CN104280262A - 三向环刀土样切割仪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种室内实验土样三向迅速切割的技术方法，特别可以控制土样体积，形状以及迅速切割，属于土样制备检测的创新技术。为了最大限度的利用土样，同时更好的获取每一部分土样参数，本发明设计了一种专用的模具，形状分为鼓状和圆筒状，适宜原状样和压缩样，剪切样进行物化参数测试。具体模具参数可对照图纸根据实验需求自行制作。通过使用g组环刀，h组环刀，i组环刀互相配合对土体试样进行三向切割，进而达到土样的最大利用，同时也可对土样不同部分进行对比研究，以观察含水量，孔隙度等一系列物化参数是否和分布位置有关。最多可将一土样切割成6×6×4＝144块，也可依据实验需求少放入相应环刀，使土样数量在2～144中变动。

Description

三向环刀土样切割仪

技术领域：

本发明涉及一种室内实验土样三向迅速切割的技术方法，特别可以控制土样体积，形状以及迅速切割，属于土样制备检测的创新技术。 

背景技术：

实验制备土样过程中，多为圆柱体，对其物化性质的分析多取边角部分进行实验，这样所获取的数据往往单一，即使多取几个做平均样品，但因其取样不具备代表性，不能十分准确的得到土样物化参数。 

目前国内外现有切割土样的方式主要为环刀、切土器，原状土分样器等，上述仪器多为固定尺寸和形状，浪费很多土样；同时如果多次实验，则需要重复制样，如此浪费大量人力物力和时间。 

发明内容：

为了最大限度的利用土样，同时更好的获取每一部分土样参数，本发明设计了一种专用的模具，形状分为鼓状和圆筒状，适宜原状样和压缩样，剪切样进行物化参数测试，具体模具参数可对照图纸根据实验需求自行制作。 

整个三向土样切割仪器主要由土样分离器，多功能环刀组和切割仪构成，实验装置(见图1、图2、图3)各部分功能说明如下： 

a.分离器顶盖：为圆形顶盖，顶盖上均布a1环形空隙和a2纵向空隙，方便g组环刀和h组环刀(见图2)插入； 

a1.环形空隙，自顶部圆心至外圈共计5个，将顶部圆盖6等分，每个空隙较相应环刀宽2～3mm，用于g组环刀插入(见图5和图6)，将土样切割成相应规格的柱状； 

a2.纵向空隙，过顶部圆心呈互相垂直的十字形，每个空隙较相应环刀宽2～3mm，用于h组环刀插入(见图5和图6)，将已切割成相应柱状的土样进一步切割成四份条状；同时每个纵向空隙末端附有连接环，用于和e型、f型侧壁相连(见图1)； 

b.支架轴，圆柱状金属杆，连接并支撑顶面和底面，用于固定支架； 

c.六棱柱型空隙，位于d底座下半部分，每边边长为a顶盖的半径一半，即1/2R，厚度为自底面到顶面底座厚度一半，即1/2D，用于固定土样分离器和切割仪(见图5和6) 

d.底座，圆饼状金属体，密度大，用于维持整个切割器的重心；同时与a对应含有四个连接环，用于和e型、f型侧壁相连(见图1)； 

e.鼓状外壁，由四个e1和a顶盖、d底座通过e3连接环形成： 

e1.鼓状侧壁，四角各有一个连接环e3，与主体支架a顶盖、d底座相连接，可以打开闭合以方便压缩过的土样进入和取出(见图4和图7)； 

e2.鼓状外壁横向空隙，沿鼓状外壁的高均匀分布有5个，将鼓状外壁分成等高的6部分，用于ie组环刀(见图2)插入，将已切割成条状的土样进一步切割成饼状； 

f.筒状外壁，由四个f1筒状侧壁和a顶盖、d底座通过f3连接环形成； 

f1.筒状侧壁，四角各有一个连接环f3，与主体支架a顶盖、d底座相连接，可以打开闭合以方便压缩过的土样进入和取出(见图4和图7) 

f2.筒状外壁横向空隙，沿筒状外壁的高均匀分布有5个，将鼓状外壁分成等高的6部分，用于if组环刀(见图2)插入，将已切割成条状的土样进一步切割成饼状； 

g.环向环刀组，为1/4圆柱面(两边外延5mm左右打薄，保证横向空隙为1/4圆面)状环刀，高度与c一致均为H，柱面上同样等高分布5个横向空隙，方便k组环刀插入；同时用于将土样切割成所需的柱状体，圆面半径依次为5/6R、4/6R、3/6R、2/6R、1/6R，对应a处5个空隙，每个半径有4个同样的环刀以构成圆柱面； 

h.纵向环刀组，长方形状环刀，为主要对应b处4个空隙，高度与c一致均为H，宽度依据所需保留的中心柱体程度分别有R、5/6R、4/6R、3/6R、2/6R、1/6R，每个宽度有4个环刀，以对土样进行4等分 

i.横向环刀组，分为鼓状横向环刀组ie和筒状横向环刀组if 

ie.鼓状横向环刀组，用于对eq鼓状土样进行最后一部切割(见图4)为饼状，依据所需的土样形状不同，圆面半径分别为R+x、5/6R+x、4/6R+x、3/6R+x、2/6R+x、1/6R+x，每个宽度有4*5＝20个，以对土样进行20等分； 

if.筒状横向环刀组，用于对gq筒状土样进行最后一步切割(见图5)为饼状，依据所需的土样形状不同，圆面半径分别为R、/6R、4/6R、3/6R、2/6R、1/6R，每个宽度有4*5＝20个，以对土样进行20等分； 

j.切割仪，由j1～j9构成，主要用于将已进入土样分割器的土样进行迅速的切割，在最短时间内得到最精确结果； 

j1.压缩柱，圆柱状金属体，半径R2，长度1.5H，底部与j4压缩器无缝焊接，在j3支撑台的空隙处通过上下运动，进而将g组和h组环刀迅速压入土样分割器中； 

j2.支撑柱，圆柱状金属体，半径R1，长度2.5H，分别与j3支撑台，j9固定台无缝焊接，用于连接支撑台和固定台，同时提供足够的高度方便j1压缩柱上下运动进而将g组和h组环刀迅速压入土样分割器中； 

j3.支撑台，长方体状金属体，长宽高分别为：A1、B1、H1，有两个圆柱形空隙，分别与j1压缩柱可滑动式连接，j2支撑柱可旋转连接，主要提供空间方便j1压缩柱上下运动进而将g组和h组环刀迅速压入土样分割器中； 

j4.压缩器，扁平圆柱状金属体，半径R，高度D1，与j1压缩柱无缝焊接，直接作用于土样分割仪，通过j1压缩柱的上下移动，进而将g组和h组环刀迅速压入土样分割器中； 

j5.连接器，为一T型金属体，用于连接j2支撑柱和j6横向环刀切割柱，可以绕j2支撑轴旋转并上下移动，方便i组环刀迅速切入土样分割器中； 

j6.横向环刀切割柱，为一圆柱状金属体，半径R3，长度3R，一端留有间隙，方便与i组环刀相连(见图5和图6)，可通过j5连接器进行平面旋转，并且可前后插入，进而方便i组环刀迅速切入土样分割器中； 

j7.六棱柱型凸起，与j8载物台无缝焊接，通过和土样分割器的底座d底部的六棱柱型空隙相合，进而固定土样分割器，六棱柱边长1/2R，高度1/2D； 

j8.载物台，圆柱状金属体，半径R4，高度D1，与j7六棱柱型凸起以及j9固定台无缝焊接，主要用于连接j7六棱柱型突起以及j9固定台； 

j9.固定台，长方体状金属体，长宽高分别为A3、B3、H3，直接与j2支撑柱和j8载物台无缝焊接，用于确保整个仪器的重心和平稳； 

通过对土体试样进行三向切割，进而达到土样的最大利用，同时也可对土样不同部分进行对比研究，以观察含水量，孔隙度等一系列物化参数是否和分布位置有关。最多可将一土样切割成6×6×4＝144块，图7为完全切割土样俯视图，也可依据实验需求少放入相应环刀，使土样数量在2～144中变动(如图8所示)。 

附图说明：

图1 土样分离器 

图2 多功能环刀组 

图3 切割仪 

图4 土样装入 

图5 e型土样切割方式 

图6 f型土样切割方式 

图7 土样取出及完全切割 

图8 部分切割 

具体实施方式：

(1)如图1所示，针对不同土样选择e型或f型外壁，与主体支架连接构成完整的土体切割器主体，连接前可在外壁内部涂抹凡士林以保证内部的光滑方便土样的进出。 

(2)如图4所示，打开外壁放入土样后再关闭外壁即可。 

(3)如图5和6所示，依据实验需求，先插入不同尺寸的g组环刀，再插入不同尺寸的h组环刀，放入切割仪j中，通过压缩器j1、j4迅速切割；环刀插入前涂抹凡 士林，以达到隔水润滑的作用 

(4)如图5和图6所示，依据实验需求在横向环刀切割柱j6中插入不同尺寸的i组环刀，旋转连接器j5和推进j6横向环刀切割柱即可获取不同规格形状的土样，环刀插入前涂抹凡士林，以达到隔水润滑的作用。 

(4)如图7所示，打开环刀盒，取出土样即可，图中所示土样为完全切割土样，也可依据实验需求插入不同型号环刀，进而获取不同规格的土样(见图8)。 

(5)取出相应的土样后可进行相关物化参数测试。 

(6)洗净装置，细心维护，以便下一次实验使用。 

Claims (10)

1.一种室内实验土样三向迅速切割的技术方法，通过环向，纵向，横向三向环刀组的配合切割，可将一土样最多切割成144个小样，也可依据实验需求切割成2～144个样品，样品形状可以切割成1/4、2/4、3/4、4/4柱状，1/4、2/4、3/4、4/4饼状，1/4、2/4、3/4、4/4环状，同时柱状，环状，饼状土样的高度、内径、长度均可视实验需求而加以调整得到。

2.根据权利1所要求的切割方式，土样分离器外壁及其四角的圆环连接结构，e型外壁和f型外壁与a顶面、d底面圆环连接结构互相咬合，进而形成可拆卸外壁，以适应不同类型土样。

3.根据权利1和权利2，土样分离器及其可拆卸外壁，可依据实验需求等比例或者部分放大做成器材，同时安装后可自由打开与关闭的方式，对于土样的进入和取出十分便利。

4.根据权利1所要求的切割方式，顶部为环形空隙和十字空隙构成，空隙厚度较环刀宽1～2mm，用于对土样进行柱状和条状切割，可依据实验需求适当增加或减少空隙数量。

5.根据权利1和权利2的要求，外壁上分布有等高横向空隙，用于横面环刀组的切入，以形成饼状土样，同时横向空隙也可不等高分布，具体距离可视实验需求而定，空隙数量不局限于5个，可视实验需求增加或者减少。

6.根据权利1的要求，g组环刀4个一组，共计5组，用于将土样切割成柱状；也可依据实验需求进一步增加或减少环刀内径、组数、长短。

7.根据权利5的要求，g组环刀壁上有六等分等高横向空隙，用于i组环刀进行土样切割，

也可依据实验需求适当增加或减少横向空隙，同时空隙间距离也可不等分，高度自由变化。

8.根据权利1的要求，h组环刀对应主体支架顶部十字空隙，用于将柱体土样进一步切成所需的条形土样。

9.根据权利1，权利5和权利6的要求，i组环刀对应外壁上的横向空隙，每组20个，一共2种，鼓状和筒状，每种6组，共计12组用于将土样切割成饼状，也可依据实验需求适当增加i组环刀内径和数量。

10.根据权利1，切割仪通过六棱柱型凸起与土样分离器底部六棱柱型空隙相连，凸起与空隙形状也可试实验需求进行变化，不局限于六棱柱；同时切割仪各部分尺寸也可依据实验需求适当的等比例放大或缩小，或不等比例变化。