CN111707526A - 用于生活垃圾土三轴试验的制样模具及制样方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了用于生活垃圾土三轴试验的制样模具及制样方法。现有制样模具脱模时易破坏试样。本发明的圆柱形主模具由两侧部均伸出有榫接部的两片弧形钢片组成；两片弧形钢片榫接，并通过两个钢制卡箍压紧；圆柱形主模具两端均设有透水石，两块透水石分别通过上部限位套环和底部套环压紧；上部限位套环可拆卸连接顶部套斗。本发明通过顶部套斗入料，避免撒漏；在四个位置进行径向限位，两端均轴向限位，能大幅度增加圆柱形主模具在击实过程中的稳定性，从而保证生活垃圾土试样的轴向和径向尺寸；拆模时采取错动的方式沿圆柱形主模具两端方向拆模，以保证生活垃圾土试样的完整性。

Description

用于生活垃圾土三轴试验的制样模具及制样方法
技术领域
本发明涉及土工试验技术领域，具体涉及用于生活垃圾土三轴试验的制样模具及制样方法。
背景技术
随着我国经济的快速发展，城市化水平不断提高，城市人口大量增加，人民生活质量越来越好，生活垃圾的产量也随之逐年递增。目前，垃圾填埋在国内外是一项有效且常用的处理方法，现有的生活垃圾填埋场面临选址困难、填埋空间枯竭等一系列问题，垃圾围城现象在部分地区也越加明显，这给城市设计和环境治理带来了巨大挑战。垃圾的力学性能对填埋场的建设至关重要，对一个特定的填埋场来说，选择合适的抗剪强度参数仍然是一项具有难度的工程问题，而三轴试验则是一种很好的测试方法，为了保证试验数据的准确性，制作一个完整的生活垃圾试样是必不可少的。目前，还没有关于生活垃圾土三轴试验制样模具及制样方法。
常规的三轴试验试样制备方法多为土样的制作，而生活垃圾土的成分复杂，是一种高度不均质材料，含有大量的有机质。当试验材料为生活垃圾土时，常规三轴试验模具主要存在如下三个问题：1.目前实验室制备土样的模具大多由三片扇形组成空心圆柱，生活垃圾土不同于一般土体，在配置好生活垃圾装入空心圆柱时，常常由于人为操作因素导致试样撒漏，致使填入的生活垃圾量减少。2.生活垃圾土在试样制备完成后需要静置较长时间，在这个过程中，生活垃圾土会因其粘性经常吸附在模具内表面上，常规的三片装模具采用剥开的方式，往往在打开模具时使土体承受瞬时径向力，而这种径向力作用会影响试样的脱模，经常会破坏试样，导致试样不完整。3.常规的三片装模具一般由一个钢圈限制其侧向位移，在试样制备过程中，经常会因击实作用而产生移位现象，从而影响制样的效果。上述这些问题都会给生活垃圾土的三轴试验带来极大的不确定因素。
发明内容
本发明是为了填补现有技术的不足,提供一种适用于生活垃圾土三轴试验的制样模具及制样方法，实现装样时不损失生活垃圾材料，有效防止模具拆除时对试样的损坏，以及确保轴向和径向位移限定的目的。
本发明用于生活垃圾土三轴试验的制样模具，包括顶部套斗、上部限位套环、螺杆、透水石、圆柱形主模具、钢制卡箍和底部套环。所述的圆柱形主模具由两侧部均伸出有榫接部的两片弧形钢片组成；榫接部与弧形钢片一体成型，其中一片弧形钢片的榫接部位于弧形钢片侧部靠上位置，另一片弧形钢片的榫接部位于弧形钢片侧部靠下位置；两片弧形钢片榫接；每片弧形钢片的外侧壁设有一体成型的两个承台，两个承台将弧形钢片沿轴向均分为三段；两片弧形钢片上轴向位置对齐的每两个承台上放置一个钢制卡箍；钢制卡箍通过螺栓紧固；上部限位套环和底部套环的中心孔均由小孔径段和大孔径段组成；底部套环的小孔径段朝下设置；底部套环的大孔径段内设有透水石；透水石与底部套环的大孔径段间隙配合；所述的圆柱形主模具底端嵌入底部套环的大孔径段内，并置于该透水石上；圆柱形主模具的底端外侧壁与底部套环的大孔径段间隙配合；所述圆柱形主模具的顶端也放置一块透水石；上部限位套环的大孔径段朝下；圆柱形主模具顶端嵌入上部限位套环的大孔径段内；圆柱形主模具的顶端外侧壁以及圆柱形主模具顶端的透水石均与上部限位套环的大孔径段间隙配合；底部套环固定有沿周向均布的四根螺杆；上部限位套环开设有沿周向均布的四个定位槽口，每根螺杆顶端穿过一个定位槽口，并与螺母连接；上部限位套环压紧圆柱形主模具顶端的透水石；上部限位套环与螺母之间设有减震环；所述上部限位套环的顶面位于中心孔外沿设有一体成型且同轴设置的对心定位环，顶部套斗底端端面开设有与对心定位环匹配的定位槽。
进一步，所述的钢制卡箍由两片半圆环钢片组成；其中一片半圆环钢片的两端均开设有通孔，另一片半圆环钢片的两端均开设有螺纹孔；两片半圆环钢片位于同一端的螺纹孔与通孔通过螺栓连接，且该螺栓头部与正对的半圆环钢片之间设有减震环。
该用于生活垃圾土三轴试验的制样模具的制样方法，具体如下：
1.拧开各螺杆上的螺母，取下各螺杆上的减震环；然后取下上部限位套环和圆柱形主模具顶端的透水石。
2.将底部套环放置于水平地面上，检查两个钢制卡箍上的螺栓，保证该螺栓处于拧紧状态；检查两片弧形钢片的顶端端面，保证两片弧形钢片的顶端端面对齐。
3.将上部限位套环的大孔径段套在圆柱形主模具外，上部限位套环的四个定位槽口分别套在对应的螺杆上；然后，四根螺杆上均套置减震环，并拧紧螺母。
4.将顶部套斗的定位槽套在上部限位套环的对心定位环上，通过顶部套斗将生活垃圾土试样分层填装到圆柱形主模具内，并进行分层击实。
5.圆柱形主模具填满并击实完成后，取下顶部套斗，拧开各螺杆上的螺母，取下各螺杆上的减震环；然后取下上部限位套环，在圆柱形主模具顶端放置透水石；接着，重复步骤3；最后，对生活垃圾土试样进行静置处理。
6.达到静置时间后，拧开各螺杆上的螺母，取下各螺杆上的减震环；然后，取下上部限位套环，将圆柱形主模具连同生活垃圾土试样以及两块透水石一起从底部套环上取下；接着，将圆柱形主模具两端的两块透水石绕中心轴线来回摆动数次取下，尽量避免透水石带走生活垃圾土试样；再接着，拧开两个钢制卡箍上的螺栓，取下两个钢制卡箍；最后，朝圆柱形主模具两端方向取下两片弧形钢片，完成生活垃圾土试样的制备。
本发明具有的有益效果：
1、本发明的顶部套斗方便生活垃圾土试样的装填和击实，避免了人为因素导致生活垃圾土试样的撒漏；且由于顶部套斗通过榫接方式连接在上部限位套环上，即采用可拆卸方式连接，装填和击实完成后方便拆卸。
2、本发明采用钢制卡箍、上部限位套环和底部套环对圆柱形主模具的四个位置进行径向限位，且四个位置沿圆柱形主模具的轴线均匀分布，有效地限制了圆柱形主模具的径向位移；而且，圆柱形主模具两端的两块透水石在上部限位套环和底部套环作用下对圆柱形主模具两端分别进行轴向限位，有效地限制了圆柱形主模具的轴向位移；另外，底部的透水石保证生活垃圾土试样透气，防止产生负压；可见，本发明能大幅度增加圆柱形主模具在击实过程中的稳定性，从而保证生活垃圾土试样的轴向和径向尺寸。
3、本发明在取下圆柱形主模具两端的两块透水石时均将透水石绕中心轴线来回摆动数次后取下，尽量避免透水石带走生活垃圾土试样。
4、本发明采用两侧部均伸出有榫接部的两片弧形钢片榫接而构成圆柱形主模具，拆模时采取错动的方式沿圆柱形主模具两端方向拆模，然后取出生活垃圾土试样，以保证生活垃圾土试样的完整性。
5、本发明针对生活垃圾土三轴试验提出了新的制样模具及制样方法，可应用于工程实践，也可应用于其它特殊土的试验。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
图2为本发明中上部限位套环的结构示意图。
图3为本发明中钢制卡箍的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1、2和3所示，用于生活垃圾土三轴试验的制样模具包括顶部套斗1、上部限位套环2、螺杆3、透水石4、圆柱形主模具、钢制卡箍6和底部套环8。圆柱形主模具由两侧部均伸出有榫接部5-1的两片弧形钢片5组成；榫接部与弧形钢片5一体成型，其中一片弧形钢片5的榫接部位于弧形钢片5侧部靠上位置，另一片弧形钢片5的榫接部位于弧形钢片5侧部靠下位置；两片弧形钢片5榫接；每片弧形钢片5的外侧壁设有一体成型的两个承台7，两个承台7将弧形钢片5沿轴向均分为三段；两片弧形钢片5上轴向位置对齐的每两个承台7上放置一个钢制卡箍6；钢制卡箍6通过螺栓6-1紧固；两个钢制卡箍6限制圆柱形主模具的两处径向位移；上部限位套环2和底部套环8的中心孔均由小孔径段和大孔径段组成；底部套环8的小孔径段朝下设置；底部套环8的大孔径段内设有透水石4；透水石4与底部套环8的大孔径段间隙配合；该透水石4保证生活垃圾土试样透气，防止产生负压；圆柱形主模具底端嵌入底部套环8的大孔径段内，并置于该透水石4上；圆柱形主模具的底端外侧壁与底部套环8的大孔径段间隙配合；底部套环8的大孔径段限制圆柱形主模具底端的径向位移，底部套环8大孔径段内的透水石4限制圆柱形主模具底端的轴向位移；圆柱形主模具顶端也放置一块透水石4，该透水石4用于压实试样；上部限位套环2的大孔径段朝下；圆柱形主模具顶端嵌入上部限位套环2的大孔径段内；圆柱形主模具的顶端外侧壁以及圆柱形主模具顶端的透水石均与上部限位套环2的大孔径段间隙配合；上部限位套环2的大孔径段孔径限制圆柱形主模具顶端的径向位移；底部套环8固定有沿周向均布的四根螺杆3；上部限位套环2开设有沿周向均布的四个定位槽口2-2，每根螺杆3顶端穿过一个定位槽口2-2，并与螺母连接，从而压紧上部限位套环2，使得圆柱形主模具顶端的透水石4限制圆柱形主模具顶端的轴向位移；上部限位套环2与螺母之间设有减震环3-1；减震环3-1采用橡胶材质；圆柱形主模具在四处受到径向约束，从而保证在击实过程中不会产生径向位移；圆柱形主模具的顶端和底端均受轴向约束，从而保证在击实过程中不会产生轴向位移。上部限位套环2顶面位于中心孔外沿设有一体成型且同轴设置的对心定位环2-1，顶部套斗1底端端面开设有与对心定位环2-1匹配的定位槽1-1。
如图3所示，钢制卡箍6由两片半圆环钢片组成；其中一片半圆环钢片的两端均开设有通孔，另一片半圆环钢片的两端均开设有螺纹孔；两片半圆环钢片位于同一端的螺纹孔与通孔通过螺栓连接，且该螺栓头部与正对的半圆环钢片之间设有减震环。
该用于生活垃圾土三轴试验的制样模具的制样方法，具体如下：
1.拧开各螺杆3上的螺母，取下各螺杆3上的减震环；然后取下上部限位套环2和圆柱形主模具顶端的透水石4。
2.将底部套环8放置于水平地面上，检查两个钢制卡箍6上的螺栓，保证该螺栓处于拧紧状态；检查两片弧形钢片5的顶端端面，保证两片弧形钢片5的顶端端面对齐。
3.将上部限位套环2的大孔径段套在圆柱形主模具外，上部限位套环2的四个定位槽口2-2分别套在对应的螺杆3上；然后，四根螺杆3上均套置减震环，并拧紧螺母。
4.将顶部套斗1的定位槽1-1套在上部限位套环2的对心定位环2-1上，通过顶部套斗1(不会撒漏生活垃圾土试样)将生活垃圾土试样分层填装到圆柱形主模具内，并进行分层击实；由于圆柱形主模具在四处受到径向约束，保证在击实过程中不会产生径向位移，从而保证生活垃圾土试样的径向尺寸，圆柱形主模具的顶端和底端均受轴向约束，保证在击实过程中不会产生轴向位移，从而保证生活垃圾土试样的轴向尺寸。
5.圆柱形主模具填满并击实完成后，取下顶部套斗1，拧开各螺杆3上的螺母，取下各螺杆3上的减震环；然后取下上部限位套环2，在圆柱形主模具顶端放置透水石；接着，重复步骤3；最后，对生活垃圾土试样进行静置处理。
6.达到静置时间后，拧开各螺杆3上的螺母，取下各螺杆3上的减震环；然后，取下上部限位套环2，将圆柱形主模具连同生活垃圾土试样以及两块透水石4一起从底部套环8上取下；接着，将圆柱形主模具两端的两块透水石4绕中心轴线来回摆动数次取下，尽量避免透水石4带走生活垃圾土试样；再接着，拧开两个钢制卡箍6上的螺栓，取下两个钢制卡箍6；最后，朝圆柱形主模具两端方向取下两片弧形钢片5(避免生活垃圾土试样受到径向力作用而损坏，且尽量避免弧形钢片5带走生活垃圾土试样)，完成生活垃圾土试样的制备。

Claims (3)

1.用于生活垃圾土三轴试验的制样模具，包括透水石、圆柱形主模具和底部套环，其特征在于：还包括顶部套斗、上部限位套环、螺杆和钢制卡箍；所述的圆柱形主模具由两侧部均伸出有榫接部的两片弧形钢片组成；榫接部与弧形钢片一体成型，其中一片弧形钢片的榫接部位于弧形钢片侧部靠上位置，另一片弧形钢片的榫接部位于弧形钢片侧部靠下位置；两片弧形钢片榫接；每片弧形钢片的外侧壁设有一体成型的两个承台，两个承台将弧形钢片沿轴向均分为三段；两片弧形钢片上轴向位置对齐的每两个承台上放置一个钢制卡箍；钢制卡箍通过螺栓紧固；上部限位套环和底部套环的中心孔均由小孔径段和大孔径段组成；底部套环的小孔径段朝下设置；底部套环的大孔径段内设有透水石；透水石与底部套环的大孔径段间隙配合；所述的圆柱形主模具底端嵌入底部套环的大孔径段内，并置于该透水石上；圆柱形主模具的底端外侧壁与底部套环的大孔径段间隙配合；所述圆柱形主模具的顶端也放置一块透水石；上部限位套环的大孔径段朝下；圆柱形主模具顶端嵌入上部限位套环的大孔径段内；圆柱形主模具的顶端外侧壁以及圆柱形主模具顶端的透水石均与上部限位套环的大孔径段间隙配合；底部套环固定有沿周向均布的四根螺杆；上部限位套环开设有沿周向均布的四个定位槽口，每根螺杆顶端穿过一个定位槽口，并与螺母连接；上部限位套环压紧圆柱形主模具顶端的透水石；上部限位套环与螺母之间设有减震环；所述上部限位套环的顶面位于中心孔外沿设有一体成型且同轴设置的对心定位环，顶部套斗底端端面开设有与对心定位环匹配的定位槽。
2.根据权利要求1所述用于生活垃圾土三轴试验的制样模具，其特征在于：所述的钢制卡箍由两片半圆环钢片组成；其中一片半圆环钢片的两端均开设有通孔，另一片半圆环钢片的两端均开设有螺纹孔；两片半圆环钢片位于同一端的螺纹孔与通孔通过螺栓连接，且该螺栓头部与正对的半圆环钢片之间设有减震环。
3.根据权利要求1或2所述用于生活垃圾土三轴试验的制样模具的制样方法，其特征在于：该方法具体如下：
1.拧开各螺杆上的螺母，取下各螺杆上的减震环；然后取下上部限位套环和圆柱形主模具顶端的透水石；
2.将底部套环放置于水平地面上，检查两个钢制卡箍上的螺栓，保证该螺栓处于拧紧状态；检查两片弧形钢片的顶端端面，保证两片弧形钢片的顶端端面对齐；
3.将上部限位套环的大孔径段套在圆柱形主模具外，上部限位套环的四个定位槽口分别套在对应的螺杆上；然后，四根螺杆上均套置减震环，并拧紧螺母；
4.将顶部套斗的定位槽套在上部限位套环的对心定位环上，通过顶部套斗将生活垃圾土试样分层填装到圆柱形主模具内，并进行分层击实；
5.圆柱形主模具填满并击实完成后，取下顶部套斗，拧开各螺杆上的螺母，取下各螺杆上的减震环；然后取下上部限位套环，在圆柱形主模具顶端放置透水石；接着，重复步骤3；最后，对生活垃圾土试样进行静置处理；
6.达到静置时间后，拧开各螺杆上的螺母，取下各螺杆上的减震环；然后，取下上部限位套环，将圆柱形主模具连同生活垃圾土试样以及两块透水石一起从底部套环上取下；接着，将圆柱形主模具两端的两块透水石绕中心轴线来回摆动数次取下，尽量避免透水石带走生活垃圾土试样；再接着，拧开两个钢制卡箍上的螺栓，取下两个钢制卡箍；最后，朝圆柱形主模具两端方向取下两片弧形钢片，完成生活垃圾土试样的制备。
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