CN105928758A - 一种空心扭剪三轴试样制备装置及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种空心扭剪三轴试样制备装置及其制备方法，该装置包括一个带阀门的漏斗，漏斗下端连接软管，软管插入Y型三通接头，接头下端插入两根软管，软管下端分别连接两根硬质塑料管，硬质塑料管上端外侧套有固定环，环上绑扎钢丝，钢丝竖直向上，固定于水平方向的钢丝交接处，水平的钢丝绑扎在漏斗上并悬挂于环形圆盘上，环形圆盘通过螺栓固定在空心扭剪仪的三脚柱的上端。漏斗下方放置模板。本发明还公开了应用上述装置进行空心扭剪三轴试样的制备方法。本发明的制备装置能消除传统空心试样制备过程中的人工误差，制备出的试样更加均匀，使试验数据更为可靠，且结构简单，操作方便，价格便宜，绿色环保，稳定性好。

Description

一种空心扭剪三轴试样制备装置及其制备方法

技术领域

本发明属于土工试验技术领域，特别涉及一种空心扭剪三轴试样制备装置及其制备方法。

背景技术

传统空心扭剪无黏性土三轴试样的制备方法，常采用干夯法。也就是说先根据试验方案要求的相对密实度和层数，计算出每层土体的质量，然后将漏斗悬空于内、外模板上方，边装土体，边匀速旋转漏斗，使土体落入模板内，再用木棒将土体表面大致刮平，最后用带刻度的振捣棒夯实土体至试验要求的密度。

在传统的制样过程中，由于内、外模板之间的环形区域狭小，以及压力室中三脚柱的影响，使得手动匀速旋转漏斗很难实现，有时漏斗还未旋转一圈，漏斗中的土体就已全部落入模板内，就算之后用木棒将土体表面刮平，但是模板内部空间小而长，也很难做到完全均匀，而且木棒还易弄破橡皮膜。该方法中漏斗置于内、外模板上方，漏斗下端出口与模板的最大距离为18cm，相当于土体最大有18cm的落距，每层土体的落距也在变动，且逐层减小，这样制出的试样层与层之间的均匀性较差，而且对于容易破碎的土体，比如钙质砂，18cm的落距足够产生颗粒破碎，也就是说在制样的时候，钙质砂的颗粒已经产生了破碎，性质发生了变化，这样做出的试验结果已经不可靠了。对于级配良好的土体，18cm的落距也会使同层土体之间的均匀性较差，常常是四周是粗颗粒，中间是细颗粒，而且落砂过程中常伴随着较大的灰尘。

在传统岩土试验制样方法中，也常采用砂雨法，来增加土体的均匀性，但是该种方法目前主要用于大、中型模型槽试验和离心机试验等较大尺寸的土体制作，也有少部分用于静、动三轴、共振柱等实心试样的制作，但是在空心试样方面则很少使用。

发明内容

本发明的目的是消除传统空心试样制备过程中的人工误差，开发一种结构简单，操作方便，价格便宜，稳定性好的空心扭剪三轴试样制备装置及其制备方法。

为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种空心扭剪三轴试样制备装置，包括漏斗、接头、硬质塑料管、模板和环形圆盘。所述漏斗的颈部带有开关阀。所述接头为一个Y型三通接头。所述模板由内、外圆筒组成，它们之间形成一个环形空腔。

所述环形圆盘通过螺栓固定在空心扭剪仪的三脚柱的上端。所述漏斗上绑扎有一根钢丝Ⅰ，这根钢丝Ⅰ水平支撑在环形圆盘的上表面,使得漏斗悬吊在环形圆盘的中心。所述钢丝Ⅰ上还绑扎有两根竖直向下的钢丝Ⅱ。这两根钢丝Ⅱ的位置关于漏斗对称。这两根钢丝Ⅱ的下端各绑扎有一个固定环。所述固定环套装在硬质塑料管的上端。所述硬质塑料管竖直向下。

所述漏斗的下端通过软管Ⅰ与接头的一个连接口连通。所述接头的另外两个对称的连接口分别连接软管Ⅱ和软管Ⅲ。所述软管Ⅱ的上端与接头相连，下端与一根硬质塑料管连通。所述软管Ⅲ的上端与接头相连，下端与另外一根硬质塑料管连通。

所述模板放置漏斗的下方；所述硬质塑料管的下端管口位于模板的环形空腔内。

进一步，所述漏斗与软管Ⅰ的连接处用两道环形钢箍固定。所述软管Ⅱ、软管Ⅲ与硬质塑料管的连接处用两道环形钢箍固定。

进一步，所述漏斗的开关阀具有OFF开关和ON开关，分别表示阀门完全关闭和开启。另外还具有三个档位的不同程度开启状态，分别为一档开关、二档开关、三档开关，这三个档位的开关依次表示阀门开口逐渐增大。

进一步，所述钢丝Ⅰ通过手动旋转进行转动，或者通过电机获取一个恒定的角速度。所述电机具有多个档位以提供不同大小的角速度。所述钢丝Ⅰ的旋转中心为漏斗的中轴线。

本发明还公开一种空心扭剪三轴试样制备装置进行空心扭剪三轴试样的制备方法，包括以下步骤：

1)按照常规方法确定砂样的相对密实度和质量。

2)根据砂样的相对密实度，确定开关阀的开启档位，松砂对应一档开关，中砂对应二档开关，密砂对应三档开关，特密砂对应ON开关。

3)安装好回转装置，即漏斗和硬质塑料管以及它们之间的管路和钢丝，并将水平方向的钢丝Ⅰ对应连接上电机。

4)在空心扭剪仪的基座之上放纸板，在钢丝Ⅰ不同的旋转速度进行试验，以钢丝Ⅰ匀速旋转半圈，砂样刚好全部落入纸板的旋转速度为指定速度，对应电机档位为指定档位。

5)移开纸板，放置好模板，电机调至指定档位，进行试验，使模板的环形空腔内均匀落入一层砂样。

6)取下回转装置，将硬质塑料管换成另一根长度要短1～2cm的硬质塑料管，同时夯实模板内的该层砂样至指定密度。

7)再重新装上回转装置，按照指定的电机档位，进行试验使得模板的环形空腔内再次落入一层砂样。

8)重复步骤6)和7)，直到落入砂样的高度满足试样的设定高度。

本发明的技术效果是毋庸置疑的。所述漏斗的阀门档位可调，档位定好后，可保证整个制样过程中，漏斗下端出口土体的质量和速度不变，加上电机档位确定后，能保证水平钢丝在旋转过程中的速度不变，这样竖直和水平两个方向的速度都一定了，能够确保在制样过程中，同一层的土体每个部位都是均匀的。之后每层操作重复，同样的竖直和水平速度，可确保层与层之间的土体均匀性好。同时依次换上长度递减的硬质塑料管，使得每层制样时塑料管下端出口距要求的土体表面1～2cm，即落距1～2cm，这样对于大小颗粒不均和易破碎土体的影响不大。再者，整个制样过程中，土体都在密闭的环境中进行，不产生灰尘，更加环保。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为悬吊于环形圆盘上的部件示意图；

图3为图2中A-A处剖视图；

图4为图2中B-B处剖视图。

图中：漏斗1、开关阀101、接头2、硬质塑料管3、模板4、环形圆盘5、底座6、钢丝Ⅰ7、钢丝Ⅱ8、软管Ⅰ9、软管Ⅱ10、软管Ⅲ11、基座12、固定环13、三脚柱14、螺栓15。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。

实施例1：

一种空心扭剪三轴试样制备装置，包括漏斗1、接头2、硬质塑料管3、模板4和环形圆盘5。所述漏斗1的颈部带有开关阀101。

所述漏斗1的质量轻盈，开关阀101上具有OFF开关和ON开关，分别表示阀门完全关闭和开启。另外在OFF开关和ON开关之间还具有三个档位的不同程度开启状态，分别为一档开关、二档开关、三档开关，这三个档位的开关依次表示阀门开口逐渐增大，相应地用于松砂、中砂和密砂三种情况。

所述接头2为一个Y型三通接头。

所述环形圆盘5通过螺栓15水平固定在空心扭剪仪的三脚柱13的上端。所述漏斗1上绑扎有一根钢丝Ⅰ7，这根钢丝Ⅰ7水平支撑在环形圆盘5的上表面,使得漏斗1悬吊在环形圆盘5的中心。所述钢丝Ⅰ7与漏斗1的中轴线是相互垂直的，可以将它们看成一个十字形。

所述钢丝Ⅰ7上还绑扎有两根竖直向下的钢丝Ⅱ8。这两根钢丝Ⅱ8的位置关于漏斗1对称。这两根钢丝Ⅱ8的下端各绑扎有一个固定环12。所述固定环12套装在硬质塑料管3的上端。所述硬质塑料管3竖直向下。其中硬质塑料管3具有不同长度规格的产品，根据实验时的具体需求长度来选取。

所述漏斗1的下端通过软管Ⅰ9与接头2的一个连接口连通。所述接头2的另外两个对称的连接口分别连接软管Ⅱ10和软管Ⅲ11。所述软管Ⅱ10的上端与接头2相连，下端与一根硬质塑料管3连通。所述软管Ⅲ11的上端与接头2相连，下端与另外一根硬质塑料管3连通。同时这两根硬质塑料管3与软管Ⅱ10、软管Ⅲ11组合成的形状大致为倒U形。

上述部分就是本发明的回转装置，即一同悬吊于环形圆盘5上的这些构件，包括漏斗1、接头2、硬质塑料管3以及连接它们的软管和钢丝。本实施例中，采用的软管为PVC材料，且不易变形，选取长度不易过长，起连接作用即可。所述漏斗1与软管Ⅰ9的连接处用钢箍固定。所述软管Ⅱ10、软管Ⅲ11与硬质塑料管3的的连接处用钢箍固定。所述硬质塑料管3不易变形，四周管壁光滑。而且所使用的钢丝直径略粗，不易变形。

本实施例中，上述回转装置的正下方放置底座6和模板4。所述模板4由内、外圆筒组成，它们之间形成一个环形空腔，该环形空腔的表层已预先包裹上橡皮膜。所述底座6放置在空心扭剪仪的基座12上。所述底座6的上表面为平面。所述模板4固定放置在底座6的上表面，且模板4位于漏斗1的正下方。所述硬质塑料管3的下端管口位于模板4的环形空腔内。

本实施例中，所述漏斗1、接头2、硬质塑料管3以及软管的内径应大于试验材料的最大颗粒直径，内壁干净光滑，无摩擦阻力，并且硬质塑料管3的外径应小于模板4的环形区域，并且应考虑试验时橡皮膜的厚度影响。

在试验时，所述钢丝Ⅰ7通过手动旋转进行转动，或者通过电机获取一个恒定的角速度，以带动下方的两根硬质塑料管3在模板4的环形空腔内做圆周运动。所述电机具有多个档位以提供不同大小的角速度。所述钢丝Ⅰ7(或整个回转装置)的旋转中心为漏斗1的中轴线。

实施例2：

一种如实施例1所述的空心扭剪三轴试样制备装置，采用该装置进行空心扭剪三轴试样的制备，包括以下步骤：

1)按照常规方法确定砂样的相对密实度和质量。

2)根据砂样的相对密实度，确定开关阀101的开启档位，松砂对应一档开关，中砂对应二档开关，密砂对应三档开关，特密砂对应ON开关。

3)参见图1以及如实施例1所述的连接关系，安装好回转装置，即漏斗1和硬质塑料管3以及它们之间的管路和钢丝，并将水平方向的钢丝Ⅰ7对应连接上电机。

4)先进行旋转速度的测定，在基座12之上放纸板，在钢丝Ⅰ7不同的旋转速度进行试验，以钢丝Ⅰ7匀速旋转半圈，砂样刚好全部落入纸板的旋转速度为指定速度，对应电机档位为指定档位。

5)移开纸板，放置好底座6和模板4，使得硬质塑料管3的下端与模板4的环形空腔的底部相距2mm。电机调至指定档位，进行试验，使模板4的环形空腔内均匀落入一层砂样。

6)取下回转装置，将硬质塑料管3换成另一根长度稍短的硬质塑料管(确保塑料管下端出口距要求的土体表面1～2cm，即落距1～2cm)，同时夯实模板4内的该层砂样至指定密度。

7)再重新装上回转装置，按照指定的电机档位，进行试验使得模板4的环形空腔内再次落入一层砂样。

8)重复步骤6和7，直到落入若干层砂样后，其高度符合试样的设定高度。

Claims (5)

1.一种空心扭剪三轴试样制备装置，其特征在于：包括漏斗(1)、接头(2)、硬质塑料管(3)、模板(4)和环形圆盘(5)；所述漏斗(1)的颈部带有开关阀(101)；所述接头(2)为一个Y型三通接头；所述模板(4)由内、外圆筒组成，它们之间形成一个环形空腔；

所述环形圆盘(5)通过螺栓固定在空心扭剪仪的三脚柱(14)的上端；所述漏斗(1)上绑扎有一根钢丝Ⅰ(7)，这根钢丝Ⅰ(7)水平支撑在环形圆盘(5)的上表面,使得漏斗(1)悬吊在环形圆盘(5)的中心；所述钢丝Ⅰ(7)上还绑扎有两根竖直向下的钢丝Ⅱ(8)；这两根钢丝Ⅱ(8)的位置关于漏斗(1)对称；这两根钢丝Ⅱ(8)的下端各绑扎有一个固定环(13)；所述固定环(13)套装在硬质塑料管(3)的上端；所述硬质塑料管(3)竖直向下；

所述漏斗(1)的下端通过软管Ⅰ(9)与接头(2)的一个连接口连通；所述接头(2)的另外两个对称的连接口分别连接软管Ⅱ(10)和软管Ⅲ(11)；所述软管Ⅱ(10)的上端与接头(2)相连，下端与一根硬质塑料管(3)连通；所述软管Ⅲ(11)的上端与接头(2)相连，下端与另外一根硬质塑料管(3)连通；

所述模板(4)放置漏斗(1)的下方；所述硬质塑料管(3)的下端管口位于模板(4)的环形空腔内。

2.根据权利要求1所述的一种空心扭剪三轴试样制备装置，其特征在于：所述漏斗(1)与软管Ⅰ(9)的连接处用两道环形钢箍固定；所述软管Ⅱ(10)、软管Ⅲ(11)与硬质塑料管(3)的连接处用两道环形钢箍固定。

3.根据权利要求1所述的一种空心扭剪三轴试样制备装置，其特征在于：所述漏斗(1)的开关阀(101)具有OFF开关和ON开关，分别表示阀门完全关闭和开启；另外还具有三个档位的不同程度开启状态，分别为一档开关、二档开关、三档开关，这三个档位的开关依次表示阀门开口逐渐增大。

4.根据权利要求1所述的一种空心扭剪三轴试样制备装置，其特征在于：所述钢丝Ⅰ(7)通过手动旋转进行转动，或者通过电机获取一个恒定的角速度；所述电机具有多个档位以提供不同大小的角速度；所述钢丝Ⅰ(7)的旋转中心为漏斗(1)的中轴线。

5.一种空心扭剪三轴试样制备装置进行空心扭剪三轴试样的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)按照常规方法确定砂样的相对密实度和质量；

2)根据砂样的相对密实度，确定开关阀(101)的开启档位，松砂对应一档开关，中砂对应二档开关，密砂对应三档开关，特密砂对应ON开关；

3)安装好回转装置，即漏斗(1)和硬质塑料管(3)以及它们之间的管路和钢丝，并将水平方向的钢丝Ⅰ(7)对应连接上电机；

4)在空心扭剪仪的基座(12)之上放纸板，在钢丝Ⅰ(7)不同的旋转速度进行试验，以钢丝Ⅰ(7)匀速旋转半圈，砂样刚好全部落入纸板的旋转速度为指定速度，对应电机档位为指定档位；

5)移开纸板，放置好模板(4)，电机调至指定档位，进行试验，使模板(4)的环形空腔内均匀落入一层砂样；

6)取下回转装置，将硬质塑料管(3)换成另一根长度短1～2mm的硬质塑料管，同时夯实模板(4)内的该层砂样至指定密度；

7)再重新装上回转装置，按照指定的电机档位，进行试验使得模板(4)的环形空腔内再次落入一层砂样；

8)重复步骤6)和7)，直到落入砂样的高度满足试样的设定高度。