一種空心扭剪三軸試樣制備裝置及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種空心扭剪三軸試樣制備裝置及其制備方法，該裝置包括一個(gè)帶閥門的漏斗，漏斗下端連接軟管，軟管插入Y型三通接頭，接頭下端插入兩根軟管，軟管下端分別連接兩根硬質(zhì)塑料管，硬質(zhì)塑料管上端外側(cè)套有固定環(huán)，環(huán)上綁扎鋼絲，鋼絲豎直向上，固定于水平方向的鋼絲交接處，水平的鋼絲綁扎在漏斗上并懸掛于環(huán)形圓盤上，環(huán)形圓盤通過(guò)螺栓固定在空心扭剪儀的三腳柱的上端。漏斗下方放置模板。本發(fā)明還公開(kāi)了應(yīng)用上述裝置進(jìn)行空心扭剪三軸試樣的制備方法。本發(fā)明的制備裝置能消除傳統(tǒng)空心試樣制備過(guò)程中的人工誤差，制備出的試樣更加均勻，使試驗(yàn)數(shù)據(jù)更為可靠，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，價(jià)格便宜，綠色環(huán)保，穩(wěn)定性好。
【專利說(shuō)明】
_種空心扭剪三軸試樣制備裝置及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于土工試驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種空心扭剪三軸試樣制備裝置及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)空心扭剪無(wú)黏性土三軸試樣的制備方法，常采用干夯法。也就是說(shuō)先根據(jù)試驗(yàn)方案要求的相對(duì)密實(shí)度和層數(shù)，計(jì)算出每層土體的質(zhì)量，然后將漏斗懸空于內(nèi)、外模板上方，邊裝土體，邊勻速旋轉(zhuǎn)漏斗，使土體落入模板內(nèi)，再用木棒將土體表面大致刮平，最后用帶刻度的振搗棒夯實(shí)土體至試驗(yàn)要求的密度。
[0003]在傳統(tǒng)的制樣過(guò)程中，由于內(nèi)、外模板之間的環(huán)形區(qū)域狹小，以及壓力室中三腳柱的影響，使得手動(dòng)勻速旋轉(zhuǎn)漏斗很難實(shí)現(xiàn)，有時(shí)漏斗還未旋轉(zhuǎn)一圈，漏斗中的土體就已全部落入模板內(nèi)，就算之后用木棒將土體表面刮平，但是模板內(nèi)部空間小而長(zhǎng)，也很難做到完全均勻，而且木棒還易弄破橡皮膜。該方法中漏斗置于內(nèi)、外模板上方，漏斗下端出口與模板的最大距離為18cm，相當(dāng)于土體最大有18cm的落距，每層土體的落距也在變動(dòng)，且逐層減小，這樣制出的試樣層與層之間的均勻性較差，而且對(duì)于容易破碎的土體，比如鈣質(zhì)砂，18cm的落距足夠產(chǎn)生顆粒破碎，也就是說(shuō)在制樣的時(shí)候，鈣質(zhì)砂的顆粒已經(jīng)產(chǎn)生了破碎，性質(zhì)發(fā)生了變化，這樣做出的試驗(yàn)結(jié)果已經(jīng)不可靠了。對(duì)于級(jí)配良好的土體，18cm的落距也會(huì)使同層土體之間的均勻性較差，常常是四周是粗顆粒，中間是細(xì)顆粒，而且落砂過(guò)程中常伴隨著較大的灰塵。
[0004]在傳統(tǒng)巖土試驗(yàn)制樣方法中，也常采用砂雨法，來(lái)增加土體的均勻性，但是該種方法目前主要用于大、中型模型槽試驗(yàn)和離心機(jī)試驗(yàn)等較大尺寸的土體制作，也有少部分用于靜、動(dòng)三軸、共振柱等實(shí)心試樣的制作，但是在空心試樣方面則很少使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是消除傳統(tǒng)空心試樣制備過(guò)程中的人工誤差，開(kāi)發(fā)一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，價(jià)格便宜，穩(wěn)定性好的空心扭剪三軸試樣制備裝置及其制備方法。
[0006]為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的而采用的技術(shù)方案是這樣的，一種空心扭剪三軸試樣制備裝置，包括漏斗、接頭、硬質(zhì)塑料管、模板和環(huán)形圓盤。所述漏斗的頸部帶有開(kāi)關(guān)閥。所述接頭為一個(gè)Y型三通接頭。所述模板由內(nèi)、外圓筒組成，它們之間形成一個(gè)環(huán)形空腔。
[0007]所述環(huán)形圓盤通過(guò)螺栓固定在空心扭剪儀的三腳柱的上端。所述漏斗上綁扎有一根鋼絲I，這根鋼絲I水平支撐在環(huán)形圓盤的上表面，使得漏斗懸吊在環(huán)形圓盤的中心。所述鋼絲I上還綁扎有兩根豎直向下的鋼絲Π。這兩根鋼絲Π的位置關(guān)于漏斗對(duì)稱。這兩根鋼絲Π的下端各綁扎有一個(gè)固定環(huán)。所述固定環(huán)套裝在硬質(zhì)塑料管的上端。所述硬質(zhì)塑料管豎直向下。
[0008]所述漏斗的下端通過(guò)軟管I與接頭的一個(gè)連接口連通。所述接頭的另外兩個(gè)對(duì)稱的連接口分別連接軟管Π和軟管m。所述軟管π的上端與接頭相連，下端與一根硬質(zhì)塑料管連通。所述軟管m的上端與接頭相連，下端與另外一根硬質(zhì)塑料管連通。
[0009]所述模板放置漏斗的下方;所述硬質(zhì)塑料管的下端管口位于模板的環(huán)形空腔內(nèi)。
[0010]進(jìn)一步，所述漏斗與軟管I的連接處用兩道環(huán)形鋼箍固定。所述軟管π、軟管m與硬質(zhì)塑料管的連接處用兩道環(huán)形鋼箍固定。
[0011]進(jìn)一步，所述漏斗的開(kāi)關(guān)閥具有OFF開(kāi)關(guān)和ON開(kāi)關(guān)，分別表示閥門完全關(guān)閉和開(kāi)啟。另外還具有三個(gè)檔位的不同程度開(kāi)啟狀態(tài)，分別為一檔開(kāi)關(guān)、二檔開(kāi)關(guān)、三檔開(kāi)關(guān)，這三個(gè)檔位的開(kāi)關(guān)依次表示閥門開(kāi)口逐漸增大。
[0012]進(jìn)一步，所述鋼絲I通過(guò)手動(dòng)旋轉(zhuǎn)進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，或者通過(guò)電機(jī)獲取一個(gè)恒定的角速度。所述電機(jī)具有多個(gè)檔位以提供不同大小的角速度。所述鋼絲I的旋轉(zhuǎn)中心為漏斗的中軸線。
[0013]本發(fā)明還公開(kāi)一種空心扭剪三軸試樣制備裝置進(jìn)行空心扭剪三軸試樣的制備方法，包括以下步驟:
[0014]I)按照常規(guī)方法確定砂樣的相對(duì)密實(shí)度和質(zhì)量。
[0015]2)根據(jù)砂樣的相對(duì)密實(shí)度，確定開(kāi)關(guān)閥的開(kāi)啟檔位，松砂對(duì)應(yīng)一檔開(kāi)關(guān)，中砂對(duì)應(yīng)二檔開(kāi)關(guān)，密砂對(duì)應(yīng)三檔開(kāi)關(guān)，特密砂對(duì)應(yīng)ON開(kāi)關(guān)。
[0016]3)安裝好回轉(zhuǎn)裝置，即漏斗和硬質(zhì)塑料管以及它們之間的管路和鋼絲，并將水平方向的鋼絲I對(duì)應(yīng)連接上電機(jī)。
[0017]4)在空心扭剪儀的基座之上放紙板，在鋼絲I不同的旋轉(zhuǎn)速度進(jìn)行試驗(yàn)，以鋼絲I勻速旋轉(zhuǎn)半圈，砂樣剛好全部落入紙板的旋轉(zhuǎn)速度為指定速度，對(duì)應(yīng)電機(jī)檔位為指定檔位。
[0018]5)移開(kāi)紙板，放置好模板，電機(jī)調(diào)至指定檔位，進(jìn)行試驗(yàn)，使模板的環(huán)形空腔內(nèi)均勾落入一層砂樣。
[0019]6)取下回轉(zhuǎn)裝置，將硬質(zhì)塑料管換成另一根長(zhǎng)度要短I?2cm的硬質(zhì)塑料管，同時(shí)窮實(shí)模板內(nèi)的該層砂樣至指定密度。
[0020]7)再重新裝上回轉(zhuǎn)裝置，按照指定的電機(jī)檔位，進(jìn)行試驗(yàn)使得模板的環(huán)形空腔內(nèi)再次落入一層砂樣。
[0021]8)重復(fù)步驟6)和7)，直到落入砂樣的高度滿足試樣的設(shè)定高度。
[0022]本發(fā)明的技術(shù)效果是毋庸置疑的。所述漏斗的閥門檔位可調(diào)，檔位定好后，可保證整個(gè)制樣過(guò)程中，漏斗下端出口土體的質(zhì)量和速度不變，加上電機(jī)檔位確定后，能保證水平鋼絲在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中的速度不變，這樣豎直和水平兩個(gè)方向的速度都一定了，能夠確保在制樣過(guò)程中，同一層的土體每個(gè)部位都是均勻的。之后每層操作重復(fù)，同樣的豎直和水平速度，可確保層與層之間的土體均勻性好。同時(shí)依次換上長(zhǎng)度遞減的硬質(zhì)塑料管，使得每層制樣時(shí)塑料管下端出口距要求的土體表面I?2cm，即落距I?2cm，這樣對(duì)于大小顆粒不均和易破碎土體的影響不大。再者，整個(gè)制樣過(guò)程中，土體都在密閉的環(huán)境中進(jìn)行，不產(chǎn)生灰塵，更加環(huán)保。
【附圖說(shuō)明】
[0023]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)不意圖；
[0024]圖2為懸吊于環(huán)形圓盤上的部件示意圖；
[0025]圖3為圖2中A-A處剖視圖；
[0026]圖4為圖2中B-B處剖視圖。
[0027]圖中:漏斗1、開(kāi)關(guān)閥101、接頭2、硬質(zhì)塑料管3、模板4、環(huán)形圓盤5、底座6、鋼絲17、鋼絲Π 8、軟管19、軟管Π 10、軟管ΙΠ11、基座12、固定環(huán)13、三腳柱14、螺栓15。
【具體實(shí)施方式】
[0028]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，但不應(yīng)該理解為本發(fā)明上述主題范圍僅限于下述實(shí)施例。在不脫離本發(fā)明上述技術(shù)思想的情況下，根據(jù)本領(lǐng)域普通技術(shù)知識(shí)和慣用手段，做出各種替換和變更，均應(yīng)包括在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
[0029]實(shí)施例1:
[0030]一種空心扭剪三軸試樣制備裝置，包括漏斗1、接頭2、硬質(zhì)塑料管3、模板4和環(huán)形圓盤5 ο所述漏斗I的頸部帶有開(kāi)關(guān)閥1I。
[0031]所述漏斗I的質(zhì)量輕盈，開(kāi)關(guān)閥101上具有OFF開(kāi)關(guān)和ON開(kāi)關(guān)，分別表示閥門完全關(guān)閉和開(kāi)啟。另外在OFF開(kāi)關(guān)和ON開(kāi)關(guān)之間還具有三個(gè)檔位的不同程度開(kāi)啟狀態(tài)，分別為一檔開(kāi)關(guān)、二檔開(kāi)關(guān)、三檔開(kāi)關(guān)，這三個(gè)檔位的開(kāi)關(guān)依次表示閥門開(kāi)口逐漸增大，相應(yīng)地用于松砂、中砂和密砂三種情況。
[0032]所述接頭2為一個(gè)Y型三通接頭。
[0033]所述環(huán)形圓盤5通過(guò)螺栓15水平固定在空心扭剪儀的三腳柱13的上端。所述漏斗I上綁扎有一根鋼絲17，這根鋼絲17水平支撐在環(huán)形圓盤5的上表面，使得漏斗I懸吊在環(huán)形圓盤5的中心。所述鋼絲17與漏斗I的中軸線是相互垂直的，可以將它們看成一個(gè)十字形。
[0034]所述鋼絲17上還綁扎有兩根豎直向下的鋼絲Π 8。這兩根鋼絲Π 8的位置關(guān)于漏斗I對(duì)稱。這兩根鋼絲Π 8的下端各綁扎有一個(gè)固定環(huán)12。所述固定環(huán)12套裝在硬質(zhì)塑料管3的上端。所述硬質(zhì)塑料管3豎直向下。其中硬質(zhì)塑料管3具有不同長(zhǎng)度規(guī)格的產(chǎn)品，根據(jù)實(shí)驗(yàn)時(shí)的具體需求長(zhǎng)度來(lái)選取。
[0035]所述漏斗I的下端通過(guò)軟管19與接頭2的一個(gè)連接口連通。所述接頭2的另外兩個(gè)對(duì)稱的連接口分別連接軟管Π 10和軟管ΙΠ11。所述軟管Π 10的上端與接頭2相連，下端與一根硬質(zhì)塑料管3連通。所述軟管mil的上端與接頭2相連，下端與另外一根硬質(zhì)塑料管3連通。同時(shí)這兩根硬質(zhì)塑料管3與軟管π 10、軟管ΙΠ11組合成的形狀大致為倒U形。
[0036]上述部分就是本發(fā)明的回轉(zhuǎn)裝置，即一同懸吊于環(huán)形圓盤5上的這些構(gòu)件，包括漏斗1、接頭2、硬質(zhì)塑料管3以及連接它們的軟管和鋼絲。本實(shí)施例中，采用的軟管為PVC材料，且不易變形，選取長(zhǎng)度不易過(guò)長(zhǎng)，起連接作用即可。所述漏斗I與軟管19的連接處用鋼箍固定。所述軟管Π 10、軟管mil與硬質(zhì)塑料管3的的連接處用鋼箍固定。所述硬質(zhì)塑料管3不易變形，四周管壁光滑。而且所使用的鋼絲直徑略粗，不易變形。
[0037]本實(shí)施例中，上述回轉(zhuǎn)裝置的正下方放置底座6和模板4。所述模板4由內(nèi)、外圓筒組成，它們之間形成一個(gè)環(huán)形空腔，該環(huán)形空腔的表層已預(yù)先包裹上橡皮膜。所述底座6放置在空心扭剪儀的基座12上。所述底座6的上表面為平面。所述模板4固定放置在底座6的上表面，且模板4位于漏斗I的正下方。所述硬質(zhì)塑料管3的下端管口位于模板4的環(huán)形空腔內(nèi)。
[0038]本實(shí)施例中，所述漏斗1、接頭2、硬質(zhì)塑料管3以及軟管的內(nèi)徑應(yīng)大于試驗(yàn)材料的最大顆粒直徑，內(nèi)壁干凈光滑，無(wú)摩擦阻力，并且硬質(zhì)塑料管3的外徑應(yīng)小于模板4的環(huán)形區(qū)域，并且應(yīng)考慮試驗(yàn)時(shí)橡皮膜的厚度影響。
[0039]在試驗(yàn)時(shí)，所述鋼絲17通過(guò)手動(dòng)旋轉(zhuǎn)進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，或者通過(guò)電機(jī)獲取一個(gè)恒定的角速度，以帶動(dòng)下方的兩根硬質(zhì)塑料管3在模板4的環(huán)形空腔內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)。所述電機(jī)具有多個(gè)檔位以提供不同大小的角速度。所述鋼絲17(或整個(gè)回轉(zhuǎn)裝置)的旋轉(zhuǎn)中心為漏斗I的中軸線。
[0040]實(shí)施例2:
[0041 ] 一種如實(shí)施例1所述的空心扭剪三軸試樣制備裝置，采用該裝置進(jìn)行空心扭剪三軸試樣的制備，包括以下步驟:
[0042]I)按照常規(guī)方法確定砂樣的相對(duì)密實(shí)度和質(zhì)量。
[0043]2)根據(jù)砂樣的相對(duì)密實(shí)度，確定開(kāi)關(guān)閥101的開(kāi)啟檔位，松砂對(duì)應(yīng)一檔開(kāi)關(guān)，中砂對(duì)應(yīng)二檔開(kāi)關(guān)，密砂對(duì)應(yīng)三檔開(kāi)關(guān)，特密砂對(duì)應(yīng)ON開(kāi)關(guān)。
[0044]3)參見(jiàn)圖1以及如實(shí)施例1所述的連接關(guān)系，安裝好回轉(zhuǎn)裝置，即漏斗I和硬質(zhì)塑料管3以及它們之間的管路和鋼絲，并將水平方向的鋼絲17對(duì)應(yīng)連接上電機(jī)。
[0045]4)先進(jìn)行旋轉(zhuǎn)速度的測(cè)定，在基座12之上放紙板，在鋼絲17不同的旋轉(zhuǎn)速度進(jìn)行試驗(yàn)，以鋼絲17勾速旋轉(zhuǎn)半圈，砂樣剛好全部落入紙板的旋轉(zhuǎn)速度為指定速度，對(duì)應(yīng)電機(jī)檔位為指定檔位。
[0046]5)移開(kāi)紙板，放置好底座6和模板4，使得硬質(zhì)塑料管3的下端與模板4的環(huán)形空腔的底部相距2_。電機(jī)調(diào)至指定檔位，進(jìn)行試驗(yàn)，使模板4的環(huán)形空腔內(nèi)均勻落入一層砂樣。
[0047]6)取下回轉(zhuǎn)裝置，將硬質(zhì)塑料管3換成另一根長(zhǎng)度稍短的硬質(zhì)塑料管(確保塑料管下端出口距要求的土體表面I?2cm，即落距I?2cm)，同時(shí)窮實(shí)模板4內(nèi)的該層砂樣至指定
FtFt也/又。
[0048]7)再重新裝上回轉(zhuǎn)裝置，按照指定的電機(jī)檔位，進(jìn)行試驗(yàn)使得模板4的環(huán)形空腔內(nèi)再次落入一層砂樣。
[0049]8)重復(fù)步驟6和7，直到落入若干層砂樣后，其高度符合試樣的設(shè)定高度。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種空心扭剪三軸試樣制備裝置，其特征在于:包括漏斗(I)、接頭(2)、硬質(zhì)塑料管(3)、模板(4)和環(huán)形圓盤(5);所述漏斗(I)的頸部帶有開(kāi)關(guān)閥(101);所述接頭(2)為一個(gè)Y型三通接頭;所述模板(4)由內(nèi)、外圓筒組成，它們之間形成一個(gè)環(huán)形空腔； 所述環(huán)形圓盤(5)通過(guò)螺栓固定在空心扭剪儀的三腳柱(14)的上端;所述漏斗(I)上綁扎有一根鋼絲1(7)，這根鋼絲1(7)水平支撐在環(huán)形圓盤(5)的上表面，使得漏斗(I)懸吊在環(huán)形圓盤(5)的中心；所述鋼絲I (7)上還綁扎有兩根豎直向下的鋼絲Π (8);這兩根鋼絲Π(8)的位置關(guān)于漏斗(I)對(duì)稱;這兩根鋼絲Π (8)的下端各綁扎有一個(gè)固定環(huán)(13);所述固定環(huán)(13)套裝在硬質(zhì)塑料管(3)的上端;所述硬質(zhì)塑料管(3)豎直向下； 所述漏斗(I)的下端通過(guò)軟管1(9)與接頭(2)的一個(gè)連接口連通;所述接頭(2)的另外兩個(gè)對(duì)稱的連接口分別連接軟管Π (10)和軟管m(ii);所述軟管Π (10)的上端與接頭(2)相連，下端與一根硬質(zhì)塑料管(3)連通;所述軟管m(ll)的上端與接頭(2)相連，下端與另外一根硬質(zhì)塑料管(3)連通； 所述模板(4)放置漏斗(I)的下方;所述硬質(zhì)塑料管(3)的下端管口位于模板(4)的環(huán)形空腔內(nèi)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種空心扭剪三軸試樣制備裝置，其特征在于:所述漏斗(I)與軟管1(9)的連接處用兩道環(huán)形鋼箍固定;所述軟管Π (10)、軟管m(ll)與硬質(zhì)塑料管(3)的連接處用兩道環(huán)形鋼箍固定。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種空心扭剪三軸試樣制備裝置，其特征在于:所述漏斗(I)的開(kāi)關(guān)閥(101)具有OFF開(kāi)關(guān)和ON開(kāi)關(guān)，分別表不閥門完全關(guān)閉和開(kāi)啟；另外還具有二個(gè)檔位的不同程度開(kāi)啟狀態(tài)，分別為一檔開(kāi)關(guān)、二檔開(kāi)關(guān)、三檔開(kāi)關(guān)，這三個(gè)檔位的開(kāi)關(guān)依次表示閥門開(kāi)口逐漸增大。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種空心扭剪三軸試樣制備裝置，其特征在于:所述鋼絲1(7)通過(guò)手動(dòng)旋轉(zhuǎn)進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，或者通過(guò)電機(jī)獲取一個(gè)恒定的角速度;所述電機(jī)具有多個(gè)檔位以提供不同大小的角速度;所述鋼絲1(7)的旋轉(zhuǎn)中心為漏斗(I)的中軸線。5.—種空心扭剪三軸試樣制備裝置進(jìn)行空心扭剪三軸試樣的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)按照常規(guī)方法確定砂樣的相對(duì)密實(shí)度和質(zhì)量； 2)根據(jù)砂樣的相對(duì)密實(shí)度，確定開(kāi)關(guān)閥(101)的開(kāi)啟檔位，松砂對(duì)應(yīng)一檔開(kāi)關(guān)，中砂對(duì)應(yīng)二檔開(kāi)關(guān)，密砂對(duì)應(yīng)三檔開(kāi)關(guān)，特密砂對(duì)應(yīng)ON開(kāi)關(guān)； 3)安裝好回轉(zhuǎn)裝置，即漏斗(I)和硬質(zhì)塑料管(3)以及它們之間的管路和鋼絲，并將水平方向的鋼絲I (7)對(duì)應(yīng)連接上電機(jī)； 4)在空心扭剪儀的基座(12)之上放紙板，在鋼絲1(7)不同的旋轉(zhuǎn)速度進(jìn)行試驗(yàn)，以鋼絲I (7)勾速旋轉(zhuǎn)半圈，砂樣剛好全部落入紙板的旋轉(zhuǎn)速度為指定速度，對(duì)應(yīng)電機(jī)檔位為指定檔位； 5)移開(kāi)紙板，放置好模板(4)，電機(jī)調(diào)至指定檔位，進(jìn)行試驗(yàn)，使模板(4)的環(huán)形空腔內(nèi)均勾落入一層砂樣； 6)取下回轉(zhuǎn)裝置，將硬質(zhì)塑料管(3)換成另一根長(zhǎng)度短I?2mm的硬質(zhì)塑料管，同時(shí)夯實(shí)模板(4)內(nèi)的該層砂樣至指定密度； 7)再重新裝上回轉(zhuǎn)裝置，按照指定的電機(jī)檔位，進(jìn)行試驗(yàn)使得模板(4)的環(huán)形空腔內(nèi)再次落入一層砂樣；8)重復(fù)步驟6)和7)，直到落入砂樣的高度滿足試樣的設(shè)定高度。
【文檔編號(hào)】G01N1/28GK105928758SQ201610255748
【公開(kāi)日】2016年9月7日
【申請(qǐng)日】2016年4月21日
【發(fā)明人】劉紅, 肖楊, 劉漢龍, 向鈺周
【申請(qǐng)人】重慶大學(xué)