CN112024093A - 一种试验室土样制备线及其土样制备方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种试验室土样制备线，涉及土样制备领域，其包括碎料装置、筛料装置、分料装置、拌料装置以及制样装置。本申请具有降低土壤试验过程中人工制样人力投入的效果。本申请还涉及一种试验室土样制备线的土样制备方法，包括碎料步骤、筛料步骤、分料步骤、搅拌步骤、静置步骤以及制样步骤。

Description

一种试验室土样制备线及其土样制备方法

技术领域

本申请涉及土样制备领域，尤其是涉及一种试验室土样制备线及其土样制备方法。

背景技术

目前，在试验室进行土壤试验的过程中，常需要根据试验的不同要求制备不同的土样，其中，土样的制备过程一般由人工完成。

相关技术中，在界限含水率的测定试验中，一般需要将取回的土样经破碎、筛分、加水混合、静置、制备试验土样等步骤，最后将制备好的实土样放入液塑限测定仪中进行检测，并得出相关数值。根据试验要求，一次试验中需制备三种湿度不同的土样，即低湿度土样、中湿度土样和高湿度土样，制备三种土样的过程中都需人工将土样进行混合

针对上述中的相关技术，发明人认为在大批量试验的过程中，如针对一种土样，为保证试验数据的准确性，需进行5-10次左右的试验，而针对一片场地一般需要取多点土样进行试验以得到试验数据，这就导致对于一个场地的整体试验而言，至少需要进行接近百次的试验才能获得完整的试验数据。而100次的试验就意味着300次的制样，对于试验室中操作人员而言，体力负担过重。

发明内容

为了解决相关技术中的土壤试验过程中人工制样过于耗费人力的问题，本申请提供一种试验室土样制备线及其土样制备方法。

本申请提供的一种试验室土样制备线及其土样制备方法采用如下的技术方案：

第一方面，本申请提供一种试验室土样制备线，采用如下的技术方案：

一种试验室土样制备线，包括碎料装置、筛料装置、分料装置、拌料装置以及制样装置。

通过采用上述技术方案，针对土样制备中各步骤针对性的设置机械装置，使用机械代替人工，以有限减少人力的投入使用，且通过机械装置进行土样制备可以将各步骤中的操作量化，以有效较少多次试验中的条件差异，有效减少试验结果因操作不规范而产生较大的误差。

优选的，所述碎料装置包括一级壳体，所述一级壳体的内部设置有主动碎料棍和从动碎料棍，所述从动碎料棍分别位于主动碎料滚的两侧，所述主动碎料棍连接有一级驱动电机，所述一级壳体上位于主动碎料棍的上方部分设置有一级土料进口，所述一级壳体上位于主动碎料棍的下方部分设置有一级土料出口，所述一级土料进口下方设置有一级接料盘。

通过采用上述技术方案，直接从场地中取回的土料会存在较大的结块颗粒，故通过碎料装置对土料进行碎料，较大的结块颗粒被处理成小颗粒土料并收集于一级接料盘中。

优选的，所述筛料装置包括振动底座和放置于振动底座上的二级壳体，所述二级壳体内设置有至少一层筛网，所述二级壳体的底部设置有可拆卸的二级接料盘，所述二级壳体远离二级接料盘的一端为二级土料进口，所述二级壳体靠近二级接料盘的一端为二级土料出口。

通过采用上述技术方案，开启振动底座，使用振动的方式将土料过筛，以得到试验所需的粒径的土样。

优选的，所述分料装置包括旋转底座和三级顶盖，所述三级顶盖罩设于旋转底座上方且三级顶盖与旋转底座的连接处密封，所述三级顶盖的顶部设置有三级土料进口，所述三级顶盖的边沿设置有三个三级土料出口，各三级土料出口与三级顶盖之间形成有扇形的集料段，所述集料段较大的一端与三级顶盖的边沿连接且将三级顶盖的边沿三等分，所述集料段较小的一端与三级土料出口相连，所述三级土料出口处设置有挡板，各所述三级土料出口的下方设置有三级接料盘。

通过采用上述技术方案，分料装置用于将过筛后的土料分为三份，分料时，先将筛后的土料从三级顶盖顶部的三级土料进口中置入，随后开启旋转底座使得旋转底座发生旋转，旋转底座表面的土料受到离心力的作用移动至三级顶盖的边沿处，并随着集料段到达三级土料出口处。该种土料的分离方式较为快速，且不用预先对土料进行称量计算后再进行分离。需注意的是，采用该种离心分离的方式可能导致三份料之间存在质量差别，但是该质量差别并不影响试验过程的正常进行，同时也不会对最终的试验结果产生影响。由于土料的颗粒比较细小，故在三级土料出口处设置挡板，受离心力影响飘散距离过远的土料颗粒被挡板遮挡后落入三级接料盘内，可以有效减少土料的浪费。

优选的，所述拌料装置包括四级壳体，所述四级壳体的顶部设置有拆卸式的出水顶盖，所述出水顶盖连接有供水设备，所述四级壳体的侧壁设置有四级土料进口，所述四级壳体的内部设置有竖直的搅拌轴，所述搅拌轴上设置有相错设置的搅拌叶，所述搅拌叶的末端与四级壳体的内侧壁抵接，所述四级壳体的底部设置有螺旋输送机，所述螺旋输送机的末端为四级土料出口。

通过采用上述技术方案，在拌料装置中，根据最终制成土样的湿度不同，需在分离后的土料内分别加入不同质量的水以分别获得低湿度土料、中湿度土料及高湿度土料，启动供水设备后，供水设备将清水从出水顶盖中注入四级壳体内的土料中，随后启动搅拌轴，各搅拌叶对土料和水进行充分搅拌混合。搅拌完成后，土料需进行静置，由于泥土含水搅拌后自身的粘性会增大，故使用螺旋输送机将混合后的土料从四级土料出口中挤出。

优选的，所述制样装置包括制样底座和制样杯，所述制样底座包括实心段和位于实心段下方的空心段，所述空心段中设置有压缩弹簧，所述压缩弹簧的一端与空心段内底面固定连接，所述压缩弹簧的另一端穿过实心段并与制样杯底部连接，所述制样杯侧面贴合设置有防滑垫。

通过采用上述技术方案，在将土料转移至制样杯的过程中，土样内部可能存在大量的气泡并存在孔隙，当土料的湿度越高粘性越大的情况下，其内部产生气泡和孔隙的可能性更大。相关技术中，一般会将制样杯在台面上摔打以将土料中的多余气体排出，以有效提高土料整体的密实性，但是摔打一般依靠人手操作进行，长时间制样后容易导致操作人员手腕部劳损，故设置制样底座和压缩弹簧，操作人员只需将制样杯向上提拉，压缩弹簧伸长，松手后依靠压缩弹簧的回复力使得制样杯与制样底座之间产生撞击，从而使得制样杯中的土料产生振动，以有效减少土料中的气体残留，同时操作更为简便，有效减少了操作人员的手部负担。

优选的，所述实心段中心开设有内凹的配合槽，所述制样杯配合设置于配合槽内，所述配合槽的底部开设有供压缩弹簧穿过的预留孔，所述制样杯底部边沿设置有若干沿径向延伸的凸块，所述配合槽边沿设置有若言与凸块配合的延伸槽，各所述凸块与各延伸槽一一配合时，所述制样杯的底部与配合槽之间贴合设置。

通过采用上述技术方案，凸块和延伸槽的设置可以使得制样底座和制样杯之间的连接更加稳定，在制备土样的最后，依然需要使用刮土刀将土样的表面压实并刮平，工作人员可以直接抓取制样底座进行土样表面的刮平及压实操作，较为方便。

第二方面，本申请提供一种试验室土样制备线的土样制备方法，采用如下的技术方案：

一种试验室土样制备线的土样制备方法，包括以下步骤，

碎料步骤，将从场地中取回的土料经一级土料进口置入碎料装置中，驱动一级驱动电机使得主动碎料棍转动，土料从主动碎料棍和从动碎料棍的缝隙中漏出并在一级接料盘上堆积；

筛料步骤，操作人员将一级接料盘中的土料从二级土料进口中置入筛料装置中，打开振动底座，小于筛网直径的土料经过筛网落入至二级接料盘上；

分料步骤，操作人员将二级接料盘中的土料从三级土料进口中置入分料装置中，随后打开旋转底座，旋转底座上的土料受到离心力的作用被均匀的分散至各三级土料出口处，并落入各三级接料盘中；

搅拌步骤，操作人员将各三级接料盘中的土料分别通过四级土料进口置入拌料装置中，随后打开供水设备，并通过出水顶盖在土料中加水，随后启动搅拌轴对土料进行混合搅拌；

静置步骤，在搅拌步骤中土料的混合搅拌完成后，需将土料静置18-24小时，静置过程中需将拌料装置中的出水顶盖拆下，并在四级壳体的顶端盖设湿毛巾，湿毛巾的含水量以展开时无水滴滴落为佳；

制样步骤，土料静置完成后，先启动搅拌轴对静置的土料进行搅拌，搅拌时间1-2分钟，随后启动螺旋输送机将搅拌完成的土料转移至制样杯中，并将制样杯填满，最后人工使用刮土刀将制样杯表面刮平，至此即完成土样制备，将制样杯置入液塑限测定仪中即可进行该种土样的界限含水率测定试验。

通过采用上述技术方案，即可实现使用机械设备组成的土样制备线进行土样制备的效果，其中对人力投入减少最多的环节为搅拌步骤，相关技术中，在这一步骤中需要人工将土料混合均匀，混合过程中需不断对泥土进行击打和揉搓，以提高土料混合的均匀程度，且人工进行混合时，单次可混合的土料量有限，降低了工作效率。使用电驱动的搅拌轴对泥土进行搅拌，可以大大节省人力，同时可以对较大量的土料进行搅拌混合，通过增加搅拌时间即可有效提高土料混合的均匀程度，相比于人工少量多次的混合过程而言，拌料装置的混合更加高效且更加节省人力。在土料搅拌完成后，需将土料静置18-24小时再进行后续步骤，由于土料的成分组成较为复杂，因此需长时间静置使得水与土料中的各组分充分结合，以最大程度上还原土料在自然环境下自身的力学特性，从而有效提高试验结果的准确性。

优选的，制样步骤中，将搅拌好的土料转移至制样杯中的具体方法如下，

加料步骤，将拌料装置中的土料通过螺旋输送机输送至制样杯中，一次加土料的量为制样杯容积的1/3-1/4；

转移步骤，操作人员关闭搅拌装置的螺旋输送机，将制样杯移开，随后将制样杯底部从配合槽中取出，并使得凸块和延伸槽之间相互错开；

振捣步骤，操作人员向上提拉制样杯，提拉高度为5-10厘米，随后松开制样杯，使得制样杯与制样底座之间产生撞击，该过程需重复多次，其中，低湿度土样的重复次数为2-3次，中湿度土样的重复次数为4-6次，高湿度土样的重复次数为9-11次，随后将制样杯移至螺旋输送机出料处的下方；

重复加料步骤、转移步骤以及振捣步骤多次，直至制样杯内部被完全填充；

端面处理步骤，在制样杯的土样表面再添加少量土料，使用刮刀将制样杯内壁处存在的间隙填满，并沿杯口将多余的土料刮去，并将土样的上端面压平。

通过采用上述技术方案，分多次进行加料可以使得制样杯内土样各深度的密实程度趋于一致。在土样制备的过程中，土样内部密实程度存在差异主要有两个方面的原因，其一是因为土样表面受到的压力不同，其二是土样内部存在残余气体。对于第一方面的原因，由于土料本身为固体，压缩程度十分有限，因此只需保证土料被完全压实即可。对于第二方面的原因，需要令土样产生振动，通过振动令土样结构发生改变，土样内部的气室被破坏以便气体排出，且原有气室被土样填充，不会产生新的气室。需注意的是，土样振动排气时土样的厚度不宜过大，否则容易导致土样深层的残余气体难以排出。故在进行土样制备时，进行多次加料，并在单次加料后对制样杯进行多次振捣，含水量较多的土样由于自身粘性较大，故需要适当增加振捣重复次数以尽可能排出土样内部的残余气体。最后为提高最上层表面土样的密实程度，需人工使用刮刀对土样表面进行压实及刮平操作。

优选的，在第一次使用该试验室土样制备线进行土样制备之前，需采用原有的人工制样方式进行一次标准制样，标准制样的步骤包括破碎步骤、筛分步骤、加水混合步骤、静置步骤以及制备试验土样步骤，标准制样完成后需进行界限含水率测定试验，试验结果需满足试验大纲的要求，若不满足则需要重新进行标准制样，并在加水混合步骤中增加或减少加水量，以确定单位的原始土料在制成低湿度土样、中湿度土样以及高湿度土样时的所需水量。

通过采用上述技术方案，在相关技术中，在制备低湿度、中湿度和高湿度的土样时，加水量的多少完全由操作人员根据自身经验确定，若后期试验过程中发现试验结果不符合要求，则需要将制样杯中的土样取出再进行调整。具体调节方式为，若含水量过多，则需要加入含水量更低的土样进行混合，混合充分后重新制样；若含水量过少，则需要加入含水量更高的土样进行混合，混合充分后重新制样。对于本申请中的土样制备线而言，完全可以根据标准制样的结果，得出的单位土料所需的水量，随后在大批量的土样制备过程中，根据搅拌步骤中的土料质量计算出为得到低湿度土料、中湿度土料及高湿度土料所需的加水量，可以有效减少因含水量偏差较大而重新制样的情况发生的可能性，从而大大提高制样效率。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.通过拌料装置的设置，能够起到对土料中自动加水并采用机械方式对土料进行均匀混合的效果；

2.通过碎料装置、筛料装置和分料装置的设置，能够起到对原始的土料进行击碎、筛选和分离的效果，并减少了人力的投入；

3.通过制样装置的设置，能够起到方便操作人员将制样杯中土料中的残余气体排出的效果。

附图说明

图1是本申请一种试验室土样制备线的实施例的整体结构的示意图。

图2是本申请一种试验室土样制备线的实施例的碎料装置内部结构的半剖示意图。

图3是本申请一种试验室土样制备线的实施例的筛料装置内部结构的半剖示意图。

图4是本申请一种试验室土样制备线的实施例的分料装置整体结构的示意图。

图5是本申请一种试验室土样制备线的实施例的拌料装置内部结构的半剖示意图。

图6是本申请一种试验室土样制备线的实施例的制样装置内部结构的半剖示意图。

图7是本申请一种试验室土样制备线的土样制备方法的实施例的步骤流程图。

附图标记说明，1、碎料装置；11、一级壳体；12、主动碎料棍；13、从动碎料棍；14、一级驱动电机；15、一级土料进口；16、一级土料出口；17、一级接料盘；2、筛料装置；21、二级壳体；22、振动底座；23、筛网；24、二级接料盘；25、二级土料进口；26、二级土料出口；3、分料装置；31、旋转底座；311、三级底座；312、三级驱动电机；32、三级顶盖；33、三级土料进口；34、三级土料出口；35、集料段；36、挡板；37、三级接料盘；4、拌料装置；41、四级壳体；42、出水顶盖；421、通水空腔；422、出水网板；43、供水设备；44、四级土料进口；45、搅拌轴；46、搅拌叶；47、螺旋输送机；471、管体；472、螺杆轴；473、五级驱动电机；48、四级驱动电机；5、制样装置；51、制样底座；52、制样杯；522、凸块；53、实心段；531、配合槽；532、预留孔；533、延伸槽；54、空心段；541、压缩弹簧；61、标准制样；62、碎料步骤；63、筛料步骤；64、分料步骤；65、搅拌步骤；66、静置步骤；67、制样步骤；671、加料步骤；672、转移步骤；673、振捣步骤；674、端面处理步骤。

具体实施方式

以下结合附图1-7对本申请作进一步详细说明。

相关技术中，在进行界限含水率的测定试验时，一般需要根据要求制备三种湿度的土样，分别为低湿度土样、中湿度土样和高湿度土样，将三种土样分别放入液塑限测定仪中进行试验，液塑限测定仪一般包括底座、位于底座上方的锥形落锤，以及用于测量锥形落锤在土样中插入深度的读数装置。一般而言，读数装置采用影像采集的方式，将锥形落锤插入至土样中的影像直接投影至透光的读数板上以实现读数，随着科技发展，现多采用红外距离测量的方式直接测量锥形落锤的下落深度以实现插入深度的读数。试验的具体过程为，先将锥形落锤顶部固定于液塑限测定仪的支架上，锥形落锤的锥顶部分朝向下方的底座设置，同时在锥形落锤的锥顶部分涂抹一层凡士林，锥形落锤由磁性材料制成，支架上锥形落锤的安装处设置有电磁铁，通电状态下锥形落锤可与支架之间实现位置固定。随后将底座位置朝向远离锥形落锤的方向调节，并将制得的土样放置于底座上，再反向调节底座的位置，直至土样表面恰好与锥形落锤的锥顶接触。随后断开支架上的电磁铁，锥形落锤失去磁力牵引而自由下落并插入至土样中，读出插入深度。随后取出锥形落锤并清理锥形落锤表面的残余土料，再进行一次试验并读出插入深度。

针对不同湿度的土样，插入深度需满足一定的经验要求。一般而言，对于低湿度土样，两次的插入深度的范围在3-5毫米之间，且两次读数的差值≤0.5毫米；

对于中湿度土样，两次的插入深度的范围在9-11毫米之间，且两次读数的差值≤0.5毫米；

对于高湿度土样，两次的插入深度的范围在19.8-20.2毫米之间，且两次读数的差值≤0.1毫米。

若读数大于数值范围的最大值，则表示该种土样的含水量过大，后续需要将土样取出并加入湿度更低的土料混合后制成新的土样，重复进行试验直至读数处于规定的范围内；

若读数小于数值范围的最小值，则表示该种土样的含水量过小，后续需要将土样取出并加入湿度更高的土料混合后制成新的土样，重复进行试验直至读数处于规定的范围内；

若两次读数的差值过大，则表示土样内部的密实程度差异较大，需重新制样或在土样中添加土料并重新压实刮平，重复进行试验直至两次读数的差值处于规定的范围内。

当试验的读数满足要求后，需先将插入处的土样刮去（插入处的土样含有凡士林，后续烘干过程会导致误差产生），再将剩余的土样刮入至干燥杯中，并测量出干燥杯中的土样净重为m1，随后将干燥杯连通土样放入烘箱中，在105℃的环境下至少烘干8小时，烘干后将干燥杯取出并测量此时干燥杯中的土样净重为m2，则该种土样的含水率MC=[（m1-m2）/m1]×100%。

低湿度土样的含水率MC1，为该种土样的缩限含水率；

中湿度土样的含水率MC2，为该种土样的塑限含水率；

高湿度土样的含水率MC3，为该种土样的液限含水率。

本申请实施例公开一种试验室土样制备线，用于在进行界限含水率的测定实验时制备不同湿度的土样。参照图1，一种试验室土样制备线包括碎料装置1、筛料装置2、分料装置3、拌料装置4以及制样装置5。

参照图2，碎料装置1包括一级壳体11，一级壳体11的内部设置有主动碎料棍12和从动碎料棍13，从动碎料棍13分别位于主动碎料滚的两侧，主动碎料棍12连接有一级驱动电机14，一级壳体11上位于主动碎料棍12的上方部分设置有一级土料进口15，一级壳体11上位于主动碎料棍12的下方部分设置有一级土料出口16，一级土料进口15下方设置有一级接料盘17。

参照图3，筛料装置2包括振动底座22和放置于振动底座22上的二级壳体21，振动底座22内设置有振动电机（图中未示出），二级壳体21内设置有至少一层筛网23，二级壳体21的底部设置有可拆卸的二级接料盘24，二级壳体21远离二级接料盘24的一端为二级土料进口25，二级壳体21靠近二级接料盘24的一端为二级土料出口26。

参照图4，分料装置3包括旋转底座31和三级顶盖32，旋转底座31包括有三级底座311和与三级底座311相连的三级驱动电机312，三级顶盖32罩设于旋转底座31上方且三级顶盖32与旋转底座31的连接处密封，三级顶盖32的顶部设置有三级土料进口33，三级顶盖32的边沿设置有三个三级土料出口34，各三级土料出口34与三级顶盖32之间形成有扇形的集料段35，集料段35较大的一端与三级顶盖32的边沿连接且将三级顶盖32的边沿三等分，集料段35较小的一端与三级土料出口34相连，三级土料出口34处设置有挡板36，各三级土料出口34的下方设置有三级接料盘37。

参照图5，拌料装置4包括四级壳体41，四级壳体41的顶部设置有拆卸式的出水顶盖42，出水顶盖42连接有供水设备43，出水顶盖42内部设置有通水空腔421，供水设备43通过管道与通水空腔421内部连通，通水空腔421的底面处设置有出水网板422，供水设备43启动后，清水流入至通水空腔421内并从出水网板422中流入至四级壳体41内。四级壳体41的侧壁设置有四级土料进口44，四级壳体41的内部设置有竖直的搅拌轴45，搅拌轴45上设置有相错设置的搅拌叶46，搅拌叶46的末端与四级壳体41的内侧壁抵接，搅拌轴45连接有四级驱动电机48。四级壳体41的底部设置有螺旋输送机47，螺旋输送机47包括有管体471和位于管体471内的螺杆轴472，管体471的一端与四级壳体41侧壁的底部相连通，管体471的另一端即为四级土料出口，本实施例中，螺杆轴472的末端通过齿轮啮合结构连接有五级驱动电机473，且五级驱动电机473设置在管体471远离四级壳体41的一端。

参照图6，制样装置5包括制样底座51和制样杯52，制样底座51包括实心段53和位于实心段53下方的空心段54，空心段54中设置有压缩弹簧541，压缩弹簧541的一端与空心段54内底面固定连接，压缩弹簧541的另一端穿过实心段53并与制样杯52底部连接，实心段53中心开设有内凹的配合槽531，制样杯52配合设置于配合槽531内，配合槽531的底部开设有供压缩弹簧541穿过的预留孔532，制样杯52底部边沿设置有若干沿径向延伸的凸块522，配合槽531边沿设置有若言与凸块522配合的延伸槽533，各凸块522与各延伸槽533一一配合时，制样杯52的底部与配合槽531之间贴合设置，制样杯52侧面贴合设置有防滑垫。

本申请实施例一种试验室土样制备线的实施原理为：针对土样制备中各步骤针对性的设置机械装置，使用机械代替人工，以有限减少人力的投入使用。

碎料装置1用于将从场地中直接取回的土料进行碎料，较大的土料颗粒被处理成小颗粒的土料并收集于一级接料盘17中；

振动底座22内设置有振动电机，开启后采取振动的方式将土料过筛，已得到试验所需的粒径土样；

分料装置3用于将过筛后的土料分为三份，粉料方式采用离心粉料的方法，即将筛后的土料从三级土料进口33中置入，随后开启旋转底座31，旋转底座31表面的土料收到离心力的作用被移动至三级顶盖32的边沿处，并随着集料段35到达三级土料出口34处；

拌料装置4通过在分离后的土料内添加不同质量的水以分别获得低湿度土料、中湿度土料以及高湿度土料，启动供水设备43后，供水设备43将清水从出水顶盖42中注入至土料中，随后启动搅拌轴45对土料和水进行充分混合，混合完成后通过螺旋输送机47将混合后的土料从四级土料出口中挤出，并落入至制样杯52中；

对于落入至制样杯52中的土料，操作人员需待土料落入至制样杯52后，将制样杯52向上提拉至一定高度后松手，利用压缩弹簧541的回复力使得制样杯52与制样底座51质检产生相互碰撞，从而使得制样杯52中的土料产生振动，以减少土料中的气体残留，从而有效提高最终制成土样内部的密实性。

本申请实施例还公开一种试验室土样制备线的土样制备方法。参照图7，一种试验室土样制备线的土样制备方法包括以下步骤，

碎料步骤62，将从场地中取回的土料经一级土料进口15置入碎料装置1中，驱动一级驱动电机14使得主动碎料棍12转动，土料从主动碎料棍12和从动碎料棍13的缝隙中漏出并在一级接料盘17上堆积。

筛料步骤63，操作人员将一级接料盘17中的土料从二级土料进口25中置入筛料装置2中，打开振动底座22，小于筛网23直径的土料经过筛网23落入至二级接料盘24上。

分料步骤64，操作人员将二级接料盘24中的土料从三级土料进口33中置入分料装置3中，随后打开旋转底座31，旋转底座31上的土料受到离心力的作用被均匀的分散至各三级土料出口34处，并落入各三级接料盘37中。

搅拌步骤65，操作人员将各三级接料盘37中的土料分别通过四级土料进口44置入拌料装置4中，随后打开供水设备43，并通过出水顶盖42在土料中加水，随后启动搅拌轴45对土料进行混合搅拌。

静置步骤66，在搅拌步骤65中土料的混合搅拌完成后，需将土料静置18-24小时，静置过程中需将拌料装置4中的出水顶盖42拆下，并在四级壳体41的顶端盖设湿毛巾，湿毛巾的含水量以展开时无水滴滴落为佳。

制样步骤67，土料静置完成后，先启动搅拌轴45对静置的土料进行搅拌，搅拌时间1-2分钟，随后启动螺旋输送机47将搅拌完成的土料转移至制样杯52中，并将制样杯52填满，最后人工使用刮土刀将制样杯52表面刮平，至此即完成土样制备，将制样杯52置入液塑限测定仪中即可进行该种土样的界限含水率测定试验。

制样步骤67中，将搅拌好的土料转移至制样杯52中的具体方法如下，

加料步骤671，将拌料装置4中的土料通过螺旋输送机47输送至制样杯52中，一次加土料的量为制样杯52容积的1/3-1/4；

转移步骤672，操作人员关闭搅拌装置的螺旋输送机47，将制样杯52移开，随后将制样杯52底部从配合槽531中取出，并使得凸块522和延伸槽533之间相互错开；

振捣步骤673，操作人员向上提拉制样杯52，提拉高度为5-10厘米，随后松开制样杯52，使得制样杯52与制样底座51之间产生撞击，该过程需重复多次，其中，低湿度土样的重复次数为2-3次，中湿度土样的重复次数为4-6次，高湿度土样的重复次数为9-11次，随后将制样杯52移至螺旋输送机47出料处的下方；

重复加料步骤671、转移步骤672以及振捣步骤673多次，直至制样杯52内部被完全填充；

端面处理步骤674，在制样杯52的土样表面再添加少量土料，使用刮刀将制样杯52内壁处存在的间隙填满，并沿杯口将多余的土料刮去，并将土样的上端面压平。

需注意的是，在第一次使用该种试验室土样制备线进行土样制备之前，需采用原有的人工制样方式进行一次标准制样61，标准制样61的步骤包括破碎步骤、筛分步骤、加水混合步骤、静置步骤66以及制备试验土样步骤。其中，破碎步骤一般采用锤子将大的土料颗粒击碎，筛分步骤中一般采用过料筛手工筛料并将筛后的土料分成三部分并置入容器中，加水混合步骤中分别在三个装有土料的容器中加入适量清水，并采用刮土刀将各容器中的土料混合均匀，混合均匀后，在容器顶部盖上湿毛巾并将土料静置18-24小时。随后将静置完成的土料通过刮土刀转移至制样杯52中，并对制样杯52中的土样进行压实，表面刮平，得到土样。

随后需进行界限含水率测定试验，试验结果应满足试验大纲的要求，若不满足则需要重新进行一次制样，并在加水混合步骤中增加或减少加水量，随后再进行界限含水率测定试验，并使得试验结果满足试验大纲的要求。以确定单位的原始土料在制成低湿度土样、中湿度土样以及高湿度土样时的所需水量。随后在使用该种土样制备线进行制样的过程中，在搅拌步骤65中，需先对拌料装置4中的土料重量进行称量，随后根据土料重量以及需要达到的土样湿度，确定所需添加的水的量，参数设定完成后即可通过供水设备43进行加水。

同时，为得到最为准确的试验结果，可以根据设定的所需添加的水量生成一系列的呈梯度排列的加水量，例如，根据标准制样61所得出的该种土料的高湿度土样的加水量为10毫升/100克土料，则对于200克的土料，经计算可得所需的加水量为20毫升。则在对该种土样进行高湿度土样的制备时，可以进行5次试验，每次试验的制样过程中的加水量和最终的试验结果如下表所示：

试验序号	1	2	3	4	5
						加水量/ml	18	19	20	21	22
一次插入深度/mm	19.3	19.8	19.9	20.2	20.5
						二次插入深度/mm	19.4	19.9	20.1	20.4	20.7
结果判定	加水量过少	加水量合适	加水量合适	加水量过多	加水量过多

本申请实施例一种试验室土样制备线的土样制备方法的实施原理为：

使用电驱动的搅拌轴45对泥土进行搅拌，可以大大节省人力，同时可以对较大量的土料进行搅拌混合，通过增加搅拌时间即可有效提高土料混合的均匀程度，相比于人工少量多次的混合过程而言，拌料装置4的混合更加高效且更加节省人力。在土料搅拌完成后，需将土料静置18-24小时再进行后续步骤，由于土料的成分组成较为复杂，因此需长时间静置使得水与土料中的各组分充分结合，以最大程度上还原土料在自然环境下自身的力学特性，从而有效提高试验结果的准确性。

分多次进行加料可以使得制样杯52内土样各深度的密实程度趋于一致。在土样制备的过程中，土样内部密实程度存在差异主要有两个方面的原因，其一是因为土样表面受到的压力不同，其二是土样内部存在残余气体。对于第一方面的原因，由于土料本身为固体，压缩程度十分有限，因此只需保证土料被完全压实即可。对于第二方面的原因，需要令土样产生振动，通过振动令土样结构发生改变，土样内部的气室被破坏以便气体排出，且原有气室被土样填充，不会产生新的气室。需注意的是，土样振动排气时土样的厚度不宜过大，否则容易导致土样深层的残余气体难以排出。故在进行土样制备时，进行多次加料，并在单次加料后对制样杯52进行多次振捣，含水量较多的土样由于自身粘性较大，故需要适当增加振捣重复次数以尽可能排出土样内部的残余气体。最后为提高最上层表面土样的密实程度，需人工使用刮刀对土样表面进行压实及刮平操作。

在相关技术中，制备低湿度、中湿度和高湿度的土样时，加水量的多少完全由操作人员根据自身经验确定，若后期试验过程中发现试验结果不符合要求，则需要将制样杯52中的土样取出再进行调整。具体调节方式为，若含水量过多，则需要加入含水量更低的土样进行混合，混合充分后重新制样；若含水量过少，则需要加入含水量更高的土样进行混合，混合充分后重新制样。对于本申请中的土样制备线而言，完全可以根据标准制样61的结果，得出的单位土料所需的水量，随后在大批量的土样制备过程中，根据搅拌步骤65中的土料质量计算出为得到低湿度土料、中湿度土料及高湿度土料所需的加水量，可以有效减少因含水量偏差较大而重新制样的情况发生的可能性，从而大大提高制样效率。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种试验室土样制备线，其特征在于：包括碎料装置(1)、筛料装置(2)、分料装置(3)、拌料装置(4)以及制样装置(5)。

2.根据权利要求1所述的一种试验室土样制备线，其特征在于：所述碎料装置(1)包括一级壳体(11)，所述一级壳体(11)的内部设置有主动碎料棍(12)和从动碎料棍(13)，所述从动碎料棍(13)分别位于主动碎料滚的两侧，所述主动碎料棍(12)连接有一级驱动电机(14)，所述一级壳体(11)上位于主动碎料棍(12)的上方部分设置有一级土料进口(15)，所述一级壳体(11)上位于主动碎料棍(12)的下方部分设置有一级土料出口(16)，所述一级土料进口(15)下方设置有一级接料盘(17)。

3.根据权利要求1所述的一种试验室土样制备线，其特征在于：所述筛料装置(2)包括振动底座(22)和放置于振动底座(22)上的二级壳体(21)，所述二级壳体(21)内设置有至少一层筛网(23)，所述二级壳体(21)的底部设置有可拆卸的二级接料盘(24)，所述二级壳体(21)远离二级接料盘(24)的一端为二级土料进口(25)，所述二级壳体(21)靠近二级接料盘(24)的一端为二级土料出口(26)。

4.根据权利要求3所述的一种试验室土样制备线，其特征在于：所述分料装置(3)包括旋转底座(31)和三级顶盖(32)，所述三级顶盖(32)罩设于旋转底座(31)上方且三级顶盖(32)与旋转底座(31)的连接处密封，所述三级顶盖(32)的顶部设置有三级土料进口(33)，所述三级顶盖(32)的边沿设置有三个三级土料出口(34)，各三级土料出口(34)与三级顶盖(32)之间形成有扇形的集料段(35)，所述集料段(35)较大的一端与三级顶盖(32)的边沿连接且将三级顶盖(32)的边沿三等分，所述集料段(35)较小的一端与三级土料出口(34)相连，所述三级土料出口(34)处设置有挡板(36)，各所述三级土料出口(34)的下方设置有三级接料盘(37)。

5.根据权利要求4所述的一种试验室土样制备线，其特征在于：所述拌料装置(4)包括四级壳体(41)，所述四级壳体(41)的顶部设置有拆卸式的出水顶盖(42)，所述出水顶盖(42)连接有供水设备(43)，所述四级壳体(41)的侧壁设置有四级土料进口(44)，所述四级壳体(41)的内部设置有竖直的搅拌轴(45)，所述搅拌轴(45)上设置有相错设置的搅拌叶(46)，所述搅拌叶(46)的末端与四级壳体(41)的内侧壁抵接，所述四级壳体(41)的底部设置有螺旋输送机(47)，所述螺旋输送机(47)的末端为四级土料出口。

6.根据权利要求5所述的一种试验室土样制备线，其特征在于：所述制样装置(5)包括制样底座(51)和制样杯(52)，所述制样底座(51)包括实心段(53)和位于实心段(53)下方的空心段(54)，所述空心段(54)中设置有压缩弹簧(541)，所述压缩弹簧(541)的一端与空心段(54)内底面固定连接，所述压缩弹簧(541)的另一端穿过实心段(53)并与制样杯(52)底部连接，所述制样杯(52)侧面贴合设置有防滑垫。

7.根据权利要求6所述的一种试验室土样制备线，其特征在于：所述实心段(53)中心开设有内凹的配合槽(531)，所述制样杯(52)配合设置于配合槽(531)内，所述配合槽(531)的底部开设有供压缩弹簧(541)穿过的预留孔(532)，所述制样杯(52)底部边沿设置有若干沿径向延伸的凸块(522)，所述配合槽(531)边沿设置有若言与凸块(522)配合的延伸槽(533)，各所述凸块(522)与各延伸槽(533)一一配合时，所述制样杯(52)的底部与配合槽(531)之间贴合设置。

8.根据权利要求7所述的一种试验室土样制备线的土样制备方法，其特征在于：包括以下步骤，

碎料步骤(62)，将从场地中取回的土料经一级土料进口(15)置入碎料装置(1)中，驱动一级驱动电机(14)使得主动碎料棍(12)转动，土料从主动碎料棍(12)和从动碎料棍(13)的缝隙中漏出并在一级接料盘(17)上堆积；

筛料步骤(63)，操作人员将一级接料盘(17)中的土料从二级土料进口(25)中置入筛料装置(2)中，打开振动底座(22)，小于筛网(23)直径的土料经过筛网(23)落入至二级接料盘(24)上；

分料步骤(64)，操作人员将二级接料盘(24)中的土料从三级土料进口(33)中置入分料装置(3)中，随后打开旋转底座(31)，旋转底座(31)上的土料受到离心力的作用被均匀的分散至各三级土料出口(34)处，并落入各三级接料盘(37)中；

搅拌步骤(65)，操作人员将各三级接料盘(37)中的土料分别通过四级土料进口(44)置入拌料装置(4)中，随后打开供水设备(43)，并通过出水顶盖(42)在土料中加水，随后启动搅拌轴(45)对土料进行混合搅拌；

静置步骤(66)，在搅拌步骤(65)中土料的混合搅拌完成后，需将土料静置18-24小时，静置过程中需将拌料装置(4)中的出水顶盖(42)拆下，并在四级壳体(41)的顶端盖设湿毛巾，湿毛巾的含水量以展开时无水滴滴落为佳；

制样步骤(67)，土料静置完成后，先启动搅拌轴(45)对静置的土料进行搅拌，搅拌时间1-2分钟，随后启动螺旋输送机(47)将搅拌完成的土料转移至制样杯(52)中，并将制样杯(52)填满，最后人工使用刮土刀将制样杯(52)表面刮平，至此即完成土样制备，将制样杯(52)置入液塑限测定仪中即可进行该种土样的界限含水率测定试验。

9.根据权利要求8所述的一种试验室土样制备线的土样制备方法，其特征在于：制样步骤(67)中，将搅拌好的土料转移至制样杯(52)中的具体方法如下，

加料步骤(671)，将拌料装置(4)中的土料通过螺旋输送机(47)输送至制样杯(52)中，一次加土料的量为制样杯(52)容积的1/3-1/4；

转移步骤(672)，操作人员关闭搅拌装置的螺旋输送机(47)，将制样杯(52)移开，随后将制样杯(52)底部从配合槽(531)中取出，并使得凸块(522)和延伸槽(533)之间相互错开；

振捣步骤(673)，操作人员向上提拉制样杯(52)，提拉高度为5-10厘米，随后松开制样杯(52)，使得制样杯(52)与制样底座(51)之间产生撞击，该过程需重复多次，其中，低湿度土样的重复次数为2-3次，中湿度土样的重复次数为4-6次，高湿度土样的重复次数为9-11次，随后将制样杯(52)移至螺旋输送机(47)出料处的下方；

重复加料步骤(671)、转移步骤(672)以及振捣步骤(673)多次，直至制样杯(52)内部被完全填充；

端面处理步骤(674)，在制样杯(52)的土样表面再添加少量土料，使用刮刀将制样杯(52)内壁处存在的间隙填满，并沿杯口将多余的土料刮去，并将土样的上端面压平。

10.根据权利要求8所述的一种试验室土样制备线的土样制备方法，其特征在于：在第一次使用该试验室土样制备线进行土样制备之前，需采用原有的人工制样方式进行一次标准制样(61)，标准制样(61)的步骤包括破碎步骤、筛分步骤、加水混合步骤、静置步骤(66)以及制备试验土样步骤，标准制样(61)完成后需进行界限含水率测定试验，试验结果需满足试验大纲的要求，若不满足则需要重新进行标准制样(61)，并在加水混合步骤中增加或减少加水量，以确定单位的原始土料在制成低湿度土样、中湿度土样以及高湿度土样时的所需水量。

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