CN107505184B - 一种土工环剪试验环形土样饱和器及饱和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种土工环剪试验环形土样饱和器及饱和方法，包括圆盘、外侧护环、内侧护环以及中心螺杆；外侧护环包括侧壁以及横壁；圆盘嵌入外侧护环侧壁中；内侧护环置于圆盘的上表面并贴于外侧护环的横壁上；内侧护环、圆盘、外侧护环的侧壁以及外侧护环的横壁形成土样存放腔；中心螺杆穿过内侧护环以及圆盘上的中心螺杆通孔；中心螺杆上设置有第一螺母以及第二螺母；第一螺母置于内侧护环上表面，第一螺母的外径大于内侧护环上中心螺杆通孔的外径；第二螺母置于圆盘下表面；第二螺母的外径大于圆盘上中心螺杆通孔的外径。本发明具有结构简单、操作方便、脱模过程中不易断裂以及能提高土工环剪试验制备饱和环形土样的成活率的优点。

Description

一种土工环剪试验环形土样饱和器及饱和方法
技术领域
本发明涉及土工室内试验技术领域，涉及一种土样饱和器，尤其涉及一种土工环剪试验环形土样饱和器及饱和方法。
背景技术
环剪试验是土力学室内试验的一种，由于试样是环状的，剪切沿着圆周方向旋转，所以剪切面的总面积不变，剪切位移不受限制，适用于测量大变形下土体的残余强度或极限强度。这类剪切试验也常被用来研究不同材料间接触面的剪切特性，用以确定接触面的强度和变形参数，比如：用于研究土与混凝土或钢材，土与土工合成材料及不同土料之间的接触面特性。
常规土工试验一般研究饱和土样的特性，试验前需要对土样进行饱和操作，但是现有的土工实验设备尚无环形土样的饱和器，在饱和过程对其进行保护，使试样在浸水饱和过程中不发生吸水崩解，从而造成试样破损。
发明内容
为了解决背景技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种结构简单、操作方便、脱模过程中不易断裂以及能提高土工环剪试验制备饱和环形土样的成活率的土工环剪试验环形土样饱和器。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种土工环剪试验环形土样饱和器，其特征在于：所述土工环剪试验环形土样饱和器包括圆盘、外侧护环、内侧护环以及中心螺杆；所述外侧护环是由角钢弯制形成，所述外侧护环包括侧壁以及横壁；所述圆盘的外径等于外侧护环侧壁的内径；所述圆盘嵌入外侧护环侧壁中；所述内侧护环置于圆盘的上表面并贴于外侧护环的横壁上；所述内侧护环、圆盘、外侧护环的侧壁以及外侧护环的横壁形成土样存放腔，待饱和土样置于该土样存放腔中；所述内侧护环以及圆盘上均设置有中心螺杆通孔；所述中心螺杆穿过内侧护环以及圆盘上的中心螺杆通孔；所述中心螺杆上设置有第一螺母以及第二螺母；所述第一螺母置于内侧护环上表面，所述第一螺母的外径大于内侧护环上中心螺杆通孔的外径；所述第二螺母置于圆盘下表面；所述第二螺母的外径大于圆盘上中心螺杆通孔的外径。
作为优选，本发明所采用的内侧护环是上端设置有中心螺杆通孔、下端开口且脚部设置有薄壁环刀状护环的圆桶状结构；所述内侧护环顶部的外边缘向外部水平延伸并形成圆环形翼缘；所述内侧护环的薄壁环刀状护环设置在圆盘的上表面；所述内侧护环的圆环形翼缘贴于外侧护环的横壁上。
作为优选，本发明所采用的外侧护环是整体件或分体件；所述外侧护环是分体件时，所述外侧护环是由多个弧状角钢拼接而成。
作为优选，本发明所采用的土工环剪试验环形土样饱和器还包括设置在圆盘与外侧护环的横壁之间的圆环；所述圆环的外径和内径均与待饱和土样的外径和内径相同。
作为优选，本发明所采用的圆盘上设置有透气进水孔；所述透气进水孔是一个或多个；所述透气进水孔是多个时，多个透气进水孔均布在圆盘上。
一种基于如上所述的土工环剪试验环形土样饱和器的饱和方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
1)将制备好的待饱和的环形土样放置在圆盘上，保持待饱和的环形土样的外径与圆盘的外缘平齐；将外侧护环放置在待饱和的环形土样上，保护待饱和的环形土样的外侧，将内侧护环放置在外侧护环的横壁上，保持内侧护环脚部的薄壁环刀状护环通过外侧护环抵达圆盘；将中心螺杆穿过内侧护环和圆盘上的中心螺杆通孔，拧紧中心螺杆上的第一螺母以及第二螺母，将待饱和的环形土样固定在圆盘、外侧护环和内侧护环之间的土样存放腔中；
2)将步骤1)组装得到的整体结构放置在真空缸中，按照《土工试验方法标准》GB/T50123-1999进行抽真空饱和操作；
3)待抽真空饱和操作完成后，进行拆样操作，将中心螺杆的拆下，将圆盘朝下放置，按住外侧护环将内侧护环向上取出，随后向外移除外侧护环，得到饱和的圆环形土样。
作为优选，本发明所采用的方法还包括在步骤1)中在圆盘和外侧护环之间设置圆环的步骤，以及在步骤3)中在取出外侧护环后移除圆环的步骤。
本发明的优点是：
本发明提供了一种土工环剪试样环形土样饱和器及饱和方法，包括圆盘、外侧护环、内侧护环以及中心螺杆；外侧护环是由角钢弯制形成，外侧护环包括侧壁以及横壁；圆盘的外径等于外侧护环侧壁的内径；圆盘嵌入外侧护环侧壁中；内侧护环置于圆盘的上表面并贴于外侧护环的横壁上；内侧护环、圆盘、外侧护环的侧壁以及外侧护环的横壁形成土样存放腔，待饱和土样置于该土样存放腔中；内侧护环以及圆盘上均设置有中心螺杆通孔；中心螺杆穿过内侧护环以及圆盘上的中心螺杆通孔；中心螺杆上设置有第一螺母以及第二螺母；第一螺母置于内侧护环上表面，第一螺母的外径大于内侧护环上中心螺杆通孔的外径；第二螺母置于圆盘下表面；第二螺母的外径大于圆盘上中心螺杆通孔的外径。圆盘保护试样的下侧，外侧护环保护环形土样的外缘，内侧护环保护试样的上侧以及内侧，将上述部件用中心螺杆固定住，将试样保护在其中，避免在饱和过程中试样浸水崩解；本发明通过上述部件的组合，可以实现不同厚度的试样的饱和操作，试样在饱和过程中不发生浸水崩解，在拆模取样过程不发生断裂。本发明专利使用模块化的部件，其结构简单，操作方便，且对于试样的保护效果好，拆模取样过程试样不断裂，提高了土工环剪试验制备饱和环形土样的成活率。
附图说明
图1是本发明所提供的1cm厚的环形土样饱和器的结构示意图；
图2是本发明所提供的1cm厚的环形土样饱和器另一视角的结构示意图；
图3是本发明所提供的2cm厚的环形土样饱和器的结构示意图；
其中：
1-圆盘；2-圆环；3-外侧护环；4-内侧护环；5-中心螺杆。
具体实施方式
为了加深对本发明的理解，下面将对本发明的实施例作详细说明，以下实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如果在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
参见图1、图2以及图3，本发明提供了一种土工环剪试验环形土样饱和器，包括圆盘1、外侧护环3、内侧护环4以及中心螺杆5；外侧护环3是由角钢弯制形成，外侧护环3包括侧壁以及横壁；圆盘1的外径等于外侧护环3侧壁的内径；圆盘1嵌入外侧护环3侧壁中；内侧护环4置于圆盘1的上表面并贴于外侧护环3的横壁上；内侧护环4、圆盘1、外侧护环3的侧壁以及外侧护环3的横壁形成土样存放腔，待饱和土样置于该土样存放腔中；内侧护环4以及圆盘1上均设置有中心螺杆通孔；中心螺杆5穿过内侧护环4以及圆盘1上的中心螺杆通孔；中心螺杆5上设置有第一螺母以及第二螺母；第一螺母置于内侧护环4上表面，第一螺母的外径大于内侧护环4上中心螺杆通孔的外径；第二螺母置于圆盘1下表面；第二螺母的外径大于圆盘1上中心螺杆通孔的外径，圆盘1的外径等于待饱和的环形土样的外径。第一螺母以及第二螺母施加压力固定圆盘1与内侧护环4，将待饱和的环形土样保护在其中。
其中：
内侧护环4是上端设置有中心螺杆通孔、下端开口且脚部设置有薄壁环刀状护环的圆桶状结构；内侧护环4顶部的外边缘向外部水平延伸并形成圆环形翼缘；内侧护环4的薄壁环刀状护环设置在圆盘1的上表面；内侧护环4的圆环形翼缘贴于外侧护环3的横壁上。外侧护环3是整体件或分体件；外侧护环3是分体件时，外侧护环3是由多个弧状角钢拼接而成。优选的，外侧护环3为四片90度的1/4圆环形角钢组成，外侧护环3主要作用为约束环形土样的外侧，保护试样在饱和过程中不发生浸水崩解破坏；且在拆样时保护试样不因取出内侧护环4而破裂。内侧护环4的主要作用为保护环形土样内侧在饱和过程中不发生浸水崩解破坏，且限制内侧护环4与圆盘1之间的高度，保护试样不被挤压。
土工环剪试验环形土样饱和器还包括设置在圆盘1与外侧护环3的横壁之间的圆环2；圆环2可以改变外侧护环3内的高度进而保护不同厚度的环形土样；圆环2的外径和内径均与待饱和土样的外径和内径相同。
圆盘1上设置有透气进水孔；透气进水孔是一个或多个；透气进水孔是多个时，多个透气进水孔均布在圆盘1上。
与此同时，本发明还提供了一种基于如前所述的土工环剪试验环形土样饱和器的饱和方法，该方法包括以下步骤：
1)将制备好的待饱和的环形土样放置在圆盘1上，保持待饱和的环形土样的外径与圆盘1的外缘平齐；将外侧护环3放置在待饱和的环形土样上，保护待饱和的环形土样的外侧，将内侧护环4放置在外侧护环3的横壁上，保持内侧护环4脚部的薄壁环刀状护环通过外侧护环3抵达圆盘1；将中心螺杆5穿过内侧护环4和圆盘1上的中心螺杆通孔，拧紧中心螺杆5上的第一螺母以及第二螺母，将待饱和的环形土样固定在圆盘1、外侧护环3和内侧护环4之间的土样存放腔中；
2)将步骤1)组装得到的整体结构放置在真空缸中，按照《土工试验方法标准》GB/T50123-1999进行抽真空饱和操作；
3)待抽真空饱和操作完成后，进行拆样操作，将中心螺杆5的拆下，将圆盘1朝下放置，按住外侧护环3将内侧护环4向上取出，随后向外移除外侧护环3，得到饱和的圆环形土样。
额外的，本发明在上述方法中还包括在步骤1)中在圆盘1和外侧护环3之间设置圆环2的步骤，以及在步骤3)中在取出外侧护环3后移除圆环2的步骤。
如图1和图2所示，为本发明所提供的不同厚度的环形土样饱和器结构示意图，将制备好的环形土样放置在圆盘1上，保持环形土样的外径与圆盘1的外缘平齐；当试样为1cm厚时，在试样上方放置圆环2，将外侧护环3放置在圆环2上，保护试样的外侧，如图1所示；当试样为2cm厚时，直接在试样上放置外侧护环3保护试样的外侧，如图3所示；将内侧护环4放置在外侧护环3上，保持其一侧的薄壁环刀状护环通过外侧护环3抵达圆盘1；将中心螺杆5穿过内侧护环4和圆盘1上的圆孔，拧紧中心螺杆5上的两颗螺丝，将试样固定在圆盘1和内侧护环4之间的位置。
将图中所示的结构装置放置在真空缸中，按照《土工试验方法标准》(GBT50123-1999)进行抽真空饱和操作。
抽真空饱和操作完成后，进行拆样操作，将中心螺杆5拆下，将圆盘1朝下放置于桌面上，按住外侧护环3将内侧护环4向上取出，随后向外移除外侧护环3，当试样为1cm厚时，侧向平推移除圆环2，即可得到饱和的圆环形土样。
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。

Claims (6)

1.一种土工环剪试验环形土样饱和器，其特征在于：所述土工环剪试验环形土样饱和器包括圆盘（1）、外侧护环（3）、内侧护环（4）以及中心螺杆（5）；所述外侧护环（3）是由角钢弯制形成，所述外侧护环（3）包括侧壁以及横壁；所述圆盘（1）的外径等于外侧护环（3）侧壁的内径；所述圆盘（1）嵌入外侧护环（3）侧壁中；所述内侧护环（4）置于圆盘（1）的上表面并贴于外侧护环（3）的横壁上；所述内侧护环（4）、圆盘（1）、外侧护环（3）的侧壁以及外侧护环（3）的横壁形成土样存放腔，待饱和土样置于该土样存放腔中；所述内侧护环（4）以及圆盘（1）上均设置有中心螺杆通孔；所述中心螺杆（5）穿过内侧护环（4）以及圆盘（1）上的中心螺杆通孔；所述中心螺杆（5）上设置有第一螺母以及第二螺母；所述第一螺母置于内侧护环（4）上表面，所述第一螺母的外径大于内侧护环（4）上中心螺杆通孔的外径；所述第二螺母置于圆盘（1）下表面；所述第二螺母的外径大于圆盘（1）上中心螺杆通孔的外径；
所述内侧护环（4）是上端设置有中心螺杆通孔、下端开口且脚部设置有薄壁环刀状护环的圆桶状结构；所述内侧护环（4）顶部的外边缘向外部水平延伸并形成圆环形翼缘；所述内侧护环（4）的薄壁环刀状护环放置在圆盘（1）的上表面；所述内侧护环（4）的圆环形翼缘贴于外侧护环（3）的横壁上。
2.根据权利要求1所述的土工环剪试验环形土样饱和器，其特征在于：所述外侧护环（3）是整体件或分体件；所述外侧护环（3）是分体件时，所述外侧护环（3）是由多个弧状角钢拼接而成。
3.根据权利要求2所述的土工环剪试验环形土样饱和器，其特征在于：所述土工环剪试验环形土样饱和器还包括设置在圆盘（1）与外侧护环（3）的横壁之间的圆环（2）；所述圆环（2）的外径和内径均与待饱和土样的外径和内径相同。
4.根据权利要求3所述的土工环剪试验环形土样饱和器，其特征在于：所述圆盘（1）上设置有透气进水孔；所述透气进水孔是一个或多个；所述透气进水孔是多个时，多个透气进水孔均布在圆盘（1）上。
5.一种基于如权利要求1所述的土工环剪试验环形土样饱和器的饱和方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
1）将制备好的待饱和的环形土样放置在圆盘（1）上，保持待饱和的环形土样的外径与圆盘（1）的外缘平齐；将外侧护环（3）放置在待饱和的环形土样上，保护待饱和的环形土样的外侧，将内侧护环（4）放置在外侧护环（3）的横壁上，保持内侧护环（4）脚部的薄壁环刀状护环通过外侧护环（3）抵达圆盘（1）；将中心螺杆（5）穿过内侧护环（4）和圆盘（1）上的中心螺杆通孔，拧紧中心螺杆（5）上的第一螺母以及第二螺母，将待饱和的环形土样固定在圆盘（1）、外侧护环（3）和内侧护环（4）之间的土样存放腔中；
2）将步骤1）组装得到的整体结构放置在真空缸中，按照《土工试验方法标准》GB/T50123-1999进行抽真空饱和操作；
3）待抽真空饱和操作完成后，进行拆样操作，将中心螺杆（5）的拆下，将圆盘（1）朝下放置，按住外侧护环（3）将内侧护环（4）向上取出，随后向外移除外侧护环（3），得到饱和的圆环形土样。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述方法还包括在步骤1）中在圆盘（1）和外侧护环（3）之间设置圆环（2）的步骤，以及在步骤3）中在取出外侧护环（3）后移除圆环（2）的步骤。
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