CN110296875B - 一种用于路基土干湿循环试验的击实样筒及操作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于路基土干湿循环试验的击实样筒及操作方法，包括样筒内模、样筒外模、样筒底座、套筒、筒内垫块、渗水条块、固定环、筒外垫块，样筒内模安放在样筒底座的圆形卡槽内，筒内垫块安放在样筒内模底部，样筒外模按凸棱与凹槽对应嵌套在样筒内模外部，套筒安放在样筒外模顶部，组成复合制样样筒；卸下样筒底座和套筒，在装有路基土试样的样筒底部安放筒外垫块，从上到下脱去样筒外模，形成含路基土试样内模样筒；将渗水条块逐一装入凹槽，再将固定环安装在嵌有渗水条块的样筒内模表面，形成干湿循环试验样筒，通过渗水条块及试样上表面一起联合浸水脱水，结构实用、方法高效，可实现路基土试样干湿循环过程的快速均匀、定量控制。

Description

一种用于路基土干湿循环试验的击实样筒及操作方法

技术领域

本发明属于公路土工试验技术领域，具体涉及一种用于路基土干湿循环试验的击实样筒及操作方法。

背景技术

在公路土工试验中，样筒是最常用的试验装置之一，击实样筒一般为钢制的圆柱形空心筒。在干湿循环试验中，目前主要采用常规的击实样筒，由于传统击实样筒侧壁不透水，采用这种样筒制备的路基土试样进行干湿循环试验，通常渗水脱水很缓慢，同时干湿循环过程中试样内部水分不均匀。

为了解决这些问题，现有的技术对传统的样筒及制样过程进行的一些改进，主要有两种方式，一种是在传统样筒侧壁增加渗水通道，比如在侧壁开孔，形成类似于滤水管的结构，这种结构一定程度上加速了试样的浸水脱水过程，但制样过程中容易堵塞滤孔，同时进水量不易定量控制。另一种方式是不改变传统样筒侧壁，在路基土试样制备后，在土样内部增加渗水通道，比如在试样中增加微型沙井，作为渗水通道，这种方式也可以有效加速干湿过程，但是对路基土试样结构有一定的扰动，可能影响试验结果，同时备样操作过程较为复杂，操作不太方便。为此，有待继续研发可加快土样渗水脱水的干湿循环试验样筒及操作方法。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的之一是在于提供了一种用于路基土干湿循环试验的击实样筒，该结构与现行公路土工试验对接，性能可靠、经济实用、适用性广，可用于公路路基土击实试验、干湿循环试验、CBR试验等的制样备样。

本发明的目的之二是在于提供了一种用于路基土干湿循环试验的击实样筒的操作方法，本方法对接公路土工干湿循环试验，最大限度模拟客观状态，实现土样无扰动、快速渗水脱水、浸水脱水土样内部含水率均匀分布，同时兼顾技术实用性，实现定量控制试样的进水量，方便清理和维护渗水通道，避免渗水通道堵塞。

为进一步实现上述第一目的，本发明采用以下技术方案：一种用于路基土干湿循环试验的击实样筒，包括样筒内模、样筒外模、样筒底座、套筒、筒内垫块、渗水条块、固定环、筒外垫块，所述样筒内模为不锈钢制圆柱形空心筒，其侧壁按环形等间距分布若干凹槽；所述样筒外模为不锈钢制圆柱形空心筒，其内侧壁分布有与所述凹槽数目及分布相同的凸棱；所述样筒底座由底座、固定螺杆、固定螺母组成，所述底座为不锈钢制作的圆盘，所述圆盘上部设置有一个同心的圆形卡槽；所述套筒为不锈钢制圆柱形空心筒，其底部设置有一圆环形卡槽；所述筒内垫块为一圆柱形铁块；所述渗水条块为透水板和隔水垫组成的条块，用于样筒侧壁的渗水脱水通道；所述固定环为不锈钢质套环，用于固定渗水条块和样筒内模；所述筒外垫块为一带卡槽A的圆柱形铁块，卡槽A的横断面形状及分布与样筒内模的凹槽相同；

所述样筒内模安放在所述样筒底座的圆形卡槽内，所述筒内垫块安放在所述样筒内模底部，所述样筒外模按凸棱与凹槽一一对应嵌套在所述样筒内模外部，所述套筒安放在所述样筒外模的顶部，组成复合制样样筒；路基土试样制备在复合制样样筒中，卸下所述样筒底座和套筒，在装有路基土试样的样筒底部安放筒外垫块，从上到下脱去样筒外模，形成含路基土试样内模样筒；将渗水条块逐一装入含路基土试样内模样筒的凹槽，再将固定环安装在嵌有渗水条块的样筒内模表面，形成含路基土试样的干湿循环试验样筒。

作为上述技术方案的改进，在本发明的一个实施例中，所述样筒内模的内部直径为152mm、高170mm、壁厚8mm，侧壁按环形等间距分布有3～6个凹槽，凹槽高130mm，横截面为环弧形，内侧弧长5～10mm，侧壁外部对称安装一对内模把手，内模把手为长方体铁块，长30mm、宽20mm、厚5mm、距离端面2cm，中间开有一个5mm宽的卡槽B。

作为上述技术方案的改进，在本发明的一个实施例中，所述样筒外模的内部直径为168mm、高125mm、壁厚5mm，凸棱高130mm，横截面为环弧形，内侧弧长5～10mm，侧壁外部对称安装一对外模把手，外模把手为长方体铁块，长30mm，宽20mm，厚5mm，中间开有一个5mm宽的卡槽B。

作为上述技术方案的改进，在本发明的一个实施例中，所述圆盘的外径为228mm，厚度10mm，圆盘上部有一个同心的圆形卡槽，圆形卡槽直径为168mm，高2mm；所述固定螺杆为钢制圆柱，直径为5mm，高210mm，两固定螺杆沿圆盘直径对称分布，距圆盘外延15mm；所述固定螺母与固定螺杆配套。

作为上述技术方案的改进，在本发明的一个实施例中，所述套筒的内部直径为152mm、高50mm、壁厚13mm，圆环形卡槽外径为168mm，高2mm，套筒外壁对称安装一对套筒把手，套筒把手为长方体铁块，长30mm，宽20mm，厚5mm，中间开有一个宽5mm的卡槽B。

作为上述技术方案的改进，在本发明的一个实施例中，所述筒内垫块的直径为152mm，厚50mm。

作为上述技术方案的改进，在本发明的一个实施例中，所述渗水条块长130mm，渗水条块横截面为环弧形；透水板为三维塑料排水板或透水石，厚度为5mm，位于环弧形截面短边侧；隔水垫为软橡胶，厚度为3mm，位于环弧形截面长边侧；透水板与隔水垫通过高粘密封胶粘结为一体。

作为上述技术方案的改进，在本发明的一个实施例中，所述固定环的环形内部直径为168mm，高20mm，厚5mm。

为进一步实现上述第二目的，本发明采用以下技术方案：一种用于路基土干湿循环试验的击实样筒的操作方法，包括如下步骤：

步骤1、将样筒内模放在样筒底座的圆形卡槽上，将筒内垫块放入样筒内模底部，将样筒外模按凸棱与凹槽一一对应嵌套在样筒内模外部，将套筒安放在样筒外模顶部，组成复合制样样筒；

步骤2、采用击实制样或静压制样方法，往复合制样样筒中压入试验条件要求的路基土试样；

步骤3、在装有路基土试样的样筒底部放一个筒外垫块，采用土工试验脱模机，从上到下滑出样筒外模，形成装有路基土试样的内模样筒；

步骤4、向装有路基土试样的内模样筒的凹槽中，逐一嵌入渗水条块；

步骤5、在嵌好渗水条块的样筒内模外壁上装入固定环，形成用于干湿循环试验的试件；

步骤6、干湿循环试验浸水时，从路基土试样顶部加入所需的水量，水从路基土试样顶部及样筒侧壁渗水通道浸入路基土试样内部；脱水时，热风作用下，路基土试样内部的水分从侧壁渗水通道及顶部蒸发；

步骤7、干湿循环试验完成后，对路基土试样进行回弹模量等土工试验；

步骤8、路基土试样测试结束后，采用脱模机先脱去岩土体，再卸下固定环，最后卸下渗水条块，结束试验或进行下一次干湿循环制样备样。

为了对接公路土工干湿循环试验，加速土样的渗水及脱水过程，本技术在现有技术基础上，在样筒内部布置了若干个渗水通道，通过增加渗水途径来实现加快土样渗水脱水，缩短干湿循环周期。同时考虑到土样制备过程中，尤其采用击实制样法对样筒侧壁渗水条块的破坏，本技术在确保试样不扰动的前提下，将制样过程和干湿循环过程样筒结构分离，采用双层样筒结构，制样过程中采用钢制的样筒内模、外模组成的复合样筒，浸水脱水过程，采用样筒内模和渗水条块组成的镶嵌样筒，这两个过程中始终保持样筒内模和路基土试样不扰动，有利保证了模拟试验备样过程的可靠度和准确性。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

(1)土样快速渗水脱水。与传统击实样筒相比，本技术在样筒内部布置了若干个渗水通道，通过增加渗水途径来实现加快土样渗水脱水，缩短干湿循环周期。

(2)试样结构不扰动。与现有的试样增设微型沙井技术、及备用过程中更换样筒技术相比，本技术将制样过程和干湿循环过程样筒结构分离，采用双层样筒结构，制样过程和浸水脱水过程转换过程中，始终由样筒内模保护路基土试样，有效避免了试样结构的扰动。

(3)渗水通道无堵塞。与现有的滤管式样筒相比，本技术采用双层样筒结构，制样过程中采用钢制的样筒内模、外模组成的复合样筒，有效避免了渗水通道在制样时的堵塞孔道现象，同时可拆卸的渗水条块，方便渗水通道的清理和维护。

(4)便于试样进水量的定量控制。与现有的滤管式样筒将侧壁渗水通道与试样顶部底部渗水通道分离不同，本技术将侧壁渗水通道和底部渗水面连为一体，浸水时，从试样顶部加入所需的水量，水从试样顶部及样筒侧壁渗水通道浸入路基土试样内部，可以实现进水量的定量控制。

(5)实现土样浸水脱水均匀分布。与现有的滤管式样筒不同，本发明增设的竖向渗水条块通道，考虑渗水通道的水力影响范围，优化渗水条块的数量及分布，同时联合试样顶底面渗水通道，形成近似全表面渗水脱水的通道，使浸水脱水后试样内部含水率均匀分布。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，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它附图。

图1为本发明用于路基土干湿循环试验的击实样筒的结构示意图；

图2为本发明含路基土试样内模样筒的结构示意图；

图3为本发明干湿循环试验样筒的结构示意图；

图4为本发明样筒内模的结构示意图；

图5为本发明样筒外模的结构示意图；

图6为本发明套筒的结构示意图；

图7为本发明筒内垫块的结构示意图；

图8为本发明样筒底座的结构示意图；

图9为本发明筒外垫块的结构示意图；

图10为本发明渗水条块的结构示意图；

图11为本发明固定环的结构示意图。

附图标记说明：1-样筒内模，2-样筒外模，3-样筒底座，4-套筒，5-筒内垫块，6-路基土试样，7-凹槽，8-凸棱，9-1内模把手，9-2外模把手，9-3套筒把手，10-固定螺杆，11-固定螺母，12-筒外垫块，13-渗水条块，14-固定环，15-隔水垫，16-透水板。

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作出创造性劳动的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。

本发明实施例提供的用于路基土干湿循环试验的击实样筒，如图1-11所示，由样筒内模1、样筒外模2、样筒底座3、套筒4、筒内垫块5、渗水条块13、固定环14、筒外垫块12构成，样筒内模1安放在样筒底座3的圆形卡槽上，筒内垫块5安放在样筒内模1底部，样筒外模2按样筒外模凸棱8与样筒内模凹槽7一一对应嵌套在样筒内模1外部，套筒4安放在样筒外模2顶部，组成复合制样样筒；路基土试样6制备在复合制样样筒中，卸下样筒底座3、套筒4，在装有路基土试样6的样筒底部3安放筒外垫块12，从上到下脱去样筒外模2，形成含路基土试样内模样筒；将渗水条块13逐一装入含路基土试样内模样筒凹槽7，再将固定环14安装在嵌有渗水条块13的样筒内模1表面，形成含路基土试样6的干湿循环试验样筒。具体的，样筒外模2顶部设置有卡槽，参看附图3中位于上部的虚线，卡槽用于将套筒4卡住，不让其移位。

本发明一实施例中，所述样筒内模1为不锈钢制圆柱形空心筒，内部直径为152mm、高170mm、壁厚8mm，侧壁按环形等间距分布有3～6个凹槽7，凹槽7高130mm，横截面为环弧形，内侧弧长5～10mm，侧壁外部对称安装一对内模把手9-1，内模把手9-1为长方体铁块，长30mm、宽20mm、厚5mm、距离端面2cm，中间开有一个5mm宽的卡槽B。

本发明一实施例中，所述样筒外模2为不锈钢制圆柱形空心筒，内部直径为168mm、高125mm、壁厚5mm，侧壁内侧分布有与样筒内模凹槽7数目及分布相同的凸棱8，凸棱8高130mm，横截面为环弧形，内侧弧长5～10mm，侧壁外部对称安装一对外模把手9-2，外模把手9-2为长方体铁块，长30mm，宽20mm，厚5mm，中间开有一个5mm宽的卡槽B。

本发明一实施例中，所述样筒底座3，由底座、固定螺杆10、固定螺母11组成；所述底座为不锈钢制作的圆盘，外径为228mm，厚度10mm，圆盘上部有一个同心的圆形卡槽，圆形卡槽直径为168mm，高2mm；所述固定螺杆10为钢制圆柱，直径为5mm，高210mm，两固定螺杆10沿圆盘直径对称分布，距圆盘外延15mm；所述固定螺母11与固定螺杆10配套，用于固定内模把手9-1、外模把手9-2、以及套筒把手9-3。

本发明一实施例中，所述套筒4为不锈钢制圆柱形空心筒，内部直径为152mm、高50mm、壁厚13mm，套筒4底部有一圆环形卡槽，圆环形卡槽外径为168mm，高2mm，套筒4外壁对称安装一对套筒把手9-3，套筒把手9-3为长方体铁块，长30mm，宽20mm，厚5mm，中间开有一个宽5mm的卡槽B。

本发明一实施例中，所述筒内垫块5为一圆柱形铁块，直径为152mm，厚50mm。

本发明一实施例中，所述渗水条块13为透水板16和隔水垫15组成的条块，用作样筒侧壁的渗水脱水通道，条块长130mm，条块横截面为环弧形；透水板16为三维塑料排水板或透水石，厚度为5mm，位于环弧形截面短边侧；隔水垫15为软橡胶，厚度为3mm，位于环弧形截面长边侧；透水板16与隔水垫15通过高粘密封胶粘结为一体。

本发明一实施例中，所述固定环14为不锈钢质套环，用于固定渗水条块13和样筒内模2，固定环14环形内部直径为168mm，高20mm，厚5mm。

本发明一实施例中，所述筒外垫块12为一带卡槽A的圆柱形铁块，直径为168mm，厚50mm，卡槽A的横断面形状及分布与样筒内模1凹槽相同，卡槽A便于将试样脱离出装置。

如图1-11所示，本发明实施例提供的用于路基土干湿循环试验的击实样筒的操作方法，包括如下步骤：

步骤1、将样筒内模1放在样筒底座3的圆形卡槽上，将筒内垫块5放入样筒内模1底部，将样筒外模2按样筒外模凸棱8与样筒内模凹槽7一一对应嵌套在样筒内模1外部，将套筒4安放在样筒外模2顶部，组成复合制样样筒；

步骤2、采用击实制样或静压制样方法，往复合制样样筒中压入试验条件要求的路基土试样6；

步骤3、在装有路基土试样6的样筒底部放一个筒外垫块12，采用土工试验脱模机，从上到下滑出样筒外模2，形成装有路基土试样6的内模样筒；

步骤4、向装有路基土试样6的内模样筒的凹槽7中，逐一嵌入渗水条块13；

步骤5、在嵌好渗水条块13的样筒内模1外壁上装入固定环14，形成用于干湿循环试验的试件；

步骤6、干湿循环试验浸水时，从试样顶部加入所需的水量，水从路基土试样6顶部及样筒侧壁渗水通道浸入路基土试样6内部；脱水时，热风作用下，路基土试样6内部的水分从侧壁渗水通道及顶部蒸发；

步骤7、干湿循环试验完成后，对路基土试样6进行回弹模量等土工试验；

步骤8、路基土试样6测试结束后，采用脱模机先脱去岩土体，再卸下固定环14，最后卸下渗水条块13，结束试验或进行下一次干湿循环制样备样。

以上所述是本发明的优选实施方式而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和变动，这些改进和变动也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于路基土干湿循环试验的击实样筒，其特征在于，包括样筒内模、样筒外模、样筒底座、套筒、筒内垫块、渗水条块、固定环、筒外垫块，

所述样筒内模为不锈钢制圆柱形空心筒，其侧壁按环形等间距分布若干凹槽；所述样筒外模为不锈钢制圆柱形空心筒，其内侧壁分布有与所述凹槽数目及分布相同的凸棱；所述样筒底座由底座、固定螺杆、固定螺母组成，所述底座为不锈钢制作的圆盘，所述圆盘上部设置有一个同心的圆形卡槽；所述套筒为不锈钢制圆柱形空心筒，其底部设置有一圆环形卡槽；所述筒内垫块为一圆柱形铁块；所述渗水条块为透水板和隔水垫组成的条块，用于样筒侧壁的渗水脱水通道；所述固定环为不锈钢质套环，用于固定渗水条块和样筒内模；所述筒外垫块为一带卡槽A的圆柱形铁块，卡槽A的横断面形状及分布与样筒内模的凹槽相同；

所述样筒内模安放在所述样筒底座的圆形卡槽内，所述筒内垫块安放在所述样筒内模底部，所述样筒外模按凸棱与凹槽一一对应嵌套在所述样筒内模外部，所述套筒安放在所述样筒外模的顶部，组成复合制样样筒；路基土试样制备在复合制样样筒中，卸下所述样筒底座和套筒，在装有路基土试样的样筒底部安放筒外垫块，从上到下脱去样筒外模，形成含路基土试样内模样筒；将渗水条块逐一装入含路基土试样内模样筒的凹槽，再将固定环安装在嵌有渗水条块的样筒内模表面，形成含路基土试样的干湿循环试验样筒；

样筒外模顶部设置有卡槽，卡槽用于将套筒卡住，不让其移位。

2.根据权利要求1所述的用于路基土干湿循环试验的击实样筒，其特征在于，所述样筒内模的内部直径为152mm、高170mm、壁厚8mm，侧壁按环形等间距分布有3～6个凹槽，凹槽高130mm，横截面为环弧形，内侧弧长5～10mm，侧壁外部对称安装一对内模把手，内模把手为长方体铁块，长30mm、宽20mm、厚5mm、距离端面2cm，中间开有一个5mm宽的卡槽B。

3.根据权利要求1所述的用于路基土干湿循环试验的击实样筒，其特征在于，所述样筒外模的内部直径为168mm、高125mm、壁厚5mm，凸棱高130mm，横截面为环弧形，内侧弧长5～10mm，侧壁外部对称安装一对外模把手，外模把手为长方体铁块，长30mm，宽20mm，厚5mm，中间开有一个5mm宽的卡槽B。

4.根据权利要求1所述的用于路基土干湿循环试验的击实样筒，其特征在于，所述圆盘的外径为228mm，厚度10mm，圆盘上部有一个同心的圆形卡槽，圆形卡槽直径为168mm，高2mm；所述固定螺杆为钢制圆柱，直径为5mm，高210mm，两固定螺杆沿圆盘直径对称分布，距圆盘外延15mm；所述固定螺母与固定螺杆配套。

5.根据权利要求1所述的用于路基土干湿循环试验的击实样筒，其特征在于，所述套筒的内部直径为152mm、高50mm、壁厚13mm，圆环形卡槽外径为168mm，高2mm，套筒外壁对称安装一对套筒把手，套筒把手为长方体铁块，长30mm，宽20mm，厚5mm，中间开有一个宽5mm的卡槽B。

6.根据权利要求1所述的用于路基土干湿循环试验的击实样筒，其特征在于，所述筒内垫块的直径为152mm，厚50mm。

7.根据权利要求1所述的用于路基土干湿循环试验的击实样筒，其特征在于，所述渗水条块长130mm，渗水条块横截面为环弧形；透水板为三维塑料排水板或透水石，厚度为5mm，位于环弧形截面短边侧；隔水垫为软橡胶，厚度为3mm，位于环弧形截面长边侧；透水板与隔水垫通过高粘密封胶粘结为一体。

8.根据权利要求1所述的用于路基土干湿循环试验的击实样筒，其特征在于，所述固定环的环形内部直径为168mm，高20mm，厚5mm。

9.根据权利要求1所述的用于路基土干湿循环试验的击实样筒，其特征在于，所述筒外垫块的直径为168mm，厚50mm。

10.一种用于路基土干湿循环试验的击实样筒的操作方法，采用权利要求1-9中任一项所述的用于路基土干湿循环试验的击实样筒，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、将样筒内模放在样筒底座的圆形卡槽上，将筒内垫块放入样筒内模底部，将样筒外模按凸棱与凹槽一一对应嵌套在样筒内模外部，将套筒安放在样筒外模顶部，组成复合制样样筒；

步骤2、采用击实制样或静压制样方法，往复合制样样筒中压入试验条件要求的路基土试样；

步骤3、在装有路基土试样的样筒底部放一个筒外垫块，采用土工试验脱模机，从上到下滑出样筒外模，形成装有路基土试样的内模样筒；

步骤4、向装有路基土试样的内模样筒的凹槽中，逐一嵌入渗水条块；

步骤5、在嵌好渗水条块的样筒内模外壁上装入固定环，形成用于干湿循环试验的试件；

步骤6、干湿循环试验浸水时，从路基土试样顶部加入所需的水量，水从路基土试样顶部及样筒侧壁渗水通道浸入路基土试样内部；脱水时，热风作用下，路基土试样内部的水分从侧壁渗水通道及顶部蒸发；

步骤7、干湿循环试验完成后，对路基土试样进行回弹模量土工试验；

步骤8、路基土试样测试结束后，采用脱模机先脱去岩土体，再卸下固定环，最后卸下渗水条块，结束试验或进行下一次干湿循环制样备样。