CN105181720B - 适用于ct扫描的粗粒土大型三轴承样装置及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种适用于CT扫描的粗粒土大型三轴承样装置，包括承样底座、下透水板、上透水板、试样帽、由两块分离的半圆形金属片组成的对开模。承样底座的下部设有与大型三轴仪底座匹配插接的圆形凸台，承样底座的上部设有第一圆形凹槽，沿凹槽中心往下至圆形凸台的底部设有第一导水导气通道，下透水板嵌入所述第一圆形凹槽形成一圆形平面用于试样底部接触。第一导水导气通道与大型三轴仪的底座上的进水口相连通，承样底座侧边上部沿环向设一圈第一弧形凹槽用于绑扎橡皮膜，对开模通过固定件可拆卸地安装在承样底座上。本发明能方便地把试样从三轴仪底座上拆卸并安装，能实现三轴试验前后试样的CT扫描，以获取试验前后土体的细观结构信息。
Description
技术领域
本发明涉及土力学室内试验测试技术领域，具体是一种适用于CT扫描的粗粒土大型三轴承样装置及其使用方法。
背景技术
粗粒土是指粒径0.075mm-60mm的颗粒含量(质量比)大于50％的土石混合料。粗粒土在自然界分布广泛、储量丰富。粗粒土是土石坝的主要筑坝材料，也是土力学的主要研究对象之一。大型三轴试验是研究粗粒土强度和变形特性的主要手段，用三轴试验测定土体的参数已成为岩土工程设计的重要依据。粗粒土具有散体材料的离散特征，单纯采用三轴试验研究粗粒土力学行为是一种宏观的唯象论的方法，因此研究这些宏观规律背后的控制机理及试样相应的细观特性的变化尤为重要，CT扫描技术因其可无损，动态、定量地获取土体的细观结构信息，近年来在岩土试验领域得到了广泛应用，利用CT技术对大型三轴试验前后的粗粒土进行细观结构观测时，要求试样可方便地从三轴仪上移出，承载三轴试样的装置质量轻，方便搬运，扫描区域内不能有金属，扫描完成后还能安装到三轴仪上继续进行饱和固结剪切等试验。
粗粒土大型三轴试样采用圆柱体试样，在进行样品制备时，常在三轴试验仪上制样，在压力室底座上装对开圆膜和橡皮膜，用橡皮带将橡皮膜的一端与压力室底座扎紧，连接底座的透水板常嵌固在底座上，橡皮膜将透水板包住，制样后，抽真空以保证试样直立，制样完成后，压力室底座与试样连成一体，当对试样进行CT扫描时，由于压力室底座质量重，体积大，且均为金属制品，X射线无法穿透，不能连同底座一起扫描，这就需要将试样从底座上拆下来，同时保证试样不漏气，且能够直立，CT扫描完成后，试样能安装在三轴仪的底座上，并进行水头饱和等一系列试验。因此，探索并发明一种适用于CT扫描的粗粒土大型三轴试样承样装置及使用方法，实现粗粒土三轴试验前后试样的CT扫描，以获取试验前后土体的细观结构信息，具有重要实际意义。
发明内容
本发明针对现有制样技术的不足，提供了一种适用于CT扫描的粗粒土大型三轴承样装置及其使用方法，该装置采用分离技术，对三轴仪底座进行改造，能方便地把试样从三轴仪底座上拆卸并安装，并保证不漏气，结构简单和轻便，能实现三轴试验前后试样的CT扫描，以获取试验前后土体的细观结构信息。
本发明所要解决的技术问题是通过如下技术方案实现的：
一种适用于CT扫描的粗粒土大型三轴承样装置，包括承样底座、下透水板、上透水板、试样帽、由两块分离的半圆形金属片组成的对开模，承样底座的下部设有与大型三轴仪底座匹配插接的圆形凸台，承样底座的上部设有第一圆形凹槽，沿凹槽中心往下至圆形凸台的底部设有第一导水导气通道，下透水板嵌入所述第一圆形凹槽形成一圆形平面用于试样底部接触，第一导水导气通道与大型三轴仪的底座上的进水口相连通，承样底座侧边上部沿环向设一圈第一弧形凹槽用于绑扎橡皮膜，对开模通过固定件可拆卸地安装在承样底座上，试样帽的下部设有第二圆形凹槽，上透水板嵌入所述第二圆形凹槽形成一圆形平面用于试样顶部接触，试样帽侧边上部沿环向设一圈第四弧形凹槽用于绑扎橡皮膜。
如上所述的适用于CT扫描的粗粒土大型三轴承样装置，对开模的连接处从上到下分别设置固定板，两侧固定板上设置至少两个螺栓孔，固定件穿过两侧固定板上相对应的螺栓孔将两块半圆形金属片连成一体。
如上所述的适用于CT扫描的粗粒土大型三轴承样装置，对开模沿竖向等间距设置至少两个加固圈，以增加对开模的强度。
如上所述的适用于CT扫描的粗粒土大型三轴承样装置，对开模底部内环向设一圈第二弧形凹槽用于绑扎橡皮膜。
如上所述的适用于CT扫描的粗粒土大型三轴承样装置，在对开模的底部沿环向设置多个螺栓孔，承样底座侧边下部沿环向均对应设有第一螺栓孔，固定件依次穿过对开模的螺栓孔以及承样底座的第一螺栓孔将对开模和承样底座固定。
如上所述的适用于CT扫描的粗粒土大型三轴承样装置，试样帽顶部的中心设置一向下的第三弧形凹槽，用于与三轴试验仪的加载杆相匹配。
如上所述的适用于CT扫描的粗粒土大型三轴承样装置，承样底座、上透水板、下透水板、试样帽均可采用特种铝合金材料制成，质轻，能承受一定荷载，X射线能穿透并能有效减小伪影。
本发明还提供一种适用于CT扫描的粗粒土大型三轴承样装置的使用方法，其包括如步骤：
步骤一、样品制备：在大型三轴仪底座上嵌入承样底座，在承样底座上嵌入下透水板，再用橡皮带将橡皮膜在承样底座上的第一弧形凹槽处与承样底座扎紧，然后在三轴仪底座上装上对开模，对开模的两片接口处用固定件固定，将橡皮膜外翻在对开模上，并使其顺直和紧贴对开模内壁，按照SL237-053-1999规程的规定制备好土料，将土料按照多层湿捣法振捣成型，直至装完最后一层，整平表面，加上上透水板和试样帽，在试样帽上的第四弧形凹槽处扎紧橡皮膜；
步骤二、试样与三轴压力室底座分离：开真空泵从试样顶部抽气，使试样直立，并快速将试样帽上的第二导水导气通道端部用上密封圈密封，然后拆开对开模与承样底座间的固定件，将试样与三轴压力室底座分离，拆对开模；
步骤三、CT扫描：将承样底座上的第一导水导气通道端部用下密封圈密封，连同承样底座、上透水板、下透水板和试样帽一同搬运至CT机上进行CT扫描；
步骤四、三轴压缩等试验：CT扫描完成后，将试样搬运并安装到三轴仪底座上，拆上密封圈、下密封圈，用橡皮带将橡皮膜的底部一端在对开模的第二弧形凹槽处与压力室底座扎紧，继续抽真空，开进水阀，试样在负压作用下，水通过压力室底座上的进水孔、第一导水导气通道、试样、第二导水导气通道，由下而上逐渐饱和试样，试样饱和后，按照SL237-060-1999规程的规定进行三轴压缩等试验。
如上所述的适用于CT扫描的粗粒土大型三轴承样装置的使用法方法，步骤一中对开模与承样底座固定时，对开模的螺栓孔与承样底座的第一螺栓孔相对应，固定件依次穿过对开模的螺栓孔以及承样底座的第一螺栓孔将对开模和承样底座固定。
本发明的有益效果是：本发明解决了常规三轴制样时，试样与大型三轴压力室底座固定，由于压力室底座质量重，体积大，无法进行CT扫描等问题，本发明能方便地把试样从三轴仪底座上拆卸并安装，并保证不漏气，结构简单和轻便，能实现三轴试验前后试样的CT扫描，以获取试验前后土体的细观结构信息。
附图说明
图1所示为本发明适用于CT扫描的粗粒土大型三轴承样装置的主视图；
图2所示为本发明适用于CT扫描的粗粒土大型三轴承样装置中承样底座的俯视图；
图3所示为本发明适用于CT扫描的粗粒土大型三轴承样装置中对开模的主视图；
图4所示为本发明适用于CT扫描的粗粒土大型三轴承样装置中对开模的俯视图；
图5所示为本发明适用于CT扫描的粗粒土大型三轴承样装置中试样帽的俯视图。
图中：1—大型三轴仪底座，2—承样底座，3—下透水板，4—对开模，5—上透水板，6—试样帽，7—下密封圈，8—第一导水导气通道，9—第一弧形凹槽，10—第二弧形凹槽，11—固定板，12—第一固定螺栓，13—加固圈，14—第三弧形凹槽，15—第二导水导气通道，16—上密封圈，17—第四弧形凹槽，18—第一螺栓孔，19—第二螺栓孔，20—第二固定螺栓，21—试样，22—橡皮膜。
具体实施方式
下面将结合本发明中的附图，对发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。
请参考图1及图2，本发明提供一种适用于CT扫描的粗粒土大型三轴承样装置，包括承样底座2、下透水板3、对开模4、上透水板5、试样帽6。
承样底座2的下部设有与与大型三轴仪底座1匹配插接的圆形凸台，承样底座2的上部设有向下凹陷的第一圆形凹槽，沿第一圆形凹槽中心往下至圆形凸台的底部设有第一导水导气通道8，下透水板3嵌入所述第一圆形凹槽形成一直径为300mm的圆形平面用于试样底部接触。大型三轴仪底座1顶部设有与圆形凸台匹配的凹槽，圆形凸台插入所述凹槽实现匹配连接。第一导水导气通道8可与大型三轴仪底座1上的进水口相连接，并可用下密封圈7密封。承样底座2侧边上部沿环向设一圈第一弧形凹槽9用于绑扎橡皮膜22，承样底座2侧边下部沿环向均匀设有六个第一螺栓孔18，用于和对开模4固定。
请进一步参考图3及图4，对开模4由两块半圆形金属片组成，在其连接处从上到下分别设置固定板11，两侧固定板11上均匀设置4个第二螺栓孔19，四个固定件(例如第一固定螺栓12)穿过两侧固定板11上相对应的第二螺栓孔19将两块半圆形金属片连成一体，同时对开模4沿竖向等间距设置三个加固圈13，以增加对开模4的强度。对开模4底部内环向设一圈第二弧形凹槽10用于绑扎橡皮膜22。在对开模4的底部沿环向对称设置6个螺栓孔，并与承样底座2的第一螺栓孔18相对应，用固定件(例如第二固定螺栓20)将对开模4和承样底座2固定，对开模4可与上述的承样底座2及大型三轴仪底座1相匹配。可以理解的是，对开模4的底部套在大型三轴仪底座1上部圆台上，大型三轴仪底座1上部圆台上安装承样底座2，承样底座2、大型三轴仪底座1上部圆台的外径与对开模4的内径适配。
图5所示为本发明中试样帽的俯视图，试样帽6的下部设有直径为260mm的第二圆形凹槽(如图1所示)，沿凹槽中心往上至试样帽6的顶部设置“Z”字形第二导水导气通道15，端部可用上密封圈16密封。上透水板5嵌入所述第二圆形凹槽形成一直径为300mm的圆形平面用于试样顶部接触，试样帽6顶部的中心设置一向下的第三弧形凹槽14，用于与三轴试验仪的加载杆相匹配，试样帽6侧边上部沿环向设一圈第四弧形凹槽17用于绑扎橡皮膜22。
本发明中承样底座2、上透水板3、下透水板5、试样帽6均可采用特种铝合金材料制成，具有质轻、能承受一定荷载、X射线能穿透并能有效减小伪影的特点。
本发明还提供一种适用于CT扫描的粗粒土大型三轴承样装置的使用方法，其包括如步骤：
步骤一、样品制备：在大型三轴仪底座1上嵌入承样底座2，在承样底座2上嵌入下透水板3，再用橡皮带将橡皮膜22在承样底座2上的第一弧形凹槽9处与承样底座2扎紧，然后在三轴仪底座1上装上对开模4，对开模4的两片接口处用第一固定螺栓12固定，将橡皮膜22外翻在对开模4上，并使其顺直和紧贴对开模4内壁，按照SL237-053-1999规程的规定制备好土料，将土料按照多层湿捣法振捣成型，直至装完最后一层，整平表面，加上上透水板5和试样帽6，在试样帽6上的第四弧形凹槽17处扎紧橡皮膜22；
其中对开模4与承样底座2固定时，对开模4的螺栓孔与承样底座2的第一螺栓孔18相对应，并用第二固定螺栓20固定。
步骤二、试样与三轴压力室底座1分离：开真空泵从试样顶部抽气，使试样直立，并快速将试样帽上的第二导水导气通道15端部用上密封圈16密封，然后拆开对开模4与承样底座2间的第二固定螺栓20，将试样21与三轴压力室底座1分离，拆对开模4；
步骤三、CT扫描：将承样底座2上的第一导水导气通道8端部用下密封圈7密封，连同承样底座2、上透水板3、下透水板5和试样帽6一同搬运至CT机上进行CT扫描；
步骤四、三轴压缩等试验：CT扫描完成后，将试样搬运并安装到三轴仪底座1上，拆上密封圈7、下密封圈16，用橡皮带将橡皮膜22的底部一端在对开模4的第二弧形凹槽10处与压力室底座1扎紧，继续抽真空，开进水阀，试样在负压作用下，水通过压力室底座1上的进水孔、第一导水导气通道8、试样21、第二导水导气通道15，由下而上逐渐饱和试样，试样饱和后，按照SL237-060-1999规程的规定进行三轴压缩等试验。
在进行三轴压缩等试验完成后，仍可按照上述方法对试样进行CT扫描。
本发明的有益效果是，本发明解决了常规三轴制样时，试样与大型三轴压力室底座固定，由于压力室底座质量重，体积大，无法进行CT扫描等问题，本发明能方便地把试样从三轴仪底座上拆卸并安装，并保证不漏气，结构简单和轻便，能实现三轴试验前后试样的CT扫描，以获取试验前后土体的细观结构信息。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (9)
1.一种适用于CT扫描的粗粒土大型三轴承样装置，包括承样底座(2)、下透水板(3)、上透水板(5)、试样帽(6)，其特征在于：还包括由两块分离的半圆形金属片组成的对开模(4)，承样底座(2)的下部设有与大型三轴仪底座(1)匹配插接的圆形凸台，承样底座的上部设有第一圆形凹槽，沿凹槽中心往下至圆形凸台的底部设有第一导水导气通道(8)，下透水板(3)嵌入所述第一圆形凹槽形成一圆形平面用于试样底部接触，第一导水导气通道(8)与大型三轴仪的底座(1)上的进水口相连通，承样底座(2)侧边上部沿环向设一圈第一弧形凹槽(9)用于绑扎橡皮膜(22)，对开模(4)通过固定件可拆卸地安装在承样底座(2)上，试样帽(6)的下部设有第二圆形凹槽，上透水板(5)嵌入所述第二圆形凹槽形成一圆形平面用于试样顶部接触，试样帽(6)侧边上部沿环向设一圈第四弧形凹槽(17)用于绑扎橡皮膜(22)。
2.如权利要求1所述的适用于CT扫描的粗粒土大型三轴承样装置，其特征在于：对开模(4)的连接处从上到下分别设置固定板(11)，两侧固定板(11)上设置至少两个螺栓孔，固定件穿过两侧固定板(11)上相对应的螺栓孔将两块半圆形金属片连成一体。
3.如权利要求1所述的适用于CT扫描的粗粒土大型三轴承样装置，其特征在于：对开模(4)沿竖向等间距设置至少两个加固圈(13)，以增加对开模(4)的强度。
4.如权利要求1所述的适用于CT扫描的粗粒土大型三轴承样装置，其特征在于：对开模(4)底部内环向设一圈第二弧形凹槽(10)用于绑扎橡皮膜(22)。
5.如权利要求1所述的适用于CT扫描的粗粒土大型三轴承样装置，其特征在于：在对开模(4)的底部沿环向设置多个螺栓孔，承样底座(2)侧边下部沿环向均对应设有第一螺栓孔(18)，固定件依次穿过对开模(4)的螺栓孔以及承样底座(2)的第一螺栓孔(18)将对开模(4)和承样底座(2)固定。
6.如权利要求1所述的适用于CT扫描的粗粒土大型三轴承样装置，其特征在于：试样帽(6)顶部的中心设置一向下的第三弧形凹槽(14)，用于与三轴试验仪的加载杆相匹配。
7.如权利要求1所述的适用于CT扫描的粗粒土大型三轴承样装置，其特征在于：承样底座(2)、上透水板(3)、下透水板(5)、试样帽(6)均可采用特种铝合金材料制成，质轻，能承受一定荷载，X射线能穿透并能有效减小伪影。
8.一种如权利要求1-7任一所述的适用于CT扫描的粗粒土大型三轴承样装置的使用法方法，其特征在于包括如步骤：
步骤一、样品制备：在大型三轴仪底座(1)上嵌入承样底座(2)，在承样底座(2)上嵌入下透水板(3)，再用橡皮带将橡皮膜(22)在承样底座(2)上的第一弧形凹槽(9)处与承样底座(2)扎紧，然后在三轴仪底座(1)上装上对开模(4)，对开模(4)的两片接口处用固定件固定，将橡皮膜(22)外翻在对开模(4)上，并使其顺直和紧贴对开模(4)内壁，按照SL237-053-1999规程的规定制备好土料，将土料按照多层湿捣法振捣成型，直至装完最后一层，整平表面，加上上透水板(5)和试样帽(6)，在试样帽(6)上的第四弧形凹槽(17)处扎紧橡皮膜(22)；
步骤二、试样与三轴压力室底座(1)分离：开真空泵从试样顶部抽气，使试样直立，并快速将试样帽上的第二导水导气通道(15)端部用上密封圈(16)密封，然后拆开对开模(4)与承样底座(2)间的固定件，将试样(21)与三轴压力室底座(1)分离，拆对开模(4)；
步骤三、CT扫描：将承样底座(2)上的第一导水导气通道(8)端部用下密封圈(7)密封，连同承样底座(2)、上透水板(3)、下透水板(5)和试样帽(6)一同搬运至CT机上进行CT扫描；
步骤四、三轴压缩等试验：CT扫描完成后，将试样搬运并安装到三轴仪底座(1)上，拆上密封圈(7)、下密封圈(16)，用橡皮带将橡皮膜(22)的底部一端在对开模(1)的第二弧形凹槽(10)处与压力室底座(1)扎紧，继续抽真空，开进水阀，试样在负压作用下，水通过压力室底座(1)上的进水孔、第一导水导气通道(8)、试样(21)、第二导水导气通道(15)，由下而上逐渐饱和试样，试样饱和后，按照SL237-060-1999规程的规定进行三轴压缩等试验。
9.如权利要求8所述的适用于CT扫描的粗粒土大型三轴承样装置的使用法方法，其特征在于：步骤一中对开模(4)与承样底座(2)固定时，对开模(4)的螺栓孔与承样底座(2)的第一螺栓孔(18)相对应，固定件依次穿过对开模(4)的螺栓孔以及承样底座(2)的第一螺栓孔18将对开模(4)和承样底座(2)固定。
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