CN104374624A

CN104374624A - 一种土工三轴试验试样制备对开圆模及试样制备方法

Info

Publication number: CN104374624A
Application number: CN201410662798.6A
Authority: CN
Inventors: 路德春; 张佩; 杜修力; 潘志刚; 孔凡超; 王秋生
Original assignee: Beijing University of Technology
Current assignee: Beijing University of Technology
Priority date: 2014-11-19
Filing date: 2014-11-19
Publication date: 2015-02-25

Abstract

一种土工三轴试验试样制备对开圆模及试样制作方法，属于木工程设备技术领域。其包括对开筒和套环两部分。对开筒被轴向分为对开半筒a和对开半筒b。在对开半筒a设有U形孔，对开圆模的底部设有四个凹槽，从而使对开圆模与压力室底座牢固结合。在对开半筒a设有真空抽气孔并连接抽气螺栓及橡胶抽气导管，从而使橡皮膜覆盖并紧贴对开模的内表面，形成较均匀的试样。套环为不锈钢材质，环体厚度为0.5mm，其上有连接螺栓杆，可箍紧对开圆筒。本发明组装方便快捷、卡接牢固，两个1/2对开半筒拼装后形成两个连接缝，制作的土工三轴试验试样密实度较均匀，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样制备对开圆模及试样制备方法

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样制备对开圆模，并涉及一种土工三轴试验试样制作方法。

背景技术

土力学的四大支柱，理论土力学、试验土力学、应用土力学与计算土力学。试验土力学作为土力学发展的基础，不仅仅是建立在采样、制作、模拟影响因素而进行的重复性测试，它必将与理论土力学紧密结合。随着土力学理论和土工实验技术的提升，土工三轴试验已成为一种常用的测量土体力学参数的方法。在进行土性试验时，英国GDS公司生产的非饱和土三轴试验仪(GDS UNSAT)在各高校及科研机构中广泛应用。GDS UNSAT是对传统三轴仪试验系统的延伸，可以完成非饱和土和饱和土的各种高级应力路径三轴试验。它共包含两个模块：非饱和土模块和饱和土模块。在以饱和土体为研究对象时，需采用与饱和土模块相应的底座。然而，由于试验模块中仪器底座的更换，常规土样制备模无法正常使用。

常规土样制备模有直筒式和组装式。直筒式模具制样时把土样倒入直筒模中，然后分层压实到试样所需的高度，再借助外力把试样顶出来即可。组装式就是把上述直筒式模具轴向切割拆开分成若干块的再组装的形式，制样时把各部分拼接成筒状，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，掰开模具即可。比如目前公知的用于制作圆柱体试样的三轴试验试样制备模具是三瓣模，由三个1/3环形模瓣、环形卡箍和加固套组成。但是对于GDS UNSAT系统饱和模块，常规土样制备模均不适用。

因此设计一种合理的土工三轴试验试样制备模，用来制备较规范的土工三轴试样，是十分有必要的；同时对三轴试验成套设备的完善，也具有一定的实际意义。本发明的有益效果是：组装方便快捷、卡接牢固，两个1/2对开半筒拼装后形成两个连接缝，制作的土工三轴试验试样密实度较均匀，从而能够获得较可靠的土工三轴试验数据。

发明内容

本发明的目的在于提供一种土工三轴试验试样制备对开圆模，完善三轴试验设备。

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。

一种土工三轴试验试样制作对开圆模，包括对开筒与套环。其中，对开筒被轴向分为能严密合实的两部分：对开半筒a和对开半筒b，对开半筒a与对开半筒b扣合形成对开筒，两片的结合形式为凹凸状接口；套环套在对开筒柱体外部，形成对开圆模。

在对开半筒a与对开半筒b扣合部位，a设有四个大小相同的凹槽I1、2、3、4，b设有四个大小相同的凸起13、14、15、16，凸起插入凹槽I1、2、3、4中，其中凹进部位的尺寸略大约凸起部分的尺寸，保证两片具有良好的契合性。在对开半筒b的外部也设有四个凹槽II17、18、19、20，便于装样完成后拆除对开圆模。

所述对开筒，对开筒由对开半筒a和对开半筒b构成，为铝合金材质；对开筒被分为上部、中部、底部三部分；上部为放置试样帽的部分，高度为18.94mm，内径直径为52.1mm；中部为试样形成部分，高度为110.64mm，内径直径为50.5mm，满足规范要求的所制试样高度与直径之比为2.0～2.5的要求；底部为与试验仪器底座结合的部分，高度为22.76mm，内径直径为54mm；对开圆模底部和上部的内径比中部稍大一些，便于橡皮膜的固定及橡皮筋的绑扎。中部和底部的外径为74.84mm，上部的外径为61.7mm，且上部与中部的外径进行圆滑过渡。

所述套环为不锈钢材质，套环环体25厚度为0.5mm，其上设有连接螺栓杆26。

位于对开半筒a高79mm处设有真空抽气孔9并连接抽气螺栓23及橡胶抽气导管24；在对开半筒a、对开半筒b内侧对称均匀设置纵向凹痕8、三个环向凹痕5、6、7，三个环向凹痕5、6、7位置分别位于对开筒高度46mm、79mm、109mm处，在进行真空抽气时，利于橡皮膜覆盖并紧贴对开筒的内表面。

对开筒底部设有四个对称均匀布置的凹槽III10、11、21、22，可以与试验仪器压力室底座分布的凸缘严密扣合，所述四个凹槽III10、11、21、22高度为7mm，直径为7.5mm；在对开半筒a底部，设有U形孔12，使对开圆模与试验仪器压力室底座螺丝牢固结合

所述的土工三轴试验试样制作对开圆模的土工三轴试验试样制作方法，包含以下步骤：步骤1：组装对开半筒a和对开半筒b；步骤2：装填土样；步骤3：拆除对开圆模

所述的一种三轴试验试样制作方法:步骤一，组装对开半筒a和对开半筒b；先在压力室底座上依次放上透水石、滤纸，用橡皮筋将橡皮膜一端固定在压力室底座上，保证橡皮膜不漏水、不漏气；组装对开筒时，首先将对开半筒a的U形孔12与压力室底座排水口的螺丝进行卡接，然后将对开半筒b放在压力室底座上并与对开半筒a扣合；将套环套在对开筒的柱体中部，拧紧螺栓，箍紧对开筒；将连接抽气孔的橡胶抽气导管与真空泵连接进行抽气，使橡皮膜紧贴对开筒的内壁。

步骤二：装填土样。在模内注入适量无气水，将在水中煮沸冷凉后的砂样，填入橡皮膜内，直至模内填满为止；整平砂面，依次放上滤纸，透水石，试样帽，并扎紧橡皮膜。

步骤三：拆除对开半筒a和对开半筒b；对试样内部施加5KPa的负压，使试样站立；停止真空抽气，首先将对开筒柱体外部的套环拆除，然后将对开筒拆除，试样制备完成。

本发明的有益效果是：该三轴试验试样制备模具，结构简单，方便实用，能快速组装、拆卸，且组装后整体性好，形成的试样比较均匀，制备效果良好。同时对三轴试验成套设备的完善，也具有一定的实际意义。

附图说明

图1是对开半筒a 27的结构示意图

图2是对开半筒b 28的结构示意图

图3是对开圆模底面示意图

图4是抽气螺栓23及橡胶抽气导管24示意图

图5是套环29的示意图

图中：

1–对开半筒结合处的凹槽；2–对开半筒结合处的凹槽；3–对开半筒结合处的凹槽；4–对开半筒结合处的凹槽；5–109mm处环向凹痕；6–79mm处环向凹痕；7–46mm处环向凹痕；8–纵向凹痕；9–抽气孔；10–对开半筒a 27底部的凹槽；11–对开半筒a 27底部的凹槽；12–U形孔；13–对开半筒结合处的凸起；14–对开半筒结合处的凸起；15–对开半筒结合处的凸起；16–对开半筒结合处的凸起；17–对开半筒b 28外侧的凹槽；18–对开半筒b 28外侧的凹槽；19–对开半筒b 28外侧的凹槽；20–对开半筒b 28外侧的凹槽；21–对开半筒b 28底部的凹槽；22–对开半筒b 28底部的凹槽；23–抽气螺栓；24–橡胶抽气导管；25–套环环体；26–套环螺栓杆；

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。本发明从图1到图5所示包括对开筒，对开筒被轴向分为能严密合实的两部分：对开半筒a 27和对开半筒b 28；可套在对开筒柱体外的套环29。对开筒被分为上部、中部、底部三部分。底部为与试验仪器底座结合的部分，高度为227.6mm，内径直径为54mm；上部为放置试样帽的部分，高度为189.4mm，内径直径为52.1mm；中部为形成试样的部分，高度为110.6mm，内径直径为50.5mm稍大一些，满足规范要求的所制试样高度与直径之比为2.0～2.5的要求。对开筒可轴向地拆为两片，两片的结合形式为凹凸状接口，其中凹进部位的尺寸应略大约凸出部分的尺寸，以保证两片具有良好的契合性。本发明设计的两片结合部位分别设置凹槽I(1、2、3、4)和凸起(13、14、15、16)，凸起可插入凹槽I中。在对开半筒a 27设有U形孔12，对开圆模的底部设有四个凹槽III，从而使对开筒与压力室底座牢固结合。套环29为不锈钢材质，套环环体25厚度为0.5mm。其上有可活动的连接螺栓26，具有调节套环松紧的功能。

本发明提供的一种土工三轴试验试样制备方法，可用于制作较均匀的土工三轴试样，从而获得较可靠的土工三轴试验数据。主要包括以下四个步骤：

步骤一：组装对开圆模。先在压力室底座上依次放上透水石、滤纸，用橡皮筋将橡皮膜一端固定在压力室底座上。组装对开筒时，首先将对开半筒a 27的U形孔12与设有排水口的底座端进行卡接，然后将对开半筒b 28放在压力室底座上并与对开半筒a 27接好。将套环环体25套在对开筒的柱体外部，拧紧连接螺栓26，箍紧对开筒。将连接抽气孔的橡胶抽气导管24与真空泵连接进行抽气，使橡皮膜紧贴对开筒的内壁。

步骤二：装填土样。在模内注入适量无气水，将在水中煮沸冷凉后的砂样，填入橡皮膜内，直至模内填满为止。整平砂面，依次放上滤纸，透水石，试样帽，并扎紧橡皮膜。

步骤三：拆除对开圆模。对试样内部施加5KPa的负压，使试样站立。停止真空抽气，首先将对开圆模柱体外部的套环拆除，然后将对开筒拆除，试样制备完成。

Claims

1.一种土工三轴试验试样制作对开圆模，其特征在于：包括对开筒与套环。其中，对开筒被轴向分为能严密合实的两部分：对开半筒a和对开半筒b，对开半筒a与对开半筒b扣合形成对开筒，两片的结合形式为凹凸状接口；套环套在对开筒柱体外部，形成对开圆模。

2.根据权利要求1所述一种土工三轴试验试样制作对开圆模，其特征在于：在对开半筒a与对开半筒b扣合部位，a设有四个大小相同的凹槽I(1、2、3、4)，b设有四个大小相同的凸起(13、14、15、16)，凸起插入凹槽I(1、2、3、4)中，其中凹进部位的尺寸略大约凸起部分的尺寸，保证两片具有良好的契合性。在对开半筒b的外部也设有四个凹槽II(17、18、19、20)，便于装样完成后拆除对开圆模。

3.根据权利要求1所述一种土工三轴试验试样制作对开圆模，其特征在于：所述对开筒，对开筒由对开半筒a和对开半筒b构成，为铝合金材质；对开筒被分为上部、中部、底部三部分；上部为放置试样帽的部分，高度为18.94mm，内径直径为52.1mm；中部为试样形成部分，高度为110.64mm，内径直径为50.5mm，满足规范要求的所制试样高度与直径之比为2.0～2.5的要求；底部为与试验仪器底座结合的部分，高度为22.76mm，内径直径为54mm；对开圆模底部和上部的内径比中部稍大一些，便于橡皮膜的固定及橡皮筋的绑扎。中部和底部的外径为74.84mm，上部的外径为61.7mm，且上部与中部的外径进行圆滑过渡。

4.根据权利要求1所述一种土工三轴试验试样制作对开圆模，其特征在于：所述套环为不锈钢材质，套环环体(25)厚度为0.5mm，其上设有连接螺栓杆(26)。

5.根据权利要求1所述一种土工三轴试验试样制作对开圆模，其特征在于：位于对开半筒a高79mm处设有真空抽气孔(9)并连接抽气螺栓(23)及橡胶抽气导管(24)；在对开半筒a、对开半筒b内侧对称均匀设置纵向凹痕(8)、三个环向凹痕(5、6、7)，三个环向凹痕(5、6、7)位置分别位于对开筒高度46mm、79mm、109mm处，在进行真空抽气时，利于橡皮膜覆盖并紧贴对开筒的内表面。

6.根据权利要求1所述一种土工三轴试验试样制作对开圆模，其特征在于：对开筒底部设有四个对称均匀布置的凹槽III(10、11、21、22)，可以与试验仪器压力室底座分布的凸缘严密扣合，所述四个凹槽III(10、11、21、22)高度为7mm，直径为7.5mm；在对开半筒a底部，设有U形孔(12)，使对开圆模与试验仪器压力室底座螺丝牢固结合。

7.应用权利要求1所述的土工三轴试验试样制作对开圆模的土工三轴试验试样制作方法，其特征在于：包含以下步骤：步骤1：组装对开半筒a和对开半筒b；步骤2：装填土样；步骤3：拆除对开圆模。

8.按照权利要求7所述的一种三轴试验试样制作方法，其特征在于:步骤一，组装对开半筒a和对开半筒b；先在压力室底座上依次放上透水石、滤纸，用橡皮筋将橡皮膜一端固定在压力室底座上，保证橡皮膜不漏水、不漏气；组装对开筒时，首先将对开半筒a的U形孔(12)与压力室底座排水口的螺丝进行卡接，然后将对开半筒b放在压力室底座上并与对开半筒a扣合；将套环套在对开筒的柱体中部，拧紧螺栓，箍紧对开筒；将连接抽气孔的橡胶抽气导管与真空泵连接进行抽气，使橡皮膜紧贴对开筒的内壁。

9.按照权利要求7所述的一种三轴试验试样制作方法，其特征在于:步骤二：装填土样。在模内注入适量无气水，将在水中煮沸冷凉后的砂样，填入橡皮膜内，直至模内填满为止；整平砂面，依次放上滤纸，透水石，试样帽，并扎紧橡皮膜。

10.按照权利要求7所述的一种三轴试验试样制作方法，其特征在于:步骤三：拆除对开半筒a和对开半筒b；对试样内部施加5KPa的负压，使试样站立；停止真空抽气，首先将对开筒柱体外部的套环拆除，然后将对开筒拆除，试样制备完成。