CN106989974A

CN106989974A - 一种压实制模器

Info

Publication number: CN106989974A
Application number: CN201710301168.XA
Authority: CN
Inventors: 魏天宇; 胡大伟; 周辉; 张传庆; 朱勇; 杨凡杰; 卢景景; 王冲; 张帆; 张旺
Original assignee: Wuhan Institute of Rock and Soil Mechanics of CAS
Current assignee: Wuhan Institute of Rock and Soil Mechanics of CAS
Priority date: 2017-05-02
Filing date: 2017-05-02
Publication date: 2017-07-28

Abstract

本发明属于岩土力学试验设备技术领域，公开了一种压实制模器，包括：自平衡施力框架、可拆卸式压实筒以及驱动元件；驱动元件通过自平衡施力框架向可拆卸式压实筒施加静压力；自平衡框架包括：液压缸、框架顶板、框架连杆以及框架底板；框架顶板与框架底板通过所述框架连杆相连，构成框架主体；液压缸固定在框架顶板上，液压缸的活塞杆伸入框架主体内；可拆卸式压实筒包括：底座、压实筒以及压实块；底座固定在框架底板上；压实筒抵靠在底座上，压实筒的第一筒口通过底座密封；压实块设置在压实筒的第二筒口与液压缸的活塞杆头端之间；驱动元件与液压缸相连。本发明提供一种压实制模器，能够保证压制的重塑土试样的干密度和含水率均匀分布。

Description

一种压实制模器

技术领域

本发明涉及岩土力学试验设备技术领域，特别涉及一种压实制模器。

背景技术

在土力学的计算分析中，经常需要对土样进行三轴或无侧限压缩实验，以测量其两个重要的强度参数：内摩擦角和黏聚力。通常情况下，由于原状土的取样会非常困难，大多采用重塑土，即将采样好的土进行加工重塑，而后将重塑土进行试验。

而传统的重塑土制作工艺中，采用分层单向压实操作，操作繁琐；且膨润土等天然密相对目标干密度非常小的土粒材料，压制成的试块干密度、含水率分布普遍存在沿轴线由底而上逐层减小的梯度；使用这些砌块进行压缩试验时，变形也相应的普遍出现类似的梯度变化，实验结果不能有效的反应砌块的变形特征，甚至沿分层界面出现结构面断层，严重影响试验可靠性。

发明内容

本发明提供一种压实制模器，解决现有技术中重塑土试块干密度和含水率分布不均匀，以及出现分层断层的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种压实制模器，包括：自平衡施力框架、可拆卸式压实筒以及驱动元件；

所述驱动元件通过所述自平衡施力框架向所述可拆卸式压实筒施加静压力，用于压实所述可拆卸式压实筒内的土粒柱；

所述自平衡框架包括：液压缸、框架顶板、框架连杆以及框架底板；所述框架顶板与所述框架底板通过所述框架连杆相连，构成框架主体；所述液压缸固定在所述框架顶板上，所述液压缸的活塞杆伸入所述框架主体内；

所述可拆卸式压实筒包括：底座、压实筒以及压实块；所述底座固定在所述框架底板上；所述压实筒抵靠在所述底座上，所述压实筒的第一筒口通过所述底座密封；所述压实块设置在所述压实筒的第二筒口与所述液压缸的活塞杆头端之间；所述压实块为柱形结构，与所述压实筒的内腔相匹配，可在所述压实筒内轴向滑动；所述压实筒的中心轴线与所述活塞杆的中心轴线重合；

所述驱动元件与所述液压缸相连，驱动所述液压缸。

进一步地，所述驱动元件为电液伺服泵，与所述液压缸相连。

进一步地，所述压实块与所述土粒柱之间设置第一透水垫片。

进一步地，所述土粒柱与第一透水垫片之间设置第一滤纸层。

进一步地，所述土粒柱与所述底座之间设置第二透水垫片。

进一步地，所述第二透水垫片与所述土粒柱之间设置第二滤纸层。

进一步地，所述底座顶端设置疏水纹路，所述第二透水垫片设置在所述疏水纹路上。

进一步地，所述底座上开设圆环形凹槽，与所述压实筒的筒壁相匹配；所述压实筒底部可嵌于所述圆环形凹槽内。

进一步地，所述压实制模器还包括：延长筒；

所述延长筒搁置在所述压实筒上，所述延长筒的筒腔与所述压实筒的筒腔连通且内径相同，中心轴线重合；

所述压实块搁置在所述延长筒顶端。

进一步地，所述延长筒的近压实筒一端的筒壁上设置轴向延伸结构，包覆在所述压实筒外壁上，限制所述压实筒的径向移动。

本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

本申请实施例中提供的压实制模器，通过建立由自平衡施力框架、可拆卸式压实筒以及驱动元件构成的重塑土试样加工结构，施加稳定持续的静压力，满足一次施力即达到压实效果的条件，从而实现土粒柱一次压制成型，使得重塑土内的干密度和含水率分布均匀；避免传统重塑土分层，多次连续击实操作导致的重塑土分层严重，干密度和含水率断层的缺陷。同时，底座、压实筒以及压实块的配合结构使得能够实现一次装填，配合持续稳定的静压力，也避免了分层多次装填操作导致的人为分层问题。同时，可拆卸式压实筒搁置在所述施力框架主体内，可根据需要，先后调整压实筒的受力端，从而实现双向压实操作，从而克服重塑土单向受力导致的干密度和含水率呈梯形分布的缺陷，进一步提升重塑土干密度和含水率的均匀性。另一方面，由液压缸、框架顶板、框架连杆以及框架底板构建的施力框架结构整体性强，提升了施力精度和施力可靠性，从而大幅降低重塑土加工时器件组合导致偶然误差；相类似的，底座、压实筒以及压实块构成的重塑土成型的一体化结构，也能充分降低器件组合导致的重塑土试样形态的缺陷；同时有机构成的一体化施力，受力结构也使得试样的制备操作简化，加工效率大幅提高。

附图说明

图1为本发明提供的压实制模器结构示意图；

图2为本发明提供的可拆卸式压实筒正向压实的初始态结构示意图；

图3为本发明提供的可拆卸式压实筒正向压实的稳定态结构示意图；

图4为本发明提供的可拆卸式压实筒反向压实的初始态结构示意图；

图5为本发明提供的可拆卸式压实筒反向压实的稳定态结构示意图；

图6为本发明提供的可拆卸式压实筒推出试样状态示意图；

图7为本发明提供的压实筒结构示意图；

图8为本发明提供的底座结构示意图；

图9为本发明提供的延长筒结构示意图；

图10为本发明提供的压实块结构示意图。

具体实施方式

本申请实施例通过提供一种压实制模器，解决现有技术中重塑土试块干密度和含水率分布不均匀，以及出现分层断层的技术问题。

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细说明，应当理解本发明实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本申请实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。

参见图1和图4，一种压实制模器，包括：自平衡施力框架(11、12、13、14)、可拆卸式压实筒(21、22、23、24、25、26、27)以及驱动元件3。

具体而言，所述驱动元件3通过所述自平衡施力框架向所述可拆卸式压实筒施加静压力，用于压实所述可拆卸式压实筒内的土粒柱。

即，驱动元件3提供稳定的动力输出，通过自平衡施力框架向可拆卸式压实筒内的松散粉末状的土粒柱施加稳定持续的静压力，逐步压实得到重塑土试样。替代现有技术中通过重锤连续多次的击实操作，避免了重塑土分层击实导致的干密度和含水率分布不均匀的问题；使得重塑土一次成型，干密度和含水率均匀分布的技术效果。

下面具体介绍本申请的结构和工作过程。

所述自平衡框架包括：液压缸11、框架顶板12、框架连杆13以及框架底板14；所述框架顶板12与所述框架底板14通过所述框架连杆13相连，构成框架主体；所述液压缸11固定在所述框架顶板12上，所述液压缸11的活塞杆伸入所述框架主体内。

即，所述框架主体为压实操作的施力支点结构，液压缸11固定在框架顶板12上，活塞杆朝向框架主体内，向内侧施力；可拆卸式压实筒置于框架主体内，确切的讲，是搁置在所述框架底板14上，承受来自液压缸11的压力，完成压制操作。由于施力支点和受力支点通过框架连杆13连接而构成一体化结构，从而避免了现有技术中松散的独立模具和元件在使用时的临时拼凑导致的精度和可靠性低的问题，使得施力操作精度和可靠性大幅提升；同时也是的操作更便捷，提升制样效率。所述驱动元件3与所述液压缸11相连，驱动所述液压缸11。

一般而言，液压缸11的驱动元件3采用电液伺服泵，满足自动控制和高精度的性能需求。液压缸11采用伸缩式液压缸。

所述可拆卸式压实筒包括：底座24、压实筒22以及压实块23。

其中，所述底座24固定在所述框架底板14上；可以采用与底座24相匹配的凹槽结构，将底座嵌于其中，限制横向移动，保证液压缸11的施力方向性；同时也便于拆卸。

所述压实筒22抵靠在所述底座24上，所述压实筒22的第一筒口通过所述底座24密封；所述压实块23设置在所述压实筒22的第二筒口与所述液压缸11的活塞杆头端之间；即，通过底座24和压实块23分别密封压实筒22，当完成松散的土粒装填之后，将压实块23密封，等待液压缸11的施力操作。

参见图7和图10，一般而言，所述压实块23为柱形结构，通常为圆柱形，与所述压实筒22的内腔相匹配，内腔的半径与柱形结构的外径相等，或者稍大于柱形结构的外径；保证压实块23可在所述压实筒22内轴向滑动，实现重塑土的压实操作；为了保证施工效率和器件安全性，所述压实筒22的中心轴线与所述活塞杆的中心轴线重合。

进一步地，所述压实块23与所述土粒柱4之间设置第一透水垫片25，排出压制过程中的溢出水分。为了避免土粒流失，所述土粒柱4与第一透水垫片25之间设置第一滤纸层。

相类似的，所述土粒柱4与所述底座24之间设置第二透水垫片26。所述第二透水垫片26与所述土粒柱4之间设置第二滤纸层。

进一步地，所述底座24顶端设置疏水纹路，所述第二透水垫片26设置在所述疏水纹路上；提升溢出水分的排出速度。

参见图2和图8，所述底座24上开设圆环形凹槽28，与所述压实筒22的筒壁相匹配；所述压实筒22底部可嵌于所述圆环形凹槽28内。圆环形凹槽28内的突起29能够准确的嵌于压实筒22的内腔，实现压实筒22端口的密封。同时，也限制了压实筒22的径向移动，保证制样操作的施力可靠性。

需要说明的是，基于上述结构本申请提供的压实制模器能够实现双向压实操作。

即包括正向压实和反向压实。

参见图2和图3，正向压实操作中，压实筒22的第一筒口搁置在所述底座24的上，通过底座24上的环形凹槽28和突起29密封；而后在压实筒22内填充松散的土粒；并通过压实块23密封压实筒22的第二筒口；而后液压缸11受驱下压，直至压实块23完全进入压实筒22内腔并保持一段时间，完成正向压实。

参见图4和图5，反向压实操作中，相对于正向压实，颠倒压实筒22的摆放方向。

即，在完成正向压实后，颠倒所述压实筒22的轴向摆放方向，所述第二通孔搁置在所述底座24上，所述第一筒口指向所述液压缸11的活塞杆头端，同时在所述第一筒口处设置第二压实块27；而后液压缸11受驱下压，直至第二压实块27完全进入压实筒22内腔并保持一段时间，完成反向压实。

可拆卸式压实筒的结构设计充分考虑了正方向压实的操作需求，通过底座24的结构设计，提升结构固定可靠性的同时也提升了拆卸效率。

更进一步地，考虑到土粒柱4压实过程中会出现较大幅度的高度缩减，一旦出现压实筒22与液压缸11的活塞杆或者压实块23的姿态配合异常，极易出现压实筒内壁损伤，而这种风险与压实筒22的长度成正相关。往往导致压实筒的损坏更换滤居高不下，使得使用成本大幅提升。

鉴于此，本申请还提出在上述可拆卸式压实筒的基础上增设延长筒21的解决方案。

参见图1和图9，具体来说，所述压实制模器还包括：延长筒21。所述延长筒21搁置在所述压实筒22上，所述延长筒21的筒腔与所述压实筒22的筒腔连通且内径相同，中心轴线重合；保证筒内的土粒柱4形态完整。

所述压实块23搁置在所述延长筒21顶端。

参见图3，当正向压实过程中，延长筒21内的土粒被压实进入到压实筒22内之后，其内部只剩下压实块23。由于延长筒21与压实筒22属于两个独立构件，一定程度上能够分担损坏风险，即便更换，相对更短的延长筒21与压实筒22其使用成本也相对较低。

为了保证两者的衔接可靠性，所述延长筒21的近压实筒22一端的筒壁上设置轴向延伸结构20，包覆在所述压实筒22外壁上，限制所述压实筒22的径向移动；保证筒腔的平滑衔接，从而保证土粒柱的结构稳定性。

增加了延长筒21之后，同样可以完成正反向压实操作。

参见图6，值得说明的是，当完成反向压实后，以所述延长筒21为支撑，将成型的重塑土4推出压实筒22，获得完整的重塑土试样；期间，由于内腔规格匹配，能够避免试样的剐蹭损坏；配合液压泵11的静压力，使得试样的推出平稳高效。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1.一种压实制模器，其特征在于，包括：自平衡施力框架、可拆卸式压实筒以及驱动元件；

所述驱动元件与所述液压缸相连，驱动所述液压缸。

2.如权利要求1所述的压实制模器，其特征在于：所述驱动元件为电液伺服泵，与所述液压缸相连。

3.如权利要求1所述的压实制模器，其特征在于：所述压实块与所述土粒柱之间设置第一透水垫片。

4.如权利要求3所述的压实制模器，其特征在于：所述土粒柱与第一透水垫片之间设置第一滤纸层。

5.如权利要求1所述的压实制模器，其特征在于：所述土粒柱与所述底座之间设置第二透水垫片。

6.如权利要求5所述的压实制模器，其特征在于：所述第二透水垫片与所述土粒柱之间设置第二滤纸层。

7.如权利要求5所述的压实制模器，其特征在于：所述底座顶端设置疏水纹路，所述第二透水垫片设置在所述疏水纹路上。

8.如权利要求1所述的压实制模器，其特征在于：所述底座上开设圆环形凹槽，与所述压实筒的筒壁相匹配；所述压实筒底部可嵌于所述圆环形凹槽内。

9.如权利要求1～8任一项所述的压实制模器，其特征在于，所述压实制模器还包括：延长筒；

所述压实块搁置在所述延长筒顶端。

10.如权利要求9所述的压实制模器，其特征在于：所述延长筒的近压实筒一端的筒壁上设置轴向延伸结构，包覆在所述压实筒外壁上，限制所述压实筒的径向移动。