CN104634636B - 一种重塑土分层击样装置及其制样方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种重塑土分层击样装置，包括依次安装的底座、盛样模具、击实器、限位器、套筒和承压板；击实器用于对盛样模具中的土样进行击样、包括压头和传力杆，限位器和套筒相匹配连接后套装于传力杆，承压板设在传力杆杆端、底端面与套筒的顶端面可匹配衔接；通过预先确定所击实土样的高度及其分层高度，使用所需套筒组合进行组装并击样，当击实器击样后、承压板的底端面与套筒的顶端面达到衔接时实现分层制样，通过改变叠装的套筒的规格及其数量可精确制得试样。结构简单、拆装方便、操作简单、成本较低、寿命长久，不仅制样准确、高效可靠，可快速制得不同高度与分层数的试样；而且可重复使用，通过调整压头等部件制得不同直径的试样。

Description

一种重塑土分层击样装置及其制样方法

技术领域

本发明涉及一种制样装置，特别是涉及一种重塑土分层击样装置及其制样方法，属于土木工程学科的土工试验制样领域。

背景技术

根据相关土工试验规程(SL237-1999、JTGE40-2007)，目前常用的重塑土制样方法分为击样法和压样法。

击样法是根据制样筒的容积和要求干密度计算所需湿土的质量，并将其倒入制样筒内，将土样一层或分层击实成样；而压样法是根据压样器的容积和要求干密度计算所需湿土的质量，将湿土样倒入预先装好环刀的压样器内，通过活塞采用静压力将土样压紧直到所需密度。

由于击样法简单易行且制样周期短，所以击样法在实验室制样中得到了广泛的应用。然而，在分层击样的过程中，由于制样筒的直径是固定的，为了确保土样的干密度达到预定值，需要严格控制每层土样的高度。

目前，一般通过观察直尺或游标卡尺的刻度来控制土样的高度，即在一定击实次数后，用直尺量取已击实土样的高度，若高度大于预订高度，则继续击实，并重复前序步骤，一旦高度小于预订高度，说明此时得到的试样干密度比预定值大，为了确保制样的精确性，则需要重新制样、费时费力。另外，用直尺或游标卡尺进行土样高度的测量时，测量精度受人为因素的干扰较大，极易产生误差。因此，如何设计出一种可以快速地进行精确分层定位的击样装置及制样方法是一个值得关注的问题。

发明内容

本发明的主要目的在于，克服现有技术中的不足，提供一种重塑土分层击样装置及其制样方法，特别适用于土木工程学科的土工试验制样。

本发明所要解决的技术问题是提供结构简单、拆装方便、操作简单、成本较低、实用性强的重塑土分层击样装置，不仅可精确定位出分层制样高度，而且可快速制备出满足要求的分层制样及完整制样，同时可根据需要改变分层层数，大幅提高制样效率和精度，极具有产业上的利用价值。

本发明所要解决的又一技术问题是提供操作简便、容易掌握、高效可靠、通用性强的重塑土分层击样装置的制样方法，不仅步骤有序、制样直接有效、误差较小，而且操作简单到位、省时省力、降低重复制样所带来的经济损失，特别适用于精确分层定位击样。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种重塑土分层击样装置，包括底座、盛样模具、击实器、限位器、套筒和承压板；所述套筒为形状一致、高度不同的不同规格可叠装组合式套筒，所述套筒的内壁高度分别为不同规格的制样预设高度。

其中，所述盛样模具固定在底座上，所述击实器用于对盛样模具中的土样进行击样、包括压头和传力杆，所述限位器嵌合在盛样模具的敞口顶端面，所述套筒依次叠装在限位器的顶端面，所述承压板设置在传力杆的顶端面。

同时，所述限位器和套筒相匹配连接后套装于传力杆，所述限位器和套筒的内径尺寸均与传力杆的直径尺寸相匹配；所述承压板的底端面与套筒的顶端面可匹配衔接；当击实器击样后、承压板的底端面与套筒的顶端面达到衔接时实现分层制样，通过改变叠装的套筒规格及其数量来实现每一分层时的分层制样高度。

本发明进一步设置为：所述底座的顶端面设置有用于盛样模具底端落入的底座凹口。

本发明进一步设置为：所述盛样模具为圆柱体结构的三开模，盛样模具的高度为制样高度的1.5～2倍；所述压头为圆形板，所述传力杆为圆柱体，所述套筒为圆环体。

本发明进一步设置为：所述限位器包括自下而上依次设置的限位环、限位片和套筒底座；所述限位环嵌入盛样模具的敞口端，所述限位片盖住盛样模具的敞口顶面、其中心设置有传力杆穿行的通孔，所述套筒底座沿通孔内壁往垂直于限位片顶面方向延伸、用于套筒叠装；所述限位片通过限位环与盛样模具相连接，所述套筒底座的顶端面与套筒的底端面相匹配连接。

本发明进一步设置为：所述限位环为外径与盛样模具的内径相匹配的环体。

本发明进一步设置为：所述底座、盛样模具、击实器、限位器、套筒和承压板均由不锈钢材料制成；所述压头和传力杆一体成型，所述限位环、限位片和套筒底座一体成型。

本发明进一步设置为：所述套筒的内壁底端边缘设置有内凹环、外壁顶端边缘设置有缺口槽；所述承压板的顶面为平面、底面中心设置有用于传力杆顶端面落入的承压板凹口；所述套筒底座的顶端面圆周边缘设置有与套筒的底端相套接的匹配缺口槽，所述承压板凹口的边缘设置有与套筒的顶端相套接的匹配内凹环。

本发明进一步设置为：所述套筒的内壁高度包括五种规格的制样预设高度，分别为10mm、15mm、30mm、50mm和100mm。

本发明还提供一种重塑土分层击样装置的制样方法，包括以下步骤：

(1)准备土样，并组装好底座和盛样模具、在盛样模具的内壁和盛样模具底端面落入的底座内壁均匀地涂上一层凡士林；

(2)根据试验所需制样高度进行分层，确定每层击实土样的分层制样高度，再根据试验所需制样的干密度和含水率，计算每层的分层土样的质量并进行称取；

(3)将称取好的分层土样倒入盛样模具并搅拌平整，把击实器放入盛样模具中；根据分层土样的分层制样高度确定所需套筒的规格及其数量组合，依次叠装在限位器上，并整体套接于传力杆，使得限位器嵌合在盛样模具的顶端面；再把承压板盖在击实器的传力杆顶端面；

(4)利用击实锤或者静载装置对击实器顶部的承压板进行加载，当承压板的底端面与套筒的顶端面匹配衔接时，停止击实或加载；然后依次取下承压板、叠装的套筒、限位器以及击实器，此时一层分层土样击实完毕；若继续添加下一层分层土样时，需要对前一层击实好土样的上表面进行刨毛；

(5)刨毛完成后，依次重复步骤(3)和步骤(4)，直到完成所有分层土样的击实，其中最后一层的分层土样击实完后不需要对其上表面进行刨毛操作；

(6)拆卸盛样模具，将制好的试样取出，保存待用。

所述步骤(1)准备土样是根据试验所需土样的含水率，计算一定土料的加水量并进行加水，拌合均匀后装入密封袋润湿24小时待用。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：

1、可以配合实验室常规的盛样模具和底座，快速精确地对试样进行分层定位击实，极大地提高了制样效率和制样精度。

2、利用同一套分层击样装置可以同时制作直剪、三轴等不同要求试样，试样的高度以及分层的层数均可改变，一套工具、多种用途；而且可重复使用，通过调整盛样模具和压头等部件直径制得不同直径的试样，大幅降低制样模具的成本支出。

3、分层击样装置结构简单、拆装方便、操作简单、成本较低、寿命长久，制样准确、高效可靠；而其制样方法操作简单、易于掌握、通用性强，省时省力、方便快捷。

上述内容仅是本发明技术方案的概述，为了更清楚的了解本发明的技术手段，下面结合附图对本发明作进一步的描述。

附图说明

图1为本发明重塑土分层击样装置的结构示意图；

图2为本发明重塑土分层击样装置中击实器的结构剖示图；

图3为本发明重塑土分层击样装置中限位器的结构剖示图；

图4为本发明重塑土分层击样装置中承压板的结构剖示图；

图5为本发明重塑土分层击样装置中不同规格套筒的结构剖示图。

具体实施方式

下面结合说明书附图，对本发明作进一步的说明。

如图1至图5所示，一种重塑土分层击样装置，包括底座1、盛样模具2、击实器3、限位器4、套筒5和承压板6；所述套筒5为形状一致、高度不同的不同规格可叠装组合式套筒，如图5所示，所述套筒5的内壁高度分别为不同规格的制样预设高度，此处的制样预设高度是考虑常规土工试样尺寸后根据试验需求预制实验室经常使用的常规的制样高度，所述套筒分为内壁高度不等的五种规格：分别为10mm、15mm、30mm、50mm和100mm。

所述盛样模具2固定在底座1上，所述底座1的顶端面设置有用于盛样模具2底端落入的底座凹口。

所述击实器3用于对盛样模具2中的土样进行击样、包括压头31和传力杆32，如图2所示；所述限位器4嵌合在盛样模具2的敞口顶端面，所述套筒5依次叠装在限位器4的顶端面，所述承压板6设置在传力杆32的顶端面；所述限位器4和套筒5相匹配连接后套装于传力杆32，所述限位器4和套筒5的内径尺寸均与传力杆32的直径尺寸相匹配；所述承压板6的底端面与套筒5的顶端面可匹配衔接；当击实器3击样后、承压板6的底端面与套筒5的顶端面达到衔接时实现分层制样，通过改变叠装的套筒5的规格及其数量来实现每一分层时的分层制样高度。

如图3所示，所述限位器4包括自下而上依次设置的限位环41、限位片42和套筒底座43；所述限位环41用于嵌入盛样模具2的敞口端，其优选为外径与盛样模具2的内径相匹配的环体；所述限位片42盖住盛样模具2的敞口顶面、其中心设置有传力杆32穿行的通孔44，所述套筒底座43沿通孔44内壁往垂直于限位片42顶面方向延伸、用于套筒5叠装；所述限位片42通过限位环41与盛样模具2相连接，所述套筒底座43的顶端面与套筒5的底端面相匹配连接。

为了使击样装置更加的牢固可靠，所述底座1、盛样模具2、击实器3、限位器4、套筒5和承压板6可均由不锈钢材料制成；所述压头31和传力杆32一体成型，所述限位环41、限位片42和套筒底座43也一体成型。

如图5所示，每个不同规格的套筒5的内壁底端边缘设置有内凹环51、外壁顶端边缘设置有缺口槽52；如图4所示，所述承压板6的顶面为平面、底面中心设置有用于传力杆32顶端面落入的承压板凹口61。如图3所示，所述套筒底座43的顶端面圆周边缘设置有与套筒5的底端相套接的匹配缺口槽45；如图4所示，所述承压板凹口61的边缘设置有与套筒5的顶端相套接的匹配内凹环62。

考虑常规土工试样，所述底座1可选用土工实验室用来制作圆柱形试样的普通底座，底座凹口为内径72.0mm的圆形；所述盛样模具2可选用为圆柱体结构的三开模，其内径61.8mm、外径72.0mm、高度为180mm，其高度需要设置为制样高度的1.5～2倍。

所述击实器3的压头31和传力杆32刚性连接、总高度为205mm，所述击实器的总高度为盛样模具的高度(180mm)、与传力杆套装接触的限位器内壁高度(20mm)、以及与传力杆盖装接触的承压板内壁高度(5mm)这三者高度之和；其中压头31为圆形板、直径为61.5mm稍小于三开模内径，所述传力杆32为直径25.0mm圆柱体。

所述限位器4的限位环41、限位片42和套筒底座43均刚性连接；限位环41的外径与三开模内径相匹配，其外径61.8mm、内径65.0mm、高度5mm；限位片42为直径72mm圆形、厚度5mm，其中心的通孔44与传力杆32直径相匹配，通孔44孔径为25mm；所述套筒底座43的内径与传力杆32直径相匹配为25mm，外径为37mm，其内壁高度15mm、外壁高度10mm、匹配缺口槽45高度为5mm。

如图5所示，所述套筒5为圆环体，其内径与传力杆32直径相匹配为25mm、外径为37mm，同时内凹环51和缺口槽52的高度均为5mm，而不同规格仅体现在高度不同。其在高度上可分为五种规格：图5-①号总高度15mm，内壁有效高度10mm；图5-②号总高度20mm，内壁有效高度15mm；图5-③号总高度35mm，内壁有效高度30mm；图5-④号总高度55mm，内壁有效高度50mm；图5-⑤号总高度105mm，内壁有效高度100mm。

所述承压板6在外形上呈现为上平下凹结构，其中承压板凹口61的直径为25mm、高度为5mm，匹配内凹环62的直径为31mm、高度为5mm，承压板6的外径为37mm、总高度15mm。

利用击样法进行分层制样时，通过改变不同规格套筒5的组合方式，实现不同分层高度的精确定位，确保所制圆柱形试样的高度与预定值相匹配。

本发明还提供具体的重塑土分层击样装置的制样方法，包括以下步骤：

(1)准备土样，并组装好底座和盛样模具、在盛样模具的内壁和盛样模具底端面落入的底座内壁均匀地涂上一层凡士林；

(2)根据试验所需制样高度进行分层，确定每层击实土样的分层制样高度，再根据试验所需制样的干密度和含水率，计算每层的分层土样的质量并进行称取；

(3)将称取好的分层土样倒入盛样模具并搅拌平整，把击实器放入盛样模具中；根据分层土样的分层制样高度确定所需套筒的规格及其数量组合，依次叠装在限位器上，并整体套接于传力杆，使得限位器嵌合在盛样模具的顶端面；再把承压板盖在击实器的传力杆顶端面；

(4)利用击实锤或者静载装置对击实器顶部的承压板进行加载，当承压板的底端面与套筒的顶端面匹配衔接时，停止击实或加载；然后依次取下承压板、叠装的套筒、限位器以及击实器，此时一层分层土样击实完毕；若继续添加下一层分层土样时，需要对前一层击实好土样的上表面进行刨毛；

(5)刨毛完成后，依次重复步骤(3)和步骤(4)，直到完成所有分层土样的击实，其中最后一层的分层土样击实完后不需要对其上表面进行刨毛操作；

(6)拆卸盛样模具，将制好的试样取出，保存待用。

下面给出利用本发明的重塑土分层击样装置进行制样的制备实施例。

实施例1：制备一种重塑土直剪试样，直径61.8mm、高度20mm，包括如下步骤：

(1)根据试验所需土样的含水率，计算土料的加水量并进行加水，拌合均匀后装入密封袋润湿24小时。

(2)由于直剪试样的高度较小，根据规范要求只需进行一层击样；根据试验所需试样的干密度与含水率，计算土样的质量并进行称取；在三开模和底座的内壁均匀地涂上一层凡士林。

(3)将刚称取好的土样倒入三开模中并搅拌平整，把击实器放入三开模中，再将限位器沿着传力杆套在三开模上，使得限位环刚好嵌入三开模内；需要制样的最终高度为20mm，经计算需要20mm高的套筒，所以选用2个图5-①号套筒依次套在套筒底座上；最后把承压板盖在传力杆的顶端。

(4)利用击实锤或者静载装置对击实器进行加载，当承压板的底端面刚好与最上端套筒的缺口槽完全咬合时，停止加载；取下承压板、套筒、限位器以及击实器。

(5)慢慢地侧向滑移三开模，将制好的土样取出，所得土样即为尺寸满足直剪试验要求的试样。

实施例2：制备重塑土三轴试样，直径61.8mm、高度125mm，包括如下步骤：

(1)根据试验所需土样的含水率，计算一定土料的加水量并进行加水，拌合均匀后装入密封袋润湿24小时。

(2)需要制备的试样高度为125mm，可以分五层击实，每层25mm；再根据试验所需试样的干密度和含水率，计算每层土样的质量并进行称取；在三开模和底座的内壁均匀地涂上一层凡士林。

(3)将刚称取好的土样倒入三开模，把击实器放入三开模中，再将限位器沿着传力杆套在三开模上，使得限位环刚好嵌入三开模内；第一层的土样高度为25mm，经计算需要图5-①号和图5-②号套筒各一个，依次套在套筒底座上；最后把承压板盖在传力杆的顶端。

(4)利用击实锤或者静载装置对击实器进行加载，当承压板的底端刚好与最上端套筒的缺口槽完全咬合时，停止加载；取下承压板、套筒、限位器以及击实器，此时一层分层土样击实完毕，需要对其上表面进行刨毛。

(5)重复步骤3和步骤4，其中击实第二层时所需套筒的组合为图5-④号套筒一个，击实第三层时所需套筒的组合为图5-①②④号套筒各一个，击实第四层时所需套筒的组合为图5-⑤号套筒一个，击实第五层时所需套筒的组合为图5-①②⑤号套筒各一个；直到完成所有五层土样的击实，而对最后一层土样的上表面不需要刨毛操作。

(6)慢慢地侧向滑移三开模，将制好的土样取出；所得土样即为尺寸满足三轴试验要求的试样。

实施例3：根据《土工试验规程SL237-1999》，三轴剪切试验的试样高度与直径之比应为2.0～2.5。对于直径61.8mm的试样，高度应为123.6mm～154.5mm，常取为125mm、140mm、150mm等。对于高度125mm的试样即为实施例2；对于高度140mm的试样可分为7层或4层击样，每层20mm或35mm；对于高度150mm的试样可分为5层或6层击样，每层30mm或25mm。对于高度140mm和150mm的试样，制作步骤与实施例2相类似，其每层制样所需套筒的组合如下表1所示。

本发明的创新点在于，结构简单、拆装方便、操作简单、成本较低、寿命长久，不仅制样准确、高效可靠，可精确定位出分层制样高度，可快速制备出满足要求的分层制样及完整制样，可根据需要改变分层层数，从而制得不同高度与分层数的试样；而且可重复使用，通过调整盛样模具和压头等部件的直径来制得不同直径的试样。

表1

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.一种重塑土分层击样装置，其特征在于：包括底座、盛样模具、击实器、限位器、套筒和承压板；所述套筒为形状一致、高度不同的不同规格可叠装组合式套筒，所述套筒的内壁高度分别为不同规格的制样预设高度；

所述盛样模具固定在底座上，所述击实器用于对盛样模具中的土样进行击样、包括压头和传力杆，所述限位器嵌合在盛样模具的敞口顶端面，所述套筒依次叠装在限位器的顶端面，所述承压板设置在传力杆的顶端面；

所述限位器和套筒相匹配连接后套装于传力杆，所述限位器和套筒的内径尺寸均与传力杆的直径尺寸相匹配；所述承压板的底端面与套筒的顶端面可匹配衔接；

当击实器击样后、承压板的底端面与套筒的顶端面达到衔接时实现分层制样，通过改变叠装的套筒规格及其数量来实现每一分层时的分层制样高度；

所述限位器包括自下而上依次设置的限位环、限位片和套筒底座；

所述限位环嵌入盛样模具的敞口端，所述限位片盖住盛样模具的敞口顶面、其中心设置有传力杆穿行的通孔，所述套筒底座沿通孔内壁往垂直于限位片顶面方向延伸、用于套筒叠装；所述限位片通过限位环与盛样模具相连接，所述套筒底座的顶端面与套筒的底端面相匹配连接。

2.根据权利要求1所述的一种重塑土分层击样装置，其特征在于：所述底座的顶端面设置有用于盛样模具底端落入的底座凹口。

3.根据权利要求1所述的一种重塑土分层击样装置，其特征在于：所述盛样模具为圆柱体结构的三开模，盛样模具的高度为制样高度的1.5～2倍；所述压头为圆形板，所述传力杆为圆柱体，所述套筒为圆环体。

4.根据权利要求1所述的一种重塑土分层击样装置，其特征在于：所述限位环为外径与盛样模具的内径相匹配的环体。

5.根据权利要求1所述的一种重塑土分层击样装置，其特征在于：所述底座、盛样模具、击实器、限位器、套筒和承压板均由不锈钢材料制成；所述压头和传力杆一体成型，所述限位环、限位片和套筒底座一体成型。

6.根据权利要求1所述的一种重塑土分层击样装置，其特征在于：所述套筒的内壁底端边缘设置有内凹环、外壁顶端边缘设置有缺口槽；所述承压板的顶面为平面、底面中心设置有用于传力杆顶端面落入的承压板凹口；

所述套筒底座的顶端面圆周边缘设置有与套筒的底端相套接的匹配缺口槽，所述承压板凹口的边缘设置有与套筒的顶端相套接的匹配内凹环。

7.根据权利要求1所述的一种重塑土分层击样装置，其特征在于：所述套筒的内壁高度包括五种规格的制样预设高度，分别为10mm、15mm、30mm、50mm和100mm。

8.一种重塑土分层击样装置的制样方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)准备土样，并组装好底座和盛样模具、在盛样模具的内壁和盛样模具底端面落入的底座内壁均匀地涂上一层凡士林；

(2)根据试验所需制样高度进行分层，确定每层击实土样的分层制样高度，再根据试验所需制样的干密度和含水率，计算每层的分层土样的质量并进行称取；

(3)将称取好的分层土样倒入盛样模具并搅拌平整，把击实器放入盛样模具中；根据分层土样的分层制样高度确定所需套筒的规格及其数量组合，依次叠装在限位器上，并整体套接于传力杆，使得限位器嵌合在盛样模具的顶端面；再把承压板盖在击实器的传力杆顶端面；

(4)利用击实锤或者静载装置对击实器顶部的承压板进行加载，当承压板的底端面与套筒的顶端面匹配衔接时，停止击实或加载；然后依次取下承压板、叠装的套筒、限位器以及击实器，此时一层分层土样击实完毕；若继续添加下一层分层土样时，需要对前一层击实好土样的上表面进行刨毛；

(5)刨毛完成后，依次重复步骤(3)和步骤(4)，直到完成所有分层土样的击实，其中最后一层的分层土样击实完后不需要对其上表面进行刨毛操作；

(6)拆卸盛样模具，将制好的试样取出，保存待用。

9.根据权利要求8所述的一种重塑土分层击样装置的制样方法，其特征在于：所述步骤(1)准备土样是根据试验所需土样的含水率，计算一定土料的加水量并进行加水，拌合均匀后装入密封袋润湿24小时待用。