CN103776676A

CN103776676A - 一种土工三轴试验试件对开模及试件制作方法

Info

Publication number: CN103776676A
Application number: CN201410031719.1A
Authority: CN
Inventors: 郑健龙; 张军辉; 岑广明; 王艳岭; 戴良良; 谌叶娟; 张磊
Original assignee: Changsha University of Science and Technology
Current assignee: Changsha University of Science and Technology
Priority date: 2014-01-23
Filing date: 2014-01-23
Publication date: 2014-05-07
Anticipated expiration: 2034-01-23
Also published as: CN103776676B

Abstract

本发明公开了一种土工三轴试验试件对开模及试验件制作方法，土工三轴试验试件对开模包括对开筒，对开筒被轴向分为相同的能严密合实的两部分，可在对开筒内上下移动的垫块，可套在对开筒柱体外部的套环，可在对开筒内上下运动的压实杆。本发明的有益效果是本发明制作的土工三轴试验试件密实度较均匀，从而能够获得较可靠的土工三轴试验数据。

Description

一种土工三轴试验试件对开模及试件制作方法

技术领域

本发明属于土木工程设备技术领域，涉及一种土工三轴试验试件对开模，本发明还涉及一种土工三轴实验试件制作方法。

背景技术

随着土力学理论的完善和科技水平的提升，土工三轴试验已成为一种常用的测量土的内摩擦角、粘聚力、动模量等力学参数的方法。为准确得到这些参数，良好的三轴试验试件是不可缺少的。当前试验规程要求试件的直径和高度应该符合三轴仪对试件尺寸的要求，试件高度与直径之比通常为2.0～2.5，对于扰动土试件，黏土应分5～8层压实，其他土分3～5层压实，以保证试件整体上的均匀性。

常规扰动土制样模有直筒式和组装式两种，直筒式模具制件时把土样倒入直筒模中，然后分层压实到试件所需的高度，再借助外力把试件顶出来即可。此法较简单，但也有几个缺点：（1）分层压实过程中每层的高度无法准确有效控制，从而导致试件密度不均匀，这将直接影响到三轴试验结果的准确性和科学性；（2）压实成型后的试件通常与筒的内壁有较大摩阻力，需要借助较大的外力顶推才能从将其直筒模导出，而土工试件具有明显的弹塑性，被顶推过程中将不可避免的产生塑性压缩变形，导致试件的尺寸和密度改变，因而难以得到较符合要求的试件。

组装式就是把上述直筒式模具轴向切割拆分成若干块的再组装的形式，制件时把各部件拼接成筒状，在筒外使用铁环将其固定，灌土分层压实成型后再取下铁环，掰开铁模即可，此法能避免上述直筒式制作的试件用外力顶推出模时试件变形的问题，但是仍然存在无法有效控制分层压实过程中试件均匀性的问题，而且由于粘性土试件易粘在模具内壁上，拆模时试件容易拉裂破坏；另外，组装的模块之间不能完全弥合，缝隙的存在将直接导致较小的土颗粒从模块的缝隙溢出，试件表面因而产生条纹。

因此，设计一种合理的土工三轴试件的模具，用来制作密度较均匀性和外观尺寸较规范的土工三轴试件，对提高三轴试验测试结果的科学性具有重要作用；同时对三轴试验成套设备的完善，提高行业水平，也具有一定的实际意义。

发明内容

本发明的目的在提供一种土工三轴试验试件对开模，解决了现有的土工三轴试件模具使用不方便，制作的试件密度不均匀的问题。

本发明的目的还在于提供一种土工三轴试验试件的制作方法。

本发明一种土工三轴试验试件对开模采用的技术方案是包括对开筒，对开筒被轴向分为相同的能严密合实的两部分，可在对开筒内上下移动的垫块，可套在对开筒柱体外部的套环，可在对开筒内上下运动的压实杆。垫块高度20mm，直径71.5mm。对开筒为钢材质，内径72mm，厚度8.5mm，外径89mm，高度184mm；对开筒可轴向对称地拆分为两片，两片的接合部分别设置凹槽和凸起，凸起可插入凹槽中。套环为钢材质；套环内径为90mm、外径120mm、高度15mm；套环上有4个径向对称的螺纹孔；套环共有三个，分别套在对开筒上中下三个部位。压实杆的传力轴直径为20mm，传力轴上由上至下固定套有6块板，最下端的是底板，底板的厚度为20mm，直径为71.5mm；底板上方依次设置五块横隔板，横隔板的直径为60mm，厚度为8.8mm，相邻横隔板的间距20mm，横隔板之间、横隔板与底板之间均可插入对开垫，对开垫的内径为20.5mm、外径为90mm。

本发明应用一种土工三轴试验试件对开模制作试验件的方法，其特征在于包括以下四个步骤：步骤1：组装对开筒；步骤2：装填土样；步骤3：将压实杆放入对开筒中压实土样；步骤4：重复步骤三直至对开筒中土样压制完成。步骤1中先在对开筒内壁均匀的铺上一层保鲜膜，并排除之间的气泡，然后将对开筒的两片对接好，将三个套环分别套在对开筒的上中下三个部位，并拧紧上面的螺丝，使对开筒的两片紧密结合在一起。步骤2先根据试件所需质量的称量土样，平均分为五分，然后将其中一份倒入对开筒内并整平表面。步骤3先将对开垫楔入顶层的横隔板下方，然后将压实杆放入对开筒中，并在压实杆上端施加压力，压实杆的底板将向下运动并压实土样。当对开垫下端与对开筒上端接触后，对开垫被对开筒顶住而不能继续向下移动，此时，整个压实杆被限制而不能上下运动，这样，土样被压到了所需试件的1/5的高度，静压几分钟后，取出压实杆，将对开垫楔入下一层横隔板下方，并将对开筒土样的上表层刨毛，倒入1/5试件总质量的土样并整平，将压实杆放入对开筒中并施加压力。

本发明的有益效果是本发明制作的土工三轴试验试件密实度较均匀，从而能够获得较可靠的土工三轴试验数据。

附图说明

图1是本发明一种土工三轴试验试件对开模中的对开筒；

图2是垫块示意图；

图3是对开模中的套环示意图；

图4是对开模中的压杆示意图；

图5是土工三轴对开模总体示意图；

图6是土工三轴试件制作流程图。

图中，1.对开筒，2.垫块，3.套环，4.压实杆，5.凹槽，6.凸起，7.底板，8.横隔板，9.对开垫。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明如图1至图4所示包括对开筒1，对开筒1被轴向分为相同的能严密合实的两部分，为可在对开筒1内上下移动的垫块2，可套在对开筒1柱体外部的套环3，可在对开筒内上下运动的压实杆4。垫块2高度20mm，直径71.5mm，对开筒1为钢材质，内径72mm，厚度8.5mm，外径89mm，高度184mm，以满足所制的试件高度与直径之比为2.0～2.5的要求。对开筒1可轴向对称地拆分为两片，两片的接合形式为凹凸状接口，其中凹进部位的尺寸应略大于凸出部位的尺寸，以保证两片具有良好的契合性，我们设计的两片的接合部分别设置凹槽5和凸起6，凸起6可插入凹槽5中。桶内下方有一表面平整的垫块2，高度20mm，直径71.5mm，略小于筒的内径，以此保证垫块能在桶内上下活动。套环3为钢材质，内径为90mm，以使其能刚好能套住上述对开筒外围为准，外径120mm，高度15mm，套环3上有4个径向对称的螺纹孔，直径8mm的螺丝可以穿过。套环3共有三个，分别套在对开筒上中下三个部位，拧紧螺丝使其顶住对开筒1的外壁，这样对开筒1的两部分就能紧密的接合在一起。对开筒1凹凸式接合形式和环的存在将有效的防止对开筒1的错位和变形，以此减小接合部位的间隙。所述压实杆4的传力轴直径20mm，上有固定的6块板，其中最下端的是底板7，底板7将直接作用在对开筒1内的土样上对其压实，底板7的厚度和直径分别为20mm、71.5mm，保证足够的强度，同时又能在对开筒1内上下活动，对开筒1的高度减去底板7和下端的垫块2厚度，既是所需试件的高度；底板7上方是五块板横隔板8，直径为60mm，厚度为8.8mm，相邻横隔板8之间、横隔板8与底板7之间的间距20mm，因而板与板之间都可以楔入高度为19.9mm的对开垫9，其中对开垫9的内径为20.5mm，与传力轴的直径相当，其外径为90mm，与上述对开筒1的外径相同。这样，在压实杆4向下压实土样的过程中，当对开垫9下端与对开筒1上端接触后，对开垫9将不能继续向下移动，此时，横隔板8也被对开垫9顶住而不能下移，压实杆4的上下运动被限制了，因而其下端的底板7只能在桶内伸入一定距离，这样，底板7将土样压到了所需的厚度。在压实杆4上由下至上先后5次楔入对开垫9之间，在对开垫9的限制下，压实杆4下端的底板7每次只能伸入一固定的深度，因而能将土样平均分为五层压实。

如图5和图6所示，本发明提供的一种土工三轴试验试件制作方法，可用于制作密实度较均匀的土工三轴试件，从而获得较可靠的土工三轴试验数据，主要包括以四个步骤：

步骤1：组装对开筒1。所述对开筒1可轴向对称地拆分为两片，两片的接合形式为凹凸状接口，桶内下方有一表面平整的垫块，对开筒1外面的有三个套环，分别套在对开筒1上中下三个部位，每个环上有4螺丝，拧紧螺丝能顶住筒的外壁，这样对开筒1的两部分就能紧密的接合在一起。组装时，先在对开筒1内壁均匀的铺上一层保鲜膜，保鲜膜对光滑的物体表面具有吸附性，并排除之间的气泡；然后将对开筒1的两片对接好，将三个套环套在对开筒的上中下三个部位，并拧紧上面的螺丝，使对开筒紧密的结合在一起。

步骤2：装填土样。称量试件所需质量的土样，平均分为五分，将其中一份倒入对开筒1并整平。

步骤3：将压实杆4放入对开筒1中压实土样。所述压实杆4上有固定的六块板，这六块板的间距是一样的，相邻的两块板之间可以楔入对开垫9，对开垫9的外径等于对开筒1的外径。操作时，先将对开垫9楔入顶层的横隔板8下方，将压实杆4放入对开筒1中，然后在压实杆4上端施加压力，压实杆4的底板7将向下运动并压实土样。当对开垫9下端与对开筒1上端接触后，对开垫9被对开筒1顶住将不能继续向下移动，此时，整个压实杆4被限制不能上下运动，这样，土样被压到了所需试件的1/5的高度。静压几分钟后，取出压实杆4，将对开垫9楔入下一层横隔板8的下方，并将桶内土样的上表层刨毛，并倒入1/5试件总质量的土样并整平，将压实杆4放入对开筒1中并施加压力。

步骤4：重复步骤三，直到压实完成，试件达到了所需的高度，再静压几分钟后卸掉压实杆4，松开套环上的螺丝并取出套环，拆开对开筒1，取出试件，清理掉表层的保鲜膜，即得到了所需的土工三轴试件。

当然，以上所述仅是本发明的一种实施方式而已，应当指出对本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰均属于本发明权利要求的保护范围之内。

本发明制作的土工三轴试验试件密实度较均匀，从而能够获得较可靠的土工三轴试验数据。

1.钢质的对开筒具有较高的强度，在较大的压力下能保证不变形；两片对开模结合处采用凹凸式的结合形式能保证其不会产生径向的错位，外围的套环上四个螺丝的强力挤压进一步增加了对开模在外力作用下的抗变形能力。

2.使用附带有对开垫块9的压实杆4能准确控制每一层的压实厚度，从而得到密度较均匀的试件，继而提高试验数据的可靠性。

3.用保鲜膜来分隔土样与对开模，能达到较好的分隔效果，拆模较方便，不会破坏试件。

Claims

1.一种土工三轴试验试件对开模，其特征在于：包括对开筒（1），对开筒（1）被轴向分为相同的能严密合实的两部分，可在对开筒（1）内上下移动的垫块（2），可套在对开筒（1）柱体外部的套环（3），可在对开筒内上下运动的压实杆（4）。

2.按照权利要求1所述一种土工三轴试验试件对开模，其特征在于：所述垫块（2）高度20mm，直径71.5mm。

3.按照权利要求1所述一种土工三轴试验试件对开模，其特征在于：所述对开筒（1）为钢材质，内径72mm，厚度8.5mm，外径89mm，高度184mm；对开筒可轴向对称地拆分为两片，两片的接合部分别设置凹槽（5）和凸起（6），凸起（6）可插入凹槽（5）中。

4.按照权利要求1所述一种土工三轴试验试件对开模，其特征在于：所述套环（3）为钢材质；套环（3）内径为90mm、外径120mm、高度15mm；套环（3）上有4个径向对称的螺纹孔；套环（3）共有三个，分别套在对开筒上中下三个部位。

5.按照权利要求1所述一种土工三轴试验试件对开模，其特征在于：所述压实杆（4）的传力轴直径为20mm，传力轴上由上至下固定套有6块板，最下端的是底板（7），底板（7）的厚度为20mm，直径为71.5mm；底板（7）上方依次设置五块横隔板（8），横隔板（8）的直径为60mm，厚度为8.8mm，相邻横隔板（8）的间距20mm，横隔板（8）之间、横隔板（8）与底板（7）之间均可插入对开垫（9），对开垫（9）的内径为20.5mm、外径为90mm。

6.应用权利要求1所述一种土工三轴试验试件对开模制作试验件的方法，其特征在于包括以下四个步骤：步骤1：组装对开筒（1）；步骤2：装填土样；步骤3：将压实杆（4）放入对开筒（1）中压实土样；步骤4：重复步骤三直至对开筒（1）中土样压制完成。

7.按照权利要求6所述一种试验件的制作方法，其特征在于：所述步骤1中先在对开筒（1）内壁均匀的铺上一层保鲜膜，并排除之间的气泡，然后将对开筒（1）的两片对接好，将三个套环分别套在对开筒（1）的上中下三个部位，并拧紧上面的螺丝，使对开筒的两片紧密结合在一起。

8.按照权利要求6所述一种试验件的制作方法，其特征在于：所述步骤2先根据试件所需质量的称量土样，平均分为五分，然后将其中一份倒入对开筒（1）内并整平表面。

9.按照权利要求6所述一种试验件的制作方法，其特征在于：所述步骤3先将对开垫（9）楔入顶层的横隔板（8）下方，然后将压实杆（4）放入对开筒（1）中，并在压实杆（4）上端施加压力，压实杆（4）的底板（7）将向下运动并压实土样。当对开垫（9）下端与对开筒（1）上端接触后，对开垫（9）被对开筒（1）顶住而不能继续向下移动，此时，整个压实杆（4）被限制而不能上下运动，这样，土样被压到了所需试件的1/5的高度，静压几分钟后，取出压实杆（4），将对开垫（9）楔入下一层横隔板（8）下方，并将对开筒（1）土样的上表层刨毛，倒入1/5试件总质量的土样并整平，将压实杆4放入对开筒（1）中并施加压力。