CN102914459B - 一种液压式三轴试样制样器及其制样方法 - Google Patents

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本发明公开了一种液压式三轴试样制样器及其制样方法，属于土体力学性能测试技术领域，包括底座，门形支架安装于底座上，液压系统安装于门形支架上，底座的中心处固设有圆形凸起。液压系统包括液压施加器、压力传递杆、推头和限位器；制样筒为圆柱形筒体，包括压样筒体、卸样筒体、活动插塞，卸样筒体的内径与底座的圆形凸起相适配。本发明克服了传统制样器不能把土体充分压实且密度均匀的缺陷，不仅能够在制样过程中精确控制试样总体密度，使试样更加均匀，而且卸样快捷安全，方法简便。

Description

一种液压式三轴试样制样器及其制样方法
技术领域：
本发明涉及一种液压式三轴试样制样器及其制样方法，属于土木工程学科的土体力学性能测试领域。
背景技术：
目前，随着沿海地区软土地基上兴建工程的增多，土地资源日趋紧张，软土力学性能的测试已成为目前土木工程中的重要内容。实验室在测定软土的三轴力学性能时，通常将其做成直径3.91cm高8.0cm左右的圆柱形标准试样。试样制作过程中需要对其进行均匀击实以达到设计的密实度。实验室试样制作通常采用手工击实和手工卸样，很难精确控制试样的均匀性和试样总体密度，卸样时也容易对试样造成损伤甚至损坏，不易操作，影响试样的力学性能检测。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种液压式三轴试样制样器及其制样方法，以解决现有技术试样均匀性和易损坏之缺陷，本发明能精确的控制试样总体密度，而且能使试样密度更加均匀、卸样更加方便。
为了达到上述目的，本发明的解决方案是：
一种液压式三轴试样制样器，其特征在于：包括底座，门形支架安装于底座上，液压系统安装于门形支架上；液压系统包括液压施加器，压力传递杆与液压施加器联动连接，推头与压力传递杆固接，限位器与压力传递杆螺纹连接，在底座的中心对应推头的位置固设有圆形凸起；制样筒为圆柱形中空筒体，制样筒的上部为压样筒体，制样筒的下部为卸样筒体，卸样筒体的内径大于压样筒体的内径并与圆形凸起相适配，压样筒体和卸样筒体相固接成一体，且压样筒体和卸样筒体内部相连通，在压样筒体的底部中心处设有贯穿孔槽，活动插塞设于孔槽内。
进一步的设置在于：
压样筒体内径与圆柱形标准试样的直径相同为3.91cm，压样筒体的高度大于所需制备的圆柱形标准试样高度。
压样筒体的高度为12.0 cm。
卸样筒体的内径为4.1cm，高度为10.0 cm。
压样筒体和卸样筒体的外径均为4.5cm，压样筒体和卸样筒体内部相连通形成一个上细下粗的阶梯型圆柱空间。
贯穿孔槽设置在压样筒体底部中心处，贯穿孔槽为高0.5cm、宽3.91cm的长方形贯穿孔槽，活动插塞插入贯穿孔槽内，将压样筒体底部开口封闭。
活动插塞的长度为5cm。
在卸样筒体的中部设置一个排气孔。
所述的液压系统中，液压施加器为自动液压式千斤顶，倒置安装于门形支架上，液压施加器行程为20cm；压力传递杆与液压施加器联动连接，压力传递杆为刚性直杆，压力传递杆上面刻有螺纹；推头为直径3.91cm的钢饼，固接于压力传递杆的下端；在压力传递杆上刻有三个标准刻度点，三个刻度点分别对应控制推头的下表面至插入贯穿孔槽内活动插塞的上表面距离为1/3、2/3、3/3试样高度，限位器为圆形螺帽，限位器的外径为4.2cm、厚度为0.5cm，限位器与压力传递杆螺纹连接。
本发明另一方面目的是提供一种液压式三轴试样制样方法，其特征在于：包括如下步骤：
（1）、先将制样筒套装于底座的圆形凸起上，并插入活动插塞，然后称取设计1/3重量的重塑土放入压样筒体内，调整限位器至压力传递杆上的第一刻度点，启动液压施加器，通过压力传递杆和推头对重塑土进行压实，直至限位器与压样筒体的上缘接触，完成1/3土样的压实，而后卸除液压施加器的压力，驱动推头退出制样筒；
（2）、再次称取设计1/3重量的重塑土放入压样筒体内，调整限位器至压力传递杆上的第二刻度点，启动液压施加器，通过压力传递杆和推头对重塑土进行压实，直至限位器与压样筒体的上缘接触，完成2/3土样的压实，而后卸除液压施加器的压力，驱动推头退出制样筒4； 
（3）、重复步骤2，将剩余1/3重量的重塑土放入制样筒，调整限位器至压力传递杆上的第三刻度点，启动液压施加器，通过压力传递杆和推头对重塑土进行压实，直至限位器与压样筒体的上缘接触，完成整个土样的压实；
（4）、启动液压施加器，回复到初始无压力位置，卸除推头的压力，调整限位器至压力传递杆的最上端，拔出活动插塞，重新启动液压施加器，使压力传递杆进入压样筒，驱动推头将圆柱形土样逐渐由压样筒体内推入到卸样筒体内，同时卸样筒体内的空气通过自身的排气孔排出，直至限位器的下缘与压样筒体的上缘充分接触，土样完全进入卸样筒体内；
（5）、启动液压施加器回复到初始无压力位置，压力传递杆和推头退出制样筒，并向上拆除制样筒，卸样完毕，圆柱形土样即可供测试使用。
本发明的有益效果为：
本发明的制样器不仅能够在制样过程中精确控制试样总体密度，使试样更加均匀，而且卸样快捷安全，方法简便。
附图说明：
图1是本发明制样器的结构示意图；
图2是本发明制样筒的结构示意图；
图3是本发明第一次装土制样时的示意图；
图4是本发明制样至2/3标准样高时的示意图；
图5是本发明卸样过程的示意图。
图中标号：1-底座，11-圆形凸起；2-门形支架；3-液压系统，31-液压施加器，32-压力传递杆，33-推头，34-限位器；4-制样筒，41-压样筒体，42-卸样筒体，43-活动插塞；44—孔槽，45—排气孔；5-土样。
具体实施方式：
如图1～图2所示，本实施例的一种液压式三轴试样制样器，包括底座1，门形支架2安装于底座1上，液压系统3安装于门形支架2上；底座1的中心处固设有直径4.1cm厚度0.5cm的圆形凸起11；制样筒4为圆柱形筒体，包括压样筒体41、卸样筒体42、活动插塞43。液压系统3包括液压施加器31、压力传递杆32、推头33、限位器34。
本发明的制样筒4主要由压样筒体41、卸样筒体42两部分组成，其中，制样筒4的上部为压样筒体41，压样筒体41内径与标准试样的直径相同为3.91cm，压样筒体41的高度比所需制备的圆柱形标准试样高度8.0 cm略大，优选为12.0 cm；制样筒4的下部为卸样筒体42，卸样筒体42的内径比压样筒体41的内径略大并与圆形凸起11相适配，卸样筒体42的内径优选为4.1cm，卸样筒体42的高度比所需制备的圆柱形标准试样高度8.0 cm略大，优选为10.0 cm；压样筒体41和卸样筒体42外径相同，优选为4.5cm，压样筒体41和卸样筒体42相固接成一体，内部相连通形成一个上细下粗的阶梯型圆柱空间；在压样筒体41底部中心处设有一个高0.5cm宽3.91cm的长方形贯穿孔槽44，活动插塞43设于孔槽44内，并可以方便的从孔槽44内插入和拔出，当活动插塞43完全插入孔槽44内时，活动插塞43会将压样筒体41底部开口封闭，从而将压样筒体41和卸样筒体42隔断，从而完成压样的工作，当活动插塞43拔出孔槽44时，则压样筒体41和卸样筒体42相互连通，从而完成卸样的工作。为方便活动插塞43的插拔，活动插塞43的长度以大于压样筒体41的外径（4.5cm）为较佳，优选为5cm。
作为优选的一种实施例，可以在卸样筒体42的中部设置一个排气孔45，用于排出卸样筒体42内的空气。
液压系统3中，液压施加器31为自动液压式千斤顶，倒置安装于门形支架2上，其行程优选为20cm；压力传递杆32与液压施加器31联动连接，压力传递杆32为刚性直杆，压力传递杆32上面刻有螺纹；推头33为直径3.91cm的钢饼，固接于压力传递杆32的下端；在压力传递杆32上刻有三个标准刻度点，三个刻度点分别对应控制推头33的下表面至插入贯穿孔槽内活动插塞43的上表面距离为1/3、2/3、3/3试样高度，试样的总高度为8.0 cm；限位器34为圆形螺帽，外径大于压样筒体41的内径3.91cm，优选为4.2cm，限位器34的厚度为0.5cm，限位器34与压力传递杆32螺纹连接。
压力传递杆32和推头33的总长度略大于限位器34的厚度（0.5cm）与压样筒体41的高度（12.0cm）之和（12.5cm），优选为13.0cm，以保证当限位器34旋转至压力传递杆32的最上端且下缘与压样筒体41的上缘充分接触时，能够把土样推到卸样筒体42内，且推头33进入卸样筒42有0.5cm，此时土样在重力作用下落到厚度为0.5cm的圆形凸起11上；由于卸样筒体42高度10.cm，所以高度8.0cm的土样上表面脱离推头33有1.0cm距离，保护试样在卸样筒体42内不被压坏。
结合图3～图5所示，本实施例的一种液压式三轴试样制样方法，包括如下步骤：
（1）、先将制样筒4套装于底座1的圆形凸起11上并插入活动插塞43，然后称取设计1/3重量的重塑土放入压样筒体41内，调整限位器34至压力传递杆32上的第一刻度点，启动液压施加器31通过压力传递杆32和推头33对重塑土进行压实，直至限位器34与压样筒体41的上缘充分接触，完成1/3土样的压实，而后卸除液压施加器31的压力，驱动推头33退出制样筒4；
（2）、再次称取设计1/3重量的重塑土放入压样筒体41内，调整限位器34至压力传递杆32上的第二刻度点，启动液压施加器31通过压力传递杆32和推头33对重塑土进行压实，直至限位器34与压样筒体41的上缘充分接触，完成2/3土样的压实，而后卸除液压施加器31的压力，驱动推头33退出制样筒4； 
（3）、重复步骤2，将剩余1/3重量的重塑土放入制样筒4，调整限位器34至压力传递杆32上的第三刻度点，启动液压施加器31通过压力传递杆32和推头33对重塑土进行压实，直至限位器34与压样筒体41的上缘充分接触，完成整个土样的压实；
（4）、启动液压施加器31回复到初始无压力位置，卸除推头33的压力，调整限位器34至压力传递杆32的最上端，拔出活动插塞43，重新启动液压施加器31，使压力传递杆32进入压样筒41，驱动推头33将圆柱形土样5逐渐由压样筒体41内推入到卸样筒体42内，同时卸样筒体42内的空气通过自身的排气孔45排出，直至限位器34的下缘与压样筒体41的上缘充分接触，表示土样5已经完全进入并落在卸样筒体42内；
（5）、启动液压施加器31回复到初始无压力位置，压力传递杆32和推头33退出制样筒4，并向上拆除制样筒4，卸样完毕，圆柱形土样5即可供测试使用。
本发明克服了传统制样器不能把土体充分压实且密度均匀的缺陷，不仅能够在制样过程中精确控制试样总体密度，使试样更加均匀，而且卸样快捷安全，方法简便。

Claims (2)

1.一种液压式三轴试样制样器，其特征在于：包括底座，门形支架安装于底座上，液压系统安装于门形支架上；液压系统包括液压施加器，压力传递杆与液压施加器联动连接，推头与压力传递杆固接，限位器与压力传递杆螺纹连接，在底座的中心对应推头的位置固设有圆形凸起；制样筒为圆柱形中空筒体，制样筒的上部为压样筒体，制样筒的下部为卸样筒体，卸样筒体的内径大于压样筒体的内径并与圆形凸起相适配，压样筒体和卸样筒体相固接成一体，且压样筒体和卸样筒体内部相连通，在压样筒体的底部中心处设有贯穿孔槽，活动插塞设于孔槽内。
2.根据权利要求1所述的一种液压式三轴试样制样器，其特征在于：压样筒体内径与圆柱形标准试样的直径相同为3.91cm，压样筒体的高度大于所需制备的圆柱形标准试样高度。
3．根据权利要求2所述的一种液压式三轴试样制样器，其特征在于：压样筒体的高度为12.0 cm。
4．根据权利要求1所述的一种液压式三轴试样制样器，其特征在于：卸样筒体的内径为4.1cm，高度为10.0 cm。
5．根据权利要求1所述的一种液压式三轴试样制样器，其特征在于：压样筒体和卸样筒体的外径均为4.5cm，压样筒体和卸样筒体内部相连通形成一个上细下粗的阶梯型圆柱空间。
6．根据权利要求1所述的一种液压式三轴试样制样器，其特征在于：贯穿孔槽设置在压样筒体底部中心处，贯穿孔槽为高0.5cm、宽3.91cm的长方形贯穿孔槽，活动插塞插入贯穿孔槽内，将压样筒体底部开口封闭。
7．根据权利要求1或6所述的一种液压式三轴试样制样器，其特征在于：活动插塞的长度为5cm。
8．根据权利要求1或6所述的一种液压式三轴试样制样器，其特征在于：在卸样筒体的中部设置一个排气孔。
9．根据权利要求1或6所述的一种液压式三轴试样制样器，其特征在于：所述的液压系统中，液压施加器为自动液压式千斤顶，倒置安装于门形支架上，液压施加器行程为20cm；压力传递杆与液压施加器联动连接，压力传递杆为刚性直杆，压力传递杆上面刻有螺纹；推头为直径3.91cm的钢饼，固接于压力传递杆的下端；在压力传递杆上刻有三个标准刻度点，三个刻度点分别对应控制推头的下表面至插入贯穿孔槽内活动插塞的上表面距离为1/3、2/3、3/3试样高度，限位器为圆形螺帽，限位器的外径为4.2cm、厚度为0.5cm，限位器与压力传递杆螺纹连接。
10．一种采用权利要求1所述液压式三轴试样制样器的制样方法，其特征在于：包括如下步骤：
（1）、先将制样筒套装于底座的圆形凸起上，并插入活动插塞，然后称取设计1/3重量的重塑土放入压样筒体内，调整限位器至压力传递杆上的第一刻度点，启动液压施加器，通过压力传递杆和推头对重塑土进行压实，直至限位器与压样筒体的上缘接触，完成1/3土样的压实，而后卸除液压施加器的压力，驱动推头退出制样筒；
（2）、再次称取设计1/3重量的重塑土放入压样筒体内，调整限位器至压力传递杆上的第二刻度点，启动液压施加器，通过压力传递杆和推头对重塑土进行压实，直至限位器与压样筒体的上缘接触，完成2/3土样的压实，而后卸除液压施加器的压力，驱动推头退出制样筒（4）； 
（3）、重复步骤2，将剩余1/3重量的重塑土放入制样筒，调整限位器至压力传递杆上的第三刻度点，启动液压施加器，通过压力传递杆和推头对重塑土进行压实，直至限位器与压样筒体的上缘接触，完成整个土样的压实；
（4）、启动液压施加器，回复到初始无压力位置，卸除推头的压力，调整限位器至压力传递杆的最上端，拔出活动插塞，重新启动液压施加器，使压力传递杆进入压样筒，驱动推头将圆柱形土样逐渐由压样筒体内推入到卸样筒体内，同时卸样筒体内的空气通过自身的排气孔排出，直至限位器的下缘与压样筒体的上缘充分接触，土样完全进入卸样筒体内；
（5）、启动液压施加器回复到初始无压力位置，压力传递杆和推头退出制样筒，并向上拆除制样筒，卸样完毕，圆柱形土样即可供测试使用。
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