CN103048174B - 一种低液限粉质土三轴制样器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及岩土力学三轴试验试样制备技术领域，公开了一种低液限粉质土三轴制样器及制样方法，一种低液限粉质土三轴制样器包括：试样筒、平整器、振捣器和加载器。本发明的制样方法是将橡胶膜套在对开模上，逐次倒入土样并用平整器和振捣器控制初始干密度，从底座依次通二氧化碳和无气水饱和，根据二次干密度固结试样。本发明解决了制作粉质土均一试样的问题，将对开模定位、密封合为一体，提高试样尺寸精度与密封效果，采用橡胶-钢联合振捣头改善振动加密效果，并可与现有的三轴仪相匹配，减小设备投入；通过初始干密度和二次干密度两级控制，可在一定范围内任意指定试样的密度。

Description

一种低液限粉质土三轴制样器

技术领域

本发明涉及岩土力学三轴试验试样制备技术领域，特别涉及一种低液限粉质土三轴制样器及制样方法。

背景技术

粉质土是界于砂性土和粘性土之间的过渡类型，在我国广泛分布，该类土稳定性差，既易冲刷侵蚀,在各种动荷载作用下又易于液化,在当前极端天气频发的情况下，相应的地质灾害严重影响国民经济发展与人民的安定生活，因此对低液限粉质土的研究刻不容缓。限于现场原位试验的限制，一般室内试验是进行相关研究的主要手段，而均一的试样是获取稳定、可靠的试验数据，保证研究结果的必要基础。

目前常用的制样方法主要包括击实法和泥浆固结法。泥浆固结法制样过程繁琐，对制样设备要求较高，而且粉质土黏粒含量低，保水性差，因此泥浆含水量不易确定：泥浆过稠，空气难以排出，泥浆过稀，土颗粒易沉降，分层明显，因此该方法不适用于粉质土。击实法适用性较广，并且简单方便、制样周期短，但缺点也非常明显：首先，试样受冲击荷载作用，分层间密度不均匀，下层试样更加密实；其次，制样过程中空气可能封装在试样中，形成大孔隙，导致试样差异性大；第三在整个制样过程中受人为因素的影响过大。此外，两种方法均需在试样制作完成后再套橡胶膜，然后放置于试验仪器内进行相关研究，这一过程中试样将受到二次扰动，对试验结果形成潜在影响。因此有必要改进制样方法，以适应粉质土的特点，降低设备要求，进而减少人为因素对试样的影响。

发明内容

本发明的目的是：为解决上述现有技术中的技术问题，提供一种经济、可靠的低液限粉质土三轴制样器及合理的制样方法，其能够提高粉质土试样的均一性，减少人为因素对试样的影响，并通过已有的三轴试验设备控制试样的密度，减少对设备投入的要求。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：提供了一种低液限粉质土三轴制样器及制样方法，一种低液限粉质土三轴制样器包括：试样筒、平整器、振捣器和加载器；

所述试样筒进一步包括：底座1、对开模2、对开模固定板3、增容筒14、增容筒固定板15；底座1两端设有螺纹圆槽33，中心设有圆形凸台，圆形凸台与底座侧边的中心垂直线处设置第一导气导水通道32，第一导气导水通道32出口处设有第一导气导水孔4；对开模2下端与所述圆形凸台相匹配，对开模2上端与增容筒14下端相匹配；固定杆12通过旋入螺纹圆槽33固定在底座1上；对开模固定板3与增容筒固定板15两端均设有通孔，固定板依次穿过固定杆12且分别放置在对开模与增容筒的凸缘上，并用螺母13固定；对开模固定板3将底座1与对开模2固定在一起、增容筒固定板15将对开模2与增容筒14固定在一起；

所述平整器进一步包括：一字凸端头16、导杆17，两者通过螺纹连接；

所述振捣器进一步包括：联合振捣头18、第一螺纹杆19、第一定位板20、第一紧固片21、辅助定位板22；第一螺纹杆19下端与联合振捣头18螺纹连接,上端与辅助定位板22螺纹连接，第一定位板20与第一紧固片21在第一螺纹杆19上自由移动；

所述加载器放入增容筒内，进一步包括：加载头23、第二螺纹杆24、第二定位板25、第二紧固片26、第二导气导水孔27，加载头23与第二螺纹杆24下端螺纹连接，第二螺纹杆24上端设置第二导气导水孔27，第二定位板25与第二紧固片26在第二螺纹杆24上自由移动。

其中，所述对开模2由两块圆心角为180°的半圆形金属片组成，其连接处，一端设置凸槽9，另一端设置第一凹槽8，凸槽9与第一凹槽8相对应，凸槽9长于第一凹槽8约0.5mm，第一凹槽8与直径3mm橡胶密封圆条10相通。

其中，所述对开模2外侧中间位置设有吸气孔5，对开模2内侧刻有若干1.5mm宽、1.5mm深的排气槽，纵向排气槽6间隔60°，环向排气槽7间隔15mm，纵向排气槽6与环向排气槽7在吸气孔5处相交。

其中，所述联合振捣头18由20mm高弹性橡胶圆柱块与20mm白钢圆柱块组成。

其中，所述加载器的加载头23侧壁设置两道密封圈29，下端内嵌第一透水石30，第二螺纹杆24上端设置弯凹槽31，第二螺纹杆24内设第二导气导水通道28，且第二导气导水通道28出口处设有第二导气导水孔27。

一种低液限粉质土三轴制样器的制样方法，在制样时，先将橡胶膜套在对开模2上，并由吸气孔5通真空，使橡胶膜与对开模2内壁贴紧；在对开模2内放入第二透水石与滤纸，将风干土逐份倒入对开模2中，每次先用平整器刮平，再用振捣器调节初始干密度，直至预定高度；加载器放入增容筒14内保持密封，加载头23下端与土层表面接触，两者之间放置滤纸，第二螺纹杆24上端的弯凹槽31与三轴设备的量力环相接触，然后由底座1的第一导气导水孔4先通二氧化碳，再通无气水饱和试样；根据二次干密度计算并固结试样至预定高度，然后依次拆除加载器、增容筒14、底座1，削去多余土，完成试样制作。制作完成的试样应放在试验设备上再拆除对开模2，以消除套橡胶膜导致的试样二次扰动，然后直接进行相关饱和试验。

本发明的有益效果是：本发明解决了制作粉质土均一试样的问题，其将对开模定位、密封合为一体，提高试样尺寸精度与密封效果，并可与现有的三轴仪相匹配，减小设备投入；通过初始干密度和二次干密度两级控制，可在一定范围内任意指定试样的密度；采用橡胶■钢联合振捣头有效提高振动加密效果；整个制样过程中试样被对开模保护，有效减少人为因素影响，而预设的橡胶膜消除了套橡胶膜等过程对试样的二次扰动。制样方法也充分考虑粉质土的特点，试样饱和与加压固结速度快，制样效率可以保证。本发明不仅使用方便，而且密度控制精确，试样无二次扰动，适用于各种三轴试验。

附图说明

图1为本发明一种低液限粉质土三轴制样器的主视图。

图2为本发明对开模的主视图。

图3为本发明对开模的俯视图。

图4为本发明平整器的结构示意图。

图5为本发明振捣器的结构示意图。

附图标识：1-底座，2-对开模，3-对开模固定板，4-第一导气导水孔，5-吸气孔，6-纵向排气槽，7-环向排气槽，8-第一凹槽，9-凸槽，10-橡胶密封圆条，11-螺栓，12-固定杆，13-螺母，14-增容筒，15-增容筒固定板，16-一字凸端头，17-导杆，18-联合振捣头，19-第一螺纹杆，20-第一定位板，21-第一紧固片，22-辅助定位板，23-加载头，24-第二螺纹杆，25-第二定位板，26-第二紧固片，27-第二导气导水孔，28-第二导气导水通道，29-密封圈，30-第一透水石，31-弯凹槽，32-第一导气导水通道，33-螺纹圆槽。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。

本发明一种低液限粉质土三轴制样器，包括：试样筒、平整器、振捣器和加载器；

所述试样筒进一步包括：底座1、对开模2、对开模固定板3、增容筒14、增容筒固定板15；底座1两端设有螺纹圆槽33，中心设有圆形凸台，圆形凸台与底座侧边的中心垂直线处设置第一导气导水通道，第一导气导水通道出口处设有第一导气导水孔4；对开模2下端与所述圆形凸台相匹配，对开模2上端与增容筒14下端相匹配，对开模2由螺栓11夹紧；固定杆12通过旋入螺纹圆槽33固定在底座1上；对开模固定板3和增容筒固定板15为梭形，长轴两端有通孔，并与固定杆12相匹配，固定板依次穿过固定杆12且放置在对开模与增容筒的凸缘上，并用螺母13固定；对开模固定板3将底座1与对开模2固定在一起、增容筒固定板15将对开模2与增容筒14固定在一起；

所述平整器进一步包括：一字凸端头16、导杆17，两者通过螺纹连接；

所述振捣器进一步包括：联合振捣头18、第一螺纹杆19、第一定位板20、第一紧固片21、辅助定位板22；第一螺纹杆19下端与联合振捣头18螺纹连接，上端与辅助定位板22螺纹连接，第一定位板20与第一紧固片21在第一螺纹杆19上自由移动；

所述加载器进一步包括：加载头23、第二螺纹杆24、第二定位板25、第二紧固片26、第二导气导水孔27，加载头23与第二螺纹杆24下端螺纹连接，第二螺纹杆24上端设置第二导气导水孔27，第二定位板25与第二紧固片26在第二螺纹杆24上自由移动。

其中，所述对开模2由两块圆心角为180°的半圆形金属片组成，其连接处，一端设置凸槽9，另一端设置第一凹槽8，凸槽9与第一凹槽8相对应，凸槽9长于第一凹槽8约0.5mm，第一凹槽8与直径3mm橡胶密封圆条10相通，这一设置可以精确定位对开模2，确保密封性，保证试样尺寸与形状。

其中，所述对开模2外侧中间位置设有吸气孔5，对开模2内侧刻有若干1.5mm宽、1.5mm深的排气槽，纵向排气槽6间隔60°，环向排气槽7间隔15mm，当由吸气孔5抽真空后，排气槽可保证橡胶膜与对开模2紧贴在一起，纵向排气槽6与环向排气槽7在吸气孔5处相交。

其中，所述联合振捣头18由20mm高弹性橡胶圆柱块与20mm白钢圆柱块组成，并通过三个螺栓连接在一起，其中高弹性橡胶将有效传递振动，保证土样加密效果。

其中，所述加载器的加载头23侧壁设置两道密封圈29，下端内嵌第一透水石30，第二螺纹杆24上端设置弯凹槽31，第二螺纹杆24内设第二导气导水通道28，且第二导气导水通道28出口处设有第二导气导水孔27，第二螺纹杆24上端的弯凹槽31与三轴设备的量力环相匹配。

一种低液限粉质土三轴制样器的制样方法，在制样时，先将橡胶膜套在对开模2上，并由吸气孔5通真空，使橡胶膜与对开模2内壁贴紧；在对开模2内放入第二透水石与滤纸，将风干土逐份倒入对开模2中，每次先用平整器刮平，再用振捣器调节初始干密度，直至预定高度；加载器放入增容筒14内保持密封，加载头23下端与土层表面接触，两者之间放置滤纸，第二螺纹杆24上端的弯凹槽31与三轴设备的量力环相接触，然后由底座1的第一导气导水孔4先通二氧化碳，再通无气水饱和试样；根据二次干密度计算并固结试样至预定高度，然后依次拆除加载器、增容筒14、底座1，削去多余土，完成试样制作。制作完成的试样应放在试验设备上再拆除对开模2，以消除套橡胶膜导致的试样二次扰动，然后直接进行相关饱和试验。

参照图1-5，本发明一种低液限粉质土三轴制样器的制样方法，具体包括以下步骤：

步骤100：根据初定干密度要求，计算并精确称量5份试验土。

步骤200：用螺栓11将对开模2夹紧，在对开模2上套橡胶膜并用橡胶圈固定，将对开模2放在底座1上，对开模固定板3穿过固定杆12，用蝶形螺母13将对开模2与底座1固定，两者密封性由橡胶膜保证。

步骤300：往对开模2内逐份倒入风干粉质土，每次倒入土样后先用平整器刮平，然后根据初定干密度将振捣器的第一定位板20旋至计算位置，并用第一紧固片21固定，最后将土层击至预定高度；在倒入第四层土时，将增容筒14置于对开模2上并由增容筒固定板15通过固定杆12和蝶形螺母13将增容筒14与对开模2固定在一起，两者密封性由橡胶膜保证，重复倒入第四、第五层土并控制在预定高度。

步骤400：将加载器放置在增容筒14内，加载头23下端与试样上表面接触，两者之间放置滤纸，第二螺纹杆24上端的弯凹槽31与三轴设备的量力环相接触；由底座1的第一导气导水孔4通入二氧化碳，当排出气泡均匀，继续通一会二氧化碳，然后再由第一导气导水孔4通无气水反压饱和试样，当排出水量稳定，试样饱和完毕。

步骤500：对于高干密度试样，根据二次干密度计算第二定位板25的位置并用第二紧固片26固定，开启三轴仪加载，当第二定位板25与增容筒14相接触，停止加载，保持试样固结；当固结排水量与量力环上百分表示数均稳定后，则表示固结稳定。

步骤600：依次拆除加载器和增容筒14和底座1，将多余土削去，即得到所需的三轴试样，该试样直径为39.1mm，高为80mm。

步骤700：将试样连同对开模2放置在三轴仪器的底座上，再拆除对开模1，以保证试样无扰动，此时试样已是饱和试样，可直接进行相关试验。

以上内容是结合优选技术方案对本发明所做的进一步详细说明，不能认定发明的具体实施仅限于这些说明。对本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的构思的前提下，还可以做出简单的推演及替换，都应当视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种低液限粉质土三轴制样器，其特征在于，所述低液限粉质土三轴制样器包括：试样筒、平整器、振捣器和加载器；

所述试样筒进一步包括：底座(1)、对开模(2)、对开模固定板(3)、增容筒(14)、增容筒固定板(15)；底座(1)两端设有螺纹圆槽(33)，中心设有圆形凸台，圆形凸台与底座侧边的中心垂直线处设置第一导气导水通道(32)，第一导气导水通道(32)出口处设有第一导气导水孔(4)；对开模(2)下端与所述圆形凸台相匹配，对开模(2)上端与增容筒(14)下端相匹配；固定杆(12)通过旋入螺纹圆槽(33)固定在底座(1)上；对开模固定板(3)与增容筒固定板(15)两端均设有通孔，固定板依次穿过固定杆(12)且分别放置在对开模与增容筒的凸缘上，并用螺母(13)固定；

所述平整器进一步包括：一字凸端头(16)、导杆(17)，两者通过螺纹连接；

所述振捣器进一步包括：联合振捣头(18)、第一螺纹杆(19)、第一定位板(20)、第一紧固片(21)、辅助定位板(22)；第一螺纹杆(19)下端与联合振捣头(18)螺纹连接，上端与辅助定位板(22)螺纹连接，第一定位板(20)与第一紧固片(21)在第一螺纹杆(19)上自由移动；

所述加载器放入增容筒内，进一步包括：加载头(23)、第二螺纹杆(24)、第二定位板(25)、第二紧固片(26)、第二导气导水孔(27)，加载头(23)与第二螺纹杆(24)下端螺纹连接，第二定位板(25)与第二紧固片(26)在第二螺纹杆(24)上自由移动；

所述对开模(2)外侧中间位置设有一个吸气孔(5)，对开模(2)内侧刻有若干1.5mm宽、1.5mm深的排气槽，纵向排气槽(6)间隔60°，环向排气槽(7)间隔15mm，纵向排气槽(6)与环向排气槽(7)在吸气孔(5)处相交。

2.根据权利要求1所述的低液限粉质土三轴制样器，其特征在于，所述对开模(2)由两块圆心角为180°的半圆形金属片组成，其连接处，一端设置凸槽(9)，另一端设置第一凹槽(8)，凸槽(9)与第一凹槽(8)相对应，凸槽(9)长于第一凹槽(8)0.5mm，第一凹槽(8)与直径3mm橡胶密封圆条(10)相通。

3.根据权利要求1所述的低液限粉质土三轴制样器，其特征在于，所述联合振捣头(18)由20mm高弹性橡胶圆柱块与20mm白钢圆柱块组成。

4.根据权利要求1所述的低液限粉质土三轴制样器，其特征在于，所述加载器的加载头(23)侧壁设置两道密封圈(29)，下端内嵌第一透水石(30)，第二螺纹杆(24)上端设置弯凹槽(31)，第二螺纹杆(24)内设第二导气导水通道(28)，且第二导气导水通道(28)出口处设有第二导气导水孔(27)。