CN107515146B - 一种土工环剪试验环形重塑土制样器及制样方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种土工环剪试验环形重塑土样的制样器及制样方法，包括方形底座、中心圆模、直角护环、圆盘、导向螺杆以及固定支架；固定支架以及中心圆模均设置在方形底座上；直角护环套装在中心圆模外部；圆盘置于中心圆模的顶部；圆盘的外径等同于直角护环的内径；圆盘与直角护环以及中心圆模之间形成环状空腔；导向螺杆的一端穿过固定支架，另一端自上而下依次贯穿圆盘、中心圆模以及方形底座；导向螺杆上设置有第一螺母第二螺母以及第三螺母；第一螺母置于圆盘的上表面并驱动圆盘沿导向螺杆的轴向向下运动；第二螺母置于中心圆模和方形底座之间；第三螺母设置在方形底座的下表面。本发明可有效解决土工环剪试验前制备环形试样难题。

Description

一种土工环剪试验环形重塑土制样器及制样方法

技术领域

本发明属于有土工室内试验技术领域，涉及一种环形重塑土制样器及制样方法，尤其涉及一种土工环剪试验环形重塑土制样器及制样方法。

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。

对于取自现场的重塑土样，为了研究土体的残余强度或极限强度时，需要将土样制备成厚度为2cm的环状；当研究土体与不同材料接触面的特性时，需要将土样制备成厚度为1cm的环状；现有的制样技术，尚不能借助同一个装置来完成上述不同厚度重塑土环形土样的制备，且现有技术很容易在土样脱模环节造成环形试样的断裂，从而导致制样失败。

发明内容

为了解决背景技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种可有效解决土工环剪试验前环形试样制备难题的环剪试验环形重塑土样的制样器及制样方法。

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重塑土制样器，其特征在于：所述土工环剪试验环形重塑土制样器包括方形底座、中心圆模、直角护环、圆盘、导向螺杆以及固定支架；所述固定支架设置在方形底座上；所述中心圆模整体呈门型并设置在方形底座上；所述直角护环套装在中心圆模外部；所述圆盘置于中心圆模的顶部；所述圆盘的外径等同于直角护环的内径；所述圆盘与直角护环以及中心圆模之间形成环状空腔；待加工重塑土置于所述环状空腔中；所述导向螺杆的一端穿过固定支架，另一端自上而下依次贯穿圆盘、中心圆模以及方形底座；所述导向螺杆上设置有第一螺母、第二螺母以及第三螺母；所述圆盘、中心圆模以及方形底座上均设置有导向螺杆通孔；所述第一螺母置于圆盘的上表面并驱动圆盘沿导向螺杆的轴向向下运动；所述第二螺母置于中心圆模和方形底座之间；所述第三螺母设置在方形底座的下表面；所述第一螺母的外径大于圆盘上导向螺杆通孔的内径；所述第二螺母的外径大于中心圆模上导向螺杆通孔的内径且小于方形底座上导向螺杆通孔的内径；所述第三螺母的外径大于方形底座上导向螺杆通孔的内径。

作为优选，本发明所采用的中心圆模呈上端封闭、下端开口的圆桶状结构；所述中心圆模的侧壁上沿中心圆模的径向设置有圆环形翼缘；所述中心圆模的顶部设置有用于导向螺杆贯穿的通孔；所述直角护环套装在中心圆模的外部并与圆环形翼缘紧贴。

作为优选，本发明所采用的圆盘上设置有用于导向螺杆贯穿的通孔；所述圆盘上还设置有透气排水孔，所述透气排水孔是一个或多个；所述透气排水孔是多个时，多个透气排水孔均布在圆盘上。

作为优选，本发明所采用的土工环剪试验环形重塑土制样器还包括设置在直角护环与待加工重塑土之间的圆环。

作为优选，本发明所采用的直角护环是由角钢制成的整体件或分体件；所述直角护环是分体件时，所述直角护环包括多片弧状体拼接而成。

作为优选，本发明所采用的土工环剪试验环形重塑土制样器还包括设置在通过固定支架设置在方形底座上的环形底座；所述中心圆模设置在环形底座上；所述中心圆模的外径等同于环形底座的内径。

作为优选，本发明所采用的环形底座与中心圆模之间设置有环形垫片；所述环形垫片是一片或多片；所述环形垫片是多片时，多片环形垫片中的每一环形垫片的厚度是相同的或非等同的。

一种基于如前所述的土工环剪试验环形重塑土制样器的环形重塑土样制作方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

1)使用固定支架的螺杆将环形底座固定在方形底座上，随后将中心圆模放在环形底座中；

2)在中心圆模上放置直角护环，直角护环与中心圆模之间形成一个环形区域；

3)在步骤2)所形成的环形区域中装填预先配好含水率的重塑土样，装填完成后，盖上圆盘，装上导向螺杆，在圆盘的顶部拧上导向螺杆的第一螺母；在方形底座与中心圆模之间的导向螺杆上拧入第二螺母；在方形底座的下表面拧上导向螺杆的第三螺母，同时将导向螺杆的顶部通过固定支架固定；

4)旋转导向螺杆的第一螺母，促使圆盘沿导向螺杆的轴向向下运动并压实填充在环形区域中的重塑土样；

5)移除固定支架的三孔盖板，将导向螺杆的第三螺母拧下，通过导向螺杆将中心圆模、直角护环以及圆盘提出并进行翻转；

6)拆下导向螺杆、向上取出中心圆模以及向外缓慢移除直角护环，制得环形重塑土样。

作为优选，本发明所采用的方法还包括在方形底座与中心圆模设置环形垫片的步骤以及在直角护环与待装填重塑土样之间设置圆环的步骤。

本发明的优点是：

本发明提供了一种土工环剪试验环形重塑土制样器包括方形底座、中心圆模、直角护环、圆盘、导向螺杆以及固定支架；固定支架设置在方形底座上；中心圆模整体呈门型并设置在方形底座上；直角护环套装在中心圆模外部；圆盘置于中心圆模的顶部；圆盘的外径等同于直角护环的内径；圆盘与直角护环以及中心圆模之间形成环状空腔；待加工重塑土置于环状空腔中；导向螺杆的一端穿过固定支架，另一端自上而下依次贯穿圆盘、中心圆模以及方形底座；导向螺杆上设置有第一螺母以及第二螺母；第一螺母置于圆盘的上表面并驱动圆盘沿导向螺杆的轴向向下运动；导向螺杆的第二螺母设置在方形底座的下表面。本发明将制备环形1cm厚或2cm厚的重塑土样方法整合到一套设备上，该设备制样过程简单，易于操作，取样方便，试样不易破损。本发明通过上述不同部件之间的组合，可以实现制取不同规格的环状重塑土试样，用于土工环剪试验本发明专利使用模块化的部件，其结构简单，操作方便，且制得的试样均匀性好，试样在饱和和脱模过程不易断裂，提高了土工环剪试验土样制备的成活率。

附图说明

图1是基于本发明所提供的土工环剪试验环形重塑土制样器在制1cm厚的重塑土环形试样时的结构示意图；

图2是基于本发明所提供的土工环剪试验环形重塑土制样器在制2cm厚的重塑土环形试样时的结构示意图；

图中：

1-方形底座；2-环形底座；3-环形垫片；4-直角护环；5-圆环；6-圆盘；7-中心圆模；8-导向螺杆；9-固定支架。

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。

本发明提供了一种土工环剪试验环形重塑土制样器，该土工环剪试验环形重塑土制样器包括方形底座1、中心圆模7、直角护环4、圆盘6、导向螺杆8以及固定支架9；固定支架9设置在方形底座1上；中心圆模7整体呈门型并设置在方形底座1上；直角护环4套装在中心圆模7外部；圆盘6置于中心圆模7的顶部；圆盘6的外径等同于直角护环4的内径；圆盘6与直角护环4以及中心圆模7之间形成环状空腔；待加工重塑土置于环状空腔中；导向螺杆8的一端穿过固定支架9，另一端自上而下依次贯穿圆盘6、中心圆模7以及方形底座1；导向螺杆8上设置有第一螺母、第二螺母以及第三螺母；方形底座1上开设有导向螺杆通孔；第二螺母的外径小于导向螺杆通孔的内径；第三螺母的外径大于导向螺杆通孔的外径；第一螺母置于圆盘6的上表面并驱动圆盘6沿导向螺杆8的轴向向下运动；第二螺母从导向螺杆通孔中穿过并置于中心圆模7和方形底座1之间；导向螺杆8的第三螺母设置在方形底座1的下表面。

第三螺母设置在方形底座1的下面，其直径要比方形底座1下面的开孔大，即，第三螺母不能通过方形底座1下面的开孔；第三螺母与第一螺母共同作用，对圆盘6施加向下的力，第二螺母的直径较小，能够通过方形底座下面的开孔，在压实操作完成后，将第三螺母拧下，向上提固定导向螺杆，由于第二螺母的存在，可将中心圆环以及圆盘土样等一起提出。将第三螺母拧下后，在第一螺母和第二螺母的共同作用下，即可完成压实及提取操作。方形底座下面的开孔比较大，导向螺杆下面没有约束，容易晃动，整体性不好，因此采用上中下三个螺母。

方形底座1中心有一个六边形的孔，便于螺母和导向螺杆8穿过，四边中点各有一个螺丝孔，通过固定支架9将环形底座2固定在上面。圆盘6厚度为0.5mm，中心有一导向螺杆通孔，便于导向螺杆8穿过，通过圆盘6将重塑松散土样压实至预定厚度的环形试样，圆盘6上分布有若干小孔，作为土样制备中的排气和排水通道。导向螺杆8为一螺丝杆，螺杆上带有两个六角形螺母，中心圆模7或圆盘6位于第一螺母下，通过旋拧第一螺母向圆盘6施加竖向压力，切割土样或压实土样；第二螺母的尺寸比方形底座1中心处的六边形孔大，和第一螺母共同工作，在切割土样或压实土样过程中，约束螺杆向上运动。固定支架9由两根螺杆和一块有三个孔的板梁组成，两个螺杆主要起固定方形底座1和环形底座2的连接、支撑起三孔板梁的作用，导向螺杆8受三孔板梁中间孔的约束，确保中心圆模7沿垂直方向位移。

中心圆模7呈上端封闭、下端开口的圆桶状结构；中心圆模7的侧壁上沿中心圆模7的径向设置有圆环形翼缘；中心圆模7的顶部设置有用于导向螺杆8贯穿的通孔；直角护环4套装在中心圆模7的外部并与圆环形翼缘紧贴。中心圆模7为上端封闭，下端开口且有刀口的圆桶状；中心圆模7沿其高度的中部是与环刀连为一体的圆环形翼缘，起到托举圆环5或环形垫片3进行压样的作用。中心圆模7的封闭端的中心挖有一导向螺杆通孔，便于导向螺杆8穿过，进行压实操作。

圆盘6上设置有用于导向螺杆8贯穿的通孔；圆盘6上还设置有透气排水孔，透气排水孔是一个或多个；透气排水孔是多个时，多个透气排水孔均布在圆盘6上。

土工环剪试验环形重塑土制样器还包括设置在直角护环4与待加工重塑土之间的圆环5。

直角护环4是由角钢制成的整体件或分体件；直角护环4是分体件时，直角护环4包括多片弧状体拼接而成。直角护环4为四片90度的1/4圆环5形角钢组成，主要功能为限制试样外径；四片直角护环4被环形底座2约束住，保证其整体性，从而保护圆环5形试样不会破损；在直角护环4内叠放圆环5，可以改变直角护环4内的高度来调整所制环形土样的高度。

土工环剪试验环形重塑土制样器还包括设置在通过固定支架9设置在方形底座1上的环形底座2；中心圆模7设置在环形底座2上；中心圆模7的外径等同于环形底座2的内径；环形底座2与中心圆模7之间设置有环形垫片3；环形垫片3是一片或多片；环形垫片3是多片时，多片环形垫片3中的每一环形垫片3的厚度是相同的或非等同的。环形底座2的外径为方形底座1的内接圆直径，其在过圆心且与方形底座1四边平行的两个互相垂直方向上，分布有四个与方形底座1固定的螺丝孔，可以通过固定支架9的螺杆将环形底座2固定在方形底座1上；环形底座2内放有环形垫片3，由四片90度的1/4环片组成，便于安装和拆除，环形垫片3的外径为环形底座2的内径，主要起限制中心圆模7的作用。

一种基于如上所述的土工环剪试验环形重塑土制样器的环形重塑土样制作方法，方法包括以下步骤：

1)使用固定支架9的螺杆将环形底座2固定在方形底座1上，随后将中心圆模7放在环形底座2中；

2)在中心圆模7上放置直角护环4，直角护环4与中心圆模7之间形成一个环形区域；

3)在步骤2)所形成的环形区域中装填预先配好含水率的重塑土样，装填完成后，盖上圆盘6，装上导向螺杆8，在圆盘6的顶部拧上导向螺杆8的第一螺母；在方形底座1的下表面拧上导向螺杆8的第二螺母，同时将导向螺杆8的顶部通过固定支架9固定；

4)旋转导向螺杆8的第一螺母，促使圆盘6沿导向螺杆8的轴向向下运动并压实填充在环形区域中的重塑土样；

5)将导向螺杆8的第二螺母拧下，通过导向螺杆8将中心圆模7、直角护环4以及圆盘6提出并进行翻转；

6)拆下导向螺杆8、向上取出中心圆模7以及向外缓慢移除直角护环4，制得环形重塑土样。

除此之外，本发明所提供的方法还包括在方形底座1与中心圆模7设置环形垫片3的步骤以及在直角护环4与待装填重塑土样之间设置圆环5的步骤。

实施例1

为制备1cm厚的重塑土环形试样的制样方法以及拆样的操作方法。

如图1所示为本发明所提供的制1cm厚的重塑土环形试样结构示意图，这里需要制取的为外径15cm，内径10cm，厚1cm的圆环状试样，本实施例由方形底座1、环形底座2、环形垫片3、直角护环4、圆环5、圆盘6、中心圆模7、导向螺杆8、固定支架9组成；方形底座1通过两颗固定支架螺丝与环形底座2相连，在环形底座中放置环形垫片3，保持中心圆模7的刀口通过环形垫片3，在中心圆模7的翼缘上方放置直角护环4，在直角护环4与中心圆模7之间的环形区域放置圆环5，这样就形成了一个外径15cm，内径10cm，高1cm的环形区域，在上述环形区域中垫一张外径15cm内径10cm的环形滤纸，装填预先配好含水率的重塑土样，盖上圆盘6，装上导向螺栓8，盖上固定支架9的三孔板梁，拧动圆盘6上的第一螺母，向下施加压力使圆盘6向下运动压实土样，拧下导向螺杆8的第三螺母，通过导向螺杆8将土样连同圆盘6、圆环5、直角护环4、中心圆模7一起提出，拧紧导向螺杆8的第一螺母，将土样保护在其中而不会发生断裂，即得到外径15cm，内径10cm，厚1cm的环形重塑土样。拆下导向螺杆8，使圆盘6向下放置，向上取出中心圆模7，向外缓慢移除直角护环4，向上移除圆环5，土样脱模后，将环形试样从圆盘6上移到环剪仪上，即可进行土工环剪试验。

实施例2

为制备2cm厚的重塑土环形试样的制样方法以及拆样的操作方法。

如图2所示为本发明所提供的制2cm厚的重塑土环形试样结构示意图，这里需要制取的为外径15cm，内径10cm，厚2cm的圆环状试样，本实施例由方形底座1、环形底座2、环形垫片3、直角护环4、圆盘6、中心圆模7、导向螺杆8、固定支架9组成，方形底座1通过两颗固定支架螺丝9与环形底座2相连，在环形底座2中放置一层1cm厚的环形垫片3，保持中心圆模7的刀口通过环形垫片3，在中心圆模7的翼缘上方放置直角护环4，在直角护环4与中心圆模7之间就形成了一个外径15cm，内径10cm，高2cm的环形区域，在环形区域中放置一张外径15cm，内径10cm的环形滤纸，装填预先配好含水率的重塑土样，盖上圆盘6，装上导向螺栓8，盖上固定支架9的三孔板梁，拧动圆盘6上的第一螺母，向下施加压力使圆盘6向下运动压实土样，拧下导向螺杆8的第三螺母，通过导向螺杆8将土样连同圆盘6、直角护环4、中心圆模7一起提出，拧紧导向螺杆8的第一螺母，将土样保护在其中而不会发生断裂，即得到外径15cm，内径10cm，厚2cm的环形重塑土样，拆下导向螺杆8，使圆盘6向下放置，向上取出中心圆模7，向外缓慢移除直角护环4，土样脱模后，将环形试样从圆盘6上缓慢移到土工环剪仪上，即可进行土工环剪试验。

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 (9)

1.一种土工环剪试验环形重塑土制样器，其特征在于：所述土工环剪试验环形重塑土制样器包括方形底座(1)、中心圆模(7)、直角护环(4)、圆盘(6)、导向螺杆(8)以及固定支架(9)；所述固定支架(9)设置在方形底座(1)上；所述中心圆模(7)整体呈门型并设置在方形底座(1)上；所述直角护环(4)套装在中心圆模(7)外部；所述圆盘(6)置于中心圆模(7)的顶部；所述圆盘(6)的外径等同于直角护环(4)的内径；所述圆盘(6)与直角护环(4)以及中心圆模(7)之间形成环状空腔；待加工重塑土置于所述环状空腔中；所述导向螺杆(8)的一端穿过固定支架(9)，另一端自上而下依次贯穿圆盘(6)、中心圆模(7)以及方形底座(1)；所述导向螺杆(8)上设置有第一螺母、第二螺母以及第三螺母；所述圆盘(6)、中心圆模(7)以及方形底座(1)上均设置有导向螺杆通孔；所述第一螺母置于圆盘(6)的上表面并驱动圆盘(6)沿导向螺杆(8)的轴向向下运动；所述第二螺母置于中心圆模(7)和方形底座(1)之间；所述第三螺母设置在方形底座(1)的下表面；所述第一螺母的外径大于圆盘(6)上导向螺杆通孔的内径；所述第二螺母的外径大于中心圆模(7)上导向螺杆通孔的内径且小于方形底座(1)上导向螺杆通孔的内径；所述第三螺母的外径大于方形底座(1)上导向螺杆通孔的内径。

2.根据权利要求1所述的土工环剪试验环形重塑土制样器，其特征在于：所述中心圆模(7)呈上端封闭、下端开口的圆桶状结构；所述中心圆模(7)的侧壁上沿中心圆模(7)的径向设置有圆环形翼缘；所述中心圆模(7)的顶部设置有用于导向螺杆(8)贯穿的通孔；所述直角护环(4)套装在中心圆模(7)的外部并与圆环形翼缘紧贴。

3.根据权利要求2所述的土工环剪试验环形重塑土制样器，其特征在于：所述圆盘(6)上设置有用于导向螺杆(8)贯穿的通孔；所述圆盘(6)上还设置有透气排水孔，所述透气排水孔是一个或多个；所述透气排水孔是多个时，多个透气排水孔均布在圆盘(6)上。

4.根据权利要求1或2或3所述的土工环剪试验环形重塑土制样器，其特征在于：所述土工环剪试验环形重塑土制样器还包括设置在直角护环(4)与待加工重塑土之间的圆环(5)。

5.根据权利要求4所述的土工环剪试验环形重塑土制样器，其特征在于：所述直角护环(4)是由角钢制成的整体件或分体件；所述直角护环(4)是分体件时，所述直角护环(4)包括多片弧状体拼接而成。

6.根据权利要求5所述的土工环剪试验环形重塑土制样器，其特征在于：所述土工环剪试验环形重塑土制样器还包括设置在通过固定支架(9)设置在方形底座(1)上的环形底座(2)；所述中心圆模(7)设置在环形底座(2)上；所述中心圆模(7)的外径等同于环形底座(2)的内径。

7.根据权利要求6所述的土工环剪试验环形重塑土制样器，其特征在于：所述环形底座(2)与中心圆模(7)之间设置有环形垫片(3)；所述环形垫片(3)是一片或多片；所述环形垫片(3)是多片时，多片环形垫片(3)中的每一环形垫片(3)的厚度是相同的或非等同的。

8.一种基于如权利要求7所述的土工环剪试验环形重塑土制样器的环形重塑土样制作方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

1)使用固定支架(9)的螺杆将环形底座(2)固定在方形底座(1)上，随后将中心圆模(7)放在环形底座(2)中；

2)在中心圆模(7)上放置直角护环(4)，直角护环(4)与中心圆模(7)之间形成一个环形区域；

3)在步骤2)所形成的环形区域中装填预先配好含水率的重塑土样，装填完成后，盖上圆盘(6)，装上导向螺杆(8)，在圆盘(6)的顶部拧上导向螺杆(8)的第一螺母；在方形底座(1)与中心圆模(7)之间的导向螺杆(8)上拧入第二螺母；在方形底座(1)的下表面拧上导向螺杆(8)的第三螺母，同时将导向螺杆(8)的顶部通过固定支架(9)固定；

4)旋转导向螺杆(8)的第一螺母，促使圆盘(6)沿导向螺杆(8)的轴向向下运动并压实填充在环形区域中的重塑土样；

5)移除固定支架(9)的三孔盖板，将导向螺杆(8)的第三螺母拧下，通过导向螺杆(8)将中心圆模(7)、直角护环(4)以及圆盘(6)提出并进行翻转；

6)拆下导向螺杆(8)、向上取出中心圆模(7)以及向外缓慢移除直角护环(4)，制得环形重塑土样。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：所述方法还包括在方形底座(1)与中心圆模(7)设置环形垫片(3)的步骤以及在直角护环(4)与待装填重塑土样之间设置圆环(5)的步骤。

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