CN107843472A - 一种制作球形土样的实验装置及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种制作球形土样的实验装置及其使用方法，解决了球形土样的制备及拆模时土样易损坏的问题。本发明包括上模、下模和传力柱，上模包括半球形的上壳体，上壳体的上端设置有与上壳体的内腔相连通的上导向筒，下模包括与上壳体相对接的半球形的下壳体，下壳体的底端设置有与下壳体的内腔相连通的下导向筒，上壳体与下壳体的对接口设置有卡接结构，上导向筒和下导向筒关于上壳体与下壳体的对接口相对称，上壳体与下壳体对接后上壳体的内腔和下壳体的内腔组成一个完整的球形腔体，传力柱包括设置在上导向筒内的上传力柱和设置在下导向筒内的下传力柱。本发明结构新颖实用、操作方法便捷可靠，具有很好的推广应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及土样实验技术领域，特别是指一种制作球形土样的实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、渗透参数的一种重要方法，土样制备是其获得参数准确与否的必要步骤。在进行土样物理力学性能测试过程中，经常遇到球应力状态下的土体力学性能响应问题，如在进行材料膨胀性能测试中，球应力状态下的力学性能是基础。目前球形土样的制备在实验过程中多采用一定规格圆柱体进行，但由于尺寸效应与端部应力等问题，球形土样的制备时及拆模时土样易损坏，导致测试结果与理论存在很大的差异，故进行球形土样制样装置与使用方法的研制具有重要的理论与实际意义。
发明内容
针对上述背景技术中的不足，本发明提出一种制作球形土样的实验装置及其使用方法，解决了球形土样的制备及拆模时土样易损坏的问题。
本发明的技术方案是这样实现的：一种制作球形土样的实验装置，包括上模、下模和传力柱，上模包括半球形的上壳体，上壳体的上端设置有与上壳体的内腔相连通的上导向筒，下模包括与上壳体相对接的半球形的下壳体，下壳体的底端设置有与下壳体的内腔相连通的下导向筒，上壳体与下壳体的对接口设置有卡接结构，上导向筒和下导向筒关于上壳体与下壳体的对接口相对称，上壳体与下壳体对接后上壳体的内腔和下壳体的内腔组成一个完整的球形腔体，传力柱包括设置在上导向筒内的上传力柱和设置在下导向筒内的下传力柱。
所述卡接结构包括设置在上壳体开口处的内卡环，内卡环的外周设置有回转凸台，下壳体与上壳体的对接端设置有外卡环，外卡环的内周设置有与回转凸台相卡接的回转凹槽。
所述内卡环包括内光滑环壁和设置有所述回转凸台的凸台环壁，内光滑环壁和凸台环壁均设置有两段，每段内光滑环壁和每段凸台环壁均占内卡环总长的四分之一，内光滑环壁和凸台环壁间隔设置，所述外卡环包括外光滑环壁和设置有回转凹槽的凹槽环壁，外光滑环壁和凹槽环壁均设置有两段，每段外光滑环壁和每段凹槽环壁占外卡环总长的四分之一，凹槽环壁和外光滑环壁也为间隔设置。
所述上传力柱包括与上导向筒插接配合的上立柱，上立柱上端设置有与上导向筒的上端口挡止的上限位块，上立柱的长度与上导向筒的长度相同，上立柱插入上导向筒的一端设置有球面结构，球面结构与上壳体的内腔面相匹配。
所述下传力柱设置有与下导向筒插接配合的下立柱，下立柱下端设置有与下导向筒的下端口挡止的下限位块，下立柱的长度与下导向筒的长度相同，下立柱插入下导向筒的一端设置有球面结构，球面结构与下壳体的内腔面相匹配。
一种制作球形土样的实验装置的使用方法，包括以下步骤：
步骤一：准备制样的下模，将下传力柱倒置使下立柱的球面结构向上，将下壳体的下导向筒套入下立柱上，使下立柱的球面结构与下壳体的内腔面相匹配；
步骤二：组合制样的上模和下模，将上壳体的凸台环壁与下壳体的外光滑环壁相对接，然后旋转上壳体使上壳体与下壳体相对转动，旋转90°后使回转凸台全部卡接在回转凹槽内；
步骤三：加装重塑散土样，称取一定含水率的重塑散土样，通过上导向筒将重塑散土样放置进上壳体和下壳体构成的球形腔体内；
步骤四：重塑散土样的压实，将上传立柱的上立柱插入上壳体的上导向筒内，使用千斤顶对上传立柱的限位块进行施压，将上立柱沿上导向筒逐渐向下推进，当上传立柱的限位块压至与上导向筒的上端口相接触时停止施压；
步骤五：拆除上模和下模，先旋转上传立柱，再旋转上壳体，然后将模具连同土样倒置，然后旋转下传力柱，再旋转下壳体使回转凸台和回转凹槽相分离，再拆除上传立柱、下传力柱、上壳体、下壳体，球形土样制作完成。
在进行步骤一之前，在上立柱的球面结构、下立柱的球面结构、上壳体内腔面和下壳体的内腔面上粘贴一层隔离膜；
所述步骤五中旋转上壳体时旋转45°，旋转下壳体时与上壳体相反的旋转方向旋转45°使上壳体与下壳体相对旋转90°。
本发明中设置分体式的上模和下模，可以避免在取出球形土样时对球形土样造成刮蹭，进而保证了土样的完整性；设置上导向筒配合上传立柱、设置下导向筒配合下传力柱使用不仅可以同时用于向球形腔体内填充土样及对土样进行压实，而且有助于分离球形土样与上模和下模；设置回转凸台及与回转凸台相卡接的回转凹槽，不仅可以便捷地实现上壳体与下壳体的结合和分离，而且可以最大限度地保证球形土样制作的完整性，进而保证实验结果的可靠性；本发明的使用方法顺序合理、操作便捷，在上传立柱的球面结构、下传力柱的球面结构、上壳体的内腔面和下壳体的内腔面上粘贴一层隔离膜，可以保证在旋转上传力柱、下传力柱、上壳体、下壳体时对球形土样的扰动最小，同时也有助于球形土样与上壳体和下壳体分离。本发明结构新颖、功能实用、操作便捷，具有很好的推广应用前景。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例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为发明的剖视结构示意图；
图2为图1中上壳体的剖视结构示意图；
图3为图1中上壳体的仰视结构示意图；
图4为图1中下壳体的剖视结构示意图；
图5为图1中下壳体俯视结构示意图；
图6为图1中上传力柱的结构示意图；
图7为图1中下传力柱的结构示意图。
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1-7所示，实施例1，一种制作球形土样的实验装置，包括上模1、下模2和传力柱4，上模1包括半球形的上壳体1-1，上壳体1-1的上端设置有与上壳体1-1的内腔相连通的上导向筒1-2，上导向筒1-2的轴线与上壳体1-1的回转轴线相重合。所述传力柱4包括与上导向筒1-2插接配合设置的上传力柱4-1，上传力柱4-1包括与上导向筒1-2插接配合的上立柱4-11，上立柱4-11的上端设置有与上导向筒1-2的上端口挡止配合的上限位块4-12，上立柱4-11的长度与上导向筒1-2的长度相同，上立柱4-11插入上导向筒1-2的一端设置有球面结构4-13，球面结构4-13与上壳体1-1的内腔面相匹配。
所述下模2包括与上壳体1-1相对接的半球形的下壳体2-1，下壳体2-1的底端设置有与下壳体2-1的内腔相连通的下导向筒2-2，上导向筒1-2和下导向筒2-2关于上壳体1-1与下壳体2-1的对接口相对称。下导向筒2-2内设置有与上传力柱4-1结构相同的下传力柱4-2，下传力柱4-2包括与下导向筒2-2插接配合的下立柱4-21，下立柱4-21的下端设置有与下导向筒2-2的下端口挡止的下限位块4-22，下立柱4-21的长度与下导向筒2-2的长度相同，下立柱4-21的插入下导向筒2-2的一端设置有与球面结构4-13相同的球面结构。
所述上壳体1-1与下壳体2-1的对接口设置有卡接结构，上壳体1-1与下壳体2-1卡接后，上壳体1-1的内腔和下壳体2-1的内腔组成一个完整的球形腔体。
实施例2，一种制作球形土样的实验装置，所述卡接结构包括设置在上壳体开口处的内卡环3-1，内卡环3-1的外周设置有回转凸台3-11，下壳体2-1与上壳体1-1的对接端设置有外卡环3-2，外卡环3-2的内周设置有与回转凸台3-11相卡接的回转凹槽3-21。将卡接结构设置为相互卡接的回转凸台3-11和回转凹槽3-21，不仅结构简单，而且卡接便捷且稳固可靠。本实施例的其他结构与实施例1相同。
实施例3，一种制作球形土样的实验装置，所述内卡环3-1包括内光滑环壁3-12和设置有所述回转凸台3-11的凸台环壁3-13，内光滑环壁3-12和凸台环壁3-13均设置有两段，每段内光滑环壁3-12和每段凸台环壁3-13均占内卡环3-1总长的四分之一，内光滑环壁3-12和凸台环壁3-13间隔设置，。
所述外卡环3-2包括外光滑环壁3-22和设置有回转凹槽3-21的凹槽环壁3-23，外光滑环壁3-22和凹槽环壁3-23均设置有两段，每段外光滑环壁3-22和每段凹槽环壁3-23占外卡环3-2总长的四分之一，凹槽环壁3-23和外光滑环壁3-22间隔设置。将回转凹槽和回转凸台均设置为间隔分布的形式，可以使上壳体与下壳体的卡接更加稳固。本实施例的其他结构与实施例2相同。
实施例4，一种制作球形土样的实验装置的使用方法，包括以下步骤：
步骤一：准备制样的下模，将下传力柱倒置使下立柱的球面结构向上，将下壳体的下导向筒套入下立柱上，使下立柱的球面结构与下壳体的内腔面相匹配；
步骤二：组合制样的上模和下模，将上壳体的凸台环壁与下壳体的外光滑环壁相对接，然后旋转上壳体使上壳体与下壳体相对转动，旋转90°后使回转凸台全部卡接在回转凹槽内；
步骤三：加装重塑散土样，称取一定含水率的重塑散土样，通过上导向筒将重塑散土样放置进上壳体和下壳体构成的球形腔体内；
步骤四：重塑散土样的压实，将上传立柱的上立柱插入上壳体的上导向筒内，使用千斤顶对上传立柱的限位块进行施压，将上立柱沿上导向筒逐渐向下推进，当上传立柱的限位块压至与上导向筒的上端口相接触时停止施压；
步骤五：拆除上模和下模，先旋转上传立柱，再旋转上壳体，然后将模具连同土样倒置，然后旋转下传力柱，再旋转下壳体使回转凸台和回转凹槽相分离，再拆除上传立柱、下传力柱、上壳体、下壳体，球形土样制作完成。
实施例5，一种制作球形土样的实验装置的使用方法，在进行实施例4所述的步骤一之前，在上立柱的球面结构、下立柱的球面结构、上壳体内腔面和下壳体的内腔面上粘贴一层保鲜膜或者滤纸；粘贴保鲜膜或者滤纸可以隔离球形土样和上壳体和下壳体的接触，在取用球形土样时，可以保证球形土样便捷且完整地取出。本实施例的其他步骤与实施例4相同。
实施例6，一种制作球形土样的实验装置的使用方法，所述实施例4步骤五中旋转上壳体时旋转45°，旋转下壳体时与上壳体相反的旋转方向旋转45°使上壳体与下壳体相对旋转90°。将上壳体和下壳体向相反的方向分别转动45°，刚好可以解除上壳体与下壳体之间的卡接，避免了过度转动而引起球形土样的变形或刮蹭，充分保证了球形土样的完整性。本实施例的其他步骤与实施例5相同。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种制作球形土样的实验装置，其特征在于：包括上模（1）、下模（2）和传力柱（4），上模（1）包括半球形的上壳体（1-1），上壳体（1-1）的上端设置有与上壳体（1-1）的内腔相连通的上导向筒（1-2），下模（2）包括与上壳体（1-1）相对接的半球形的下壳体（2-1），下壳体（2-1）的底端设置有与下壳体（2-1）的内腔相连通的下导向筒（2-2），上壳体（1-1）与下壳体（2-1）的对接口设置有卡接结构，上导向筒（1-2）和下导向筒（2-2）关于上壳体（1-1）与下壳体（2-1）的对接口相对称，上壳体（1-1）与下壳体（2-1）对接后上壳体（1-1）的内腔和下壳体（2-1）的内腔组成一个完整的球形腔体，传力柱（4）包括设置在上导向筒（1-2）内的上传力柱（4-1）和设置在下导向筒（2-2）内的下传力柱（4-2）。
2.根据权利要求1所述的制作球形土样的实验装置，其特征在于：所述卡接结构包括设置在上壳体（1-1）开口处的内卡环（3-1），内卡环（3-1）的外周设置有回转凸台（3-11），下壳体（2-1）与上壳体（1-1）的对接端设置有外卡环（3-2），外卡环（3-2）的内周设置有与回转凸台（3-11）相卡接的回转凹槽（3-21）。
3.根据权利要求2所述的制作球形土样的实验装置，其特征在于：所述内卡环（3-1）包括内光滑环壁（3-12）和设置有所述回转凸台（3-11）的凸台环壁（3-13），内光滑环壁（3-12）和凸台环壁（3-13）均设置有两段，每段内光滑环壁（3-13）和每段凸台环壁（3-13）均占内卡环（3-1）总长的四分之一，内光滑环壁（3-12）和凸台环壁（3-13）间隔设置，所述外卡环（3-2）包括外光滑环壁（3-22）和设置有回转凹槽（3-21）的凹槽环壁（3-23），外光滑环壁（3-22）和凹槽环壁（3-23）均设置有两段，每段外光滑环壁（3-22）和每段凹槽环壁（3-23）占外卡环（3-2）总长的四分之一，凹槽环壁（3-22）和外光滑环壁（3-23）也为间隔设置。
4.根据权利要求1所述的制作球形土样的实验装置，其特征在于：所述上传力柱（4-1）包括与上导向筒（1-2）插接配合的上立柱（4-11），上立柱（4-11）上端设置有与上导向筒（1-2）的上端口挡止的上限位块（4-12），上立柱（4-11）的长度与上导向筒（1-2）的长度相同，上立柱（4-11）插入上导向筒（1-2）的一端设置有球面结构（4-13），球面结构（4-13）与上壳体（1-1）的内腔面相匹配。
5.根据权利要求1-4任一项所述的制作球形土样的实验装置，其特征在于：所述下传力柱（4-2）包括与下导向筒（2-2）插接配合的下立柱（4-21），下立柱（4-21）下端设置有与下导向筒（2-2）的下端口挡止的下限位块（4-22），下立柱（4-21）的长度与下导向筒（2-2）的长度相同，下立柱（4-21）插入下导向筒（2-2）的一端设置有球面结构，球面结构与下壳体（2-1）的内腔面相匹配。
6.一种制作球形土样的实验装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：准备制样的下模，将下传力柱倒置使下立柱的球面结构向上，将下壳体的下导向筒套入下立柱上，使下立柱的球面结构与下壳体的内腔面相匹配；
步骤二：组合制样的上模和下模，将上壳体的凸台环壁与下壳体的外光滑环壁相对接，然后旋转上壳体使上壳体与下壳体相对转动，旋转90°后使回转凸台全部卡接在回转凹槽内；
步骤三：加装重塑散土样，称取一定含水率的重塑散土样，通过上导向筒将重塑散土样放置进上壳体和下壳体构成的球形腔体内；
步骤四：重塑散土样的压实，将上传立柱的上立柱插入上壳体的上导向筒内，使用千斤顶对上传立柱的限位块进行施压，将上立柱沿上导向筒逐渐向下推进，当上传立柱的限位块压至与上导向筒的上端口相接触时停止施压；
步骤五：拆除上模和下模，先旋转上传立柱，再旋转上壳体，然后将模具连同土样倒置，然后旋转下传力柱，再旋转下壳体使回转凸台和回转凹槽相分离，再拆除上传立柱、下传力柱、上壳体、下壳体，球形土样制作完成。
7.根据权利要求6所述的一种制作球形土样的实验装置的使用方法，其特征在于：在进行步骤一之前，在上立柱的球面结构、下立柱的球面结构、上壳体的内腔面和下壳体的内腔面上粘贴一层隔离膜。
8.根据权利要求6或7所述的一种制作球形土样的实验装置的使用方法，其特征在于：所述步骤五中旋转上壳体时旋转45°，旋转下壳体时与上壳体相反的旋转方向旋转45°使上壳体与下壳体相对旋转90°。
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