CN103033406B - 不同应力比重塑土制样装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种不同应力比重塑土制样装置，包括：夹持单元，包括上夹持板以及下夹持板，上夹持板具有一孔洞；上、下固定板，上固定板具有与孔洞相匹配的上孔，下固定板具有与上孔相同孔径的下孔；围压罩，其两端分别固定在上固定板以及下固定板上；弹性膜，弹性膜的两端分别围固在上孔以及下孔四周；传力元件，传力元件的外壁紧贴弹性膜；第一透水元件以及第二透水元件。本发明提供的不同应力比重塑土制样装置，将稀泥浆倒入制样装置中，由传力元件对弹性膜内的稀泥浆施加竖向压力，由围压罩内的水对弹性膜内的稀泥浆施加侧向压力，以此控制不同应力比使土样固结得到含水量均匀的饱和重塑土试样。
Description
技术领域
本发明涉及工程材料试验仪器领域，尤其涉及不同应力比重塑土制样装置。
背景技术
由于工程建设快速发展，作为工程设计不可或缺的土工参数的获取显得尤为重要。土工试验是获取土体物理、力学参数的重要手段。由于原状土易受扰动且离散性大，基于原状土获取的参数会有很大的离散性，从而影响工程设计中土体参数的准确性。因此，相对均质的重塑土越来越多的用于土工试验，为了模拟复杂应力条件下的土体环境，需要在实验室制出不同应力比的重塑土土样，以用于室内试验。
现行室内制备重塑土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，通过加静载形成固结土样，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。然而现行室内制备技术中不能制备出应力比不同的重塑土土样。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供了不同应力比重塑土制样装置，以解决现行室内制备技术中不能制备不同应力比重塑土土样的问题。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种不同应力比重塑土制样装置，包括：夹持单元，包括上夹持板以及下夹持板，所述上夹持板具有一孔洞；上、下固定板，所述上固定板以所述上夹持板为支撑，所述下固定板以所述下夹持板为支撑，所述上固定板具有与所述孔洞相匹配的上孔，所述下固定板具有与所述上孔相同孔径的下孔；围压罩，所述围压罩的两端分别固定在所述上固定板以及所述下固定板上；弹性膜，所述弹性膜的两端分别围固在所述上孔以及所述下孔四周；传力元件，所述传力元件的外壁紧贴所述弹性膜；第一透水元件，紧贴所述传力元件的传力端，并位于所述弹性膜围成的空间内；第二透水元件，位于所述下固定板上，并位于所述弹性膜围成的空间内。
进一步的，所述传力元件为活塞，所述活塞为圆柱形空心筒，所述活塞的底板均匀分布有小孔，所述活塞的上部设置有排气孔。
进一步的，所述上、下固定板表面均具有相互对应的圆形凹槽，所述围压罩的两端分别固定在相互对应的所述圆形凹槽内。
进一步的，所述圆形凹槽内设置橡皮圈，所述围压罩固定在所述橡皮圈内。
进一步的，所述上、下固定板上均具有圆形的凸槽，所述上固定板上的凸槽围绕所述上孔，所述下固定板上的凸槽围绕所述下孔，所述弹性膜的两端分别围箍到所述上固定板的凸槽以及所述下固定板的凸槽中。
进一步的，所述上夹持板以及所述下夹持板通过穿过的螺杆固定所述围压罩。
进一步的，所述不同应力比重塑土制样装置包括杠杆，所述杠杆通过承载头连接至所述传力元件。
进一步的，所述不同应力比重塑土制样装置包括三轴围压系统，所述三轴围压系统与所述围压罩连接。
进一步的，所述下夹持板表面具有多个凹槽。
进一步的，所述凹槽的数量为两个，并且两个所述凹槽呈十字交叉状。
进一步的，所述第一透水元件以及所述第二透水元件均为圆柱形透水石，所述透水石底面直径与所述弹性膜围成的圆柱形空间的截面直径相同。
进一步的，所述围压罩上分别安装有进水阀门以及排水阀门。
进一步的，所述围压罩内壁上贴有位移标尺。
本发明提供的不同应力比重塑土制样装置，将稀泥浆倒入制样装置中，由传力元件对弹性膜内的稀泥浆施加竖向压力，由围压罩内的水对弹性膜内的稀泥浆施加侧向压力，以此控制不同应力比使土样固结得到含水量均匀的饱和重塑土试样；通过设置的传力元件，其外壁紧贴弹性膜，能够控制弹性膜所围空间内注入的土样形状，同时可以限制土样下降导致的弹性膜的收缩，使橡皮膜保持一个固定形态。
进一步地，所述凹槽内设置橡皮圈，所述围压罩固定在所述橡皮圈内，增加了围压室的密封性。
进一步地，所述围压罩内壁上贴有位移标尺，能够方便观察土样的固结沉降变化。
附图说明
图1为本发明实施例提供的不同应力比重塑土制样装置的剖面结构示意图；
图2为本发明实施例提供的传力元件的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的上、下固定板的结构示意图；
图4a为本发明实施例提供的上夹持板的结构示意图；
图4b为本发明实施例提供的下夹持板的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的围压罩的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种不同应力比重塑土制样装置作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用于方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
本发明的核心思想在于，本发明提供的不同应力比重塑土制样装置，将稀泥浆倒入制样装置中，由传力元件对弹性膜内的稀泥浆施加竖向压力，由围压罩内的水对弹性膜内的稀泥浆施加侧向压力，以此控制不同应力比使土样固结得到含水量均匀的饱和重塑土试样；通过设置的传力元件，其外壁紧贴弹性膜，能够控制弹性膜所围空间内注入的土样形状，同时可以限制土样下降导致的弹性膜的收缩，使橡皮膜保持一个固定形态。
图1为本发明实施例提供的不同应力比重塑土制样装置的剖面结构示意图。参照图1，一种不同应力比重塑土制样装置，包括：夹持单元，包括上夹持板101以及下夹持板102，所述上夹持板101具有一孔洞；上、下固定板，所述上固定板103以所述上夹持板101为支撑，所述下固定板104以所述下夹持板102为支撑，所述上固定板103具有与所述孔洞相匹配的上孔，所述下固定板104具有与所述上孔相同孔径的下孔；围压罩105，所述围压罩105的两端分别固定在所述上固定板103以及所述下固定板104上；弹性膜106，所述弹性膜106的两端分别围固在所述上孔以及所述下孔四周；传力元件107，所述传力元件107的外壁紧贴所述弹性膜106；第一透水元件108，紧贴所述传力元件107的传力端，并位于所述弹性膜106围成的空间内；第二透水元件109，位于所述下固定板104上，并位于所述弹性膜106围成的空间内。
进一步地，所述第一透水元件108以及所述第二透水元件109均为圆柱形透水石，所述透水石底面直径与所述弹性膜106围成的圆柱形空间的截面直径相同。
图2为本发明实施例提供的传力元件的结构示意图。参照图2，所述传力元件107为活塞，所述活塞为圆柱形空心筒，所述活塞的底板均匀分布有小孔21，所述小孔为圆孔，活塞底板均匀分布的圆孔能够加速土样的排水，所述活塞的上部设置有排气孔110，能够使活塞克服内压顺利向下运动。
图3为本发明实施例提供的上、下固定板的结构示意图。参照图3，所述上、下固定板表面均具有相互对应的圆形凹槽31，所述围压罩105的两端分别固定在相互对应的所述圆形凹槽31内，所述凹槽31内设置橡皮圈，所述围压罩105固定在所述橡皮圈内，设置的橡皮圈能够增加围压室的密封性。所述弹性膜106为橡皮膜，为了使橡皮膜密封固定在上、下固定板上，所述上、下固定板上均具有圆形的凸槽32，所述上固定板103上的凸槽32围绕上孔，所述下固定板104上的凸槽32围绕下孔，所述橡皮膜的两端分别围箍到上固定板103的凸槽32以及所述下固定板104的凸槽32中。在本实施例中，所述上孔以及下孔的直径均与上夹持板101具有的孔洞的直径相同。
图4a为本发明实施例提供的上夹持板的结构示意图；图4b为本发明实施例提供的下夹持板的结构示意图。参照图4a以及图4b，所述上夹持板101具有一孔洞41，所述下夹持板102表面具有多个凹槽42，在本实施例中，所述凹槽42的数量为两个，并且两个所述凹槽42呈十字交叉状，所述上夹持板101以及所述下夹持板102通过穿过的螺杆111固定所述围压罩105。
图5为本发明实施例提供的围压罩的结构示意图。参照图5，所述围压罩105上分别安装有进水阀门112以及排水阀门113，在围压罩105的内壁上贴有位移标尺，以方便地观察土样的固结沉降变化。所述围压罩105与所述三轴围压系统连接。
进一步的，所述不同应力比重塑土制样装置包括杠杆（图中未示出），所述杠杆通过承载头114连接至所述传力元件。
利用本发明实施例提供的不同应力比重塑土制样装置进行不同应力比重塑土的制样。将进水阀门112以及排水阀门113打开，从进水阀门112开始进水，等到水面充满整个围压室后，关闭进水阀门112以及排水阀门113，之后通过三轴围压系统的接口与进水阀门相连，打开进水阀门，对制样装置加一定的围压，在本实施例中，所述围压为5000帕斯卡，之后关闭进水阀门112；将制备完成的稀泥浆倒入制样筒，即将稀泥浆倒入橡皮膜围成的空间内，由于上夹持板101以及上固定板103均具有直径相同的孔，因此稀泥浆先后经过上夹持板101和上固定板103倒入橡皮膜内；
在稀泥浆的顶部依次放置滤纸和圆柱形透水石，透水石的直径与橡皮膜内呈圆柱形的稀泥浆的截面直径相同，之后在圆柱形透水石上放置活塞，设定需要的应力比，即水平压力与竖向压力的比值，竖向压力和水平压力分别通过杠杆和三轴围压系统施加于试样上，橡皮膜内稀泥浆内的水依次通过第一透水石108以及滤纸、最后通过活塞底部分布的圆孔排出，另外，橡皮膜内稀泥浆内的水依次通过滤纸以及第二透水石109，最后经过下固定板上分布的凹槽42排出，在压力作用下测量制样筒内制样随时间变化的高度差，在时间变化范围内，制样筒内试样高度变化值小于标准值时，判定稳定，即得到特定固结压力下的重塑土试样。在本发明提供的实施例中，制样装置的高度为30cm，直径为15cm，避免由于土样排水固结导致最后土样高度小于8cm的情况，一次制样可以切取四个三轴试样和两个固结试样，可以满足获取参数所需要的试样的土样个数。
显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (12)
1.一种不同应力比重塑土制样装置，其特征在于，包括：
夹持单元，包括上夹持板以及下夹持板，所述上夹持板具有一孔洞；
上、下固定板，所述上固定板以所述上夹持板为支撑，所述下固定板以所述下夹持板为支撑，所述上固定板具有与所述孔洞相匹配的上孔，所述下固定板具有与所述上孔相同孔径的下孔；
围压罩，所述围压罩的两端分别固定在所述上固定板以及所述下固定板上；
弹性膜，所述弹性膜的两端分别围固在所述上孔以及所述下孔四周；
传力元件，所述传力元件的外壁紧贴所述弹性膜；所述传力元件为活塞，所述活塞为圆柱形空心筒，所述活塞的底板均匀分布有小孔，所述活塞的上部设置有排气孔；
第一透水元件，紧贴所述传力元件的传力端，并位于所述弹性膜围成的空间内；
第二透水元件，位于所述下固定板上，并位于所述弹性膜围成的空间内。
2.根据权利要求1所述的不同应力比重塑土制样装置，其特征在于，所述上、下固定板表面均具有相互对应的圆形凹槽，所述围压罩的两端分别固定在相互对应的所述圆形凹槽内。
3.根据权利要求2所述的不同应力比重塑土制样装置，其特征在于，所述圆形凹槽内设置橡皮圈，所述围压罩固定在所述橡皮圈内。
4.根据权利要求1所述的不同应力比重塑土制样装置，其特征在于，所述上、下固定板上均具有圆形的凸槽，所述上固定板上的凸槽围绕所述上孔，所述下固定板上的凸槽围绕所述下孔，所述弹性膜的两端分别围箍到所述上固定板的凸槽以及所述下固定板的凸槽中。
5.根据权利要求1所述的不同应力比重塑土制样装置，其特征在于，所述上夹持板以及所述下夹持板通过穿过的螺杆固定所述围压罩。
6.根据权利要求1所述的不同应力比重塑土制样装置，其特征在于，包括杠杆，所述杠杆连接至所述传力元件。
7.根据权利要求1所述的不同应力比重塑土制样装置，其特征在于，包括三轴围压系统，所述三轴围压系统与所述围压罩连接。
8.根据权利要求1所述的不同应力比重塑土制样装置，其特征在于，所述下夹持板表面具有多个凹槽。
9.根据权利要求8所述的不同应力比重塑土制样装置，其特征在于，所述凹槽的数量为两个，并且两个所述凹槽呈十字交叉状。
10.根据权利要求1所述的不同应力比重塑土制样装置，其特征在于，所述第一透水元件以及所述第二透水元件均为圆柱形透水石，所述透水石底面直径与所述弹性膜围成的圆柱形空间的截面直径相同。
11.根据权利要求1所述的不同应力比重塑土制样装置，其特征在于，所述围压罩上分别安装有进水阀门以及排水阀门。
12.根据权利要求1所述的不同应力比重塑土制样装置，其特征在于，所述围压罩内壁上贴有位移标尺。
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