CN111272513B - 一种重塑土双向分层压实制样装置和制样方法 - Google Patents

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CN111272513B CN202010217083.5A CN202010217083A CN111272513B CN 111272513 B CN111272513 B CN 111272513B CN 202010217083 A CN202010217083 A CN 202010217083A CN 111272513 B CN111272513 B CN 111272513B
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Abstract

本发明公开了一种重塑土双向分层压实制样装置和制样方法，包括制样筒和两套压块组件；制样筒包括左对开模、右对开模、上固定环和下固定环；每套压块组件均包括
Figure DDA0002424738180000011
个压块，每个压块的外径均等于制样筒的内径；
Figure DDA0002424738180000012
个压块的高度分别为：h环、(h环+h土)、(h环+2h土)、……、
Figure DDA0002424738180000013
其中，h环为上固定环或下固定环的高度，h土为单层重塑土样的高度。本发明中试样压实采用预制高度的圆柱形空心不锈钢钢块，压实过程中能够准确控制压实高度，避免了常规压实过程中可能出现的过砸现象，在提高制样精度的同时也提高了制样效率。整个制样装置结构简单、造价低廉，试样制备工艺简单明了、操作方便快捷。

Description

一种重塑土双向分层压实制样装置和制样方法
技术领域
本发明涉及土工试验技术领域，特别是一种重塑土双向分层压实制样装置和制样方法。
背景技术
在土工力学领域，制备重塑土样被广泛应用于室内试验研究之中。目前，常用的重塑土土工试验制样仪，通常采用单向垂直受力、多层击实方式的制样仪，或者是一定规格的压样模具。这两种方式方法，都存在着因分多层单向垂直击实制样或压实制样而产生的样品各层结构不均、各层密度指标不一、试验数据离散、结果不可确定，以及相关试验曲线拟合性差等问题。
双向压实是一个较好的思路，如专利CN200910063449.1报道了一种平推式双向制样仪，该发明采用水平向双向同时施加荷载，通过水平双向施加荷载可以尽可能使得试样各层密实度达到一致，但是采用平卧式制样方法，松散土样装入制样筒时会存在垂直向分布不均匀的问题，带来了初始结构分布不均匀的误差隐患。
因此，研发一种制样精度高、成样均匀性好、高效便捷的双向分层压实制样装置和方法对提高室内重塑土制样效率具有重要的现实意义和显著实用价值。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种重塑土双向分层压实制样装置和制样方法，该重塑土双向分层压实制样装置和制样方法制样精度高、成样均匀性好、高效便捷。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种重塑土双向分层压实制样装置，包括制样筒和两套压块组件。
制样筒包括左对开模、右对开模、上固定环和下固定环。左对开模和右对开模左右拼接后，形成圆柱形的拼接装料筒，拼接装料筒的高度等于n层重塑土样的高度，其中，n为不小于3的奇数。上固定环和下固定环高度相等，分别拼接在拼接装料筒的顶端和底端，从而形成具有相等内径的制样筒。
每套压块组件均包括
Figure BDA0002424738160000011
个压块，每个压块的外径均等于制样筒的内径。
Figure BDA0002424738160000012
个压块的高度分别为：h环、(h环+h土)、(h环+2h土)、……、
Figure BDA0002424738160000013
其中，h环为上固定环或下固定环的高度，h土为单层重塑土样的高度。
当拼接装料筒的高度等于三层重塑土样的高度，也即n＝3时，每套压块组件均包括2个压块，对应高度分别为：h环和(h环+h土)，能用于三层以内重塑土样的分层均匀压制。
当拼接装料筒的高度等于五层重塑土样的高度，也即n＝5时，每套压块组件均包括3个压块，对应高度分别为：h环、(h环+h土)和(h环+2h土)，能用于五层以内重塑土样的分层均匀压制。
当拼接装料筒的高度等于七层重塑土样的高度，也即n＝7时，每套压块组件均包括4个压块，对应高度分别为：h环、(h环+h土)、(h环+2h土)和(h环+3h土)，能用于七层以内重塑土样的分层均匀压制。
当拼接装料筒的高度等于九层重塑土样的高度，也即n＝9时，每套压块组件均包括5个压块，对应高度分别为：h环、(h环+h土)、(h环+2h土)、(h环+3h土)和(h环+4h土)，能用于九层以内重塑土样的分层均匀压制。
左对开模和右对开模均为半圆筒状的不锈钢钢模，上固定环和下固定环均为圆环形的不锈钢钢环。
左对开模和右对开模顶端和底端均设置有连接凸缘，上固定环和下固定环均设置有连接凸缘相配合的连接槽。
一种重塑土双向分层压实制样方法，包括如下步骤。
步骤1，预定含水率土料配制：将风干土样敲碎并过筛，筛分出的土料均匀喷水，使其达到设定的含水率。再将具有设定含水率的土料进行袋闷料，形成水分均匀的预配土料。
步骤2，制样装置组装：取出左对开模和右对开模，在内壁面均匀涂抹润滑油脂，形成润滑层。随后，将左对开模和右对开模拼接形成圆筒状的拼接装料筒，并将上固定环和下固定环分别拼装在拼接装料筒的上下两端，形成内径相等的制样筒。
步骤3，试样制备：当制备n层试样时，包括如下步骤：
步骤31，中心层土样压实，包括如下步骤：
步骤31a、放入一块最大高度压块：将高度为
Figure BDA0002424738160000021
的最大高度压块放入步骤2已组装好的制样装置底部。
步骤31b、放入预配土料：称取一份步骤1准备好的预配土料，并将其倒入制样装置中最大高度压块的顶部，倒入的土样表面整平。
步骤31c、压实：将另一块高度为
Figure BDA0002424738160000022
的最大高度压块放入预配土料顶部，并对位于顶部的最大高度压块施加压力，直至其上表面与上固定环顶部齐平，完成中心层土样制备。
步骤32，两层土样压实，包括如下步骤：
步骤32a、取出顶部压块并装样：将位于顶部的最大高度压块取出，在中心层土样上方倒入一份称量好的预配土料。
步骤32b、放入第二大高度压块：将一块高度为
Figure BDA0002424738160000031
的第二大高度压块放入预配土料顶部，并对位于顶部的第二大高度压块施加压力，直至其上表面与上固定环顶部齐平，完成两层土样制备。
步骤33，三层土样压实，包括如下步骤：
步骤33a、取出顶部压块并装样：将完成两层土样制备的制样装置旋转180°，将位于顶部的最大高度压块取出，在中心层土样上方倒入一份称量好的预配土料。
步骤33b、放入第二大高度压块：将另一块高度为
Figure BDA0002424738160000032
的第二大高度压块放入预配土料顶部，并对位于顶部的第二大高度压块施加压力，直至其上表面与上固定环顶部齐平，完成三层土样制备。
步骤34，n层试样制备：重复步骤32和步骤33，采用将位于试样顶部和底部压块的高度逐渐减小的方法，当试样顶部和底部压块的高度均等于h环时，则完成n层试样的制备。
还包括步骤4，试样脱模：n层试样压实完成之后，分别取出位于试样顶部和底部的压块，再将制样装置两端的上固定环和下固定环取出，并打开对开模，取出压实完成的试样，并将其表面包裹一层保鲜膜备用。
在每个压块的顶部均设置有螺栓孔，从而方便采用螺栓将对应压块进行取出。
本发明具有如下有益效果：
1、本发明采用双向分层压实法，减弱了试样单向压实过程造成的试样不均匀现象，提高了试样的整体均匀度，降低了试验的初始误差。
2、本发明中试样压实采用预制高度的圆柱形空心不锈钢钢块，压实过程中能够准确控制压实高度，避免了常规压实过程中可能出现的过砸现象，在提高制样精度的同时也提高了制样效率。
3、本发明提供的制样装置结构简单、造价低廉，试样制备工艺简单明了、操作方便快捷，在保证试样制备质量的同时能够满足室内、室外各种简易实验条件下的试样制备需求。
附图说明
图1显示了本发明一种重塑土双向分层压实制样装置的结构示意图。
图2显示了拼接装料筒的结构示意图。
图3显示了上固定环和下固定环的结构示意图。
图4显示了本发明一种重塑土双向分层压实的制样过程示意图
其中有：1、上固定环；2、下固定环；3、左对开模；4、右对开模；5、第一大压块；6、第二大压块；7、第一中压块；8、第二中压块；9、第一小压块；10、第二小压块；11、上固定环连接槽；21、下固定环连接槽；31、对开模上部连接凸缘；32、对开模下部连接凸缘；12、重塑土试样。
具体实施方式
下面结合附图和具体较佳实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明的描述中，需要理解的是，术语“左侧”、“右侧”、“上部”、“下部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，“第一”、“第二”等并不表示零部件的重要程度，因此不能理解为对本发明的限制。本实施例中采用的具体尺寸只是为了举例说明技术方案，并不限制本发明的保护范围。
如图1所示，一种重塑土双向分层压实制样装置，一种重塑土双向分层压实制样装置，包括制样筒和两套压块组件。
制样筒包括左对开模3、右对开模4、上固定环1和下固定环2。左对开模和右对开模左右拼接后，形成圆柱形的拼接装料筒，拼接装料筒的高度等于n层重塑土样的高度，其中，n为不小于3的奇数。上固定环和下固定环高度相等，分别拼接在拼接装料筒的顶端和底端，从而形成具有相等内径的制样筒。
左对开模和右对开模均为半圆筒状的不锈钢钢模，上固定环和下固定环均为圆环形的不锈钢钢环。
如图2所示，左对开模和右对开模顶端和底端均设置有连接凸缘，分别为对开模上部连接凸缘31和对开模下部连接凸缘32。
如图3所示，上固定环和下固定环均设置有连接凸缘相配合的连接槽，分别为上固定环连接槽11和下固定环连接槽21。
每套压块组件均包括
Figure BDA0002424738160000041
个压块，每个压块的外径均等于制样筒的内径。
Figure BDA0002424738160000042
个压块的高度分别为：h环、(h环+h土)、(h环+2h土)、……、
Figure BDA0002424738160000043
其中，h环为上固定环或下固定环的高度，h土为单层重塑土样的高度。
上述压块可以选择质地轻盈的高强度尼龙垫片，在每个压块的顶部均优选设置有螺栓孔，从而方便采用螺栓将对应压块进行取出。
当拼接装料筒的高度等于三层重塑土样的高度，也即n＝3时，每套压块组件均包括2个压块，对应高度分别为：h环和(h环+h土)，能用于三层以内重塑土样的分层均匀压制。比如用于制备直径39.1mm，高80mm的小试样，采用此方法，分3层即可。
当拼接装料筒的高度等于五层重塑土样的高度，也即n＝5时，每套压块组件均包括3个压块，对应高度分别为：h环、(h环+h土)和(h环+2h土)，能用于五层以内重塑土样的分层均匀压制。如制备直径61.8mm，高120mm的试样时，采用此方法，分5层制样。
当拼接装料筒的高度等于七层重塑土样的高度，也即n＝7时，每套压块组件均包括4个压块，对应高度分别为：h环、(h环+h土)、(h环+2h土)和(h环+3h土)，能用于七层以内重塑土样的分层均匀压制。
当拼接装料筒的高度等于九层重塑土样的高度，也即n＝9时，每套压块组件均包括5个压块，对应高度分别为：h环、(h环+h土)、(h环+2h土)、(h环+3h土)和(h环+4h土)，能用于九层以内重塑土样的分层均匀压制。
一种重塑土双向分层压实制样方法，包括如下步骤。
步骤1，预定含水率土料配制：将风干土样敲碎并过筛，筛分出的土料均匀喷水，使其达到设定的含水率。再将具有设定含水率的土料进行袋闷料，形成水分均匀的预配土料。
步骤2，制样装置组装：取出左对开模和右对开模，在内壁面均匀涂抹润滑油脂，形成润滑层。随后，将左对开模和右对开模拼接形成圆筒状的拼接装料筒，并将上固定环和下固定环分别拼装在拼接装料筒的上下两端，形成内径相等的制样筒。
步骤3，试样制备：当制备n层试样时，包括如下步骤：
步骤31，中心层土样压实，包括如下步骤：
步骤31a、放入一块最大高度压块：将高度为
Figure BDA0002424738160000051
的最大高度压块放入步骤2已组装好的制样装置底部。
步骤31b、放入预配土料：称取一份步骤1准备好的预配土料，并将其倒入制样装置中最大高度压块的顶部，倒入的土样表面整平。
步骤31c、压实：将另一块高度为
Figure BDA0002424738160000052
的最大高度压块放入预配土料顶部，并对位于顶部的最大高度压块施加压力，直至其上表面与上固定环顶部齐平，完成中心层土样制备。
步骤32，两层土样压实，包括如下步骤：
步骤32a、取出顶部压块并装样：将位于顶部的最大高度压块取出，在中心层土样上方倒入一份称量好的预配土料。
步骤32b、放入第二大高度压块：将一块高度为
Figure BDA0002424738160000061
的第二大高度压块放入预配土料顶部，并对位于顶部的第二大高度压块施加压力，直至其上表面与上固定环顶部齐平，完成两层土样制备。
步骤33，三层土样压实，包括如下步骤：
步骤33a、取出顶部压块并装样：将完成两层土样制备的制样装置旋转180°，将位于顶部的最大高度压块取出，在中心层土样上方倒入一份称量好的预配土料。
步骤33b、放入第二大高度压块：将另一块高度为
Figure BDA0002424738160000062
的第二大高度压块放入预配土料顶部，并对位于顶部的第二大高度压块施加压力，直至其上表面与上固定环顶部齐平，完成三层土样制备。
步骤34，n层试样制备：重复步骤32和步骤33，采用将位于试样顶部和底部压块的高度逐渐减小的方法，当试样顶部和底部压块的高度均等于h环时，则完成n层试样的制备。
步骤4，试样脱模：n层试样压实完成之后，分别取出位于试样顶部和底部的压块，再将制样装置两端的上固定环和下固定环取出，并打开对开模，取出压实完成的试样，并将其表面包裹一层保鲜膜备用。
下面以分五层压实的重塑土制样过程为例，对上述压实制样方法进行详细介绍如下。
如图4所示，一种重塑土双向分层压实制样方法，包括如下步骤。
步骤1，预定含水率土料配制：采用木槌将风干土样敲碎，把破碎后的土样过2mm振动筛，筛分出的土料均匀喷洒蒸馏水，使其达到预期含水率；再将具有预期含水率的土料装入密封袋闷料24h以上，形成水分均匀的预配土料。
步骤2，制样装置组装：取出一对对开模(也即左对开模3和右对开模4)，将其内部均匀涂抹一层凡士林，随后将两块对开模下部连接凸缘32安装到下固定环连接槽21中，再把上固定环连接槽11与两块对开模上部连接凸缘31紧密固定。
步骤3，试样制备，包括如下步骤。
步骤31，中心层土样压实：将第一大压块5放入步骤2已组装好的制样装置底部，称取一份步骤1准备好的预定质量土料，并将其倒入制样装置中，倒入的土样表面采用削土刀适当整平，随后把第二大压块6放入制样装置，并用橡胶锤将第二大压块6轻轻击入，直至第二大压块6上表面与上固定环1顶部齐平。
步骤32，两层土样压实：将提升把手的螺丝拧入第二大压块6的螺栓孔中，取出第二大压块6，将中心层土样上表面充分刨毛，再次称取一份步骤1准备好的预定质量土料，并将其倒入制样装置中，倒入的土样表面采用削土刀适当整平，随后把第一中压块7放入制样装置，并用橡胶锤将第一中压块7轻轻击入，直至第一中压块7上表面与上固定环1顶部齐平。
步骤33，三层土样压实：将完成两层土样制备的制样装置旋转180°，使得第一中压块7置于制样装置底部，采用步骤32类似的方法取出第一大压块7，然后将此时中心层上表面充分刨毛，倒入一层步骤1称量的土料并将表面整平，随后把第二中压块8放入制样装置，并用橡胶锤将第二中压块8轻轻击入，直至第二中压块8上表面与此时的上固定环1顶部齐平。
步骤34，四层土样压实：采用步骤32的类似方法取出第二中压块8，将步骤33制备完成的土样上表面刨毛，倒入一层土料并放入第一小压块9使得第四层土料压实。
步骤35，五层土样压实：将完成四层土样制备的制样装置再次旋转180°，取出制样装置上部第一中压块7，并将步骤32压实完成的土样上表面充分刨毛，倒入一层土料并放入第二小压块10完成第五层土料的压实。
步骤4，试样脱模：五层土样压实完成之后，分别取出第一小压块9和第二小压块10，再将制样装置两端的上、下固定环1、2轻轻取掉，采用小型橡胶锤轻轻击打对开模3、4，取出压实完成的试样12，并将其表面包裹一层保鲜膜备用。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种重塑土双向分层压实制样方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1，预定含水率土料配制：将风干土样敲碎并过筛，筛分出的土料均匀喷水，使其达到设定的含水率；再将具有设定含水率的土料进行袋闷料，形成水分均匀的预配土料；
步骤2，制样装置组装：取出左对开模和右对开模，在内壁面均匀涂抹润滑油脂，形成润滑层；随后，将左对开模和右对开模拼接形成圆筒状的拼接装料筒，并将上固定环和下固定环分别拼装在拼接装料筒的上下两端，形成内径相等的制样筒；
步骤3，试样制备：当制备n层试样时，包括如下步骤：
步骤31，中心层土样压实，包括如下步骤：
步骤31a、放入一块最大高度压块：将高度为
Figure FDA0003023810160000011
的最大高度压块放入步骤2已组装好的制样装置底部；
步骤31b、放入预配土料：称取一份步骤1准备好的预配土料，并将其倒入制样装置中最大高度压块的顶部，倒入的土样表面整平；
步骤31c、压实：将另一块高度为
Figure FDA0003023810160000012
的最大高度压块放入预配土料顶部，并对位于顶部的最大高度压块施加压力，直至其上表面与上固定环顶部齐平，完成中心层土样制备；
步骤32，两层土样压实，包括如下步骤：
步骤32a、取出顶部压块并装样：将位于顶部的最大高度压块取出，在中心层土样上方倒入一份称量好的预配土料；
步骤32b、放入第二大高度压块：将一块高度为
Figure FDA0003023810160000013
的第二大高度压块放入预配土料顶部，并对位于顶部的第二大高度压块施加压力，直至其上表面与上固定环顶部齐平，完成两层土样制备；
步骤33，三层土样压实，包括如下步骤：
步骤33a、取出顶部压块并装样：将完成两层土样制备的制样装置旋转180°，将位于顶部的最大高度压块取出，在中心层土样上方倒入一份称量好的预配土料；
步骤33b、放入第二大高度压块：将另一块高度为
Figure FDA0003023810160000014
的第二大高度压块放入预配土料顶部，并对位于顶部的第二大高度压块施加压力，直至其上表面与上固定环顶部齐平，完成三层土样制备；
步骤34，n层试样制备：重复步骤32和步骤33，采用将位于试样顶部和底部压块的高度逐渐减小的方法，当试样顶部和底部压块的高度均等于h环时，则完成n层试样的制备；整个制备过程，采用双向分层压实法，减弱了试样单向压实过程造成的试样不均匀现象，提高了试样的整体均匀度，降低了试验的初始误差。
2.根据权利要求1所述的重塑土双向分层压实制样方法，其特征在于：还包括步骤4，试样脱模：n层试样压实完成之后，分别取出位于试样顶部和底部的压块，再将制样装置两端的上固定环和下固定环取出，并打开对开模，取出压实完成的试样，并将其表面包裹一层保鲜膜备用。
3.根据权利要求1所述的重塑土双向分层压实制样方法，其特征在于：在每个压块的顶部均设置有螺栓孔，从而方便采用螺栓将对应压块进行取出。
4.根据权利要求1所述的重塑土双向分层压实制样方法，其特征在于：制样装置包括制样筒和两套压块组件；
制样筒包括左对开模、右对开模、上固定环和下固定环；左对开模和右对开模左右拼接后，形成圆柱形的拼接装料筒，拼接装料筒的高度等于n层重塑土样的高度，其中，n为不小于3的奇数；上固定环和下固定环高度相等，分别拼接在拼接装料筒的顶端和底端，从而形成具有相等内径的制样筒；
每套压块组件均包括
Figure FDA0003023810160000021
个压块，每个压块的外径均等于制样筒的内径；
Figure FDA0003023810160000022
个压块的高度分别为：h环、(h环+h土)、(h环+2h土)、……、
Figure FDA0003023810160000023
其中，h环为上固定环或下固定环的高度，h土为单层重塑土样的高度。
5.根据权利要求4所述的重塑土双向分层压实制样方法，其特征在于：当拼接装料筒的高度等于三层重塑土样的高度，也即n＝3时，每套压块组件均包括2个压块，对应高度分别为：h环和(h环+h土)，能用于三层以内重塑土样的分层均匀压制。
6.根据权利要求4所述的重塑土双向分层压实制样方法，其特征在于：当拼接装料筒的高度等于五层重塑土样的高度，也即n＝5时，每套压块组件均包括3个压块，对应高度分别为：h环、(h环+h土)和(h环+2h土)，能用于五层以内重塑土样的分层均匀压制。
7.根据权利要求4所述的重塑土双向分层压实制样方法，其特征在于：当拼接装料筒的高度等于七层重塑土样的高度，也即n＝7时，每套压块组件均包括4个压块，对应高度分别为：h环、(h环+h土)、(h环+2h土)和(h环+3h土)，能用于七层以内重塑土样的分层均匀压制。
8.根据权利要求4所述的重塑土双向分层压实制样方法，其特征在于：当拼接装料筒的高度等于九层重塑土样的高度，也即n＝9时，每套压块组件均包括5个压块，对应高度分别为：h环、(h环+h土)、(h环+2h土)、(h环+3h土)和(h环+4h土)，能用于九层以内重塑土样的分层均匀压制。
9.根据权利要求4所述的重塑土双向分层压实制样方法，其特征在于：左对开模和右对开模均为半圆筒状的不锈钢钢模，上固定环和下固定环均为圆环形的不锈钢钢环。
10.根据权利要求9所述的重塑土双向分层压实制样方法，其特征在于：左对开模和右对开模顶端和底端均设置有连接凸缘，上固定环和下固定环均设置有连接凸缘相配合的连接槽。
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