CN105466742A - 一种重塑土样制备装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种重塑土样制备装置，包括底座、盛样模具、击实器、定位器、卡位杆和承压板；盛样模具固定在底座上，定位器套设于卡位杆、并沿卡位杆杆体作垂直方向移动后通过水平方向旋转设定角度则通过卡紧机构卡紧于卡位杆而实现试样高度定位；击实器和承压板分别固定在卡位杆的两端；击实器的直径与盛样模具的内径相匹配，定位器的内径与卡位杆的尺寸相匹配、外径大于盛样模具的外径；当击实器击样后，定位器的底端面与盛样模具的敞口顶端面达到衔接时实现制样，通过改变卡位杆上定位器所定位的试样高度来实现不同高度土样的制样。结构简单，操作方便，精度较高，适用性广，可根据所制试样高度的不同灵活改变击样层数和单层击样高度。

Description

一种重塑土样制备装置

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样制备装置，属于土木工程技术领域用于土工试验的制样装置。

背景技术

室内试验可以准确获得土体工程设计所需的各类强度指标，以便作为设计和施工资料保存。通常试验土样可分为原状土样和重塑土样。原状土样可较好地反映土体的原始结构状态，但其对试验环境和条件变化的敏感程度大，即试验条件微小的改变可造成试验结果产生巨大的变化。由于原状土的试验结果离散性大，因此室内试验的土样通常采用性质稳定、试验结果离散性小的重塑土样。

目前，常用室内重塑土制样方法大致分为两类：击样法和压样法。

击样法，即采用确定质量的击锤从一定高度下落，一层或分层击实土样至计算高度；其优点是制样周期短且操作方便，缺点是制样过程靠击打瞬时上方产生的冲击力压实土样，使得上下层土样受力不均，上层土样较下层土样压实得更为密实。

压实法，即通过活塞采用静压力将土样压紧至所需密度；其优点是能制得密度均匀的土样，缺点是制样周期较长且制样设备要求较高。

击样法由于制样周期短且操作方便，在室内试验土样制备中获得广泛的应用。然而，在分层击样的过程中，质量一定的土样干密度是由体积控制的，由于制样筒的直径是固定的，为了制得的土样能达到预定干密度，必须严格控制每层土样的高度。

为了控制每层土样的高度，一些研究者对制样的装置和方法进行了改进。中国专利申请号：201410220372.5，一种三轴试验试样制备的对称分层压样装置及制样方法，以及中国专利申请号：201510083904.X，一种重塑土分层击样装置及其制样方法，这两项发明专利均对每层土样的高度进行了明确的控制。前者通过垫块套件的组合实现定位，以达到预定高度。后者将套筒依次叠装在限位器的顶端面，通过改变叠装套筒的规格和数量来实现每一分层时的分层制样高度。但是，这两项发明专利所确定的每一层试样高度都是固定的，当土样总高度发生变化或总高度不再为预设每一层试样高度的整数倍时，则制样装置将不再适用。

发明内容

本发明的主要目的在于，克服现有技术中的不足，提供一种新型结构的重塑土样制备装置，可适用于制备不同高度土样，并实现分层击样高度的灵活可控。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种重塑土样制备装置，包括底座、盛样模具、击实器、定位器、卡位杆和承压板。

其中，所述盛样模具固定在底座上，所述定位器套设于卡位杆、并沿卡位杆杆体作垂直方向移动后通过水平方向旋转设定角度则通过卡紧机构卡紧于卡位杆而实现试样高度定位；所述击实器和承压板分别固定在卡位杆的两端，所述击实器用于对盛样模具中的土样进行击样，所述承压板用于锤击而将锤击力通过卡位杆传递给击实器作用于土样。

而且，所述击实器的直径与盛样模具的内径相匹配，所述定位器的内径与卡位杆的尺寸相匹配、定位器的外径大于盛样模具的外径；当击实器击样后，定位器的底端面与盛样模具的敞口顶端面达到衔接时实现制样，通过改变卡位杆上定位器所定位的试样高度来实现不同高度土样的制样。

本发明进一步设置为：所述卡位杆包括杆芯，设置于杆芯上的凹槽和卡槽；所述定位器包括定位环，与定位环内环壁相连的定位片；所述卡槽和定位片构成卡紧机构。

其中，所述凹槽为等深度的若干个，若干个凹槽沿杆芯外表面一周等间隔分布，每一个凹槽均沿杆芯垂直方向分布并保持垂直贯通；每一个凹槽的同侧槽壁均开设有若干个等深度等间隔并沿水平方向分布的卡槽；所述卡槽沿杆芯外表面敞口分布，卡槽的一侧端头向凹槽开口、另一侧端头水平延伸入杆芯，相邻卡槽的距离为设定间隔高度；每一卡槽的尺寸与定位片的尺寸相匹配，位于同一凹槽同侧槽壁并沿着杆芯垂直方向分布的若干个卡槽的总高度与盛样模具的总高度相等；所述杆芯外表面自下而上绘制有与卡槽对应的刻度，刻度的数值自上而下按照设定间隔高度依次增大。

而且，所述定位环的外径大于盛样模具的外径，定位环的内径与卡位杆的外径相匹配；所述定位片的片数与凹槽的个数相等，定位片的平面尺寸与凹槽的横截面相匹配，定位片落入凹槽中时沿凹槽作垂直方向移动、移动到所需定位的试样高度时通过旋转落入卡槽并卡紧于卡槽。

本发明进一步设置为：所述定位器还包括加强区，所述定位环的内环壁通过加强区与定位片相连。

本发明进一步设置为：所述杆芯为实心柱体。

本发明进一步设置为：所述凹槽为横截面是扇形的直通槽，共有3个；所述杆芯为圆柱体，3个凹槽将圆柱体杆芯划分为位于中心的圆柱芯和位于凹槽侧边的扇形体；所述定位片为与凹槽横截面相匹配的扇形片，共有3个；所述卡槽分布于扇形体，每一卡槽均为与定位片尺寸相匹配的扇形槽。

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：所述底座凹口为圆形凹口。

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。

本发明进一步设置为：所述底座、盛样模具、击实器、定位器、卡位杆和承压板均采用不锈钢材料制作。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：

通过底座、盛样模具、击实器、定位器、卡位杆和承压板的设置，重要的是定位器套设于卡位杆、并沿卡位杆杆体作垂直方向移动后通过水平方向旋转设定角度则通过卡紧机构卡紧于卡位杆而实现试样高度定位，从而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定位击实，可极大地提高制样效率和准确率。而且，可以制备不同高度试样，，可以根据试验要求灵活选择分层数量以及每层试样的高度，每层土样击实前只需将定位器调至相应刻度处即可，操作简单快捷，易于掌握，适用范围广。

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为本发明一种重塑土样制备装置的结构示意图；

图2为图1中局部A的立体结构示意图；

图3为图1中1-1截面卡位杆的结构剖示图；

图4为图1中1-1截面定位器的结构剖示图；

图5为图1中1-1截面定位器与卡位杆的连接结构剖示图；

图6为图5中2-2截面定位器与卡位杆的连接结构剖示图；

图7为图5中2-2截面卡槽与刻度的结构剖示图。

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及图2所示，一种重塑土样制备装置，包括底座1、盛样模具2、击实器3、定位器4、卡位杆5和承压板6；各部件均采用不锈钢材料制作，其中定位器4考虑集中受力较大的因素优选采用强度较高的不锈钢材料制作。

所述盛样模具2固定在底座1上，底座1的顶端面设置有用于盛样模具2底端落入的圆形结构的底座凹口，有助于更好的固定住盛样模具2。

所述定位器4套设于卡位杆5、并沿卡位杆5杆体作垂直方向移动后通过水平方向旋转设定角度则通过卡紧机构卡紧于卡位杆5而实现试样高度定位；所述击实器3和承压板6分别固定在卡位杆5的两端，所述击实器3用于对盛样模具2中的土样进行击样，所述承压板6用于锤击而将锤击力通过卡位杆5传递给击实器3作用于土样；所述击实器3的直径与盛样模具2的内径相匹配，所述定位器4的内径与卡位杆5的尺寸相匹配、定位器4的外径大于盛样模具2的外径；当击实器3击样后，定位器4的底端面与盛样模具2的敞口顶端面达到衔接时实现制样，通过改变卡位杆5上定位器4所定位的试样高度来实现不同高度土样的制样。

如图1至图7所示，所述卡位杆5包括实心柱体结构的杆芯51，设置于杆芯51上的凹槽52和卡槽53；所述定位器4包括定位环41，与定位环41内环壁相连的定位片42；所述定位环41的内环壁通过加强区43与定位片42相连。其中，所述卡槽53和定位片42构成卡紧机构。所述定位环41的外径大于盛样模具2的外径，定位环41的内径与卡位杆5的外径相匹配。

所述凹槽52为等深度的若干个，若干个凹槽52沿杆芯51外表面一周等间隔分布，每一个凹槽52均沿杆芯51垂直方向分布并保持垂直贯通；如图3所示，所述凹槽52为横截面是扇形的直通槽，共有3个；所述杆芯51为圆柱体，3个凹槽52将圆柱体杆芯51划分为位于中心的圆柱芯511和位于凹槽52侧边的扇形体512。

如图3所示，在每一个凹槽52的同侧槽壁均开设有若干个等深度等间隔并沿水平方向分布的卡槽53；所述卡槽53在同一水平面上沿顺时针方向分布于扇形体512上。如图2所示，所述卡槽53沿杆芯51外表面敞口分布，卡槽53的一侧端头向凹槽52开口、另一侧端头水平延伸入杆芯51的扇形体512，相邻卡槽53的距离为设定间隔高度；如图7所示，所述杆芯51外表面自下而上绘制有与卡槽53对应的刻度，刻度的数值自上而下按照设定间隔高度依次增大，设定间隔高度为5mm。

如图3至图5所示，每一卡槽53的尺寸与定位片42的尺寸相匹配，位于同一凹槽52同侧槽壁并沿着杆芯51垂直方向分布的若干个卡槽53的总高度与盛样模具2的总高度相等；所述定位片42的片数与凹槽52的个数相等，定位片42的平面尺寸与凹槽52的横截面相匹配、为3个扇形片，每一卡槽53均为与定位片42尺寸相匹配的扇形槽；定位片42落入凹槽52中时沿凹槽52作垂直方向移动、移动到所需定位的试样高度时通过旋转落入卡槽53并卡紧于卡槽53。

考虑常规土工试样，对各部件进行尺寸定制。

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，底座凹口直径为65.5mm。

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65mm、高度为190mm，是制样高度的1.5～2倍。

击实器3是一圆柱体结构，其直径与盛样模具2的内径相匹配，为61.5mm，其高度为30mm。

定位器4的定位环41为一圆环体，其内径为40mm，外径为85mm、大于盛样模具2外径65mm，可保证定位器4架于盛样模具2之上；扇形片形状的定位片42对应夹角为45o，其末端端部弧线连成的圆所对应直径为20mm，定位片42的厚度为2.5mm，定位片42与定位环41的上表面距离10mm、下表面距离7.5mm。

卡位杆5是一柱体结构，总高度为205mm；杆芯51为一实心圆柱体，其中圆柱芯511的直径为18mm，非凹槽部分即扇形体512的半径为17.5mm；相邻扇形体512之间的凹槽52上下通直，横截面为扇形，对应扇形夹角为46o，稍大于定位片42对应的45o夹角，以便定位器4套装在卡位杆5上可自由滑动；每个卡槽53的厚度为2.6mm，卡入的角度为45o，其尺寸均与定位片41尺寸相适应。

每一个扇形体512上自下而上分布的卡槽53的总高度为180mm，当盛样模具2内未装土样，即击实器3下表面与底座凹口面相接触时，位于顶端的卡槽的上表面与定位器4的上表面齐平。卡槽53旁标有相应的刻度，数值小的刻度在上，数组大的刻度在下，精度为5mm；零刻度线与顶端的卡槽上表面齐平，最大量程刻度线为160mm刻度线，其与从下往上数第四个卡槽的上表面齐平。

承压板6是一圆柱体结构，直径为55mm，厚度为15mm。

下面给出利用本发明尺寸定制的重塑土样制备装置进行制样的制备实施例。

预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）所需制备的土样总高度为125mm，可以分为五层进行击实，每层高度为25mm；再根据试验所需土样的含水率和干密度，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）将称好的分层土样倒入三开模内并搅拌平整；在已有的刻度基础上（起始刻度为零）滑动定位器，增加该层制样所对应的高度25mm，使定位环上表面与累计高度的刻度相齐平，转动定位器，将定位片卡入卡槽，实现定位；把击实器连同定位器、卡位杆和承压板的整体一起放入盛样模具中；

4）利用击实锤对击实器顶部的承压板进行加载，当定位器的底面与盛样模具的顶面达到稳定接触状态时，即达到衔接时，停止击实或加载；取出击实器及其上部整体，此时一层分层土样击实完毕，需要对其上表面进行刨毛；

5）刨毛完成后，依次重复步骤3）和步骤4），其中击实第二层土样时滑动定位器至50mm刻度线处，击实第三层土样时滑动定位器至75mm刻度线处，以此类推，直到完成所有五层土样的击实，最后一层土样的上表面不需要进行刨毛处理；

6）拆卸盛样模具，慢慢地逐片侧向滑移三开模，将制好的试样取出，保存待用。

本发明尺寸定制的重塑土样制备装置可用来制作直径为61.8mm，高度小于160mm的试样，不仅结构简单、拆装方便、操作简单、成本较低、寿命长久，而且制样准确、高效可靠，可灵活而精确定位出分层制样高度，确保快速制备出满足要求的分层制样及完整制样，更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；并可重复使用，通过更改装置盛样模具等结构的直径即可制作其他直径试样。

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)

1.一种重塑土样制备装置，其特征在于：包括底座、盛样模具、击实器、定位器、卡位杆和承压板；

所述盛样模具固定在底座上，所述定位器套设于卡位杆、并沿卡位杆杆体作垂直方向移动后通过水平方向旋转设定角度则通过卡紧机构卡紧于卡位杆而实现试样高度定位；

所述击实器和承压板分别固定在卡位杆的两端，所述击实器用于对盛样模具中的土样进行击样，所述承压板用于锤击而将锤击力通过卡位杆传递给击实器作用于土样；

所述击实器的直径与盛样模具的内径相匹配，所述定位器的内径与卡位杆的尺寸相匹配、定位器的外径大于盛样模具的外径；当击实器击样后，定位器的底端面与盛样模具的敞口顶端面达到衔接时实现制样，通过改变卡位杆上定位器所定位的试样高度来实现不同高度土样的制样。

2.根据权利要求1所述的一种重塑土样制备装置，其特征在于：所述卡位杆包括杆芯，设置于杆芯上的凹槽和卡槽；所述定位器包括定位环，与定位环内环壁相连的定位片；所述卡槽和定位片构成卡紧机构；

所述凹槽为等深度的若干个，若干个凹槽沿杆芯外表面一周等间隔分布，每一个凹槽均沿杆芯垂直方向分布并保持垂直贯通；每一个凹槽的同侧槽壁均开设有若干个等深度等间隔并沿水平方向分布的卡槽；所述卡槽沿杆芯外表面敞口分布，卡槽的一侧端头向凹槽开口、另一侧端头水平延伸入杆芯，相邻卡槽的距离为设定间隔高度；

每一卡槽的尺寸与定位片的尺寸相匹配，位于同一凹槽同侧槽壁并沿着杆芯垂直方向分布的若干个卡槽的总高度与盛样模具的总高度相等；所述杆芯外表面自下而上绘制有与卡槽对应的刻度，刻度的数值自上而下按照设定间隔高度依次增大；

所述定位环的外径大于盛样模具的外径，定位环的内径与卡位杆的外径相匹配；所述定位片的片数与凹槽的个数相等，定位片的平面尺寸与凹槽的横截面相匹配，定位片落入凹槽中时沿凹槽作垂直方向移动、移动到所需定位的试样高度时通过旋转落入卡槽并卡紧于卡槽。

3.根据权利要求2所述的一种重塑土样制备装置，其特征在于：所述定位器还包括加强区，所述定位环的内环壁通过加强区与定位片相连。

4.根据权利要求2所述的一种重塑土样制备装置，其特征在于：所述杆芯为实心柱体。

5.根据权利要求2所述的一种重塑土样制备装置，其特征在于：所述凹槽为横截面是扇形的直通槽，共有3个；所述杆芯为圆柱体，3个凹槽将圆柱体杆芯划分为位于中心的圆柱芯和位于凹槽侧边的扇形体；所述定位片为与凹槽横截面相匹配的扇形片，共有3个；所述卡槽分布于扇形体，每一卡槽均为与定位片尺寸相匹配的扇形槽。

6.根据权利要求1所述的一种重塑土样制备装置，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。

7.根据权利要求6所述的一种重塑土样制备装置，其特征在于：所述底座凹口为圆形凹口。

8.根据权利要求1所述的一种重塑土样制备装置，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。

9.根据权利要求1所述的一种重塑土样制备装置，其特征在于：所述底座、盛样模具、击实器、定位器、卡位杆和承压板均采用不锈钢材料制作。