CN102095618B

CN102095618B - 轻型重塑土制样装置

Info

Publication number: CN102095618B
Application number: CN2010105647448A
Authority: CN
Inventors: 朱启银; 叶冠林; 尹振宇; 王建华
Original assignee: Shanghai Jiaotong University
Current assignee: Shanghai Jiaotong University
Priority date: 2010-11-30
Filing date: 2010-11-30
Publication date: 2012-05-30
Anticipated expiration: 2030-11-30
Also published as: CN102095618A

Abstract

一种土木工程技术领域的轻型重塑土制样装置，包括：主支架结构和加载系统结构，其中：装置主支架结构放置于水平面上，加载系统结构安装于主支架结构的内部，主支架结构包括：上板、下板、螺杆螺母组件、制样筒、透水石和围槽板；加载系统结构包括：加载板、承载板、加压杆、扣板和防倾板。本装置把由重塑土制备的稀泥浆倒入由有机玻璃制作的装置中，在顶部施加静载使土样固结得到含水量均匀的饱和重塑土试样。

Description

轻型重塑土制样装置

技术领域

本发明涉及的是一种土木工程技术领域的装置，具体是一种轻型重塑土制样装置。

背景技术

室内试验可以获取土样的各种物理、力学参数，为工程设计或数值模拟提供依据。室内实验时必须选用合适的样品进行测试，由于不同土质原状土实验结果相差很大，对同一土质原状土改变微小的实验条件也会导致截然不同的实验结果，所以原状土样实验结果离散性大，不利于土力学应用。因此国外在室内土工实验中主要是用性质均匀、实验结果离散性小的重塑土样。

现行室内制备重塑土样技术大致可分为两类：(1)击实法，即采用确定质量的击锤从确定的高度下落，一层或分层击实土样至所需尺寸，此法的优点是简单易行且制样周期短，但其缺点是重塑土样含水量不均匀且制出的试样下部密实，上部松散。(2)沉降法，这种方法是将稀泥浆放置到常规固结仪，通过加静载固结土样。此法优点是能得到含水量均匀的试样，缺点是步骤繁琐，制样设备要求较高。

经对现有技术文献检索发现，中国专利申请号200820150444，发明名称：饱和重塑土制样器，该装置包括一个支架和一个安置在支架上的制样筒，有一根延长杆的一端与支架铰接，另一端吊挂荷载，而靠近与支架铰接处铰连一个压杆的上端，压杆的下端施压于制样筒上。本实用新型制样器制样过程中，先将搅拌均匀的重塑泥浆样移入到制样筒。利用杠杆原理，改变挂钩上的砝码重量给土体施加不同的固结压力，并可以方便地控制固结压力；改变制样筒直径可以方便地制作不同直径的试样，满足各种试验需要。本实用新型能制备密度均匀的饱和重塑土样，具有原理简单、操作简便的优点。该发明重点设计了能够控制固结压力的杠杆以及能够制备不同直径的试样，但是该装置材料为钢铁，加工不方便、使用笨重且不可视。

中国专利申请号200920033221，发明名称：土工试样制备仪，该装置结构特征是由上板、下板和中间的立柱组成框架。千斤顶座落在下板上，顶部顶撑垫块，垫块上置放制样筒，制样筒内置有套筒，垫板安装在上板上，垫板面上开有长方孔，孔内设环形浅槽，顶柱或空心顶嵌入垫板固定，其下端嵌套于制样筒套筒内。本实用新型结构简单，易操作，可完成各类实心和空心重塑土制样及用于最优含水量试验，具备脱样功能，它克服现有设备造价较高，体积较大，存在噪音以及难易携带的缺陷，为土工试验及相关研究增添了经济实用的新仪器。该发明用做重塑土制样时，轴压由千斤顶施加，压力不稳定、装置封闭无排水设施且不可视、装置材质为金属，加工不便。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种轻型重塑土制样装置，把由重塑土制备的稀泥浆倒入由有机玻璃制作的装置中，在顶部施加静载使土样固结得到含水量均匀的饱和重塑土试样。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：主支架结构和加载系统结构，其中：装置主支架结构放置于水平面上，加载系统结构安装于主支架结构的内部。

所述的主支架结构包括：上板、下板、螺杆螺母组件、制样筒、透水石和围槽板，其中：下板、透水石、制样筒和上板从下至上依次固定连接，上板与下板通过螺杆螺母相连，上板和下板的上部由围槽板围成方形凹槽，上板下部由围槽板围成圆形凹槽。

所述的加载系统结构包括：加载板、承载板、加压杆、扣板和防倾板，其中：加压杆从下至上依次与加载板、防倾板、扣板和承载板相连接，加载板和承载板粘贴于加压杆上，加压杆从扣板和防倾板中心穿过。

所述的上板的中心位置设有一个与制样筒相同内径尺寸的圆洞，用于倒稀浆液以及安装。

所述的圆洞的四周上部设有由有机玻璃围槽板围成的方形凹槽槽，槽的尺寸与扣板相匹配。

所述的圆洞的四周下部设有由有机玻璃围槽板围成的圆形凹槽槽，槽的内径与制样筒外径相匹配。

所述的下板的厚度大于上板的厚度，该下板的中心位置对应设有由有机玻璃围槽板围成的方形凹槽，该方形凹槽的尺寸与透水石相匹配。

所述的方形凹槽的高度大于透水石的厚度。

所述的螺杆螺母组件包括：若干组螺杆及其对应的三个螺母，其中：螺杆安装于上板和下板的四角，螺母安装于下板的上下部和上板的上部，上板上部螺母采用蝶形螺母。

所述的制样筒为圆柱形结构；所述的透水石为圆形，厚度10mm，直径大于制样筒外径。

所述的加载板上设有若干个直径3mm的孔，孔与孔之间的间距为10mm。

上述制样装置的具体使用方法，包括以下步骤：

第一步，制样装置安装。把透水石和滤纸放于下板上的槽内，往上依次放置制样筒(圆筒底面积为A cm²)和上板，制样筒扣进由下板上由围槽板围成的凹槽内，上板和下板之间用螺杆固定。

第二步，试样浆液制备。称取一定质量为Mg的干土，加入蒸馏水，在搅拌机上搅拌三小时以上，制备成大于液限的稀浆液。

第三步，把稀浆液倒入制样筒。上板开有和制样筒内径相同的开洞，稀浆液可以很轻松的倒入制样筒。

第四步，安装加载系统结构。首先在稀浆液的顶部放置滤纸，之后放置加载系统结构，扣板扣住上板面上的围槽板。

第五步，把静载施加于承载板上。在静载作用下测量制样筒内试样随时间变化的高度H。

第六步，根据时间平方根法判定试样稳定。在

时间变化范围内，制样筒内试样高度变化值ΔH小于容许值时，判定稳定，即得到特定先期固结压力下的重塑土试样。

本发明的特点是：(1)设备主要构件由有机玻璃制作，上下板之间通过不锈钢螺杆相连，制作成本低廉、加工方便、结构重量小。(2)测试方法操作简单，设备易于维护和安装，有较好的实验室制备重塑土的实用性。(3)可以制作不同直径重塑土样，设计了扣板和防倾板来保证加压杆的垂直度。(4)装置材质为有机玻璃，在制样过程中可视化。本发明装置简单可靠，经济实用，加工方便，使用简便，能够得到含水率均一的饱和重塑土试样。

本发明简单、安装高效、操作简单，通过实验室试验测试，试验结果良好。

附图说明

图1为本发明装置正视图。

图2为本发明加载系统结构正视图。

图3为本发明下板结构正视图。

图4为本发明上板结构俯视图。

图5为本发明上板结构仰视图。

图6为判定重塑土样固结稳定的时间平方根法示意图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，本实施例包括：主支架结构1和加载系统结构2，其中：装置主支架结构1放置于水平面上，加载系统结构2安装于主支架结构1的内部。

所述的主支架结构1包括：上板3、下板4、螺杆螺母组件5、制样筒6、透水石7、围槽板13、围槽板14和围槽板15，其中：结构从下至上依次为下板4、透水石7、制样筒6、上板3；上板3与下板4通过螺杆螺母5相连。上板3的上部由围槽板13围成方形凹槽，上板3下部由围槽板14围成圆形凹槽，下板4的下部由围槽板15围成方形凹槽。

所述的加载系统结构2包括：加载板8、承载板9、加压杆10、扣板11和防倾板12，其中：加压杆10从下至上依次与加载板8、防倾板12、扣板11和承载板9相连接，加载板8和承载板9粘贴于加压杆10上，加压杆10从扣板11和防倾板12中心穿过，

所述的上板3为边长360mm的正方形板，厚度为20mm，中间开洞直径为150mm；

所述的下板4为边长360mm的正方形板，厚度为30mm；

所述的螺杆螺母组件5，螺杆直径8mm，长度为450mm。

所述的制样筒6外径为160mm，内径为150mm，高度为350mm；

所述的透水石7直径为170mm，厚度为10mm。

所述的加载板8直径为150mm，厚度T＝30mm，其上开孔，孔距10mm，孔径为3mm；

所述的承载板9直径为150mm，厚度为20mm；

所述的加压杆10直径为40mm，高度为450mm；

所述的扣板11由厚度为5mm的有机玻璃板拼装完成，高度为50mm，围成底边内边长200mm，高度50mm的立方体；

所述的防倾板12直径为150mm，厚度为10mm。

所述的围槽板13高度为20mm，厚度为10mm，围成的凹槽为外边长200mm的正方形。

所述的围槽板14围成外径为170mm，内径160mm，高度为10mm的凹槽圈。

所述的围槽板15高度为50mm，厚度为20mm，围成的凹槽为内边长170mm的正方形；

本实施例具体测试方法步骤如下：

第一步，制样装置安装。把透水石7和滤纸放于下板4上的由围槽板15围成的凹槽槽内，往上依次放置制样筒6(圆筒底面积为176.7cm²)和上板3，制样筒6扣进由围槽板14围成的槽内，上板3和下板4之间用螺杆螺母组件5固定。

第二步，试样浆液制备。称取质量为3900g的干高岭土，加入蒸馏水，制备成大于液限的稀浆液。

第三步，把稀浆液倒入制样筒6。上板3开有150mm的洞，稀浆液可以很轻松的倒入制样筒。

第四步，安装加载系统结构2。首先在稀浆液的顶部放置滤纸，之后放置加载系统结构2，扣板11扣住上板3上部的由围槽板13围成的凹槽。

第五步，把静载50kPa施加于承载板9上。在静载作用下测量制样筒内试样随时间变化的高度H。

第六步，根据时间平方根法判定试样稳定。在本实施例中，判定当

时，ΔH≤1mm即为稳定。

本实施例能够到最大先期固结压力为200kPa的重塑土试样，先期固结压力小于200kPa的重塑土能够满足各种常规实验需求，说明本发明的实施例是成功的。

本重塑土制样装置除不锈钢螺杆螺母组件和透水石外，均取材于有机玻璃，成本低廉，不易损毁，可多次使用，且制作方便，操作简便，可视化，得到的数据结果可靠，解决了之前重塑土制样设备昂贵且设备笨重、不可视的缺点。

Claims

1.一种轻型重塑土制样装置，包括：主支架结构和加载系统结构，其中：装置主支架结构放置于水平面上，加载系统结构安装于主支架结构的内部，其特征在于：

所述的主支架结构包括：上板、下板、螺杆螺母组件、制样筒、透水石和围槽板，其中：下板、透水石、制样筒和上板从下至上依次固定连接，上板与下板通过螺杆螺母组件相连，上板和下板的上部由围槽板围成方形凹槽，上板下部由围槽板围成圆形凹槽；

2.根据权利要求1所述的轻型重塑土制样装置，其特征是，所述的上板的中心位置设有一个与制样筒相同内径尺寸的圆洞，圆洞的四周上部设有由有机玻璃围槽板围成的方形凹槽，槽的尺寸与扣板相匹配；圆洞的四周下部设有由有机玻璃围槽板围成的圆形凹槽，槽的内径与制样筒外径相匹配。

3.根据权利要求1所述的轻型重塑土制样装置，其特征是，所述的下板的厚度大于上板的厚度，该下板的中心位置对应设有由有机玻璃围槽板围成的方形凹槽，该方形凹槽的尺寸与透水石相匹配。

4.根据权利要求3所述的轻型重塑土制样装置，其特征是，所述的下板的中心位置对应设有由有机玻璃围槽板围成的方形凹槽的高度大于透水石的厚度。

5.根据权利要求1所述的轻型重塑土制样装置，其特征是，所述的螺杆螺母组件包括：若干组螺杆及其对应的三个螺母，其中：螺杆安装于上板和下板的四角，螺母安装于下板的上下部和上板的上部，上板上部螺母采用蝶形螺母。

6.根据权利要求1或3所述的轻型重塑土制样装置，其特征是，所述的透水石为圆形，厚度10mm，该透水石的直径大于制样筒外径。

7.根据权利要求1所述的轻型重塑土制样装置，其特征是，所述的加载板上设有若干个直径3mm的孔，孔与孔之间的间距为10mm。