CN107677523B - 一种组合式标准土工试样制样器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种组合式标准土工试样制样器，包括加压平台，提供加压平台上升压力的油泵，限制加压平台上升的反力架；加压平台上设置有组合式套筒，组合式套筒由大内径套筒内套接小内径套筒组成，或者组合式套筒由内径相同的套筒上下连接组成，或者组合式套筒由套筒内嵌套环刀组成；其中组合式套筒内设置有压块组，压块组为若干个压块竖直叠放，且最上端的压块与反力架接触。解决了现有技术中重塑土制样器功能单一，集成度不高，难以精确控制压力的问题。

Description

一种组合式标准土工试样制样器

技术领域

本发明属于土工试验制样装置技术领域，尤其涉及一种组合式标准土工试样制样器。

背景技术

在岩土工程的科学研究和教学实践中，重塑土因其性质相对均匀而被越来越多的选用，重塑土试样的制备是进行土工实验必不可少的环节。目前常见的制样器使用功能较为单一，集成度不高，难以精确控制压力。

为了满足实际工程和科学研究的需要，如何设计一种功能多，集成度高并可准确反映压力值的土工试样装置，是我们需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种组合式标准土工试样制样器，解决了现有技术中重塑土制样器功能单一，集成度不高，难以精确控制压力的问题。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种组合式标准土工试样制样器，包括加压平台，提供加压平台上升压力的油泵，限制加压平台上升的反力架；加压平台上设置有组合式套筒，组合式套筒由大内径套筒内套接小内径套筒组成，或者组合式套筒由内径相同的套筒上下连接组成，或者组合式套筒由套筒内嵌套环刀组成；其中组合式套筒内设置有压块组，压块组为若干个压块竖直叠放，且最上端的压块与反力架接触。

更进一步的，本发明的特点还在于：

其中压块包括2个直径为39mm，高度为20mm的第一压块；2块直径为39mm，高度为30mm的第二压块；1块直径为39mm，高度为40mm的第三压块；1块直径为61mm，高度为30mm的第四压块；1块直径为79mm，高度为20mm的第五压块；1块直径为100mm，高度为20mm的第六压块。

其中压块的一面设有凹槽，与其相对的另一面为平面或者另一面设有与凹槽匹配的突起。

其中组合式套筒包括内径为39.1mm、壁厚为4mm、高度为120mm的第一套筒；内径为61.8mm、壁厚为6mm、高度为50mm的第二套筒；内径为61.8mm、壁厚为6mm、高度为120mm的第三套筒；内径为79.8mm、壁厚为6mm、高度为40mm的第四套筒；内径为101mm、壁厚为9mm、高度为100mm的第五套筒；内径为101mm、壁厚为9mm、高度为170mm的第六套筒。

其中环刀包括内径为61.8mm、壁厚为2mm、高度为20mm的第一环刀；内径为79.8mm、壁厚2mm、高度为20mm的第二环刀。

其中组合式套筒由第三套筒内套接第一套筒组成；

或者组合式套筒由第二套筒和第三套筒上下连接后，套接在第六套筒内组成；

或者组合式套筒由第五套筒和第六套筒上下连接组成；

或者组合式套筒由第二套筒内嵌套第一环刀组成；

或者组合式套筒由第四套筒内嵌套第二环刀组成。其中反力架包括至少两个螺杆，螺杆上设有能够沿螺杆上下移动的顶板，顶板上开有用于取模的通孔，通孔的直径为101mm。

还包括脱模钢板，顶板的底部设置有安装脱模钢板的卡槽，脱模钢板在卡槽内能够滑动，脱模钢板上开有取模孔。

其中脱模钢板上设置有直径为79.8mm的第一取模孔、直径为61.8mm的第二取模孔和直径为39.1mm的第三取模孔。

其中大内径套筒和小内径套筒通过套筒加固卡扣连接。

其中内径相同的套筒通过卡环上下连接。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本装置采用组合式套筒能够制备柱状土体试样和环刀土体试样，该装置节约了材料，并且提高了制取试样的效率，能够高质量的完成土体试样的制作；本装置采用油泵，能够精确控制压力。

更进一步的，六种规格不同的套筒能够制备五种规格的柱状土体试样，并且，不同规格的套筒组合时，压块对土样的压力均匀。

更进一步的，两中不同规格的环刀和相应的套筒配合，能够制备两种不同规格的环刀土体试样。

更进一步的，根据不同规格的土体试样，设计了具有多个取模孔的脱模钢板，方便了土体试样的取出。

附图说明

图1为本发明所提供的组合式标准土工试样制样器的结构示意图；

图2为本发明所提供的反力架的结构示意图；

图3为本发明所提供的脱模钢板的俯视结构示意图；

图4(a)为本发明制作Φ39.1mm试样时的示意图；图4(b)为本发明Φ39.1mm试样脱模时的示意图；

图5(a)为本发明制作Φ61.8mm试样时的示意图；图5(b)为本发明Φ61.8mm试样脱模时的示意图；

图6(a)为本发明制作Φ101mm试样时的示意图；图6(b)为本发明Φ101mm试样脱模时的示意图；

图7(a)为本发明制作Φ61.8mm环刀试样时的示意图；图7(b)为本发明Φ61.8mm环刀试样脱模时的示意图；

图8(a)为本发明制作Φ79.8mm环刀试样时的示意图；图8(b)为本发明Φ79.8mm环刀试样脱模时的示意图；

图9为本发明所提供的套筒加固卡扣的结构示意图。

其中，1、反力架；11、底座；12、螺杆；13、顶板；14螺母；2、加压平台；21、油泵；22、高精度油压表；3、组合式套筒；31、第一套筒；32、第二套筒；33、第三套筒；34、第四套筒；35、第五套筒；36、第六套筒；4、压块组；5、脱模钢板；51、第一取模孔；52、第二取模孔；53、第三取模孔；61、套筒加固卡扣；71、第一环刀；72、第二环刀；8、试样；

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

本发明提供了一种组合式标准土工试样制样器，如图1所示，包括反力架1、加压平台2、组合式套筒3、脱模钢板5。如图2所示，反力架1是由下部钢制底座11、上部钢制顶板13、两根长螺杆12、螺母14组成。顶板13与底座11通过长螺杆12和螺母14连接，通过调节螺母14来控制顶板13与加压平台2的距离。下部钢制底座11采用工字钢，长500mm，宽300mm，工字钢腹板厚度为20mm。上部钢制顶板13采用长500mm，宽300mm，厚20mm的钢板，顶板13中部开孔，孔洞直径为101mm，用作试样的脱模。顶板13的底部两侧安置2个钢制卡槽，钢槽的净距为210mm，脱模钢板5在钢槽上移动来控制脱模孔径，进行脱模。

其中加压平台2还与加压油泵21和高精度油压表22连接。

其中组合式套筒3的材料均采用不锈钢，包括6个套筒和2个卡环，具体规格如下：

1个内径为39.1mm，壁厚为4mm，高度为120mm的第一套筒31；1个内径为61.8mm，壁厚为6mm，高度为50mm的第二套筒32；第二套筒32上部内侧自筒顶向下20mm高度范围，内径较下部直径大4mm，放置一个高度为20mm，内径为61.8mm，壁厚为2mm的第一环刀71。1个内径为61.8mm，壁厚为6mm，高度为120mm的第三套筒33，在第三套筒33的上环形截面与第二套筒32的下环形截面中部开深度为10mm，宽度为2mm的环形凹槽，凹槽上放置高度为20mm，内径为66mm，外径为70mm，壁厚为2mm的第一卡环，用于连接。1个内径为79.8mm，壁厚为6mm，高度为40mm的第四套筒34，其底表面向上20mm高度范围内，内径较上部直径大4mm，放置一个内径为79.8mm，高度为20mm，壁厚为2mm的第二环刀72。1个内径为101mm，壁厚为9mm，高度为100mm的第五套筒35；1个内径为101mm，壁厚为9mm，高度为170mm的第六套筒36；在Φ101mm套筒的上下环形截面中部开深度为10mm，宽度为4mm的环形凹槽，凹槽上放置高度为20mm，内径为107mm，外径为115mm，壁厚为4mm的第二卡环，用于连接。

压块组4包含6个压块，具体规格如下：2块直径为39mm，高度为20mm的第一压块；2块直径为39mm，高度为30mm的第二压块；1块直径为39mm，高度为40mm的第三压块；1块直径为61mm，高度为30mm的第四压块；1块直径为79mm，高度为20mm的第五压块；1块直径为100mm，高度为20mm的第六压块；直径为39mm压块中：第一压块的下表面中部向内凹陷半径为2mm的半球形凹槽，第二压块和第三压块的上表面中部凸出半径为2mm的半球形突起，下表面中部向内凹陷半径为2mm的半球形凹槽。第四压块的下表面中部向内凹陷半径为2mm的半球形凹槽，第五压块的下表面中部向内凹陷半径为2mm的半球形凹槽，第六压块的下表面中部向内凹陷半径为2mm的半球形凹槽。

如图9所示，套筒加固卡扣61包括第一圆环体，第一圆环体中部设置与其垂直的第二圆环体，第二圆环体将第一圆环体分成内外两个大小不同的圆环体区域。套筒加固卡扣61用于连接两个不同直径的套筒，提高内部套筒的侧壁承载力。

如图3所示，脱模钢板的长度为522mm，宽度为200mm，厚度为20mm；在距脱模钢板5左边缘120mm的上下中心点处，开一个半径为40mm的第一取模孔，在距脱模钢板5左侧水平150mm处做一个标记，当脱模钢板5移动到这个位置时即可进行大环刀试样脱模；在距该圆孔中心水平151mm处开一个半径为31mm的第二取模孔，当把第一取模孔完全移过去时，该第二取模孔刚好在中间，进行Φ61.8mm环刀和Φ61.8mm三轴试样脱模；在距钢板右边缘100mm的上下中心点处开一个半径为20mm的第三取模孔，当把第二取模孔完全移过去时，该第三取模孔刚好在中间，进行Φ39.1mm三轴试样脱模。在这里，第一取模孔51、第二取模孔52和第三取模孔53均为圆孔。

下面结合附图对本发明的结构原理和使用步骤作进一步说明：

制样之前，把反力架1安稳的固定在地面上，加压平台2固定在下部钢制底座11中部，组合式套筒3放置在加压平台2上，上部钢制顶板13通过调节螺母14控制其距组合式套筒3的位置，加压平台2调节压力进行压样，压力的大小通过高精度油压表22显示。脱模钢板5放置在上部钢制顶板13底部的钢制卡槽处，三轴试样通过环形组合钢板5脱模。下面是具体操作流程：

如图4(a)所示，对于Φ39.1mm三轴试样制作，根据规范可知其试样高度是其直径的2～2.5倍，通过直径为39mm的压块来改变第一套筒31内部试样的高度。实验开始前，先固定好反力架1和加压平台2，此时顶板13的孔洞处被脱模钢板5封闭。将第一套筒31放置在第三套筒33内，通过相应的套筒加固卡扣61连接，提高第一套筒31的侧壁承压能力。土料放在第一套筒31内，第一套筒31底部是加压平台2。每次填土量的高度约为试样高度的1/3，在土料的上部放置直径为39mm的压块。油泵21不断增压使得组合套筒3上升与顶板13接触，根据压块组4下沉度确定试样的压实程度，当满足实验要求时，对加压系统进行卸压，取出压块，进行加土料。按规范要求通过3到4次完成Φ39.1mm三轴制样工作。

如图4(b)所示，对于Φ39.1mm三轴试样脱模，在加压平台2上放置Φ39mm压块，压块上部放置带试样的第一套筒31，脱模钢板5通过钢槽调整位置，使脱模钢板5的第三取模孔53与所脱模的Φ39.1mm三轴试样中轴重合，油泵21加压进行Φ39.1mm三轴试样脱模。

如图5(a)所示，对于Φ61.8mm三轴试样制作，根据规范可知其试样高度是其直径的2～2.5倍，将第二套筒32和第三套筒33用第一卡环连接起来，形成一个内径为61.8mm，高度为170mm，壁厚为6mm的第一组合套筒，将第一组合套筒放在第六套筒36内，通过相应的套筒加固卡扣61连接，并通过压块调整第一组合套筒内部试样的高度。实验开始前，先固定好反力架1和加压平台2，此时顶板13孔洞处通过脱模钢板5封闭。加压平台2上放置第一组合套筒和第六套筒36，土料放在第一组合套筒内，其底部是加压平台2。每次填土量的高度约为试样高度的1/4，在土料的上部放置第四压块，其上部是直径小于61mm的压块。通过油泵21不断增压使得第一组合套筒和第六套筒36上升，当满足要求时，对加压系统进行卸压，取出压块，进行加土料。按规范要求通过3到4次完成Φ61.8mm三轴制样工作。

如图5(b)所示，对于Φ61.8mm三轴试样脱模，在加压平台2上放置直径小于61mm的压块，最上部是第四压块，第四压块上部是带试样的第一组合套筒，脱模钢板5通过上钢板底面的钢槽来调整位置，使脱模钢板的第二取模孔52与所脱模的Φ61.8mm三轴试样中轴重合，加压进行Φ61.8mm三轴试样脱模。

如图6(a)所示，对于Φ101mm三轴试样制作，根据规范可知其试样高度是其直径的2～2.5倍，把第五套筒35和第六套筒36通过第二卡环连接起来，组成一个内径为101mm，壁厚为9mm，高度为270mm的第二组合套筒。通过压块组4调整第二组合套筒内部试样的高度。实验开始前，先固定好反力架1和加压系统2，此时顶板13孔洞处封闭。加压平台2上放置组合套筒，土料放在第二组合套筒内，每次填土量的高度约为试样高度的1/5，在土料的上部放置第六压块和其它直径压块若干个；油泵21不断增压使得组合套筒上升。当满足要求时，对加压平台2进行卸压，取出所有压块，进行加土料。按规范要求通过4到5次完成Φ101mm三轴制样工作。

如图6(b)所示，对于Φ101mm三轴试样脱模，在加压平台2上放置各直径尺寸压块，上部是第六压块，第六压块上部是带试样的第二组合套筒，调节螺母14使上部钢制顶板13的位置与套筒的顶部接触，使所脱模的Φ101mm三轴试样中线与钢板孔位中线重合，加压进行Φ101mm三轴试样脱模。

如图7(a)所示，对于Φ61.8mm环刀试样制作，根据规范可知其试样高度为20mm，固定好反力架1和加压平台2后，此时顶板13孔洞处通过脱模钢板5封闭。通过压块组4调整第二套筒32内部的高度。第二套筒32底部是加压平台2。实验开始前，把第一环刀71放置在第二套筒32底部环形凹槽内，第一环刀71内放置土料。土料上部放置第四压块，其上部是其它直径小于61mm的压块。通过油泵21不断增压使得第二套筒32上升与上部钢制顶板接触，当满足要求时，对加压系统进行卸压，取出压块，按照规范要求通过2到3次完成Φ61.8mm环刀试样的制样。

如图7(b)所示，对于Φ61.8mm环刀试样脱模，加压平台2上放置直径小于61mm的压块，上部是第四压块，第四压块上部是带试样的第二套筒32，脱模钢板5通过钢槽来调整位置，使脱模钢板5的第二孔位52与所脱模的Φ61.8mm环刀试样中轴重合，加压进行Φ61.8mm环刀试样脱模。

如图8(a)所示，对于Φ79.8mm环刀试样制作，根据规范可知其试样高度为20mm，固定好反力架1和加压平台2后，此时顶板13孔洞处通过脱模钢板5封闭。通过压块组4调整第四套筒34内部的高度。第四套筒34底部是加压平台2。实验开始前，把第二环刀72放置在第四套筒34底部环形凹槽内，第二环刀72内放置土料。土料上部放置第五压块，其上部是其它直径小于79mm的压块。通过油泵21不断增压使得第四套筒34上升与顶板13接触，当满足要求时，对加压平台2进行卸压，取出压块，按照规范要求通过3到4次完成Φ79.8mm环刀试样的制样。

如图8(b)所示，对于Φ79.8mm环刀试样脱模，加压平台2上放置直径小于79mm的压块，上部是第五压块，第五压块上放置带试样的第四套筒34，脱模钢板5通过钢槽来调整位置，使脱模钢板的Φ79.8mm孔位与所脱模的Φ79.8mm环刀试样中轴重合，加压进行Φ79.8mm环刀试样脱模。

本发明中，在制作土样时，高精度油压表22示数显示加载时的压力，因此，本发明既可以在制作试样时进行应变控制，又可以根据需要进行压力控制。

Claims (6)

1.一种组合式标准土工试样制样器，其特征在于，包括加压平台（2），提供加压平台（2）上升压力的油泵（21），限制加压平台（2）上升的反力架（1）；加压平台（2）上设置有组合式套筒（3），组合式套筒（3）由大内径套筒内套接小内径套筒组成，或者组合式套筒（3）由内径相同的套筒上下连接组成，或者组合式套筒（3）由套筒内嵌套环刀组成；

组合式套筒（3）内设置有压块组（4），压块组（4）为若干个压块竖直叠放，且最上端的压块与反力架（1）接触；

大内径套筒和小内径套筒通过套筒加固卡扣（61）连接；

内径相同的套筒通过卡环上下连接；

压块包括2个直径为39mm，高度为20mm的第一压块；2块直径为39mm，高度为30mm的第二压块；1块直径为39mm，高度为40mm的第三压块；1块直径为61mm，高度为30mm的第四压块；1块直径为79mm，高度为20mm的第五压块；1块直径为100mm，高度为20mm的第六压块；

组合式套筒（3）包括内径为39.1mm、壁厚为4mm、高度为120mm的第一套筒（31）； 内径为61.8mm、壁厚为6mm、高度为50mm的第二套筒（32）；内径为61.8mm、壁厚为6mm、高度为120mm的第三套筒（33）；内径为79.8mm、壁厚为6mm、高度为40mm的第四套筒（34）；内径为101mm、壁厚为9mm、高度为100mm的第五套筒（35）；内径为101mm、壁厚为9mm、高度为170mm的第六套筒（36）；

环刀包括内径为61.8mm、壁厚为2mm、高度为20mm的第一环刀（71）；内径为79.8mm、壁厚2mm、高度为20mm的第二环刀（72）。

2.根据权利要求1所述的组合式标准土工试样制样器，其特征在于，压块的一面设有凹槽，与其相对的另一面为平面或者另一面设有与凹槽匹配的突起。

3.根据权利要求1所述的组合式标准土工试样制样器，其特征在于，组合式套筒（3）由第三套筒（33）内套接第一套筒（31）组成；

或者组合式套筒（3）由第二套筒（32）和第三套筒（33）上下连接后，套接在第六套筒（36）内组成；

或者组合式套筒（3）由第五套筒（35）和第六套筒（36）上下连接组成；

或者组合式套筒（3）由第二套筒（32）内嵌套第一环刀（71）组成；

或者组合式套筒（3）由第四套筒（34）内嵌套第二环刀（72）组成。

4.根据权利要求1的组合式标准土工试样制样器，其特征在于，反力架（1）包括至少两个螺杆（12），螺杆（12）上设有能够沿螺杆（12）上下移动的顶板（13），顶板（13）上开有用于取模的通孔，通孔的直径为101mm。

5.根据权利要求4所述的组合式标准土工试样制样器，其特征在于，还包括脱模钢板（5），顶板（13）的底部设置有安装脱模钢板（5）的卡槽，脱模钢板（5）在卡槽内能够滑动，脱模钢板（5）上开有取模孔。

6.根据权利要求5所述的组合式标准土工试样制样器，其特征在于，脱模钢板（5）上设置有直径为79.8mm的第一取模孔（51）、直径为61.8mm的第二取模孔（52）和直径为39.1mm的第三取模孔（53）。

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