CN108978617B - 一种并联式智能加压三轴试样制样工艺 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种并联式智能加压三轴试样制样工艺，属于土木工程学科的室内土工技术领域。（1）实验前准备：根据实验用土的应力历史、沉积条件和颗粒组成，确定实验过程中所需要施加的压力大小以及实验所需要的时间；（2）仪器准备（3）土样放置；（4）压实完成；（5）土样取出；（6）仪器复位，再按（1）‑（5）步骤可进行下次制样。本申请能够智能控制三轴试样制样压力和时间，并能一次成型多个试样，减少制样时间和对土样的扰动，且克服了传统试样筒取样困难的缺陷，具有一定的工程适用性。

Description

一种并联式智能加压三轴试样制样工艺

技术领域

本申请涉及一种并联式智能加压三轴试样制样工艺，属于土木工程学科的室内土工技术领域。

背景技术

随着沿海地区软土地基上兴建工程的增多，软土力学性能的测试已成为当前土木工程中的重要内容。三轴实验是测定软土力学性能的常用实验方法，其试样为直径3.91cm高8.0cm的圆柱形，且在实验过程中需要制作3-5个标准试样用以测试3-5个不同的围压下软土力学性能。通常采用手工击实，对土样进行均匀击实以达到目标土样密实度，并采用手工脱模。由于逐个制作试样，效率较低，很难精确控制试样的均匀性和一致性，并且手工脱模难以避免对试样的扰动，从而影响软土试样的力学性能检测。

CN106568628A公开了一种土样制样实验设备，其能够解决现有技术土样制备样品均匀性差的问题；CN106769312A公开了一种土样压实仪，采用单侧施压，并对取土过程进行了优化；CN106610353A公开了一种利用分层压实法制备三轴实验制样的装置，根据杠杆原理，采用手动分层压实土样。以上几个案例解决了土样成型均匀性问题，但是仍存在以下三点需要解决的技术问题：1、不能智能模拟地基土长时间固结真实受力过程；2、不能实现一次成型多个试样；3、存在试样脱模困难的缺陷。

基于此，做出本申请。

发明内容

针对现有制样技术中所存在的上述缺陷，本申请提供了一种并联式智能加压三轴试样制样工艺，该工艺不仅能够智能控制三轴试样制样压力和时间，以模拟实际土层固结过程，还能够一次成型多个试样，减少制样时间和对土样的扰动，并克服了传统试样筒取样困难的缺陷，具有很好的工程适用性。

为实现上述目的，本申请采取的技术方案如下：

一种并联式智能加压三轴试样制样工艺，包括如下步骤：

(1)实验前准备：根据实验用土的应力历史、沉积条件和颗粒组成，确定实验过程中所需要施加的压力大小以及实验所需要的时间；

(2)仪器准备

制样过程中所用设备主要包括压力机构、上部加压机构、制样筒、多个滑轮与下部加压机构，压力机构、上部加压机构、制样筒与下部加压机构自上而下顺次设置，多个滑轮固定设置于压力机构上方，压力机构包括上部动力件、下部动力件、上部时间控制器、下部时间控制器，压力传导机构包括上部加压钢丝绳和下部加压钢丝绳，

上部加压机构包括上横杆和若干个上加载压头，上横杆一端与上部加压钢丝绳连接，随上部加压钢丝绳移动而摆动，上部加压钢丝绳绕经至少一个滑轮后，与下部动力件连接，另一端设置上加载压头，上加载压头位于制样筒上方，并随上横杆摆动而上下移动；下部加压机构包括下横杆、若干个下加载压头以及安装于下加载压头下方的上压弹簧，下横杆一端与下部加压钢丝绳连接，随下部加压钢丝绳移动而摆动，下部加压钢丝绳绕经至少一个滑轮后，与上部动力件连接，另一端设置下加载压头，下加载压头位于制样筒下方，并与上加载压头对应设置；

①先确定压力机构中上部动力件内的填充物量充足，保证其重力使上压弹簧压至准确设计高度，检查下部动力件中是否有填充物，若无填充物则应使上横杆处于水平状态；

②上部动力件与下部动力件通过软质导管连接，上部动力件底部安装有上部时间控制器，下部动力件与上部时间控制器对应位置安装有下部时间控制器，上部时间控制器和下部时间控制器分别与软质导管两侧连接，调节软质导管中填充物的流量，以实现智能控制压力，设置压实时间，设置上部时间控制器和下部时间控制器，通过控制填充物的流量控制压力大小和制样时间；

(3)土样放置：称取设计重量的土样，分别放入制样筒内；

(4)压实完成：当加压时间达到设置时间时，上部时间控制器控制压力机构使其停止继续向试样土体施加压力；上部加压钢丝绳、下部加压钢丝绳依据压力变化改变运行状态，进而带动上加载压头、下加载压头的上下移动，即实现制样时间的改变，

(5)土样取出：对上横杆一侧施加压力，使上加载压头与制样筒分离，取出制样筒，并进行脱模，即可取出乳胶膜包裹的试样；

(6)仪器复位：调整上部时间控制器和下部时间控制器，然后将上下压力机构的位置反转，使下部动力件处于上方，连接压力机构上的各个部件，连接上横杆，再按(1)-(5)步骤可进行下次制样。

进一步的，作为优选：

步骤(2)与步骤(3)之间还包括有乳胶膜的固定：将乳胶膜固定在制样筒内部，保证制样筒内部与乳胶膜接触处无褶皱和空气，检查完毕后，将两侧多余乳胶膜固定在制样筒上，再进行土样的装入。

所述上部加压钢丝绳上设置有停止弹簧扣和连接弹簧扣，上部加压钢丝绳通过连接弹簧扣与上横杆活动连接，通过停止弹簧扣实现设定高度处位置的固定。更优选的，所述滑轮安装于门型支架顶部，门型支架侧边侧边设置固定孔洞，固定孔洞与停止弹簧扣配合，实现设定高度的控制。当实验结束时，停止弹簧扣扣入固定孔洞，实现定位。

所述上横杆中部通过转轴安装于上支撑杆上，一端连接上部加压钢丝绳，另一端通过上压头安装有上限位器，上限位器下方连接若干个上加载压头；下横杆中部通过转轴安装于下支撑杆上，一端连接下部加压钢丝绳，另一端通过下压头安装有下限位器，下限位器上方设置若干个下加载压头，上支撑杆采用杠杆原理为上加载压头提供动力，下支撑杆采用杠杆原理为下加载压头提供动力。更优选的，所述上压弹簧设置在下压头下方。

所述制样筒安装在下部支撑机构，下部支撑机构包括支撑面板和设置于支撑面板上的若干个容置孔，制样筒安装于容置孔中。更优选的，所述制样筒包括筒体、卡扣和套环，筒体由两片构成，套环至少设置有一个，套装于两片筒体外壁上，卡扣位于筒体外侧，容置孔外侧设置有卡扣孔洞，卡扣孔洞与卡扣配合，实现筒体侧方固定；下部支撑机构固定在地面上，门型支架和上支撑杆与支撑面板固结，两个筒体通过容置孔与卡扣孔洞固定于支撑面板上，下支撑杆固结于支座中间偏左侧10cm位置；上压弹簧下部与底座固结。

所述上部动力件为一个中空漏斗状器具，材质优选为铁，其体积为0.1m³，下部动力件与上部动力件具有相同的形状和物质。

所述上部动力件中心处设置带横梁孔洞，下部加压钢丝绳通过带横梁孔洞与上部动力件连接，起到压力传导作用。

所述下部动力件边缘处设置两个椭圆孔洞，两个椭圆孔洞对称布置，上部加压钢丝绳通过椭圆孔洞与下部动力件连接，起到压力传导作用。

上部加压机构通过挂钩与上部加压钢丝绳相连，通过上支撑杆采用杠杆原理为上加载压头提供动力。

压力传导机构的上部加压钢丝绳一侧在滑轮处分为直径相同，长度不同的两股钢丝绳，两股钢丝绳尾部分别连接有挂钩，通过挂钩与椭圆孔洞连接；上部加压钢丝绳另一侧通过连接弹簧扣与上横杆连接，为上部加压机构提供动力。

连接弹簧扣与停止弹簧扣为材质大小相同的不锈钢弹簧扣。连接弹簧扣位于上部加压钢丝绳尾部，并与上横杆连接；停止弹簧扣位于连接弹簧扣上方10cm处，在实验结束时将停止弹簧扣与固定孔洞连接。

上横杆总长度为60cm，上支撑杆长度为20cm，上支撑杆布置于上横杆端部10cm处，作为压力放大的支撑点。

上加载压头高度4cm，与上横杆在端部相连，并位于上限位器中心处。

上限位器厚度2cm，上部与上压头固结，用于保证制样高度，下部固结有三个上加载压头，压头高度3cm，直径3.91cm，用于向下压制试样。

下横杆总长度为60cm，下支撑杆的长度为15cm，在下横杆端部10cm处与下横杆连接，作为压力放大的支撑点。

下压头的高度6cm，下部与上压弹簧固结，上部与下限位器固结，下压头位于下限位器中心处。

下限位器厚度2cm，下部与下压头固结，起到保证制样高度的目的，下限位器上部固结有三个下加载压头，推头高度3cm，直径3.91cm，用于向上压制试样。

筒体的内径为3.91cm，外径为4.5cm，高度优选为14.0cm。卡扣为圆柱折形，直径优选为0.5mm，其水平方向长为1cm，其竖直方向长为1.5cm，位于半圆空心制样筒的侧面中点处。卡扣的作用为将筒体固定在支撑面板上，套环外侧直径4.7cm，宽度为20mm，套环用于固定乳胶膜，分别固定在于筒体上部边缘处，下方套环对称固定。

门型支架的高度1.3m，宽度为1.3m，用于支撑压力机构和压力传导机构。

固定孔洞高2cm，宽1.5cm，距离上横梁上部36cm，试验结束时，将停止弹簧扣固定于固定孔洞处。

滑轮位于门型支架上方，可对上部加压钢丝绳与下部加压钢丝绳进行支撑与转向。

支撑面板的长度为1.6m，宽度为1m，厚度为2cm，用于固定门型支架和上支撑杆。

容置孔的直径为4.7cm，卡扣孔洞距离容置孔距离为0.8cm，制样开始前使制样筒和卡扣分别对准容置孔和卡扣孔洞，并使制样筒垂直安放。

底座布置于地面，作为下部加压机构与上压弹簧的支撑结构，底座尺寸与支撑面板一致，下支撑杆与上压弹簧固结于底座上。

上压弹簧直径5cm，不受力的状态下长度为15cm，受1000kpa压力作用下的长度为5cm。上压弹簧完全压缩时，下加载压头的顶部伸入制样筒内1mm。上压弹簧下方与底座固结，上方与下压头固结。上压弹簧将下部加压机构施加的向下的压力转化为对于下压头的向上的推力，向上对试样施加压力。

筒体的内径与标准试样的直径相同为3.91cm，外径为4.5cm，高度优选为14.0cm。卡扣位于筒体侧面中心处，套环外侧直径4.7cm，宽度为20mm。

上横杆总长度为60cm，上支撑杆长度为20cm，在上横杆左侧10cm处与上横杆连接。

上压头高度4cm，固结于上横杆端部，位于上限位器上表面的中心位置。

上限位器厚度2cm，下部固结有三个下加载压头，高度3cm，直径3.91cm。

下横杆总长度为60cm，下支撑杆的长度为15cm，在下横杆左侧10cm处与下横杆连接。

下限位器厚度2cm下部与下压头固结，下压头的高度6cm，下限位器上部固结有三个高度3cm、直径3.91cm的下加载压头。

门型支架的高度1.3m，宽度为1.3m。

固定孔洞距离横梁底端36cm，长度2cm，宽度1.5cm。

支撑面板长度为1.6m，宽度为1m，厚度为2cm。

容置孔的直径为4.7cm，卡扣孔洞中心距离容置孔中心距离为3.6cm。

弹簧直径5cm，不受力的状态下长度为15cm，受1000kpa压力作用下的长度为5cm。

本申请的有益效果为：

①采用对向加压克服了传统单侧制样器不能把土体充分压实且均匀性差的缺陷。

②能够精确控制加压时间和压力大小，并能够准确模拟地下土的受力过程。

③能够一次成型多个试样，节省了制样时间，并减小了分批制样产生的制样误差。

④在制样筒内装入乳胶膜方便制样筒取样，降低试样破损率，可为下一步试验提供方便，从而提高试验效率。

附图说明

图1为本申请开始加压时的状态示意图；

图2是本申请压力机构的结构示意图；

图3是本申请压力传导机构的结构示意图；

图4是本申请制样筒的结构示意图；

图5是本申请下部支撑机构的结构示意图。

图中标号：1.压力机构，11.上部动力件，12.下部动力件，13.软质导管，14.上部时间控制器，15.下部时间控制器，16.带横梁孔洞，17.椭圆孔洞；2.压力传导机构，21.上部加压钢丝绳，22.下部加压钢丝绳，23.连接弹簧扣，24.停止弹簧扣；3.上部加压机构，31.上横杆，32.上支撑杆，33.上压头，34.上限位器，35.上加载压头；4.下部加压机构，41.下横杆，42.下支撑杆，43.下压头，44.下限位器，45.下加载压头，46.上压弹簧；5.制样筒，51.卡扣，52.筒体，53.套环；6.上部支撑机构，61.门型支架，62.固定孔洞，63.滑轮；7.下部支撑机构，71.支撑面板，72.容置孔，73.卡扣孔洞，74.钢丝绳孔洞，75.底座。

具体实施方式

本实施例一种并联式智能加压三轴试样制样工艺，本申请工作过程如下：

(1)实验前准备

根据实验用土的应力历史、沉积条件和颗粒组成确定实验过程中所需要施加的压力大小以及实验所需要的时间。

(2)仪器准备

①先确定压力机构1中上部动力件11中的填充物量是否充足，其重力应使上压弹簧46压至准确设计高度，检查下部动力件12中是否有填充物，若无填充物则应使上横杆31处于水平状态。

②将特制乳胶膜固定在筒体52内部，放置时尽量使两边多于筒体52长度的乳胶膜长度保持一致，保证筒体52内部与乳胶膜接触处无褶皱和空气，检查完毕后使用套环53将两侧多余乳胶膜固定在筒体筒体52上。

③制样筒5应处于容置孔72内，若制样筒5不在该位置，则轻压上横杆31右侧，使上加载压头35向上抬起至适当位置，将卡扣51进入卡扣孔洞73。

④设置压实时间。设置上部时间控制器14和下部时间控制器15，通过控制填充物的流量控制压力大小和制样时间。

(3)土样放置

称取设计重量的土样3份，分别放入制样筒5内。放置时对于上横杆右侧施加适当压力使上加载压头35与制样筒5分离出足够空间放入试样土样。

(4)压实完成

当加压时间达到设置的时间时，上部时间控制器14将会控制压力机构使其停止继续向试样土体施加压力。连接停止弹簧扣24与固定孔洞62，再将连接弹簧扣23与上横杆31分离，此时上部加压机构3处于不受外力状态。

(5)土样取出

对上横杆31一侧施加适当压力，使上压头33与制样筒5分离，取出制样筒5，并进行脱模。脱模时先去除套环，将两个筒体52分离，即可取出乳胶膜包裹的试样，此时试样可直接供下步测试使用。

(6)仪器复位

调整上部时间控制器14和下部时间控制器15，然后将上下压力机构的位置反转，使下部动力件12处于上方，连接压力机构上的各个部件。将连接弹簧扣23与上横杆31连接，停止弹簧扣24与固定孔洞62分离，再按(1)-(5)步骤可进行下次制样。

结合图1，上述工艺所用的设备主要包括压力机构1、压力传导机构2、上部加压机构3、下部加压机构4和制样筒5以及多个滑轮63，压力机构1、上部加压机构2、制样筒5与下部加压机构4自上而下顺次设置，多个滑轮63固定设置于压力机构1上方，结合图2，压力机构1包括上部动力件11、下部动力件12、上部时间控制器14、下部时间控制器15，上部动力件11与下部动力件12通过软质导管13连接，上部动力件11底部安装有上部时间控制器14，下部动力件12与上部时间控制器14对应位置安装有下部时间控制器15，上部时间控制器14和下部时间控制器15分别与软质导管13上下两侧连接，调节软质导管13中填充物的流量，以实现智能控制压力；

结合图3，压力传导机构2包括上部加压钢丝绳21和下部加压钢丝绳22；

结合图1，上部加压机,3包括上横杆31和若干个上加载压头35，上横杆31一端与上部加压钢丝绳21连接，随上部加压钢丝绳21移动而摆动，上部加压钢丝绳21绕经至少一个滑轮63后，与下部动力件12连接，另一端设置上加载压头35，上加载压头35位于制样筒5上方，并随上横杆21摆动而相对制样筒5上下移动；下部加压机构4包括下横杆41和若干个下加载压头45，下横杆41一端与下部加压钢丝绳22连接，随下部加压钢丝绳22移动而摆动，下部加压钢丝绳22绕经至少一个滑轮(与上部加压钢丝绳21所绕经的滑轮63优选不是同一个)后，与上部动力件21连接，另一端设置下加载压头45，下加载压头45位于制样筒5下方，并与上加载压头35对应设置；上部加压钢丝绳21、下部加压钢丝绳22依据压力变化改变运行状态，进而带动上加载压头35、下加载压头45的上下移动，即实现制样时间的改变。

为实现更多的使用效果，上述方案还可以按照如下方式增设：结合图3，上部加压钢丝绳21上设置有停止弹簧扣24和连接弹簧扣23，上部加压钢丝绳21通过连接弹簧扣23与上横杆31活动连接，通过停止弹簧扣24实现设定高度处位置的固定。更优选的，滑轮63安装于门型支架61顶部，门型支架61侧边侧边设置固定孔洞62，门型支架61、固定孔洞62与滑轮63构成上部支撑机构6，固定孔洞62与停止弹簧扣24配合，实现设定高度的控制。当实验结束时，停止弹簧扣24扣入固定孔洞62，实现定位。

为实现更多的使用效果，上述方案还可以按照如下方式增设：上横杆31中部通过转轴(图中未标注)安装于上支撑杆32上，一端连接上部加压钢丝绳21，另一端通过上压头33安装有上限位器34，上限位器34下方连接若干个上加载压头35；下横杆41中部通过转轴(图中未标注)安装于下支撑杆42上，一端连接下部加压钢丝绳22，另一端通过下压头43安装有下限位器44，下限位器44上方设置若干个下加载压头45，上支撑杆32采用杠杆原理将上横杆31的摆动转换为上加载压头35提供动力，下支撑杆42采用杠杆原理将下横杆41的摆动转换为下加载压头45提供动力。更优选的，下压头43下方设置上压弹簧46。

为实现更多的使用效果，上述方案还可以按照如下方式增设：结合图4和图5，制样筒5安装在下部支撑机构7，下部支撑机,7包括支撑面板71和设置于支撑面板71上的若干个容置孔72，制样筒5安装于容置孔72中。更优选的，结合图4，制样筒5包括筒体52、卡扣51和套环53，筒体52由两片构成，套环53至少设置有一个，套装于两片筒体52外壁上，卡扣51位于筒体52外侧，容置孔72外侧设置有卡扣孔洞73，卡扣孔洞73与卡扣51配合，实现筒体52侧方固定；下部支撑机构7固定在地面上，门型支架61和上支撑杆32与支撑面板71固结，两个筒体52通过容置孔72与卡扣孔洞73固定于支撑面板71上，下支撑杆42固结于支座中间偏左侧10cm位置；上压弹簧46下部与底座75固结。

为实现更多的使用效果，上述方案还可以按照如下方式增设：上部动力件11为一个中空漏斗状器具，材质优选为铁，其体积为0.1m³，下部动力件12与上部动力件11具有相同的形状和物质。

为实现更多的使用效果，上述方案还可以按照如下方式增设：上部动力件11中心处设置带横梁孔洞16，下部加压钢丝绳22通过带横梁孔洞16与上部动力件11连接，起到压力传导作用。

为实现更多的使用效果，上述方案还可以按照如下方式增设：下部动力件12边缘处设置两个椭圆孔洞17，两个椭圆孔洞17对称布置，上部加压钢丝绳21通过椭圆孔洞17与下部动力件12连接，起到压力传导作用。

作为一个更具体的方案：如图1～图5所示，本实施例一种并联式智能加压三轴试样制样工艺，包括压力机构1、压力传导机构2、上部加压机构3、下部加压机构4、制样筒5、上部支撑机构6、下部支撑机构7。

压力机构1包括上部动力件11、下部动力件12、软质导管13、上部时间控制器14、下部时间控制器15、带横梁孔洞16、椭圆孔洞17。上部动力件11与下部动力件12通过软质导管13连接，上部动力件11底部安装有上部时间调节器14，在下部动力件15对应位置安装有下部时间控制器15。

压力传导机构2包括上部加压钢丝绳21、下部加压钢丝绳22、连接弹簧扣23、停止弹簧扣24；上部加压钢丝绳21在滑轮63处等分为两股钢丝绳，一端尾部通过挂钩与对称椭圆孔洞17连接，另一端通过连接弹簧扣23与上横杆31连接。

上部加压机构3包括上横杆31、上支撑杆32、上压头33、上限位器34、上加载压头35，上部加压机构3整体处于支撑面板71上部。上横杆31一侧与连接弹簧扣23连接，上支撑杆32布置于其六分之一处，另一侧与上压头33连接，上支撑杆32布置于上横杆31六分之一长度处，上限位器34上方与上加载压头33固结，上限位器34下方固结有三个均匀分布的上加载压头35。

下部加压机构4包括下横杆41、下支撑杆42、下压头43、下限位器44、下加载压头45、上压弹簧46；下部加压机构4整体位于底座上，下横杆41一端与下部加压钢丝绳21固结，另一端与下压头43连接；下支撑杆42布置于下横杆41六分之一长度处，下压头43下方与上压弹簧46固结，上方与下限位器44固结，下限位器44上方固结有三个均匀分布的下加载压头45.

制样筒5包括卡扣51、筒体52、套环53；制样筒5固定在支撑面板中部，卡扣51与卡扣孔洞73相匹配，筒体53与容置孔72相匹配，制样筒5上部孔洞与上加载压头35相匹配，下部孔洞与下加载压头45相匹配，套环53对称布置于筒体52。

上部支撑机构6包括门型支架61、固定孔洞62、滑轮63；门型支架61固结于支撑面板71上方，轮滑63固结在门型支架61上，固定孔洞62位于门型支架61上；

下部支撑机构7包括支撑面板71、容置孔72、卡扣孔洞73、钢丝绳孔洞74、底座75；下部支撑机构7固定在地面上，门型支架61和上支撑杆32与支撑面板71固结，两个筒体52通过容置孔72与卡扣孔洞73固定于支撑面板71上，下支撑杆42固结于支座中间偏左侧10cm位置；上压弹簧46下部与底座固结。

上部动力件11为一个中空漏斗状器具，材质优选为铁，其体积为0.1m³，下部动力件12与上部动力件11具有相同的形状和物质。

软质导管13为长度46mm的橡胶导管，用于连接上部动力件11与下部动力件12。

上部时间控制器14和下部时间控制器15分别与软质导管两侧处连接，通过调节软质导管13中填充物的流量智能控制压力和制样时间。

带横梁孔洞16位于上部动力件11中心处，通过挂钩与下部加压钢丝绳22连接，起到压力传导作用，在下部动力件12的中心处布置相同孔洞。

椭圆孔洞17对称布置于下部动力件12边缘，通过挂钩与上部加压钢丝绳21连接，起到压力传导作用。上部动力件11对应位置存在相同尺寸的椭圆孔洞17。

上部加压机构11通过挂钩与上部加压钢丝绳21相连，通过上支撑杆32采用杠杆原理为上加载压头35提供动力。

压力传导机构2的上部加压钢丝绳21一侧在滑轮处分为直径相同，长度不同的两股钢丝绳，两股钢丝绳尾部分别连接有挂钩，通过挂钩与椭圆孔洞17连接；上部加压钢丝绳21另一侧通过连接弹簧扣23与上横杆31连接。为上部加压机构3提供动力。

连接弹簧扣23与停止弹簧扣24为材质大小相同的不锈钢弹簧扣。连接弹簧扣23位于上部加压钢丝绳21尾部，并与上横杆31连接。停止弹簧扣24位于连接弹簧扣上方10cm处。在实验结束时将停止弹簧扣24与固定孔洞62连接。

上横杆31总长度为60cm，上支撑杆32长度为20cm，上支撑杆32布置于上横杆31端部10cm处，作为压力放大的支撑点。

上加载压头35高度4cm，与上横杆31在端部相连，并位于上限位器34中心处。

上限位器34厚度2cm，上部与上压头33固结，用于保证制样高度，下部固结有三个上加载压头35，压头高度3cm，直径3.91cm，用于向下压制试样。

下横杆41总长度为60cm，下支撑杆42的长度为15cm，在下横杆42端部10cm处与下横杆41连接，作为压力放大的支撑点。

下压头43的高度6cm，下部与上压弹簧46固结，上部与下限位器44固结，下压头43位于下限位器44中心处。

下限位器44厚度2cm，下部与下压头43固结，起到保证制样高度的目的，下限位器44上部固结有三个下加载压头45，推头高度3cm，直径3.91cm，用于向上压制试样。

筒体52的内径为3.91cm，外径为4.5cm，高度优选为14.0cm。所述卡扣51为圆柱折形，直径优选为0.5mm，其水平方向长为1cm，其竖直方向长为1.5cm，位于半圆空心制样筒的侧面中点处。卡扣51的作用为将筒体52固定在支撑面板71上。套环53外侧直径4.7cm，宽度为20mm，套环用于固定乳胶膜，分别固定在于筒体上部边缘处，下方套环对称固定。

门型支架61的高度1.3m，宽度为1.3m，用于支撑压力机构1和压力传导机构2。

固定孔洞62高2cm，宽1.5cm，距离上横梁31上部36cm，试验结束时，将停止弹簧扣24固定于固定孔洞62处。

滑轮63位于门型支架61上方，可对上部加压钢丝绳21与下部加压钢丝绳22进行支撑与转向。

支撑面板71的长度为1.6m，宽度为1m，厚度为2cm，用于固定门型支架61和上支撑杆32。

容置孔72的直径为4.7cm，卡扣孔洞73距离容置孔距离为0.8cm，制样开始前使制样筒5和卡扣51分别对准容置孔72和卡扣孔洞73，并使制样筒5垂直安放。

底座75布置于地面，作为下部加压机构4与上压弹簧46的支撑结构，底座75尺寸与支撑面板71一致。下支撑杆42与上压弹簧46固结于底座上。

上压弹簧46直径5cm，不受力的状态下长度为15cm，受1000kpa压力作用下的长度为5cm。上压弹簧46完全压缩时，下加载压头45的顶部伸入制样筒5内1mm。上压弹簧46下方与底座75固结，上方与下压头43固结。上压弹簧46将下部加压机构4施加的向下的压力转化为对于下压头43的向上的推力，向上对试样施加压力。

本申请的三轴试验制样效果与传统制样效果对比如表1所示。

表1三轴试验制样效果对比

从表1可以看出本申请的有益效果为：

①采用对向加压克服了传统单侧制样器不能把土体充分压实且均匀性差的缺陷。

②能够精确控制加压时间和压力大小，并能够准确模拟地下土的受力过程。

③能够一次成型1～3个试样，节省了制样时间，并减小了分批制样产生的制样误差。

④在制样筒内装入乳胶膜方便制样筒取样，降低试样破损率，可为下一步试验提供方便，从而提高试验效率。

以上内容是结合本发明创造的优选实施方式对所提供技术方案所作的进一步详细说明，不能认定本发明创造具体实施只局限于上述这些说明，对于本发明创造所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明创造的保护范围。

Claims (9)

1.一种并联式智能加压三轴试样制样工艺，其特征在于，包括如下步骤：

（1）实验前准备：根据实验用土的应力历史、沉积条件和颗粒组成，确定实验过程中所需要施加的压力大小以及实验所需要的时间；

（2）仪器准备

制样过程中所用设备包括压力机构、上部加压机构、制样筒、多个滑轮、压力传导机构与下部加压机构，压力机构、上部加压机构、制样筒与下部加压机构自上而下顺次设置，多个滑轮固定设置于压力机构上方，压力机构包括上部动力件、下部动力件、上部时间控制器、下部时间控制器，压力传导机构包括上部加压钢丝绳和下部加压钢丝绳，

上部加压机构包括上横杆和若干个上加载压头，上横杆一端与上部加压钢丝绳连接，随上部加压钢丝绳移动而摆动，上部加压钢丝绳绕经至少一个滑轮后与下部动力件连接，上横杆另一端设置上加载压头，上加载压头位于制样筒上方，并随上横杆摆动而上下移动，上横杆中部通过转轴安装于上支撑杆上，上支撑杆采用杠杆原理为上加载压头提供动力；下部加压机构包括下横杆、若干个下加载压头以及安装于下加载压头下方的上压弹簧，下横杆一端与下部加压钢丝绳连接，随下部加压钢丝绳移动而摆动，下部加压钢丝绳绕经至少一个滑轮后与上部动力件连接，下横杆另一端设置下加载压头，下加载压头位于制样筒下方，并与上加载压头对应设置，下横杆中部通过转轴安装于下支撑杆上，下支撑杆采用杠杆原理为下加载压头提供动力；

①先确定压力机构中上部动力件内的填充物量充足，保证其重力使上压弹簧压至准确设计高度，检查下部动力件中是否有填充物，若无填充物则应使上横杆处于水平状态；

②上部动力件与下部动力件通过软质导管连接，上部动力件底部安装有上部时间控制器，下部动力件与上部时间控制器对应位置安装有下部时间控制器，上部时间控制器和下部时间控制器分别与软质导管两侧连接，调节软质导管中填充物的流量，以实现智能控制压力，设置压实时间，设置上部时间控制器和下部时间控制器，通过控制填充物的流量控制压力大小和制样时间；

（3）土样放置：称取设计重量的土样，分别放入制样筒内；

（4）压实完成：当加压时间达到设置时间时，上部时间控制器控制压力机构使其停止继续向试样土体施加压力；上部加压钢丝绳、下部加压钢丝绳依据压力变化改变运行状态，进而带动上加载压头、下加载压头的上下移动，即实现制样时间的改变；

（5）土样取出：对上横杆一侧施加压力，使上加载压头与制样筒分离，取出制样筒，并进行脱模，即可取出乳胶膜包裹的试样；

（6）仪器复位：调整上部时间控制器和下部时间控制器，然后将上下压力机构的位置反转，使下部动力件处于上方，连接压力机构上的各个部件，连接上横杆和下横杆，再按（1）-（5）步骤可进行下次制样。

2.根据权利要求1所述的一种并联式智能加压三轴试样制样工艺，其特征在于，步骤（2）与步骤（3）之间还包括有乳胶膜的固定：将乳胶膜固定在制样筒内部，保证制样筒内部与乳胶膜接触处无褶皱和空气，检查完毕后，将两侧多余乳胶膜固定在制样筒上，再进行土样的装入。

3.根据权利要求1-2任一项所述的一种并联式智能加压三轴试样制样工艺，其特征在于：所述上部加压钢丝绳上设置有停止弹簧扣和连接弹簧扣，上部加压钢丝绳通过连接弹簧扣与上横杆活动连接，通过停止弹簧扣实现设定高度处位置的固定。

4.根据权利要求3所述的一种并联式智能加压三轴试样制样工艺，其特征在于：所述滑轮安装于门型支架顶部，门型支架侧边侧边设置固定孔洞，固定孔洞与停止弹簧扣配合，实现设定高度的控制。

5.根据权利要求1所述的一种并联式智能加压三轴试样制样工艺，其特征在于：所述上横杆一端连接上部加压钢丝绳，另一端通过上压头安装有上限位器，上限位器下方连接若干个上加载压头；下横杆一端连接下部加压钢丝绳，另一端通过下压头安装有下限位器，下限位器上方设置若干个下加载压头。

6.根据权利要求5所述的一种并联式智能加压三轴试样制样工艺，其特征在于：所述上压弹簧设置在下压头下方。

7.根据权利要求1所述的一种并联式智能加压三轴试样制样工艺，其特征在于：所述制样筒安装在下部支撑机构中，下部支撑机构包括支撑面板和设置于支撑面板上的若干个容置孔，制样筒安装于容置孔中。

8.根据权利要求7所述的一种并联式智能加压三轴试样制样工艺，其特征在于：所述制样筒包括筒体、卡扣和套环，筒体由两片构成，套环至少设置有一个，套装于两片筒体外壁上，卡扣位于筒体外侧，容置孔外侧设置有卡扣孔洞，卡扣孔洞与卡扣配合，实现筒体侧方固定。

9.根据权利要求1所述的一种并联式智能加压三轴试样制样工艺，其特征在于：所述上部动力件为一个中空漏斗状器具，下部动力件与上部动力件形状相同，且位置对称设置。

Images