CN108375495B - 一种真三轴不同沉积角分层砂土可视制样器及制样的方法 - Google Patents

Abstract

一种真三轴不同沉积角分层砂土可视制样器包括支撑底座架、沙漏、透明承膜桶和角度可调支架，角度可调支架配装在支撑底座架上，透明承膜桶配装在角度可调支架上，沙漏位于透明承膜桶的桶口处；角度可调支架在支撑底座架上可进行角度调节，角度可调支架上设置凹槽，透明承膜桶配装在凹槽上。本发明还提供一种采用上述真三轴不同沉积角分层砂土可视制样器进行制样的方法。本发明为砂土试样的制备提供了精确的分层标准和可视化的环境，以及为真三轴实验提供了多种不同沉积角分层砂土试样的制备。

Description

一种真三轴不同沉积角分层砂土可视制样器及制样的方法

技术领域：

本发明涉及土木工程学科的岩土力学领域，特别涉及一种真三轴不同沉积角分层砂土可视制样器，还特别涉及一种采用真三轴不积角分层砂土可视制样器进行制样的方法。

背景技术：

真三轴是一套用于土力学性质三轴试验的高级仪器，而真三轴不同沉积角分层砂土可视制样器是专门用于为真三轴实验进行砂土试样的装备。目前对于真三轴实验的制样器尺寸一般76mm*76mm*176mm左右，且只能制备与水平面垂直的这一种形态的试样，对于真三轴实验研究形式比较单一。

发明内容：

有鉴于此，有必要提供一种真三轴不同沉积角分层砂土可视制样器。

还有必要提供一种采用真三轴不同沉积角分层砂土可视制样器进行制样的方法。

一种真三轴不同沉积角分层砂土可视制样器，包括支撑底座架、沙漏、透明承膜桶和角度可调支架，角度可调支架配装在支撑底座架上，透明承膜桶配装在角度可调支架上，沙漏位于透明承膜桶的桶口处；角度可调支架在支撑底座架上可进行角度调节，角度可调支架上设置凹槽，透明承膜桶配装在凹槽上。

优选的，支撑底座架包括底座、可伸缩支撑杆、连接座和上端为斜面的角度转换器，连接座固定配装在底座上，角度可调支架与连接座铰接，可伸缩支撑杆的下端固定配装在底座上，另一端与角度转换器配装，角度转换器的斜面支撑角度可调支架。

优选的，角度可调支架包括第一支架板和第二支架板，第一支架板和第二支架板成直角固定连接，凹槽设置在第一支架板上，角度转换器的斜面支撑第二支架板。

优选的，透明承膜桶包括透明固定板和固定板，透明固定板为两个，固定板为两个，两个透明固定板和两个固定板交叉连接形成长方体结构的桶体；每个透明固定板的外侧均固定粘贴注水夹层，注水夹层的上端开设注水孔，下端开设联通管道口，采用水管将两个注水夹层下端的联通管道口连接；每个固定板的内侧壁上开设抽吸通道，每个固定板的外侧壁上设置负压孔。

优选的，透明固定板和固定板的连接处采用夹板和螺栓固定。

优选的，透明固定板内侧两边分别开设半边通槽口，一固定板一边垂直插入一透明固定板内侧的一半边通槽口，一固定板的另一边垂直插入另一透明固定板内侧的一半边通槽口，另一固定板的一边垂直插入一透明固定板内侧的另一半边通槽口，另一固定板的另一边垂直插入另一透明固定板内侧的另一半边通槽口；夹板设置为四个，夹板紧贴固定板的外侧的两边，并采用螺栓固定在固定板的外侧边和透明固定板的半边通槽口处；固定板上设置拆卸螺纹孔。

优选的，透明固定板采用透明有机玻璃板制成；固定板上的抽吸通道为方形和X型叠加的形状。

优选的，沙漏包括栅型沙漏部、沙漏垫片和摇动手柄，栅型沙漏部的一边与摇动手柄的一边设置螺孔，采用固定螺栓拧入栅型沙漏部与摇动手柄的螺孔，将栅型沙漏部与摇动手柄固定连接，沙漏垫片配装在栅型沙漏部上。

一种采用上述真三轴不同沉积角分层砂土可视制样器进行制样的方法，包括以下制备步骤：

步骤一，将套好橡皮膜的透水石放在角度可调支架的第一支架板设置的凹槽内，将透明承膜桶放置在透水石上，然后展开橡皮膜并打开真空抽气泵，选择实验所需的角度转换器，将其安装在支撑底座架上的可伸缩支撑杆的上端，调节可伸缩支撑杆的高度，将第二支架板靠在角度转换器的斜面上；

步骤二，通过注水孔向注水夹层内注入水，两个透明固定板的注水夹层上形成一水平面，将盛好砂土的沙漏保持水平，缓缓伸进透明承膜桶内，然后晃动沙漏，使砂土通过沙漏晃动的过程中出现的缝隙自由下落到透明承膜桶内，并分层进行击实；

步骤三，等铺撒的砂土层与水平面齐平时，再向注水夹层内注入水，两个透明固定板的注水夹层上形成另一水平面，然后再利用沙漏向透明承膜桶内铺撒下一层砂土，并进行击实；

步骤四，重复步骤二和步骤三的操作，直到砂土试样装满；

步骤五，拆卸透明承膜桶。

优选的，步骤一中所用的角度转换器设置为五个角度转换器，每个角度转换器的斜面与水平面的角度分别为15°、30°、45°、60°和75°，按照实验要求选择相应的角度的角度转换器；骤五中，在拆卸透明承膜桶时，将螺母拧进固定板的拆卸螺纹孔，将交叉装配的固定板和透明固定板之间顶出缝隙，使得内外气压相等，然后即可拆卸透明承膜桶。

本发明提供的真三轴不同沉积角分层砂土可视制样器，用于对真三轴实验，制备不同沉积角分层砂土的新型制样器与制样方法。考虑到天然砂的存在着明显的各向异性，本发明通过改变角度可调支架的角度，制备出与水平面呈不同倾斜角度的砂样，透明承膜桶材料采用透明材料，制样过程为可视，能够确保制样均匀，为真三轴砂土制样提供了新思路，为研究天然砂土的各向异性提供了保障。本发明为砂土试样的制备提供了精确的分层标准和可视化的环境，以及为真三轴实验提供了多种不同沉积角分层砂土试样的制备。

附图说明：

图1为真三轴不同沉积角分层砂土可视制样器一视角的结构示意图。

图2为真三轴不同沉积角分层砂土可视制样器另一视角结构示意图。

图3为透明承膜桶的结构示意图。

图4为透明承膜桶另一视角的结构示意图。

图5为透明承膜桶的部分结构示意图。

图6为固定板的一视角的结构示意图。

图7为固定板的另一视角的结构示意图。

图8为支撑底座架和角度可调支架的连接结构示意图。

图9为沙漏的炸开结构示意图。

图中：支撑底座架10、底座11、可伸缩支撑杆12、连接座13、角度转换器14、沙漏20、栅型沙漏部21、沙漏垫片22、摇动手柄23、固定螺栓24、透明承膜桶30、透明固定板31、固定板32、注水夹层33、注水孔b、联通管道口c、水管d、抽吸通道e、半边通槽口f、拆卸螺纹孔g、负压孔34、夹板35、角度可调支架40、凹槽a、第一支架板41、第二支架板42。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明提供的制样器进行进一步的描述，以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

请同时参阅图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8及图9，真三轴不同沉积角分层砂土可视制样器包括支撑底座架10、沙漏20、透明承膜桶30和角度可调支架40，角度可调支架40配装在支撑底座架10上，透明承膜桶30配装在角度可调支架40上，沙漏20位于透明承膜桶30的桶口处，沙漏20考虑了砂土在自重主应力条件下的沉积特点，可保证制样均匀；角度可调支架40在支撑底座架10上可进行角度调节，角度可调支架40上设置凹槽a，透明承膜桶30配装在凹槽a上。

支撑底座架10包括底座11、可伸缩支撑杆12、连接座13和上端为斜面的角度转换器14，连接座13固定配装在底座11上，角度可调支架40与连接座13铰接，可伸缩支撑杆12的下端固定配装在底座11上，另一端与角度转换器14配装，角度转换器14的斜面支撑角度可调支架40。角度转换器14的斜面设计使得角度可调支架40在与角度转换器14相互配合的过程中更稳定。

透明承膜桶30配装在角度可调支架40上后，角度可调支架40带动透明承膜桶30转动，以此来实现透明承膜桶30与水平面之间形成不同的倾斜角。调整好透明承膜桶30的角度之后，用螺栓拧紧固定位置。再将沙漏20保持水平伸进透明承膜桶30内部，轻轻抖动，让砂土自然洒落，均匀分层击实。

本发明的较佳的实施方式中，角度可调支架40包括第一支架板41和第二支架板42，第一支架板41和第二支架板42成直角固定连接，凹槽a设置在第一支架板41上，角度转换器14的斜面支撑第二支架板42。透明承膜桶30包括透明固定板31和固定板32，透明固定板31为两个，固定板32为两个，两个透明固定板31和两个固定板32交叉连接形成长方体结构的桶体；每个透明固定板31的外侧均固定粘贴注水夹层33，注水夹层33的上端开设注水孔b，下端开设联通管道口c，采用水管d将两个注水夹层33下端的联通管道口c连接；每个固定板32的内侧壁上开设抽吸通道e，每个固定板32的外侧壁上设置负压孔34。透明承膜桶30容积设置为

76mm*76mm*177mm，其中透明固定板31的材料为透明有机玻璃制成，可以完全对透明承膜桶30内部的装样过程清晰可见，且有机玻璃板支撑的透明固定板31外壁利用玻璃胶粘贴制作了一个注水夹层33，两个透明固定板31的注水夹层33的底端用水管d连接，使其两边注水夹层33的水平面始终保持一致，在分层铺撒砂土的过程中可以借助水平面的位置，提高砂样分层精确度。注水夹层33中的水可以通过针孔状的注水器，伸入注水孔b，进行注水或更换水。

透明固定板31和固定板32的连接处采用夹板35和螺栓固定。透明固定板31内侧两边分别开设半边通槽口f，一固定板32一边垂直插入一透明固定板31内侧的一半边通槽口f，一固定板32的另一边垂直插入另一透明固定板31内侧的一半边通槽口f，另一固定板32的一边垂直插入一透明固定板31内侧的另一半边通槽口f，另一固定板32的另一边垂直插入另一透明固定板31内侧的另一半边通槽口f；夹板35设置为四个，夹板35紧贴固定板32的外侧的两边，并采用螺栓固定在固定板32的外侧边和透明固定板31的半边通槽口f处；固定板32上设置拆卸螺纹孔g。制样实验时，完成抽真空操作后，由于大气压的存在，透明承膜桶30的两个固定板32和两个透明固定板31很难取下，因此本发明设计出专门用于拆卸固定板32和透明固定板31的辅助拆卸螺纹孔g，且拆卸螺纹孔g的尺寸与拧紧螺纹孔的尺寸相同，螺栓可以公用。

固定板32上的抽吸通道e为方形和X型叠加的形状。方形和X型叠加的形状设计，用于增加真空抽气的接触面积。

沙漏20包括栅型沙漏部21、沙漏垫片22和摇动手柄23，栅型沙漏部21的一边与摇动手柄23的一边设置螺孔，采用固定螺栓24拧入栅型沙漏部21与摇动手柄23的螺孔，将栅型沙漏部21与摇动手柄23固定连接，沙漏垫片22配装在栅型沙漏部21上。栅型沙漏部21设计为类似凹槽抽屉形状，尾部有转动调节角度的摇动手柄23，沙漏垫片22和栅型沙漏部21叠加装配后，底部形成两层相互交错排列的漏砂孔。将砂土装在沙漏垫片22和栅型沙漏部21中，轻轻抖动漏斗，砂土就会靠自重自然下落。

一种采用上述真三轴不同沉积角分层砂土可视制样器进行制样的方法，包括以下制备步骤：

步骤一，将套好橡皮膜的透水石放在角度可调支架40的第一支架板41设置的凹槽a内，将透明承膜桶30放置在透水石上，然后展开橡皮膜并打开真空抽气泵，选择实验所需的角度转换器14，将其安装在支撑底座架10上的可伸缩支撑杆12的上端，调节可伸缩支撑杆12的高度，将第二支架板42靠在角度转换器14的斜面上；角度转换器14设置为五个角度转换器，每个角度转换器14的斜面与水平面的角度分别为15°、30°、45°、60°和75°，按照实验要求选择相应的角度的角度转换器；

步骤二，通过注水孔b向注水夹层33内注入水，两个透明固定板31的注水夹层33上形成一水平面，将盛好砂土的沙漏保持水平，缓缓伸进透明承膜桶30内，然后晃动沙漏20，使砂土通过沙漏20晃动的过程中出现的缝隙自由下落到透明承膜桶30内，并进行击实；

步骤三，等铺撒的砂土层与水平面齐平时，再向注水夹层33内注入水，两个透明固定板31的注水夹层33上形成另一水平面，然后再利用沙漏向透明承膜桶30内铺撒下一层砂土，并分层进行击实；

步骤四，重复步骤二和步骤三的操作，直到砂土试样装满；

步骤五，拆卸透明承膜桶30。在拆卸透明承膜桶30时，将螺母拧进固定板32的拆卸螺纹孔g，将交叉装配的固定板32和透明固定板31之间顶出缝隙，使得内外气压相等，然后即可拆卸透明承膜桶30。

应当指出，一切不脱离本发明创造的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明创造专利的保护范围当中。

Claims (5)

1.一种真三轴不同沉积角分层砂土可视制样器，其特征在于：真三轴不同沉积角分层砂土可视制样器包括支撑底座架、沙漏、透明承膜桶和角度可调支架，角度可调支架配装在支撑底座架上，透明承膜桶配装在角度可调支架上，沙漏位于透明承膜桶的桶口处；角度可调支架在支撑底座架上可进行角度调节，角度可调支架上设置凹槽，透明承膜桶配装在凹槽上；

支撑底座架包括底座、可伸缩支撑杆、连接座和上端为斜面的角度转换器，连接座固定配装在底座上，角度可调支架与连接座铰接，可伸缩支撑杆的下端固定配装在底座上，另一端与角度转换器配装，角度转换器的斜面支撑角度可调支架；

角度可调支架包括第一支架板和第二支架板，第一支架板和第二支架板成直角固定连接，凹槽设置在第一支架板上，角度转换器的斜面支撑第二支架板；

透明承膜桶包括透明固定板和固定板，透明固定板为两个，固定板为两个，两个透明固定板和两个固定板交叉连接形成长方体结构的桶体；每个透明固定板的外侧均固定粘贴注水夹层，注水夹层的上端开设注水孔，下端开设联通管道口，采用水管将两个注水夹层下端的联通管道口连接；每个固定板的内侧壁上开设抽吸通道，每个固定板的外侧壁上设置负压孔；

透明固定板和固定板的连接处采用夹板和螺栓固定；

透明固定板内侧两边分别开设半边通槽口，一固定板一边垂直插入一透明固定板内侧的一半边通槽口，一固定板的另一边垂直插入另一透明固定板内侧的一半边通槽口，另一固定板的一边垂直插入一透明固定板内侧的另一半边通槽口，另一固定板的另一边垂直插入另一透明固定板内侧的另一半边通槽口；夹板设置为四个，夹板紧贴固定板的外侧的两边，并采用螺栓固定在固定板的外侧边和透明固定板的半边通槽口处；固定板上设置拆卸螺纹孔。

2.如权利要求1所述的真三轴不同沉积角分层砂土可视制样器，其特征在于：透明固定板采用透明有机玻璃板制成；固定板上的抽吸通道为方形和X型叠加的形状。

3.如权利要求1至2中任一项所述的真三轴不同沉积角分层砂土可视制样器，其特征在于：沙漏包括栅型沙漏部、沙漏垫片和摇动手柄，栅型沙漏部的一边与摇动手柄的一边设置螺孔，采用固定螺栓拧入栅型沙漏部与摇动手柄的螺孔，将栅型沙漏部与摇动手柄固定连接，沙漏垫片配装在栅型沙漏部上。

4.一种采用上述权利要求1提供的真三轴不同沉积角分层砂土可视制样器进行制样的方法，其特征在于：制样的方法包括以下制备步骤：

步骤一，将套好橡皮膜的透水石放在角度可调支架的第一支架板设置的凹槽内，将透明承膜桶放置在透水石上，然后展开橡皮膜并打开真空抽气泵，选择实验所需的角度转换器，将其安装在支撑底座架上的可伸缩支撑杆的上端，调节可伸缩支撑杆的高度，将第二支架板靠在角度转换器的斜面上；

步骤二，通过注水孔向注水夹层内注入水，两个透明固定板的注水夹层上形成一水平面，将盛好砂土的沙漏保持水平，缓缓伸进透明承膜桶内，然后晃动沙漏，使砂土通过沙漏晃动的过程中出现的缝隙自由下落到透明承膜桶内，并分层进行击实；

步骤三，等铺撒的砂土层与水平面齐平时，再向注水夹层内注入水，两个透明固定板的注水夹层上形成另一水平面，然后再利用沙漏向透明承膜桶内铺撒下一层砂土，并进行击实；

步骤四，重复步骤二和步骤三的操作，直到砂土试样装满；

步骤五，拆卸透明承膜桶。

5.如权利要求4所述的制样的方法，其特征在于：步骤一中所用的角度转换器设置为五个角度转换器，每个角度转换器的斜面与水平面的角度分别为15°、30°、45°、60°和75°，按照实验要求选择相应的角度的角度转换器；骤五中，在拆卸透明承膜桶时，将螺母拧进固定板的拆卸螺纹孔，将交叉装配的固定板和透明固定板之间顶出缝隙，使得内外气压相等，然后即可拆卸透明承膜桶。

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