CN110987619B - 一种固化剂稳定水泥土大三轴试样抗拉强度测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种固化剂稳定水泥土大三轴试样抗拉强度测试系统，包括旋转架、线性电机、数显式测力计、鼓风机和试样套环组件，旋转架包括依次连接的电机承载板、旋转板和试样底板，电机承载板顶部固定有线性电机，线性电机具有贯穿电机承载板的升降推杆；试样底板顶部固定有试样套环组件，试样套环组件顶部盖合设有盖板，连接杆顶端与线性电机的升降推杆端部之间连接有数显式测力计；试样套环组件设有贯穿盖板的进气导管，进气导管顶部具有进气端，盖板上设有贯穿盖板的进料管。本发明对于固化剂稳定水泥土试验研究具有重要的实践意义和科研意义，为地基土体的力学性能研究提供实验数据支撑，具有功能多样、操作便捷、节能环保等优点。

Description

一种固化剂稳定水泥土大三轴试样抗拉强度测试系统

技术领域

本发明涉及土工室内试验技术领域，尤其涉及一种固化剂稳定水泥土大三轴试样抗拉强度测试系统。

背景技术

目前，高速公路呈现快速建设的发展趋势，这就对地基土体的力学性能提出了更高要求。通过水泥对土的抗压、抗剪、抗拉等力学性能的研究与改善，将对高速公路的建设提供重要的技术支撑，特别是水泥土在地基加固、边坡处理、渠道防渗、抗渗等方面将有着广泛应用前景。试验研究表明，固化剂可提高水泥稳定土的强度，为了探索固化剂对水泥土抗拉强度的影响规律，设计一种抗拉强度测试装置，并针对不同固化剂剂量、水泥掺量和土料掺量进行充分稳定制样并开展室内单轴直接拉伸试验研究，将具有重要的科研意义。

发明内容

针对现有技术存在的不足之处，本发明的目的在于提供一种固化剂稳定水泥土大三轴试样抗拉强度测试系统，可进行圆柱形土样的1/4位置处、1/2位置处、3/4位置处的土样抗拉强度进行测试，对于固化剂稳定水泥土试验研究具有重要的实践意义和科研意义，可以为地基土体的力学性能研究提供实验数据支撑，具有功能多样、结构简单、便于携带、测试操作快速高效、节能环保等优点。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种固化剂稳定水泥土大三轴试样抗拉强度测试系统，包括旋转架、线性电机、数显式测力计、鼓风机和试样套环组件，所述旋转架包括依次连接的电机承载板、旋转板和试样底板，所述电机承载板与旋转板的连接位置处设有旋钮A，所述旋转板与试样底板的连接位置处设有旋钮B，所述电机承载板顶部固定有线性电机，所述线性电机具有贯穿电机承载板的升降推杆；所述试样底板顶部固定有试样套环组件，所述试样套环组件顶部盖合设有盖板，所述盖板顶部中心固定有连接杆，所述连接杆顶端与线性电机的升降推杆端部之间连接有数显式测力计；所述试样套环组件沿高度方向设有贯穿盖板的进气导管，所述进气导管顶部具有进气端，所述鼓风机的出气口与进气导管的进气端密闭连通；所述盖板上设有贯穿盖板的进料管，所述进料管的出料端置于试样套环组件内部。

为了更好地实现本发明，本发明还包括搅拌电机，所述进气导管的进气端密闭转动安装于鼓风机的出气口处，所述搅拌电机的电机轴上固定有主动齿轮，所述进气导管的进气端外部固定有与主动齿轮相互啮合的从动齿轮；所述进气导管上固定有置于试样套环组件内部的旋转叶片。

作为优选，所述试样套环组件从上至下依次包括第一试样套环、第二试样套环、第三试样套环和第四试样套环，所述第一试样套环的内径、第二试样套环的内径、第三试样套环的内径和第四试样套环的内径均相同，所述第一试样套环的高度、第二试样套环的高度、第三试样套环的高度和第四试样套环的高度均相同，所述第一试样套环与第二试样套环之间通过连接卡扣连接固定，所述第二试样套环与第三试样套环之间通过连接卡扣连接固定，所述第三试样套环与第四试样套环之间通过连接卡扣连接固定，所述第四试样套环底部固定于试样底板上，所述盖板通过若干个螺母盖合固定于第一试样套环顶部。

作为优选，所述进气导管上部设有若干个置于试样套环组件内部的上部出气孔，所述进气导管下部设有若干个置于试样套环组件内部的下部出气孔，所述旋转叶片位于上部出气孔与下部出气孔之间。

作为优选，所述进气导管底部密闭连通有穿过试样套环组件底部并贯穿试样底板的出气管，所述出气管连通设有若干个出气调节支管，所述出气调节支管上安装有出气阀门。

作为优选，所述进气导管上部设有两个上部出气孔，两个上部出气孔左右对称设置于进气导管上，所述进气导管下部设有两个下部出气孔，两个下部出气孔左右对称设置于进气导管上。

作为优选，所述鼓风机的出气口处密封安装有轴承，所述进气导管的进气端端部配合装配于轴承中。

作为优选，本发明还包括竖向布置的测试平台，所述测试平台顶部开有水平旋钮固定孔A，所述旋转架的旋钮A与测试平台的旋钮固定孔A相配合，所述测试平台顶部还开有水平旋钮固定孔B，所述测试平台底部开有垂直旋钮固定孔，所述旋转架的旋钮B与水平旋钮固定孔B、垂直旋钮固定孔相配合。

作为优选，所述进料管的数量为两个，两个进料管分别设于盖板左右两侧。

本发明较现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

(1)本发明试可进行圆柱形土样的1/4位置处、1/2位置处、3/4位置处的土样抗拉强度进行测试，且通过固化剂雾化进料的方式，使得稳定效果更好，还可进行抗压强度测试，具有功能多样、结构简单、便于携带、测试操作快速高效、节能环保等优点，易于在生产和教学中推广应用。

(2)本发明试样套环组件从上至下依次包括四个高度直径相同的试样套环，四个试样套环相互之间可通过连接卡扣可拆卸式固定，可实现土样在1/4 位置处、1/2位置处、3/4位置处的土样抗拉强度测试。

(3)本发明通过旋钮可实现系统完成90度旋转，从而可进行试样抗拉强度测试，还可进行抗压强度测试，并且固化剂剂量、水泥掺量和土料掺量均可定量控制；本发明通过鼓风机进气把固化剂吹入试样套环组件内部，其固化剂雾化效果好，能更好的稳定水泥土。

(4)本发明对于固化剂稳定水泥土试验研究具有重要的实践意义和科研意义，可以为地基土体的力学性能研究提供实验数据支撑，能够实现大三轴土样 (300mm×600mm)抗拉强度的准确测试。

附图说明

图1为本发明简易结构标注的结构示意图；

图2为本发明详细结构标注的结构示意图；

图3为本发明旋转架整体旋转90度的使用状态示意图。

其中，附图中的附图标记所对应的名称为：

1－电机承载板,2－线性电机,3－旋转板,31－旋钮A,32－旋钮B,4－试样底板,5－数显式测力计,6－连接杆,7－第一试样套环,8－第二试样套环,9－第三试样套环,10－第四试样套环,11－连接卡扣,12－盖板,13－螺母,14－进气导管,141－旋转叶片,142－上部出气孔,143－下部出气孔,15－出气管,151－出气阀门,16－进料管。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明：

实施例

如图1～图3所示，一种固化剂稳定水泥土大三轴试样抗拉强度测试系统，包括旋转架、线性电机2、数显式测力计5、鼓风机、试样套环组件和搅拌电机，旋转架包括依次连接的电机承载板1、旋转板3和试样底板4，电机承载板1与旋转板3的连接位置处设有旋钮A31，旋转板3与试样底板4的连接位置处设有旋钮B32，电机承载板1顶部固定有线性电机2(线性电机2用来提供一定的拉力)，线性电机2具有贯穿电机承载板1的升降推杆。试样底板4顶部固定有试样套环组件，试样套环组件顶部盖合设有盖板12，盖板12顶部中心固定有连接杆6，连接杆6顶端与线性电机2的升降推杆端部之间连接有数显式测力计5。试样套环组件沿高度方向设有贯穿盖板12的进气导管14，进气导管14顶部具有进气端，鼓风机的出气口与进气导管14的进气端密闭连通。盖板12上设有贯穿盖板12的进料管16，进料管16的出料端置于试样套环组件内部，如图1 所示，本发明进料管16的数量为两个，两个进料管16分别设于盖板12左右两侧(即左、右进料管,左、右进料管分别用来输入水泥和土料)，本实施例进料管16的直径为8mm。

本发明的进气导管14的进气端密闭转动安装于鼓风机的出气口处，优选地，鼓风机的出气口处密封安装有轴承，进气导管14的进气端端部配合装配于轴承中。搅拌电机的电机轴上固定有主动齿轮，进气导管14的进气端外部固定有与主动齿轮相互啮合的从动齿轮。进气导管14上固定有置于试样套环组件内部的旋转叶片141(旋转叶片141的长度为82mm，左右对称设置于进气导管14上，旋转叶片141用于搅拌混合料使其均匀)。使用时，进气导管14的进气端转动安装于鼓风机的出气口处的轴承中，同时进气导管14的进气端也与鼓风机的出气口相连通，搅拌电机通过主动齿轮驱动进气导管14的进气端外部的从动齿轮转动，这样整个进气导管14就能旋转运动，进气导管14的旋转叶片141也就能起到旋转搅拌作用，同时进气导管14也与鼓风机的出气口相连通，这样充分保证了鼓风机向进气导管14吹入固化剂，通过鼓风机进气把固化剂吹入试样套环组件内部，雾化效果好，能更好的稳定水泥土。

如图2所示，试样套环组件从上至下依次包括第一试样套环7、第二试样套环8、第三试样套环9和第四试样套环10，第一试样套环7的内径、第二试样套环8的内径、第三试样套环9的内径和第四试样套环10的内径均相同，第一试样套环7的高度、第二试样套环8的高度、第三试样套环9的高度和第四试样套环10的高度均相同，第一试样套环7与第二试样套环8之间通过连接卡扣 11连接固定，第二试样套环8与第三试样套环9之间通过连接卡扣11连接固定，第三试样套环9与第四试样套环10之间通过连接卡扣11连接固定，第四试样套环10底部固定于试样底板4上，盖板12通过若干个螺母13盖合固定于第一试样套环7顶部。

如图2所示，进气导管14上部设有若干个置于试样套环组件内部的上部出气孔142，进气导管14下部设有若干个置于试样套环组件内部的下部出气孔 143，旋转叶片141位于上部出气孔142与下部出气孔143之间。本实施例优选的进气导管14上部设有两个上部出气孔142，两个上部出气孔142左右对称设置于进气导管14上。本实施例优选的进气导管14下部设有两个下部出气孔143，两个下部出气孔143左右对称设置于进气导管14上。上部出气孔142、下部出气孔143的圆孔直径均为6mm，使得固化剂进入试样套环组件内部与水泥土混合料充分混合稳定。

如图2所示，进气导管14底部密闭连通有穿过试样套环组件底部并贯穿试样底板4的出气管15，出气管15连通设有若干个出气调节支管，出气调节支管上安装有出气阀门151，出气阀门151的开关可以控制固化剂进入量及喷气量。

本发明还包括竖向布置的测试平台，测试平台作为旋转架、试样套环组件的承载平台，使用时，旋转架安装于测试平台上，试样套环组件安装于旋转架上。测试平台顶部开有水平旋钮固定孔A，旋转架的旋钮A31与测试平台的旋钮固定孔A相配合，测试平台顶部还开有水平旋钮固定孔B，测试平台底部开有垂直旋钮固定孔，旋转架的旋钮B32与水平旋钮固定孔B、垂直旋钮固定孔相配合。

一种固化剂稳定水泥土大三轴试样抗拉强度测试系统的操作方法，其步骤如下：

A、按照图2所示安装好抗拉强度测试系统，此时试样套环组件垂直布置，试验时，通过进料管16输入一定量(根据要求的密度计算)的水泥及土料，同时通过搅拌电机驱动进气导管14、旋转叶片141转动，均匀搅拌混合水泥及土料。然后打开出气阀门151，利用鼓风机吹入定量的固化剂，固化剂从进气导管 14的上部出气孔142、下部出气孔143进入到试样套环组件内部，一定时间之后(在此期间内，可以通过搅拌电机驱动进气导管14、旋转叶片141转动，以让固化剂、水泥及土料混合均匀)，在确保固化剂完成稳定作用后，再通过螺母13打开盖板12，压实试样套环组件内部的土样，形成圆柱形土样，然后通过螺母13将盖板12锁定在试样套环组件顶部；

B、然后调松旋钮A31，调整旋钮B32，使得旋转架按照图3所示布置，此时试样套环组件水平布置，圆柱形土样也就水平布置。由于第一试样套环7的高度、第二试样套环8的高度、第三试样套环9的高度和第四试样套环10的高度均相同，那么第一试样套环7与第二试样套环8连接位置处为圆柱形土样的 1/4位置处(其第一试样套环7与第二试样套环8连接位置处的连接卡扣11对应1/4位置处)，第二试样套环8与第三试样套环9连接位置处为圆柱形土样的1/2位置处(其第二试样套环8与第三试样套环9连接位置处的连接卡扣11 对应1/2位置处)，第三试样套环9与第四试样套环10连接位置处为圆柱形土样的3/4位置处(其第三试样套环9与第四试样套环10连接位置处的连接卡扣 11对应3/4位置处)；根据圆柱形土样的1/4、1/2或3/4处相应的土样抗拉强度测试要求，松开相应位置处的连接卡扣11，启动线性电机2进行抗拉强度测试，具体操作方法如下：例如测试圆柱形土样的1/4位置处土样抗拉强度，松开第一试样套环7与第二试样套环8连接位置处的连接卡扣11，通过线性电机2拉动盖板12和圆柱形土样，这样圆柱形土样在1/4位置处承受抗拉力，通过数显式测力计5记录拉力变化数据，取峰值拉力F进行抗拉强度计算(σ＝F/S， S为土样底面圆面积)；按照上述方法完成圆柱形土样的1/2位置处和3/4位置处相应的土样抗拉强度测试。

C、试验完成后，处理采集到的数据，卸掉圆柱形土样，并用毛刷清洗试样套环组件的各个试样套环内壁，确保试样套环内壁上没有附着物，以进行下次试验。

本发明试样抗拉强度测试系统针对现有的测试装置功能单一的问题，通过新型测试系统及测试方法的创新，可进行圆柱形土样的1/4位置处、1/2位置处、 3/4位置处的土样抗拉强度进行测试，且通过固化剂雾化进料的方式，使得稳定效果更好，还可进行抗压强度测试，功能较多，结构简单，便于携带，加工成本低，易于在生产和教学中推广应用。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，并不用以限制本发明，尽管参照最佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种固化剂稳定水泥土大三轴试样抗拉强度测试系统，其特征在于：包括旋转架、线性电机（2）、数显式测力计（5）、鼓风机和试样套环组件，所述旋转架包括依次连接的电机承载板（1）、旋转板（3）和试样底板（4），所述电机承载板（1）与旋转板（3）的连接位置处设有旋钮A（31），所述旋转板（3）与试样底板（4）的连接位置处设有旋钮B（32），所述电机承载板（1）顶部固定有线性电机（2），所述线性电机（2）具有贯穿电机承载板（1）的升降推杆；所述试样底板（4）顶部固定有试样套环组件，所述试样套环组件顶部盖合设有盖板（12），所述盖板（12）顶部中心固定有连接杆（6），所述连接杆（6）顶端与线性电机（2）的升降推杆端部之间连接有数显式测力计（5）；所述试样套环组件沿高度方向设有贯穿盖板（12）的进气导管（14），所述进气导管（14）顶部具有进气端，所述鼓风机的出气口与进气导管（14）的进气端密闭连通；所述盖板（12）上设有贯穿盖板（12）的进料管（16），所述进料管（16）的出料端置于试样套环组件内部；

所述试样套环组件从上至下依次包括第一试样套环（7）、第二试样套环（8）、第三试样套环（9）和第四试样套环（10），所述第一试样套环（7）的内径、第二试样套环（8）的内径、第三试样套环（9）的内径和第四试样套环（10）的内径均相同，所述第一试样套环（7）的高度、第二试样套环（8）的高度、第三试样套环（9）的高度和第四试样套环（10）的高度均相同，所述第一试样套环（7）与第二试样套环（8）之间通过连接卡扣（11）连接固定，所述第二试样套环（8）与第三试样套环（9）之间通过连接卡扣（11）连接固定，所述第三试样套环（9）与第四试样套环（10）之间通过连接卡扣（11）连接固定，所述第四试样套环（10）底部固定于试样底板（4）上，所述盖板（12）通过若干个螺母（13）盖合固定于第一试样套环（7）顶部。

2.按照权利要求1所述的一种固化剂稳定水泥土大三轴试样抗拉强度测试系统，其特征在于：还包括搅拌电机，所述进气导管（14）的进气端密闭转动安装于鼓风机的出气口处，所述搅拌电机的电机轴上固定有主动齿轮，所述进气导管（14）的进气端外部固定有与主动齿轮相互啮合的从动齿轮；所述进气导管（14）上固定有置于试样套环组件内部的旋转叶片（141）。

3.按照权利要求2所述的一种固化剂稳定水泥土大三轴试样抗拉强度测试系统，其特征在于：所述进气导管（14）上部设有若干个置于试样套环组件内部的上部出气孔（142），所述进气导管（14）下部设有若干个置于试样套环组件内部的下部出气孔（143），所述旋转叶片（141）位于上部出气孔（142）与下部出气孔（143）之间。

4.按照权利要求2或3所述的一种固化剂稳定水泥土大三轴试样抗拉强度测试系统，其特征在于：所述进气导管（14）底部密闭连通有穿过试样套环组件底部并贯穿试样底板（4）的出气管（15），所述出气管（15）连通设有若干个出气调节支管，所述出气调节支管上安装有出气阀门（151）。

5.按照权利要求3所述的一种固化剂稳定水泥土大三轴试样抗拉强度测试系统，其特征在于：所述进气导管（14）上部设有两个上部出气孔（142），两个上部出气孔（142）左右对称设置于进气导管（14）上，所述进气导管（14）下部设有两个下部出气孔（143），两个下部出气孔（143）左右对称设置于进气导管（14）上。

6.按照权利要求2所述的一种固化剂稳定水泥土大三轴试样抗拉强度测试系统，其特征在于：所述鼓风机的出气口处密封安装有轴承，所述进气导管（14）的进气端端部配合装配于轴承中。

7.按照权利要求1所述的一种固化剂稳定水泥土大三轴试样抗拉强度测试系统，其特征在于：还包括竖向布置的测试平台，所述测试平台顶部开有水平旋钮固定孔A，所述旋转架的旋钮A（31）与测试平台的旋钮固定孔A相配合，所述测试平台顶部还开有水平旋钮固定孔B，所述测试平台底部开有垂直旋钮固定孔，所述旋转架的旋钮B（32）与水平旋钮固定孔B、垂直旋钮固定孔相配合。

8.按照权利要求1所述的一种固化剂稳定水泥土大三轴试样抗拉强度测试系统，其特征在于：所述进料管（16）的数量为两个，两个进料管（16）分别设于盖板（12）左右两侧。

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