CN110987561A - 一种砂土制样装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种砂土制样装置及方法，涉及岩土力学三轴试验试样制备技术领域。砂土制样装置包括装样装置与限高装置，装样装置包括容置腔，容置腔用于盛放试样且横截面积为设定值，容置腔的壁面上设有密封槽，密封槽内设置有密封环。限高装置位于装样装置的上方，用于将试样压实到预设高度。容置腔的内壁上环设有通气槽，通气槽内填充有透气环。设置透气环一方面可避免制样时砂土被挤压至通气槽内造成试样体积变化，另一方面保证装样装置内的气体经过透气环排出。本发明还提供了一种砂土制样方法，采用上述的砂土制样装置。使用砂土制样装置可得到预设高度的固定体积的试样，此试样的孔隙比接近理论值，为后续砂土性质测试的可靠性提供了保障。

Description

一种砂土制样装置及方法

技术领域

本发明属于岩土力学三轴试验试样制备技术领域，尤其涉及一种砂土制样装置及方法。

背景技术

砂土的三轴试验是了解砂土力学特性的基本手段。通过砂土的三轴试验可以掌握不同密实度的砂土的强度、剪胀特性等特性。这些特性与砂土的密实度相关。砂土制备的质量直接影响砂土的密实度，从而影响砂土的三轴试验的结果，进而对砂土的强度及剪胀特性等特性的判断产生影响。而能否精确控制砂土的孔隙比直接影响了砂土制备的质量。

常见的砂土的三轴试验方法，将称取定量的砂土置于固定容器进行压实，得到固定体积的试样。由于在压实过程中，砂土中的气体需要排出，固定容器的内壁上开设有通气槽，但是通气槽的开设使得试样制备过程中砂土受挤压容易进入通气槽中，从而导致无法根据固定容器的内径精确计算砂土体积，从而砂土的实际孔隙比与理论孔隙比产生偏差，最终导致对砂土的特性产生误判。

发明内容

本发明的目的在于提供一种砂土制样装置及方法，解决了砂土制样装置由于开设通气孔槽导致制备试样时砂土被挤压至通气孔槽，并且试样的设定高度无法准确获得，从而得到的试样体积不准确，造成实际孔隙比偏离理论孔隙比的实验误差，最终导致砂土特性误判的问题。

如上构思，本发明所采用的技术方案是：

一种砂土制样装置，包括：

装样装置，包括容置腔，所述容置腔用于盛放试样，所述容置腔的横截面积为设定值，所述容置腔的内壁上环设有通气槽，所述容置腔的底部的壁面上开设有密封槽，所述密封槽内设置有密封环；

透气环，填充于所述通气槽内；及

限高装置，所述限高装置被配置为将所述试样压实到预设高度。

可选地，所述装样装置包括可拆卸连接的两个对开模，两个所述对开模能够围成所述容置腔。

可选地，所述对开模呈半圆环形，所述容置腔为圆柱腔，所述密封槽为O型圈槽。

可选地，至少一个对开模上开设有抽气孔，抽气孔的一端与通气槽连通，另一端与外界连通。

可选地，所述容置腔的壁面上覆盖有隔膜。

可选地，所述装样装置还包括第一紧固件，两个所述对开模通过所述第一紧固件固定连接。

可选地，所述限高装置包括：

支撑板，设置于所述装样装置的上方，所述支撑板上开设有通孔；

导向杆，滑动穿设于所述通孔中；

压样板，设置于所述导向杆的一端，所述压样板的有效面积与所述容置腔的横截面积相等，所述导向杆能够带动所述压样板于所述容置腔内滑动以将所述试样压实到预设高度。

可选地，所述限高装置还包括限位件，所述限位件与所述导向杆螺纹连接，所述限位件能够与所述支撑板远离所述装样装置的一侧抵接。

可选地，所述支撑板的高度可调节，所述限高装置还包括支撑杆，所述支撑板上设置有连接孔，所述支撑杆滑动穿设于所述连接孔，所述支撑板通过第二紧固件与所述支撑杆锁紧。

一种砂土制样方法，采用上述的砂土制样装置，包括以下步骤：

S1:将透气环填充于装样装置的容置腔中的通气槽内；

S2:装填设定质量的试样于容置腔内；

S3:将限高装置布设于装样装置的上方，操作限高装置压实试样达到预设高度。

本发明的有益效果：

本发明提供了一种砂土制样装置，其包括装样装置与限高装置，装样装置包括用于盛放试样的容置腔，并且容置腔的横截面积为设定值，容置腔的底部的壁面上设有密封槽，密封槽内设置有密封环以保证容置腔内的密封性。限高装置位于装样装置的上方，限高装置用于将试样压实到预设高度。容置腔的内壁上环设有通气槽，通气槽内填充有透气环。设置透气环一方面可避免制样时砂土被挤压至通气槽内造成试样的体积变化，另一方面可保证装样装置内的气体可经过透气环排出。通过使用砂土制样装置可得到预设高度的固定体积的试样，从而使得试样的孔隙比接近理论值，为后续砂土性质测试结果的准确度提供了保障。

附图说明

图1是装样装置的剖面图；

图2是一个对开模的正视图；

图3是限高装置的结构示意图。

图中：

11、底座；12、对开模；121、通气槽；122、抽气孔；123、引水孔槽；124、密封槽；125、环形凹槽；126、上透水石限位槽；

21、支撑板；22、导向杆；23、压样板；24、限位件；25、支撑杆；

3、透气环；4、隔膜；5、上透水石；6、下透水石；7、密封环。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定及限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定及限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一及第二特征直接接触，也可以包括第一及第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”及“上面”包括第一特征在第二特征正上方及斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”及“下面”包括第一特征在第二特征正下方及斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

本发明实施例提供一种砂土制样装置，包括装样装置和限高装置。装样装置用于盛放试样及固定试样的横截面为特定形状，限高装置位于装样装置的上方，用于将试样压实到预设高度。通过装样装置和限高装置可得到体积固定且孔隙比精确的试样。

如图1和图2所示，装样装置包括盛放砂土的容置腔，容置腔的横截面积为设定值，以得到特定形状的试样横截面。在本实施例中，容置腔由可拆卸连接的两个对开模12围成。根据现有试验装置的底座11，可以设置对开模12的尺寸，底座11能够封堵容置腔的底端端口。

在本实施例中，对开模12呈半圆环形，容置腔为圆柱腔，当然也可以改变对开模12的横截面形状以得到其他形状的容置腔，比如方形的容置腔。但是为了减小应力集中，一般采用圆柱形的试样。对开模12能够打开或合拢，打开时便于试样的取出及对开模12的收纳，合拢时以形成容置腔的腔壁。

为了对合拢后的对开模12进行固定，通过第一紧固件将两个对开模12进行固定。在本实施例中，第一紧固件为环形紧箍件，两个对开模12围成一个圆筒且圆筒的外壁上开设有环形凹槽125，环形紧箍件设置于环形凹槽125中，从而使得合拢后的两个对开模12牢固对接。

进行装填试样之前，于容置腔的壁面上覆盖隔膜4以使试样与容置腔的壁面隔开。在本实施例中，装样装置端口的外壁设置为凸台结构，用于将延伸出容置腔的隔膜4翻转并捆设于凸台处。

为了使试样的横截面形状与容置腔的横截面形状一致，需使隔膜4紧密贴合容置腔的壁面，从而需将隔膜4与容置腔的壁面之间的气体排除，故于装样装置上开设抽气孔122。具体地，至少一个对开模12上开设有抽气孔122。需要排除气体时，将抽气孔122与真空泵相连，真空泵抽取装样装置内的气体直至呈真空状态，最终使得试样贴紧容置腔的壁面。在本实施例中，每个对开模12上各开设有一个抽气孔122，并对称设置，从而加快气体的排出。

容置腔的内壁上环设有通气槽121，抽气孔122的一端与通气槽121连通，另一端与外界连通。通气槽121的开设增大装样装置内部的气体流通空间，通气槽121环绕于容置腔的壁面，利于气体的循环流通，加快气体的收集、排除。

通气槽121内填充透气环3，一方面保证开设通气槽121处容置腔的横截面积不发生改变，另一方面透气环3的透气性使容置腔内的气体通过透气环3流动到抽气孔122，利于收集、排除容置腔内的气体。在本实施例中，透气环3优选为烧结性材质的透气环3。

在本实施例中，环形凹槽125开设有两个，分别位于抽气孔122的两侧。当然，还可以根据情况选择环形凹槽125的个数及开设位置，从而方便紧固两个对开模12，在此不再赘述。

为保证装样装置的气密性，两个对开模12的接触面之间设置有密封件。密封件优选为柔性膜以保证装样装置的气密性。

进一步地，为了保证容置腔与底座11连接处的密封性，容置腔的底部的壁面上开设有密封槽124，密封槽124内设置有密封环7，密封环7能够套设于覆盖有隔膜4的底座11上，从而保证了容置腔底部的密封性。在本实施例中，由于容置腔为圆柱腔，故密封槽124优选为O型圈槽，对应地，密封环7为O型密封环。

此外，还设置有上透水石5和下透水石6，上透水石5设置于试样的上端，下透水石6设置于试样的下端即夹设于底座11与试样之间。试样内部的水分能够分别从上透水石5和下透水石6中渗出进而排出。在本实施例中，对开模12端口处的内壁上开设有上透水石限位槽126，上透水石5能够卡设于上透水石限位槽126，防止试样失水下移引起上透水石5的下移，从而避免引起试样的孔隙比改变。

进一步地，装样装置的底端开设有引水孔槽123，引水孔槽123用于将装样装置内部的水流导出，从而方便快捷地排出装样装置内部的水分。

如图3所示，利用限高装置将试样击实到设定高度。限高装置包括支撑板21、导向杆22、压样板23及限位件24。支撑板21设置于装样装置上方，支撑板21上开设有通孔，导向杆22滑动穿设于通孔中，压样板23设置于导向杆22的一端，导向杆22能够带动压样板23于容置腔内滑动，压样板23的有效面积与容置腔的横截面积相等，限位件24设置于导向杆22上，限位件24能够与支撑板21远离装样装置的一侧抵接。导向杆22能够沿竖直方向上下移动，并带动压样板23作用于容置腔内的试样，使得试样被压实。限位件24抵接支撑板21从而限定导向杆22在竖直方向的位移，进而确定了试样的高度。在本实施例中，压样板23与导向杆22一体化连接。

进一步地，限位件24与导向杆22螺纹连接。限位件24可沿导向杆22长度延伸方向螺旋移动并锁紧于某一位置处，从而能够调节导向杆22在竖直方向的位移，根据需要确定限位件24的位置，进而可使得试样保持至设定的高度，使用限高装置击实试样时，可采用振动击实的方法也可采用夯实击实的方法，在此不再赘述。在本实施例中，限位件24为螺母，导向杆22上设置外螺纹，螺母能够与外螺纹锁紧。

进一步地，支撑板21的高度可调节。具体地，限高装置还包括支撑杆25和第二紧固件，支撑板21上设置有连接孔，支撑杆25滑动穿设于连接孔，支撑板21通过第二紧固件与支撑杆25锁紧。

在本实施例中，支撑板21为三角板，三角板的三个顶角处开设有连接孔，连接孔为螺纹孔，三个支撑杆25上设置外螺纹，外螺纹沿支撑杆25长度方向的长度大于螺纹孔的长度，三个支撑杆25分别穿设于螺纹孔中。支撑板21可相对支撑杆25上下移动，从而实现了支撑板21沿竖直方向高度的改变，在预设的高度处使用防松螺母使支撑杆25与支撑杆25锁紧。限高装置的支撑板21竖直高度可调，可与不同轴向长度的装样装置匹配，适用性广。

在本实施例中，限高装置还包括水平仪，以保证支撑板21的水平。将水平仪工作面紧贴支撑板21的上表面。在本实施例中，水平仪优选为气泡水平仪，能够快捷高效地确定支撑板21是否水平放置。

使用水平仪之前进行零位校验，先将水平仪放在平板上，读取气泡的刻度大小，然后将水平仪反转置于同一位置，再读取其刻度大小，若读数相同，即表示水平仪底座与气泡管相互间的关系是正确的。否则，需用微调螺丝调整直到读数完全相同，才可作测量工作。校验完毕后，待气泡稳定后方可读数，当支撑板21发生倾斜时，水平仪的水准管中气泡就向水平仪升高的一端移动，调整支撑板21使其获得水平状态。

本实施例还提供一种砂土制样方法，具体包括以下步骤：

首先，将隔膜4覆盖在现有试验装置的底座11上，并在底座11上安装密封环7，将下透水石6放置在底座11上。

接下来，将两个对开模12对接以形成容置腔，同时将透气环3填充于容置腔的通气槽121内。

然后，利用底座11封堵容置腔的底端端口，使得密封环7嵌入密封槽124中，将环形紧箍件安装于环形凹槽125中，并上紧环形紧箍件。将容置腔的壁面上覆盖隔膜4，并将延伸出容置腔的隔膜4外翻并捆扎于凸台处。

随后，将真空泵连接于抽气孔122，开启真空泵，抽取隔膜4与容置腔的壁面之间的空气至真空状态。

接下来，向容置腔内装填确定质量的试样并击实试样以得到确定高度的试样。将限高装置布设在装样装置上端，并将支撑板21调整为水平，将导向杆22缓慢释放使压样板23击实试样，使试样达到设定高度。

最后，将上透水石5安装在上透水石限位槽126中，完成试样制备。

以上实施方式只是阐述了本发明的基本原理及特性，本发明不受上述实施方式限制，在不脱离本发明精神及范围的前提下，本发明还有各种变化及改变，这些变化及改变都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种砂土制样装置，其特征在于，包括：

装样装置，包括容置腔，所述容置腔用于盛放试样，所述容置腔的横截面积为设定值，所述容置腔的内壁上环设有通气槽(121)，所述容置腔的底部的壁面上开设有密封槽(124)，所述密封槽(124)内设置有密封环(7)；

透气环(3)，填充于所述通气槽(121)内；及

限高装置，所述限高装置被配置为将所述试样压实到预设高度。

2.根据权利要求1所述的砂土制样装置，其特征在于，所述装样装置包括可拆卸连接的两个对开模(12)，两个所述对开模(12)能够围成所述容置腔。

3.根据权利要求2所述的砂土制样装置，其特征在于，所述对开模(12)呈半圆环形，所述容置腔为圆柱腔，所述密封槽(124)为O型圈槽。

4.根据权利要求2所述的砂土制样装置，其特征在于，至少一个所述对开模(12)上开设有抽气孔(122)，所述抽气孔(122)的一端与所述通气槽(121)连通，另一端与外界连通。

5.根据权利要求1所述的砂土制样装置，其特征在于，所述容置腔的壁面上覆盖有隔膜(4)。

6.根据权利要求2所述的砂土制样装置，其特征在于，所述装样装置还包括第一紧固件，两个所述对开模(12)通过所述第一紧固件固定连接。

7.根据权利要求1-6任一项所述的砂土制样装置，其特征在于，所述限高装置包括：

支撑板(21)，设置于所述装样装置的上方，所述支撑板(21)上开设有通孔；

导向杆(22)，滑动穿设于所述通孔中；

压样板(23)，设置于所述导向杆(22)的一端，所述压样板(23)的有效面积与所述容置腔的横截面积相等，所述导向杆(22)能够带动所述压样板(23)于所述容置腔内滑动以将所述试样压实到预设高度。

8.根据权利要求6所述的砂土制样装置，其特征在于，所述限高装置还包括限位件(24)，所述限位件(24)与所述导向杆(22)螺纹连接，所述限位件(24)能够与所述支撑板(21)远离所述装样装置的一侧抵接。

9.根据权利要求7所述的砂土制样装置，其特征在于，所述支撑板(21)的高度可调节，所述限高装置还包括支撑杆(25)，所述支撑板(21)上设置有连接孔，所述支撑杆(25)滑动穿设于所述连接孔，所述支撑板(21)通过第二紧固件与所述支撑杆(25)锁紧。

10.一种砂土制样方法，其特征在于，采用权利要求1-9任一所述的砂土制样装置，包括以下步骤：

S1:将透气环(3)填充于装样装置的容置腔中的通气槽(121)内；

S2:装填设定质量的试样于容置腔内；

S3:将限高装置布设于装样装置的上方，操作限高装置压实试样达到预设高度。

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