同的試樣。
[0005]因此設(shè)計(jì)一種合理的土工三軸試驗(yàn)試樣制備裝置，用來(lái)制備較規(guī)范的土工三軸試樣，是十分有必要的；同時(shí)對(duì)三軸試驗(yàn)成套設(shè)備的完善，也具有一定的實(shí)際意義。本發(fā)明的有益效果是:該三軸試驗(yàn)試樣制備模具，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，方便實(shí)用，能快速組裝、拆卸，且組裝后整體性好，試樣制備效果良好。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種土工三軸試驗(yàn)制樣裝置，該裝置可準(zhǔn)確控制試樣高度，制作密實(shí)度較為均勻的三軸試樣。
[0007]本發(fā)明的目的還在于提供一種土工三軸試驗(yàn)試樣的制備方法。
[0008]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為一種高度可視化土工三軸試驗(yàn)試樣裝置及試樣制備方法，其中，一種土工三軸試驗(yàn)制樣裝置，包括雙瓣膜和套環(huán)兩部分，雙瓣膜用以控制試樣，套環(huán)用以調(diào)節(jié)試樣密實(shí)度，所述套環(huán)套在雙瓣膜外表面；雙瓣膜被軸向分為能嚴(yán)密合實(shí)的兩部分:對(duì)開(kāi)半筒A和對(duì)開(kāi)半筒B。雙瓣膜為鋼化玻璃材質(zhì)。雙瓣膜分為上部、中部、底部三部分。雙瓣膜的底部為雙瓣膜與試驗(yàn)儀器底座結(jié)合的部分，其高度與儀器底座高度一致。雙瓣膜中部為形成試樣的部分，雙瓣膜中部的高度滿足所制試樣高度與直徑之比為2.0?2.5的要求。雙瓣膜上部為放置與固定試樣帽的部分。為便于橡皮膜的固定及橡皮筋的綁扎，雙瓣膜的底部和上部?jī)?nèi)徑大于中部?jī)?nèi)徑，且上部與中部的外徑通過(guò)圓滑過(guò)渡銜接。
[0009]雙瓣膜上設(shè)有刻度且相互對(duì)稱。對(duì)開(kāi)半筒A和對(duì)開(kāi)半筒B拼裝后形成連接縫，刻度垂直于連接縫，對(duì)開(kāi)半筒A和對(duì)開(kāi)半筒B的兩側(cè)設(shè)置分別有刻度線(3)?？潭染€(3)的零點(diǎn)位于壓力室底座上透水石的頂部，其最小值為1_。
[0010]在雙瓣膜中部，對(duì)開(kāi)半筒A中間設(shè)有鋼化玻璃材質(zhì)的真空抽氣孔(I)并連接橡膠抽氣導(dǎo)管(2)，從而使橡皮膜覆蓋并緊貼雙瓣膜的內(nèi)表面。
[0011]所述套環(huán)為不銹鋼材質(zhì)，套環(huán)包括套環(huán)環(huán)體(4)、連接螺栓桿、連接螺栓(5);套環(huán)環(huán)體(4)上設(shè)有連接螺栓桿及連接螺栓(5)，通過(guò)調(diào)節(jié)連接螺栓(5)進(jìn)而實(shí)現(xiàn)連接螺栓桿的鎖緊程度。
[0012]一種土工三軸試驗(yàn)試樣制備方法:該制備方法包含以下步驟:步驟1:組裝雙瓣膜；步驟2:裝填土樣；步驟3:拆除雙瓣膜；具體而言，該步驟包括以下詳細(xì)步驟，
[0013]步驟一，組裝雙瓣膜。先在壓力室底座上依次放上透水石、濾紙，用橡皮筋將橡皮膜一端固定在壓力室底座上，保證橡皮膜不漏水漏氣。將對(duì)開(kāi)半筒A與對(duì)開(kāi)半筒B放置在壓力室底座兩側(cè)，并進(jìn)行對(duì)接組裝。將套環(huán)環(huán)體(4)套在雙瓣膜的柱體中部，擰緊連接螺栓
(5)，箍緊雙瓣膜。將連接抽氣孔的橡膠抽氣導(dǎo)管(2)與真空栗連接進(jìn)行抽氣，使橡皮膜緊貼對(duì)開(kāi)筒的內(nèi)壁。
[0014]步驟二:裝填土樣。在模內(nèi)注入適量無(wú)氣水，將在水中煮沸冷涼后的砂子，填入橡皮膜內(nèi)，通過(guò)雙瓣膜上的刻度線(3)控制試樣高度。整平試樣表面，依次放上濾紙，透水石，試樣帽，并扎緊橡皮膜。
[0015]步驟三:拆除雙瓣膜。對(duì)試樣內(nèi)部施加1KPa的負(fù)壓，使試樣站立。停止真空抽氣，將雙瓣膜柱體外部的套環(huán)拆除，然后將雙瓣膜拆除，試樣制備完成。
[0016]本發(fā)明的有益效果是:試樣裝置組裝方便快捷，試樣制備過(guò)程直觀，通過(guò)雙瓣膜上的刻度線可精確控制試樣制備高度，且真空抽氣確保試樣直徑沿高度保持一致，從而制作的三軸試樣密實(shí)度較均勻，獲得較為可靠的土工三軸試驗(yàn)數(shù)據(jù)。
【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1是對(duì)開(kāi)半筒A結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖2是對(duì)開(kāi)半筒B結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖3是兩瓣模的底面示意圖。
[0020]圖4是刻度線示意圖。
[0021]圖5是真空抽氣孔及橡膠導(dǎo)管的示意圖。
[0022]圖6是套環(huán)的示意圖。
[0023]圖中:1-真空抽氣孔；2_真空抽氣導(dǎo)管；3_刻度線；4_套環(huán)環(huán)體；5_連接螺栓。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0025]本發(fā)明從圖1到圖6所示，本實(shí)驗(yàn)裝置包括兩瓣模、套環(huán)，兩瓣模被軸向分為能嚴(yán)密合實(shí)的兩部分:對(duì)開(kāi)半筒A和對(duì)開(kāi)半筒B ;可套在對(duì)開(kāi)筒柱體外的套環(huán)。兩瓣模被分為上部、中部、底部三部分。底部為與試驗(yàn)儀器底座結(jié)合的部分，其高度應(yīng)與儀器底座高度一致。中部為形成試樣的部分，其高度應(yīng)滿足所制試樣高度與直徑之比為2.0?2.5的要求。上部為放置與固定試樣帽的部分。為便于橡皮膜的固定及橡皮筋的綁扎，雙瓣膜的底部和上部的內(nèi)徑比中部稍大一些，且上部與中部的外徑進(jìn)行圓滑過(guò)渡。
[0026]套環(huán)為不銹鋼材質(zhì)，厚度為0.5mm,箍緊兩瓣模。其上有可活動(dòng)的連接螺栓桿，具有調(diào)節(jié)套環(huán)松緊的功能。
[0027]本發(fā)明提供的一種土工三軸試驗(yàn)試樣制備方法，可用于精確控制試樣的高度，從個(gè)人獲得較可靠的土工三軸試驗(yàn)數(shù)據(jù)。主要包括以下四個(gè)步驟:
[0028]步驟一:組裝雙瓣膜。先在壓力室底座上依次放上透水石、濾紙，用橡皮筋將橡皮膜一端固定在壓力室底座上，保證橡皮膜不漏水漏氣。將對(duì)開(kāi)半筒A與對(duì)開(kāi)半筒B放置在壓力室底座兩側(cè)，并進(jìn)行對(duì)接組裝。將套環(huán)環(huán)體(4)套在雙瓣膜的柱體中部，擰緊連接螺栓
(5)，箍緊雙瓣膜。將連接抽氣孔的橡膠抽氣導(dǎo)管(2)與真空栗連接進(jìn)行抽氣，使橡皮膜緊貼對(duì)開(kāi)筒的內(nèi)壁。
[0029]步驟二:裝填土樣。在模內(nèi)注入適量無(wú)氣水，將在水中煮沸冷涼后的砂子，填入橡皮膜內(nèi)，通過(guò)雙瓣膜上的刻度線(3)控制試樣高度。整平試樣表面，依次放上濾紙，透水石，試樣帽，并扎緊橡皮膜。
[0030]步驟三:拆除雙瓣膜。對(duì)試樣內(nèi)部施加1KPa的負(fù)壓，使試樣站立。停止真空抽氣，將雙瓣膜柱體外部的套環(huán)拆除，然后將雙瓣膜拆除，試樣制備完成。
[0031]本發(fā)明制作的試樣比較均勻，制備效果良好，從而能夠獲得較可靠的三軸試驗(yàn)數(shù)據(jù)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種高度可視化土工三軸試驗(yàn)試樣裝置，其特征在于:該裝置包括雙瓣膜和套環(huán)兩部分，雙瓣膜用以控制試樣，套環(huán)用以調(diào)節(jié)試樣密實(shí)度，所述套環(huán)套在雙瓣膜外表面；雙瓣膜被軸向分為能嚴(yán)密合實(shí)的兩部分:對(duì)開(kāi)半筒A和對(duì)開(kāi)半筒B ;雙瓣膜為鋼化玻璃材質(zhì)；雙瓣膜分為上部、中部、底部三部分；雙瓣膜的底部為雙瓣膜與試驗(yàn)儀器底座結(jié)合的部分，其高度與儀器底座高度一致；雙瓣膜中部為形成試樣的部分，雙瓣膜中部的高度滿足所制試樣高度與直徑之比為2.0?2.5的要求；雙瓣膜上部為放置與固定試樣帽的部分；為便于橡皮膜的固定及橡皮筋的綁扎，雙瓣膜的底部和上部?jī)?nèi)徑大于中部?jī)?nèi)徑，且上部與中部的外徑通過(guò)圓滑過(guò)渡銜接； 雙瓣膜上設(shè)有刻度且相互對(duì)稱；對(duì)開(kāi)半筒A和對(duì)開(kāi)半筒B拼裝后形成連接縫，刻度垂直于連接縫，對(duì)開(kāi)半筒A和對(duì)開(kāi)半筒B的兩側(cè)設(shè)置分別有刻度線(3);刻度線(3)的零點(diǎn)位于壓力室底座上透水石的頂部，其最小值為Imm ； 在雙瓣膜中部，對(duì)開(kāi)半筒A中間設(shè)有鋼化玻璃材質(zhì)的真空抽氣孔(I)并連接橡膠抽氣導(dǎo)管(2)，從而使橡皮膜覆蓋并緊貼雙瓣膜的內(nèi)表面。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高度可視化土工三軸試驗(yàn)試樣裝置，其特征在于:所述套環(huán)為不銹鋼材質(zhì)，套環(huán)包括套環(huán)環(huán)體(4)、連接螺栓桿、連接螺栓(5);套環(huán)環(huán)體(4)上設(shè)有連接螺栓桿及連接螺栓(5)，通過(guò)調(diào)節(jié)連接螺栓(5)進(jìn)而實(shí)現(xiàn)連接螺栓桿的鎖緊程度。3.一種高度可視化土工三軸試驗(yàn)試樣制備方法，其特征在于:該制備方法包含以下步驟:步驟1:組裝雙瓣膜；步驟2:裝填土樣；步驟3:拆除雙瓣膜；具體而言，該步驟包括以下詳細(xì)步驟， 步驟一，組裝雙瓣膜；先在壓力室底座上依次放上透水石、濾紙，用橡皮筋將橡皮膜一端固定在壓力室底座上，保證橡皮膜不漏水漏氣；將對(duì)開(kāi)半筒A與對(duì)開(kāi)半筒B放置在壓力室底座兩側(cè)，并進(jìn)行對(duì)接組裝；將套環(huán)環(huán)體(4)套在雙瓣膜的柱體中部，擰緊連接螺栓(5)，箍緊雙瓣膜；將連接抽氣孔的橡膠抽氣導(dǎo)管(2)與真空栗連接進(jìn)行抽氣，使橡皮膜緊貼對(duì)開(kāi)筒的內(nèi)壁； 步驟二:裝填土樣；在模內(nèi)注入適量無(wú)氣水，將在水中煮沸冷涼后的砂子，填入橡皮膜內(nèi)，通過(guò)雙瓣膜上的刻度線(3)控制試樣高度；整平試樣表面，依次放上濾紙，透水石，試樣帽，并扎緊橡皮膜； 步驟三:拆除雙瓣膜；對(duì)試樣內(nèi)部施加1KPa的負(fù)壓，使試樣站立；停止真空抽氣，將雙瓣膜柱體外部的套環(huán)拆除，然后將雙瓣膜拆除，試樣制備完成。
【專利摘要】一種高度可視化土工三軸試驗(yàn)制樣裝置及試樣制備方法，土工三軸試驗(yàn)制樣裝置包括雙瓣膜和套環(huán)兩部分。雙瓣膜為帶有刻度的鋼化玻璃對(duì)開(kāi)圓筒，被軸向分為能嚴(yán)密合實(shí)的兩部分：對(duì)開(kāi)半筒A和對(duì)開(kāi)半筒B。對(duì)開(kāi)半筒A和對(duì)開(kāi)半筒B拼裝后形成兩個(gè)連接縫，垂直于連接縫，在對(duì)開(kāi)半筒兩側(cè)設(shè)置刻度線。在對(duì)開(kāi)半筒A上設(shè)有真空抽氣孔并連接橡膠抽氣導(dǎo)管，使橡皮膜覆蓋并緊貼雙瓣膜的內(nèi)表面。套環(huán)為不銹鋼材質(zhì)，設(shè)有連接螺栓，可箍緊雙瓣膜。試樣裝置組裝方便快捷，通過(guò)雙瓣膜上的刻度線可精確控制試樣制備高度，且真空抽氣使橡皮膜緊貼雙瓣膜內(nèi)側(cè)，確保試樣直徑沿高度保持一致，從而制作的三軸試樣密實(shí)度較均勻，可獲得較為可靠的土工三軸試驗(yàn)數(shù)據(jù)。
【IPC分類】G01N1/28
【公開(kāi)號(hào)】CN105181416
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510657102
【發(fā)明人】杜修力, 張佩, 路德春
【申請(qǐng)人】北京工業(yè)大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年12月23日
【申請(qǐng)日】2015年10月12日