CN109612797B - 一种制备复合试样的装置及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种制备复合试样的装置及其方法，所述装置包括依次从下到上设置的振动台、立方体试模、网盖和给料机，其中所述方法大致包括如下步骤：(1)收集所需复合的材料；(2)根系固定；(3)固定网盖；(4)立方体试模型固定；(5)设置好振动台振动频率及时间；(6)启动振动台；(7)在振动台停止工作后，卸下网盖；(8)一段时间后试样的表面刮平及脱模养护。该装置及其方法能够制作不同含根量、不同根系直径、不同分布状态根系复合土；也可制作其他类似加筋复合土或者加筋砂浆等复合试样；结构简单，操作方便，造价低廉，便于制作和维修；制作的试样可用于力学测试，也可用于研究根系对膨胀土裂隙影响研究。
Description
技术领域
本发明涉及岩土测试技术领域，特别是涉及一种制备复合试样的装置及其方法。
背景技术
边坡生态防护具有减少雨水冲刷和增加雨水入渗等作用，近年来得到学者广泛关注。生态护坡主要特点是根土复合土，由于根系作用，改变了原有土性质，因此，为更好的指导生态护坡，对根土复合土研究尤为重要，如根对土的力学、渗透性、裂隙(膨胀土)等影响。关于根土复合土研究，大多数研究人员集中在复合土剪切强度，且制作方式较为简单，实际中根系分布较为复杂，如倾斜、垂直、水平分布，现有制作方式及模型无法模拟实际根系分布情况，无法定性定量描述根分布情况对土影响。例如，在模拟根系含量对土力学性质影响，常采用根与土搅拌，而根分布形态对土有影响，实验说服力不强；另外，模拟根分布常见于水平、垂直状态，倾斜或复杂状态(综合情况)少见。
发明内容
(一)要解决的技术问题
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种制备复合试样装置及其方法，该装置可以制作出不同根系直径、根系数量、根系分布形态的复合试样，其结构简单，使用方法操作方便，且既可用于力学测试，也可用于研究根系对膨胀土裂隙影响研究。
(二)技术方案
为解决上述技术问题，本发明提出了一种制备复合试样的装置，所述装置包括依次从下到上设置的振动台、立方体试模、网盖和给料机，所述立方体试模固定在振动台上，所述网盖固定在所述立方体试模上，所述给料机能够精准给料到所述网盖，通过所述网盖上设置的网格进入到立方体试模的内部，所述立方体试模的侧面上和所述网盖上都等距离布置有至少一行和至少一列以上的T型结构物，所述T型结构物包括圆形通道和连接在所述圆形通道上的T型螺栓，通过所述圆形通道能够连通立方体试模的内部，所述圆形通道的圆环上设有能够与T型螺栓进行螺纹连接的螺纹孔。
在其中一个实施例中，所述给料机包括给料漏斗，所述给料漏斗固定在振动台上，所述给料机的振动能量来自振动台。
在其中一个实施例中，所述振动台用于试样的振动成型，振动台的频率、振动时间能够调节，所述复合试样具体是根系复合土、加筋复合土及加筋混凝土中的一种。
在其中一个实施例中，所述立方体试模的尺寸是70.7mm*70.7mm*70.7mm、100mm*100mm*100mm、150mm*150mm*150mm中的一种，且所述立方体试模的侧面上和所述网盖上都等距离布置至少3行3列T型结构物。
在其中一个实施例中，所述立方体试模通过加装螺栓的方式或者通过磁吸的方式自行固定在所述振动台上。
在其中一个实施例中，所述网盖的四角通过螺栓固定在所述立方体试模的上底面的四角上，且所述网盖上的T型结构物位于所述网格之间的交点处。
此外，本发明还提出了一种制备复合试样的方法，所述方法使用上述任一项所述的制备复合试样的装置来实现，该方法包括如下步骤：
(1)收集制备所述复合试样的材料；
(2)通过位于立方体试模的侧面上或者网盖上的T型结构物将材料固定住，固定方具体式是：将所述材料通过T型结构物的圆形通道，然后通过旋转所述T型螺栓对材料进行固定；
(3)固定好所述网盖；
(4)将立方体试模固定在振动台上；
(5)设置好振动台的振动频率及时间；
(6)启动振动台；
(7)在振动台停止工作后，卸下网盖；
(8)等待一段时间后，对试样表面进行刮平脱模及养护。
在其中一个实施例中，所述步骤(1)中的所述材料为根系和土，所述的复合试样为根土复合试样，所述根系选择新鲜活根或者死根或者类似根的替代物，所述土按为按照实验要求制作的具有一定含水率的土。
在其中一个实施例中，在所述步骤(2)中，根系端点可选择任意位置，模拟不同分布形态；根系的最大直径应不大于圆形通道的直径，否则无法固定，用以模拟不同根直径；根系的固定根数代表根的数量，用来模拟不同根数对复合土的影响。
在其中一个实施例中，在所述步骤(3)中，所述网盖的网格直径大于所述土的最大粒径，以方便土落入立方体试模中。
(三)有益效果
本发明与现有技术对比，其有益效果包括：
第一，本发明装置可以制作不同含根量、不同根系直径、不同分布状态根系复合土；
第二，本装置不仅可以制作根系复合土，也可制作其他类似加筋复合土或者加筋砂浆等复合试样；
第三，本装置结构简单，操作方便，造价低廉，便于制作和维修；
第四，本装置制作的试样可用于力学测试，也可用于研究根系对膨胀土裂隙影响研究。
第五，本装置还可以制作类似加筋复合土及加筋混凝土类的复合试样。
附图说明
通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：
图1为本发明的制备复合试样的装置示意图；
图2为本发明制备复合试样的装置的网盖示意图；
附图标记说明：
1-给料机，2-网盖，21-螺栓孔，22-T型螺栓，23-圆形通道，3-立方体试模，31-T型螺栓，32-圆形通道，4-振动台，41-电磁吸铁台面，42-弹簧，43-振动器，44-槽钢底座。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
如图1所示，本发明公开了一种制备复合试样的装置，其包括了依次从下到上设置的振动台4，立方体试模3，网盖2，给料机1。
所述振动台4包括了电磁吸铁台面41，弹簧42，振动器43以及槽钢底座44，弹簧42的一端和振动器43设置于槽钢底座44上，弹簧42的另一端与电磁吸铁台面41连接，其中振动器43用于振动电磁吸铁台面41，振动台4用于试样的振动成型，其频率、振动时间均可以根据实验需求进行调节。所述复合试样具体可以是根系复合土、加筋复合土及加筋混凝土中的一种，本发明以根系复合土为例。
所述立方体试模3的尺寸具体可以是70.7mm*70.7mm*70.7mm、100mm*100mm*100mm、150mm*150mm*150mm等常见满足试样实验要求尺寸；所述立方体试模3可以通过一定方式固定在振动台4上，例如可通过试模3底部加装螺栓进行固定，或者依靠磁吸的方式进行自行固定(振动台具有磁性，立方体材质为铁)。
具体的，所述立方体试模3的侧面上等距离布置至少3行3列的T型结构物，代表试样上中下三个位置，T型结构物包括T型螺栓31和圆形通道32，通过该T型结构物可以连通立方体试模3的模具内部，圆形通道32为圆形，其圆环的通道上设有能够与T型螺栓31进行螺纹连接的螺纹孔，从而使得穿过圆形通道32的根系能够被旋转套设在圆形通道上的T型螺栓31限制固定住，圆形通道32的直径不宜过大，否则会破坏试模的完整性，直径根据立方体试模3的尺寸大小调节，如尺寸大，则直径可以调大；
同样的，如图2所示，所述网盖2上也等距离布置至少3行3列T型结构物，其T型结构物包括T型螺栓22和圆形通道23，其根系的固定布置方式同立方体试模侧面一样；该网盖2上还具有网格，且所述网盖2上的T型结构物位于所述网格之间的交点处，网格可以是图2中所示的正方形的网格，当然，也可是是圆形的或者其它形状的网格。
此外，所述网盖2四角上具有螺栓孔21，螺栓孔21可通过螺栓固定在所述立方体试模的上底面的四角上；
进一步的，所述给料机1能够精准给料到网盖2，通过网盖2上设置的网格进入到立方体试模3的内部，当下料达到设定要求时，停止供料。
此外，如图1所示，所述给料机1包括给料漏斗，给料漏斗固定在振动台上，此时给料机的振动能量来自振动台，从而实现了一机两用，能够节约能源。
为说明本发明制备复合试样的装置的使用方法，故本发明还公开了一种制备复合试样的方法，所述方法使用上述的制备复合试样的装置来实现，该方法包括如下步骤：
(1)收集制备所述复合试样的材料；
(2)通过位于立方体试模的侧面上或者网盖上的T型结构物将材料固定住，固定方具体式是：将所述材料通过圆形通道23或者圆形通道32，然后通过旋转所述T型螺栓22或者所述T型螺栓31对材料进行固定；
(3)固定好所述网盖2；
(4)将立方体试模3固定在振动台4上；
(5)设置好振动台4的振动频率及时间；
(6)启动振动台4；
(7)当振动台4停止工作，卸下网盖2；
(8)等待一段时间后(例如可选为24小时后)，对试样表面进行刮平脱模及养护。
进一步的，所述步骤(1)中的所述材料为根系和土，所述的复合试样为根土复合试样，所述根系选择新鲜活根或者死根或者类似根的替代物，所述土按为按照实验要求制作的具有一定含水率的土。其材料根据具体根据复合试样的种类有所变化。
进一步的，在所述步骤(2)中，根系端点可选择任意位置，模拟不同分布形态；根系的最大直径应不大于圆形通道的直径，否则无法固定，用以模拟不同根直径；固定根数代表根的数量，用来模拟不同根数对复合土的影响。
此外，在所述步骤(3)中，所述网盖2的网格直径大于所述土的最大粒径，以方便土落入立方体试模3中。
值得一提的是，本申请的上底面和侧面设置的T型结构物能够有效地模拟根分布中常见的水平、垂直状态；当然，如果复合试样有所变化(如为建筑材料中的加筋复合土及加筋混凝土等类似物)，或者需要模拟倾斜的状态的情况，则可以使用其它的如六面体、八面体之类的多面体代替上述的立方体试模3，并在多面体面上设置固定结构以固定试样，且其T型结构物可以是多行多列排布的，可以是规则的等间距分布，也可是不规则的分布，具体情况根据制备要求进行设置。最后，经过申请人的试验可知，本发明的装置特别适用于根系复合土的制备或者测试，当然也可以用于测试其它的建筑材料等复合试样。
为凸显本发明的优点，现对本发明的装置及其方法的原理做出如下说明：
(1)传统捣实方法，如导棒容易弄断根系，而本发明的装置利用可控制频率及时间振动台振实成样，试样制样时间相同，振动频率一样。
(2)通过试模侧面特殊构造物可以固定根系，模拟不同分布状态的根系，也可以模拟不同直径根系加筋作用，小于通道根系都能被螺栓固定。
(3)给料机按程序固定给料，保证每次给料相同，即试样质量相同。
(4)试模加网盖，一方面给料机土样能筛入立方体模具内进行振动成型，一方面，网格上特殊构造物能固定根系进行制样，模拟不同分布状态根系。
(5)给料机振动能量来至振动台，给料机的给料漏斗固定在振动台上，能够通过振动来下料，从而实现一机两用，能够节约能源。
要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。
Claims (6)
1.一种制备复合试样的装置，其特征在于，所述装置包括依次从下到上设置的振动台、立方体试模、网盖和给料机，所述立方体试模固定在振动台上，所述网盖固定在所述立方体试模上，所述给料机能够精准给料到所述网盖，通过所述网盖上设置的网格进入到立方体试模的内部，所述立方体试模的侧面上和所述网盖上都等距离布置有至少一行和至少一列以上的T型结构物，所述T型结构物包括圆形通道和连接在所述圆形通道上的T型螺栓，通过所述圆形通道能够连通立方体试模的内部，所述圆形通道的圆环上设有能够与T型螺栓进行螺纹连接的螺纹孔；所述给料机包括给料漏斗，所述给料漏斗固定在振动台上，所述给料机的振动能量来自振动台；所述复合试样具体是根系复合土；根系的最大直径应不大于圆形通道的直径，否则无法固定，用以模拟不同根直径；根系的固定根数代表根的数量，用来模拟不同根数对复合土的影响；所述网盖的四角通过螺栓固定在所述立方体试模的上底面的四角上，且所述网盖上的T型结构物位于所述网格之间的交点处，所述网盖的网格直径大于所述土的最大粒径，以方便土落入立方体试模中；所述振动台包括了电磁吸铁台面、弹簧，振动器以及槽钢底座，弹簧的一端和振动器设置于槽钢底座上，弹簧的另一端与电磁吸铁台面连接，其中振动器用于振动电磁吸铁台面。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述振动台用于试样的振动成型，振动台的频率、振动时间能够调节。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述立方体试模的尺寸是70.7mm*70.7mm*70.7mm、100mm*100mm*100mm、150mm*150mm*150mm中的一种，且所述立方体试模的侧面上和所述网盖上都等距离布置至少3行3列的所述T型结构物。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述立方体试模通过加装螺栓的方式或者通过磁吸的方式自行固定在所述振动台上。
5.一种制备复合试样的方法，所述方法使用如权利要求1-4中任一项所述的制备复合试样的装置来实现，其特征在于，包括如下步骤：
(1)收集制备所述复合试样的材料；
(2)通过位于立方体试模的侧面上或者网盖上的T型结构物将材料固定住，固定方具体式是：将所述材料通过T型结构物的圆形通道，然后通过旋转所述T型螺栓对材料进行固定；
(3)固定好所述网盖；
(4)将立方体试模固定在振动台上；
(5)设置好振动台的振动频率及时间；
(6)启动振动台；
(7)在振动台停止工作后，卸下网盖；
(8)等待一段时间后，对试样表面进行刮平脱模及养护。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中的所述材料为根系和土，所述的复合试样为根系复合土，所述根系选择新鲜活根或者死根或者类似根的替代物，所述土为按照实验要求制作的具有一定含水率的土。
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