CN107796732B - 一种用于检验黏性土样均匀性的试验装置及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于检验黏性土样均匀性的试验装置及其使用方法，解决了现有方法对粘性土壤的土样进行干密度均匀性测试时效率低下、测试结果误差大而不可靠的问题。本发明包括环刀、压接座和环刀压头，环刀的内部设置有相互交叉的隔板，隔板将环刀的内部空间分割为若干个土样存储区，所述环刀压头上设置有与各个土样存储区相适配的压接柱，压接柱的长度大于环刀的高度，所述压接座包括上下直通的上筒及与上筒相对接的底座，上筒和底座相对接的位置开设有用于安装环刀的卡槽，压接柱完全插入环刀后的下底面与底座的上底面之间的垂直高度大于环刀的高度。本发明不仅结构简单、功能实用、试验误差小，而且使用方法简单可靠。
Description
本发明涉及室内土工试验技术领域，特别是指一种用于检验黏性土样均匀性的试验装置及其使用方法。
背景技术
室内土工试验是获得土体强度、固结、渗透参数的常用方法，其中土样制备质量的优劣是影响参数准确与否的关键。在工程勘察中，也常利用环刀土样进行其强度性能的评价。在进行力学参数测试中，土样本身的均匀性十分重要，但是试验过程中发现，由于散土颗粒等多种因素影响，环刀土样的制备质量会出现密度不均匀现象。比如，对于黏性土，配置不同含水率土样时会形成一定的团聚体，团聚体会在进行环刀土样制备质量控制中造成严重的影响，其中以制备土样干密度在环刀不同位置分布中是否均匀最为重要。
目前，在进行环刀土样均匀性评价方法中，常采用从制备的环刀土样中切取部分土样块体后，通过蜡封方法进行干密度测试，进而检验土样的均匀性。但切取不规则体积土样进行干密度测试往往存在以下缺陷：一是在切土过程中切削本身会对土样造成扰动，严重影响对土样均匀性的评价结果；二是蜡封法对于表面有微孔土样进行干密度计算时存在一定误差，这对表面有明显孔洞的黏性土样尤其显著，这也导致其测试干密度结果偏大；三是蜡封法耗时费力，效率较低。因此，亟需设计一种进行黏性土的环刀土样均匀性检验装置，来获得准确的土体物理力学参数及提高环刀土样均匀性评价的工作效率。
发明内容
针对上述背景技术中的缺陷，本发明提出一种用于检验黏性土样均匀性的试验装置，解决了现有方法对粘性土壤的土样进行干密度均匀性测试时效率低下、测试结果误差大而不可靠的问题。
本发明的技术方案是这样实现的：一种用于检验黏性土样均匀性的试验装置，包括环刀、压接座和环刀压头，环刀的内部设置有相互交叉的隔板，隔板将环刀的内部空间分割为若干个土样存储区，所述环刀压头上设置有与各个土样存储区相适配的压接柱，压接柱的长度大于环刀的高度，所述压接座包括上下直通的上筒及与上筒相对接的底座，上筒和底座相对接的位置开设有用于安装环刀的卡槽，底座和上筒内部的横截面积大于环刀的横截面积，压接柱完全插入环刀后的下底面与底座的上底面之间的垂直高度大于环刀的高度。
进一步地，所述环刀为圆环形，上筒和底座均为与环刀相匹配的圆筒结构，上筒和底座的内径均大于环刀的内径。
进一步地，所述隔板包括两个相互平行的横板和两个相互平行的纵板，横板和纵板通过夹缝相互垂直设置将环刀的内部空间分割为九个土样存储区，九个土样存储区包括第一土样存储组、第二土样存储组和第三土样存储组，第一土样存储组和第二土样存储组均包括四个容积相同的土样存储区，第三土样存储组为一个正方形的土样存储区。
进一步地，所述环刀的横截面为矩形，上筒和底座均为与横截面为矩形的环刀相匹配的矩形筒结构。
进一步地，所述隔板包括两个相互平行的横板和两个相互平行的纵板，横板和纵板相互垂直设置将环刀的内部空间分割为九个容积相同的土样存储区。
进一步地，所述环刀压头还包括传力柱、限位板，限位板的径向尺寸大于环刀的径向尺寸，传力柱设置在限位板上端面的中心位置，所述压接柱设置在限位板下端面。
进一步地，所述隔板上设置有若干应力分散孔，应力分散孔具有不同的孔径。
一种用于检验黏性土样均匀性的试验装置的使用方法，包括以下步骤：
步骤一：在环刀的内壁、横板和纵板上涂抹一层润滑剂，用天平秤取配置好的重塑散土样，在土样模具内制备成目标平均干密度土样；然后将平均干密度土样按压进环刀内，使环刀内填充满目标平均干密度土样，然后对环刀内的9个土样存储区进行标号；
步骤二：拆开对接在一起的上筒和底座，将步骤二中填充有目标平均干密度土样的环刀放置在底座上端口的卡槽内，然后将上筒盖接在环刀上方，使环刀稳定地卡接在上筒和底座之间的卡槽内；
步骤三：将环刀压头的压接头向下放置在环刀上方的上筒内，然后向下按传力柱，环刀压头的压接头逐渐向下挤压环刀内各个土样存储区内的目标平均干密度土样，直至环刀压头的限位板底面与上筒的顶面相接触，此时环刀内9个土样存储区中的9块土样落入底座的空腔内；
步骤四：依次取下环刀压头、上筒和环刀，取出步骤四中底座空腔内所述的9块土样；
步骤五：将步骤五中所述的9块土样分别在天平上依次称重，记录其质量，根据环刀的内部构造计算出9个土样存储区的容积，进而获得9块土样的体积，则可得到9块土样的密度，对比9块土样的密度即可获得目标平均干密度土样的均匀性。
进一步地，所述步骤一中所述的润滑剂为凡士林。
进一步地，所述步骤一中向环刀内按压目标平均干密度土样时和步骤三中按压环刀压头时，均采用由步进电机驱动的千斤顶进行按压。
本发明设置带有隔板的环刀，可以一次取样得到多个待检测密度均匀性的目标平均干密度土样，方便快捷而且节约成本，最重要的是可以避免多次取样而造成的误差过大，保证了密度均匀性检测的可靠性；设置与环刀配合的环刀压头，可以保证将环刀内各个土样存储区域内的土样块全部且完好地推出，进一步保证了土样检测的可靠性；设置由上筒和底座构成的压接座，不仅可以快捷地安装和拆卸环刀，而且便于被挤压出的土样块的取出，保证了土样块免受破损，保证了土样块体积的准确测量，即进一步保证了土样密度均匀性检测的可靠性；在隔板上设置应力分散孔，可以避免各个土样存储区互不相通而造成应力集中现象，避免导致不同土样存储区的密度相差较大而严重影响试验可靠性的后果；在隔板上涂抹润滑剂，可以有助于环刀内的土样块顺畅地被推出而不发生破损，选用凡士林作为润滑剂可以有效节约成本，且易于获取；使用由步进电机驱动的千斤顶均匀地向下按，可以有效地保持得到的土样块的密度原有均匀性，进一步保证了试验结果的可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的装配时的剖视结构示意图；
图2为图1的俯视图；
图3为图1中环刀的俯视图；
图4为图1中隔板的结构示意图；
图5为图1中环刀压头的正视图；
图6为图5的仰视图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1、图2所示，一种用于检验黏性土样均匀性的试验装置，实施例1：包括圆环形的环刀1、压接座2和环刀压头3，将环刀1设置为圆环形便于与现有土工试验配套装置相匹配，避免了再设计与本发明中的环刀1相适配的土工试验装置。环刀1的内部设置有隔板101，隔板101包括两个相互平行的横板和两个相互平行的纵板，横板和纵板通过夹缝106相互垂直设置，将环刀的内部空间分割为九个土样存储区，九个土样存储区包括第一土样存储组102、第二土样存储组103和第三土样存储组104，第一土样存储组102和第二土样存储组103均包括四个容积相同的土样存储区，第三土样存储组104为一个正方形的土样存储区。将土样存储区设置为容积不同的区域，可以做对比试验，进而使试验结果更加准确可靠。
所述压接座2包括上下直通的上筒201及与上筒201相对接的底座202，上筒201和底座202均为与环刀1相匹配的圆筒结构，上筒201和底座202相对接的位置开设有用于安装环刀1的卡槽203。设置由上筒201和底座202构成的压接座2，不仅可以快捷地安装和拆卸环刀1，而且便于被挤压出的土样块的取出，保证了土样块免受破损，保证了土样块体积的准确测量，即进一步保证了土样密度均匀性检测的可靠性。底座202和上筒201的内径均大于环刀1的内径，底座202的上底面与环刀1上底面之间的垂直高度大于环刀1的高度。底座202和上筒201的内径大于环刀1的内径，可以避免压接座2的内径与被挤压出的土样块发生摩擦，即保证了土样块的完整性。底座202的上底面与环刀1上底面之间的垂直高度大于环刀1的高度，可以有效保证环刀1内的土样块被顺利地推出。
所述环刀压头3包括传力柱301、限位板302和与各个土样存储区相适配的压接柱303，限位板302的径向尺寸大于环刀1的径向尺寸，限位板302可以起到有效的挡止作用，传力柱301设置在限位板302上端面的中心位置，压接柱303设置在限位板302的下端面，压接柱303的长度大于环刀1的高度。将传力柱设置在限位板302的中心，可以保证各个压接柱303受力均匀，进而保证了压接柱303压接的土样块受力的均匀性。压接柱303的长度大于环刀1的高度，可以保证环刀1内的土样块被完全推出。当压接柱303插入环刀1后，压接柱303的下底面与底座202之间的垂直高度大于环刀1的高度。
实施例2，一种用于检验黏性土样均匀性的试验装置，所述环刀的横截面为矩形，上筒和底座均为与横截面为矩形的环刀相匹配的矩形筒结构。本实施例的其他结构与实施例1相同。将环刀设计横截面为矩形的结构，便于将环刀的内部空间分割为规则的土样存储区，便于计算各个土样存储区的容积，有利于降低试验结果的误差。
实施例3，一种用于检验黏性土样均匀性的试验装置，所述隔板包括两个相互平行的横板和两个相互平行的纵板，横板和纵板相互垂直设置将环刀的内部空间分割为九个容积相同的土样存储区。本实施例的其他结构与实施例1相同。将环刀的内部空间分割为九个容积相同的土样存储区便于得到各个土样存储区的容积，有利于降低试验结果的误差。
实施例4，一种用于检验黏性土样均匀性的试验装置，隔板101上设置有若干不同孔径的应力分散孔105，应力分散孔105具有不同的孔径。本实施例的其他结构与实施例1相同。在隔板101上设置应力分散孔105，可以避免各个土样存储区互不相通而造成应力集中现象，避免导致不同土样存储区的密度相差较大而严重影响试验可靠性的后果。
实施例5，一种用于检验黏性土样均匀性的试验装置，隔板101上设置有若干不同孔径的应力分散孔105，应力分散孔105具有不同的孔径。本实施例的其他结构与实施例2相同。在隔板101上设置应力分散孔105，可以避免各个土样存储区互不相通而造成应力集中现象，避免导致不同土样存储区的密度相差较大而严重影响试验可靠性的后果。
实施例6，一种用于检验黏性土样均匀性的试验装置，隔板101上设置有若干不同孔径的应力分散孔105，应力分散孔105具有不同的孔径。本实施例的其他结构与实施例3相同。在隔板101上设置应力分散孔105，可以避免各个土样存储区互不相通而造成应力集中现象，避免导致不同土样存储区的密度相差较大而严重影响试验可靠性的后果。
一种用于检验黏性土样均匀性的试验装置的使用方法，实施例一，包括以下步骤：
步骤一：用天平秤取53.6g配置好的含水率为10.2%的重塑散土样，在土样模具内制备成一定体积的平均干密度为1.68g/cm3的目标土样；在环刀的内壁、横板和纵板上涂抹一层润滑剂，然后将环刀放入步骤一中所述的土样模具内，将目标土样按压进环刀内，环刀内目标土样的上顶面与环刀上顶面相平齐，环刀内目标土样的底面与环刀底面相平齐，然后对环刀内的9个土样存储区进行标号；
步骤二：拆开对接在一起的上筒和底座，将步骤二中填充有目标土样的环刀放置在底座上端口的卡槽内，然后将上筒盖接在环刀上方，使环刀稳定地卡接在上筒和底座之间的卡槽内；
步骤三：将环刀压头的压接头向下放置在环刀上方的上筒内，然后均匀地向下按的传力柱，环刀压头的压接头逐渐向下挤压环刀内各个土样存储区内的目标平均干密度土样，直至环刀压头的限位板底面与上筒的顶面相接触，此时环刀内9个土样存储区中的9块土样落入底座的空腔内；
步骤四：依次取下环刀压头、上筒和环刀，取出步骤四中底座空腔内所述的9块土样；
步骤五：将步骤五中所述的9块土样分别在天平上依次称重，记录其质量，根据环刀的内部构造计算出9个土样存储区的容积，进而获得9块土样的体积，则可得到9块土样的密度分别为1.65g/cm3、1.66g/cm3、1.61g/cm3、1.68g/cm3、1.72g/cm3、1.66g/cm3、1.65g/cm3、1.71g/cm3、1.71g/cm3，对比9块土样的密度即可获得目标平均干密度土样的均匀性。
实施例二，一种用于检验黏性土样均匀性的试验装置的使用方法，包括以下步骤：
步骤一：用天平秤取57.3g配置好的含水率为15.2%的重塑散土样，在土样模具内制备成一定体积的平均干密度为1.72g/cm3的目标土样，待检验目标土样密度的均匀性；在环刀的内壁、横板和纵板上涂抹一层润滑剂，然后将环刀放入步骤一中所述的土样模具内，将目标土样压入环刀内，使环刀内填充满目标土样，环刀内目标土样的上顶面与环刀上顶面相平齐，环刀内目标土样的底面与环刀底面相平齐，然后对环刀内的9个土样存储区进行标号；
步骤二：拆开对接在一起的上筒和底座，将步骤二中填充有目标土样的环刀放置在底座上端口的卡槽内，然后将上筒盖接在环刀上方，使环刀稳定地卡接在上筒和底座之间的卡槽内；
步骤三：将环刀压头的压接头向下放置在环刀上方的上筒内，然后均匀地向下按的传力柱，环刀压头的压接头逐渐向下挤压环刀内各个土样存储区内的目标平均干密度土样，直至环刀压头的限位板底面与上筒的顶面相接触，此时环刀内9个土样存储区中的9块土样落入底座的空腔内；
步骤四：依次取下环刀压头、上筒和环刀，取出步骤四中底座空腔内所述的9块土样；
步骤五：将步骤五中所述的9块土样分别在天平上依次称重，记录其质量，根据环刀的内部构造计算出9个土样存储区的容积，进而获得9块土样的体积，则可得到9块土样的密度分别为1.75g/cm3、1.72 g/cm3、1.71 g/cm3、1.78 g/cm3、1.72g/cm3、1.66g/cm3、1.68g/cm3、1.70g/cm3、1.72g/cm3，对比9块土样的密度即可获得目标平均干密度土样的均匀性。
实施例三，一种用于检验黏性土样均匀性的试验装置的使用方法，使用凡士林作为步骤一中所述的润滑剂，在横板和纵板上涂抹凡士林时应避免将凡士林涂抹至应力分散孔内。本实施例的其他步骤与实施例一相同。在隔板上涂抹润滑剂，可以有助于环刀内的土样块顺畅地被推出而不发生破损，选用凡士林作为润滑剂可以有效节约成本，且易于获取，避免将凡士林涂抹至应力分散孔内，避免了凡士林过多而造成过大的试验误差。
实施例四，一种用于检验黏性土样均匀性的试验装置的使用方法，所述步骤一中向环刀内按压目标土样时和步骤三中按压环刀压头时，均采用由步进电机驱动的千斤顶均匀地向下按。本实施例的其他步骤与实施例一相同。采用由步进电机驱动的千斤顶均匀地向下按，可以有效地保持得到的土样块的密度原有均匀性，进一步保证了试验结果的可靠性。
实施例五，一种用于检验黏性土样均匀性的试验装置的使用方法，所述步骤一中向环刀内按压目标土样时和步骤四中按压环刀压头时，均采用由步进电机驱动的千斤顶均匀地向下按。本实施例的其他步骤与实施例三相同。采用由步进电机驱动的千斤顶均匀地向下按，可以有效地保持得到的土样块的密度原有均匀性，进一步保证了试验结果的可靠性。
以上所述仅为发明的较佳实施例而已，并不用以限制发明，凡在发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种用于检验黏性土样均匀性的试验装置，其特征在于：包括环刀（1）、压接座（2）和环刀压头（3），环刀（1）的内部设置有相互交叉的隔板（101），隔板（101）将环刀的内部空间分割为若干个土样存储区，所述环刀压头（3）上设置有与各个土样存储区相适配的压接柱（303），压接柱（303）的长度大于环刀（1）的高度，所述压接座（2）包括上下直通的上筒（201）及与上筒（201）相对接的底座（202），上筒（201）和底座（202）相对接的位置开设有用于安装环刀（1）的卡槽（203），底座（202）和上筒（201）内部的横截面积大于环刀（1）的横截面积，压接柱（303）插入环刀（1）后的下底面与底座（202）的上底面之间的垂直高度大于环刀（1）的高度；
所述环刀（1）为圆环形，上筒（201）和底座（202）均为与环刀（1）相匹配的圆筒结构，上筒（201）和底座（202）的内径均大于环刀（1）的内径；或者所述环刀的横截面为矩形，上筒和底座均为与横截面为矩形的环刀相匹配的矩形筒结构；
所述环刀压头（3）还包括传力柱（301）、限位板（302），限位板（302）的径向尺寸大于环刀（1）的径向尺寸，传力柱（301）设置在限位板（302）上端面的中心位置，所述压接柱（301）设置在限位板（302）的下端面。
2.根据权利要求1所述的一种用于检验黏性土样均匀性的试验装置，其特征在于：当所述环刀（1）为圆环形时，所述隔板（101）包括两个相互平行的横板和两个相互平行的纵板，横板和纵板通过夹缝（106）相互垂直设置将环刀（1）的内部空间分割为九个土样存储区，九个土样存储区包括第一土样存储组（102）、第二土样存储组（103）和第三土样存储组（104），第一土样存储组（102）和第二土样存储组（103）均包括四个容积相同的土样存储区，第三土样存储组（104）为一个正方形的土样存储区。
3.根据权利要求1所述的一种用于检验黏性土样均匀性的试验装置，其特征在于：当所述环刀的横截面为矩形时，所述隔板包括两个相互平行的横板和两个相互平行的纵板，横板和纵板相互垂直设置将环刀的内部空间分割为九个容积相同的土样存储区。
4.根据权利要求1-3任一项所述的一种用于检验黏性土样均匀性的试验装置，其特征在于：所述隔板上设置有若干应力分散孔（105），应力分散孔（105）具有不同的孔径。
5.用于检验黏性土样均匀性的试验装置的使用方法，其特征在于包括权利要求1-4任一项所述的试验装置，所述使用方法包括以下步骤：
步骤一：在环刀的内壁、横板和纵板上涂抹一层润滑剂，用天平秤取配置好的重塑散土样，在土样模具内制备成目标平均干密度土样；然后将平均干密度土样按压进环刀内，使环刀内填充满目标平均干密度土样，然后对环刀内的9个土样存储区进行标号；
步骤二：拆开对接在一起的上筒和底座，将步骤二中填充有目标平均干密度土样的环刀放置在底座上端口的卡槽内，然后将上筒盖接在环刀上方，使环刀稳定地卡接在上筒和底座之间的卡槽内；
步骤三：将环刀压头的压接头向下放置在环刀上方的上筒内，然后向下按传力柱，环刀压头的压接头逐渐向下挤压环刀内各个土样存储区内的目标平均干密度土样，直至环刀压头的限位板底面与上筒的顶面相接触，此时环刀内9个土样存储区中的9块土样落入底座的空腔内；
步骤四：依次取下环刀压头、上筒和环刀，取出步骤四中底座空腔内所述的9块土样；
步骤五：将步骤五中所述的9块土样分别在天平上依次称重，记录其质量，根据环刀的内部构造计算出9个土样存储区的容积，进而获得9块土样的体积，则可得到9块土样的密度，对比9块土样的密度即可获得目标平均干密度土样的均匀性。
6.根据权利要求5所述的用于检验黏性土样均匀性的试验装置的使用方法，其特征在于：所述步骤一中所述的润滑剂为凡士林。
7.根据权利要求5或6所述的用于检验黏性土样均匀性的试验装置的使用方法，其特征在于：所述步骤一中向环刀内按压目标平均干密度土样时和步骤三中按压环刀压头时，均采用由步进电机驱动的千斤顶进行按压。
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