CN114589954A - 用于多种尺寸规格土三轴试件成型的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于多种尺寸规格土三轴试件成型的装置及方法，装置包括底座、成型模具、加压装置和加压驱动装置，成型模具设置于底座上，其包括多个依次叠套设置的凹模，加压装置包括顶板和多个分别适配不同凹模的凸模；加压驱动装置用于使底座和顶板相互靠近和相互远离，以完成凸模对相适配的凹模内土体的挤压成型。本发明结构新颖合理，设置的嵌套式成型模具，具有多个依次叠套设置的凹模，由内至外能够取出单层或多层凹模，可使用与待成型的土三轴试件尺寸适配的凹模进行土体成型，多套凹模和凸模可供选择，使用一套成型装置便可制备不同尺寸规格的试件，满足试验需求。

Description

用于多种尺寸规格土三轴试件成型的装置及方法

技术领域

本发明涉及土工试验技术领域，特别是涉及一种用于多种尺寸规格土三轴试件成型的装置及方法。

背景技术

目前土三轴试件一般是人工成型，需要人为的分批次压实土体。在这个过程中，土体被分批次压实，尽管不同批次间会凿毛使新老土体结合更加紧密，但其较为费力，且不同批次土体间易出现压实不均匀或连接不紧密的问题，其原因主要是试件成型模具大小与试件最终成型尺寸接近，不具备一次性装入所需压实土体的空间。并且，简单的模具不能利用机器压实，只能通过手工制作。上述均会导致土三轴试件的制备费时费力，尤其基础土工试验往往需要大量试件。

为了更加便利地制作土三轴试件，目前已经面世了一些土三轴试件的制作模具。但是，现有的制作模具固定，一旦试件的半径尺寸或者高度尺寸发生改变，就需要重新制作模具，浪费时间、金钱和材料，可见，不同试验需要的试件尺寸不同，已经限制了模具的实用性。因此，如何快捷方便地制作土的三轴试验的试样，且满足多尺寸试样的生产要求是目前有待解决的关键问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于多种尺寸规格土三轴试件成型的装置及方法，其能够成型多种尺寸规格土三轴试件，以解决上述现有技术存在的试件半径尺寸或者高度尺寸发生改变，就需要重新另作模具，从而导致费时、费钱、费料的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种用于多种尺寸规格土三轴试件成型的装置，包括：

底座；

成型模具，所述成型模具设置于所述底座上，其包括多个依次叠套设置的凹模，位于最内层的所述凹模内用于盛放待成型的土体；并且，所述成型模具由内至外能够取出单层或多层所述凹模，以使用与待成型的土三轴试件尺寸适配的所述凹模进行土体成型；

加压装置，所述加压装置包括顶板和多个分别适配不同所述凹模的凸模；所述顶板设置于所述成型模具的上方，所述顶板的下表面安装多个所述凸模中的一个；

加压驱动装置，所述加压驱动装置用于使所述底座和所述顶板相互靠近和相互远离，并在所述底座和所述顶板相互靠近的过程中，完成所述凸模对相适配的所述凹模内土体的挤压成型。

可选的，所述加压驱动装置包括手动驱动组件，所述手动驱动组件包括：

随动旋钮，所述随动旋钮活动嵌置于所述底座上，能够原位转动；所述随动旋钮设置有多个，且任意一所述随动旋钮的外周均套设一齿轮，多个所述齿轮通过闭环链条传动连接；

手动旋钮，所述手动旋钮设置于至少一个所述随动旋钮上，通过所述手动旋转驱动与之相连的所述随动旋钮原位转动，进而通过所述闭环链条实现多个所述随动旋钮的同向转动；

升降杆，所述升降杆设置有多根，任意一根所述升降杆的底端分别套设于一所述随动旋钮内，并与所述随动旋钮螺纹连接；任意一根所述升降杆的顶端均贯穿所述顶板设置；

自紧螺母，所述自紧螺母设置有多个，任意一所述升降杆的顶端均螺纹连接有一所述自紧螺母，且任意一所述自紧螺母均支承于所述顶板的下方。

可选的，所述加压驱动装置还包括电动驱动组件，所述电动驱动组件包括：

传动组件，所述传动组件与所述顶板相连；

驱动电机，所述驱动电机嵌置于所述底座内，所述驱动电机与所述传动组件相连，用于在所述凸模与所述凹模内的土体接触后，驱动所述顶板向靠近所述底座的方向移动。

可选的，所述传动组件包括：

第一定滑轮，所述第一定滑轮安装于所述底座的侧面，并与所述驱动电机相连；

第二定滑轮，所述第二定滑轮与所述第一定滑轮安装于所述底座的同一侧；

第三定滑轮，所述第三定滑轮与所述第一定滑轮安装于所述底座的同一侧，且所述第三定滑轮位于所述第一定滑轮的上方；

顶部动滑轮，所述顶部动滑轮安装于所述顶板的边缘；

绳索，所述绳索的一端卷绕于所述第一定滑轮上，另一端依次绕经所述第二定滑轮、所述顶部动滑轮之后卷绕于所述第三定滑轮上。

可选的，还包括联动齿轮组件，所述联动齿轮组件包括：

第一伞齿轮，所述第一伞齿轮套设于所述随动旋钮上，能够随所述随动旋钮同步转动；

第二伞齿轮，所述第二伞齿轮与所述第三定滑轮同轴连接，且所述第二伞齿轮与所述第一伞齿轮啮合，以在所述随动旋钮驱动所述升降杆下降时，所述第三定滑轮能够收卷所述绳索，所述随动旋钮驱动所述升降杆上升时，所述第三定滑轮能够展放所述绳索。

可选的，所述传动组件设置有两组，且两组所述传动组件对称设置在所述底座的两侧。

可选的，所述成型模具还包括模具外包壳，所述模具外包壳紧贴包覆于最外层所述凹模的外周。

可选的，所述模具外包壳包括第一外包半壳和与所述第一外包半壳对接的第二外包半壳。

可选的，任意一所述凹模均包括底模、第一半模和与所述第一半模对接的第二半模，所述第一半模和所述第二半模包覆于所述底模的外周。

可选的，所述成型模具整体嵌置于所述底座的中心。

可选的，任意一所述凹模的内腔为棱柱状内腔或圆柱状内腔；且任意两所述凹模的高度相同；

当所述凹模的内腔为所述棱柱状内腔时，所述凸模为棱柱状凸模；

当所述凹模的内腔为所述圆柱状内腔时，所述凸模为圆柱状凸模。

可选的，任意一所述凸模的外壁上均设置有沿其轴向分布的刻度线，以度量所述土体的成型高度。

同时本发明提出一种土三轴试件成型的方法，采用如上所述的用于多种尺寸规格土三轴试件成型的装置进行，包括步骤：

S1、根据待加工的土三轴试件的尺寸，选择相适配的所述凹模和所述凸模，并将选择好的所述凸模安装在所述顶板上；

S2、将加工土三轴试件所需的土体放入步骤S1中选择好的所述凹模内；

S3、通过所述手动旋钮驱动所述升降杆和所述顶板同步朝向所述底座移动，直至所述顶板上所述凸模的底端接触所述凹模内的土体；

S4、松开所述自紧螺母，并启动所述驱动电机，单独驱动所述顶板向靠近所述底座的方向移动，以使所述凸模向所述凹模内的土体加压，加载至所需试件高度后停止加压。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明提出的用于多种尺寸规格土三轴试件成型的装置，结构新颖合理，设置的嵌套式成型模具，具有多个依次叠套设置的凹模，由内至外能够取出单层或多层凹模，以使用与待成型的土三轴试件尺寸适配的凹模进行土体成型，多套凹模和凸模可供选择，使用一套成型装置便可制备不同尺寸规格的试件，比如在试件为圆柱状时，便可根据选用凹模和凸模的不同，制备出不同半径和不同高度的试件，以满足试验需求。

本发明提出的用于多种尺寸规格土三轴试件成型的装置，通过加压装置中的凸模压制凹模内的土体，可以实现试件一次挤压成型，不需要人工分批次成型试件，能够保证试件的均质程度。

本发明提出的用于多种尺寸规格土三轴试件成型的装置，采用机械电动形式给凸模施压，能够更快、更省力地实现试件成型。该用于多种尺寸规格土三轴试件成型的装置操作简便，制作试件尺寸精确，为土三轴试验方案提供了便利。

本发明提出的土三轴试件成型的方法，采用如上所述的用于多种尺寸规格土三轴试件成型的装置进行，工序简便，制作试件尺寸精确，为土三轴试验方案提供了便利。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例所公开的用于多种尺寸规格土三轴试件成型的装置的主视图；

图2为本发明实施例所公开的加压装置的结构示意图；

图3为本发明实施例所公开的成型模具的结构示意图；

图4为本发明实施例所公开的用于多种尺寸规格土三轴试件成型的装置的后视图；

图5为本发明实施例所公开的手动驱动组件的安装示意图。

其中，附图标记为：

100、用于多种尺寸规格土三轴试件成型的装置；

1、底座；

2、成型模具；21、小号凹模；22、中号凹模；23、大号凹模；24、模具外包壳；241、第一外包半壳；242、第二外包半壳；25、底模；26、第一半模；27、第二半模；

3、加压装置；31、顶板；311、空心筒；32、小号凸模；33底模、中号凸模；34、大号凸模；

4、随动旋钮；

5、齿轮；

6、闭环链条；

7、手动旋钮；

8、升降杆；81、上端螺纹；82、下端螺纹；83、螺栓帽；

9、自紧螺母；

10、驱动电机；

11、第一定滑轮；

12、第二定滑轮；

13、第三定滑轮；

14、顶部动滑轮；

15、绳索；

16、第一伞齿轮；

17、第二伞齿轮；

18、刻度线。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的之一是提供一种用于多种尺寸规格土三轴试件成型的装置，其能够成型多种尺寸规格土三轴试件，以解决现有技术存在的试件半径尺寸或者高度尺寸发生改变，就需要重新另作模具，从而导致费时、费钱、费料的问题。

本发明的另一目的还在于提供一种土三轴试件成型的方法，采用如上所述的用于多种尺寸规格土三轴试件成型的装置进行，工序简便，制作试件尺寸精确，为土三轴试验方案提供了便利。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例一

如图1～图5所示，本实施例提供一种用于多种尺寸规格土三轴试件成型的装置100，主要包括底座1、成型模具2、加压装置3和加压驱动装置，成型模具2设置于底座1上，其包括多个依次叠套设置的凹模，位于最内层的凹模内用于盛放待成型的土体；成型模具2由内至外能够取出单层或多层凹模，以使用与待成型的土三轴试件尺寸适配的凹模进行土体成型；加压装置3包括顶板31和多个分别适配不同凹模的凸模；顶板31设置于成型模具2的上方，顶板31的下表面安装多个凸模中的一个；加压驱动装置用于使底座1和顶板31相互靠近和相互远离，并在底座1和顶板31相互靠近的过程中，完成凸模对相适配的凹模内土体的挤压成型。其中，凹模优选为筒状结构，凸模优选为加压杆结构。

本实施例中，加压驱动装置同时设置了手动驱动组件和电动驱动组件。其中，手动驱动组件主要包括随动旋钮4、手动旋钮7、升降杆8和自紧螺母9，随动旋钮4活动嵌置于底座1上，能够原位转动；随动旋钮4设置有多个，且任意一随动旋钮4的外周均套设一齿轮5，多个齿轮5通过闭环链条6传动连接；手动旋钮7设置于至少一个随动旋钮4上，通过手动旋转驱动与之相连的随动旋钮4原位转动，进而通过闭环链条6实现多个随动旋钮4的同向转动；闭环链条6带动设置在其余三个升降杆8上的随动旋钮7转动，从而实现手动调节各升降杆8同时升降的效果。升降杆8设置有多根，任意一根升降杆8的底端分别套设于一随动旋钮4内，并与随动旋钮4螺纹连接；任意一根升降杆8的顶端均贯穿顶板31设置；自紧螺母9设置有多个，任意一升降杆8的顶端均螺纹连接有一自紧螺母9，且任意一自紧螺母9均支承于顶板31的下方。升降杆8的一端设置有上端螺纹81、底端设置有下端螺纹82，上端螺纹81和下端螺纹82可以贯通设置，也可以中间间隔光面，上端螺纹81贯穿顶板31设置，并螺纹连接自紧螺母9；下端螺纹82则依次贯穿随动旋钮4和底座1设置，下端螺纹82可同时与随动旋钮4、底座1螺纹连接，也可仅与随动旋钮4螺纹连接，具体设置形式可根据实际操作需求而定。

上述的电动驱动组件主要包括传动组件和驱动电机10，传动组件与顶板31相连，驱动电机10嵌置于底座1内，驱动电机10与传动组件相连，用于在凸模与凹模内的土体接触后，单独驱动顶板31向靠近底座1的方向移动，此时升降杆8不再朝向挤压土体的方向移动。上述的传动组件可为丝杆滑块组件、齿轮链条组件以及动滑轮组件等现有机械传动部件，作为优选方式，本实施例的传动组件采用滑动组件，其包括第一定滑轮11、第二定滑轮12、第三定滑轮13、顶部动滑轮14和绳索15，第一定滑轮11安装于底座1的侧面，并与驱动电机10相连；第二定滑轮12与第一定滑轮11安装于底座1的同一侧；第三定滑轮13与第一定滑轮11安装于底座1的同一侧，且第三定滑轮13位于第一定滑轮11的上方；顶部动滑轮14安装于顶板31的边缘；绳索15的一端卷绕于第一定滑轮11上，另一端依次绕经第二定滑轮12、顶部动滑轮14之后卷绕于第三定滑轮13上。作为优选，上述第二定滑轮12和第三定滑轮13分别分布于顶部动滑轮14的两侧，避免绳索15绕制形成死角结构，可以确保绳索15的流畅收、放。

本实施例中，加压驱动装置还配置了联动齿轮组件，联动齿轮组件主要包括第一伞齿轮16和第二伞齿轮17，其中的第一伞齿轮16套设于随动旋钮4上，能够随随动旋钮4同步转动；第二伞齿轮17与第三定滑轮13同轴连接，且第二伞齿轮17与第一伞齿轮16啮合，实现水平动力与垂直动力之间的传递转换，以在随动旋钮4驱动升降杆8下降时，第三定滑轮13能够收卷绳索15，随动旋钮4驱动升降杆8上升时，第三定滑轮13能够展放绳索15。其中的绳索15优选为钢绞线。

本实施例中，上述传动组件优选设置有两组，且两组传动组件对称设置在底座1的两侧。传动组件中，两侧的第一定滑轮11同轴连接，两侧的第二定滑轮12同轴连接，两侧的第三定滑轮13同样同轴连接；顶板31上形成有贯通的空心筒311，该空心筒311内贯穿设置有动滑轮连接轴，动滑轮连接轴能够在空心筒311内自由转动，两个顶部动滑轮14分别安装于上述动滑轮连接轴的两端。驱动电机10提供足够的扭矩可使绳索15(比如钢绞线)绕着上部的第三定滑轮13、下部的第一定滑轮11收紧，从而使顶部动滑轮14受向下的压力带动顶板31下压。

本实施例中，成型模具2还包括模具外包壳24，模具外包壳24紧贴包覆于最外层凹模的外周。模具外包壳24为对开式分半结构，其包括第一外包半壳241和与第一外包半壳241对接(或拼接)的第二外包半壳242。

本实施例中，任意一凹模均包括底模25、第一半模26和与第一半模26对接的第二半模27，第一半模26和第二半模27包覆于底模25的外周，第一半模26和第二半模27拼接形成封闭的筒形凹模结构。两个半模侧板可组合成薄壁圆筒结构，底模25为圆柱结构，可垫在两个半模侧板拼接形成的圆筒底部，两个半模侧板的厚度用来消除不同型号凹模模腔的深度差。

本实施例中，任意一凹模的内腔为棱柱状内腔或圆柱状内腔；且任意两凹模的高度相同；当凹模的内腔为棱柱状内腔时，凸模为棱柱状凸模；当凹模的内腔为圆柱状内腔时，凸模为圆柱状凸模。作为优选方式，成型模具2整体嵌置于底座1的中心，模具外包壳24、各凹模的顶端以及底座1的顶面平齐。

本实施例中，底座1整体呈长方体状，升降杆8设置有四个，且分别安装于底座1的四角，底座1的四角分别设置有直径略大于升降杆8直径的圆柱槽，供升降杆8升降。作为优选方式，升降杆8的下端螺纹82与底座1上的圆柱槽螺纹连接。任意一根升降杆8的顶端均设置有螺栓帽83，初始状态，顶板31被自紧螺母9锁紧，并夹紧于自紧螺母9和螺栓帽83之间，以确保顶板31与各升降杆8连接形成一体结构。如图4所示，位于底座1后侧的两个升降杆8上的随动旋钮4上均设置有第二伞齿轮17，同时连接两第三定滑轮13的连接轴上间隔套设有两个第一伞齿轮16，来分别与上述两个第二伞齿轮17啮合，其中，随动旋钮4的转动轴线(即第一伞齿轮16的转动轴线)与两第三定滑轮13之间的连接轴垂直，第一伞齿轮16和第二伞齿轮17也是垂直关系，以实现水平转动与竖直转动之间的转换，该转换主要体现在升降杆8手动下调的过程中，由于顶板31与底座1相互靠近，绳索15会松垮，而由于设置了第一伞齿轮16和第二伞齿轮17，可在随动旋钮4驱动升降杆8下降时，第三定滑轮13能够收卷绳索15，确保绳索15始终处于张紧状态，如此，当升降杆8停止转动后，启动驱动电机10，瞬时即可通过第一定滑轮11卷收绳索15，实现绳索15对顶板31的下压；反之，当需要提升升降杆8使之复位时，可将同步复顶板31位，首先通过自紧螺母9将顶板31固定支承在升降杆8的顶端，然后可控制驱动电机10反转，展放绳索15的同时在第一伞齿轮16和第二伞齿轮17的啮合传动作用下，升降杆8上升，直至升降杆8上升至初始位置，关闭驱动电机10。实际操作中，也可以通过手动旋钮7将升降杆8复位，具体操作步骤可根据实际情况而定。

本实施例中，如图2所示，任意一凸模的外壁上均设置有沿其轴向分布的刻度线18，以度量土体的成型高度。

本实施例中，位于上部的加压装置3的顶板31上配有不同尺寸的凸模，以凸模为圆柱加压杆结构为例，可将凸模设置三种粗细规格，即小号凸模32、中号凸模33和大号凸模34，小号凸模32、中号凸模33和大号凸模34的直径不同，且小号凸模32、中号凸模33和大号凸模34的直径依次增大；小号凸模32、中号凸模33和大号凸模34的顶端均设置有螺纹，用于与顶板31连接。相应的，位于下部的成型模具2中的凹模对应上述凸模的设置形式也包含了三种规格，即小号凹模21、中号凹模22和大号凹模23，同理，小号凹模21、中号凹模22和大号凹模23的模腔均为圆柱状，且小号凹模21、中号凹模22和大号凹模23的模腔(内腔)直径依次增大，与凸模的设置形式不同的是，本实施例中小号凹模21、中号凹模22和大号凹模23的模腔高度(轴向高度)依次增大。不同尺寸的凹模，可调节试件的直径，同时可拆卸，便于试件取出。加压驱动装置可带动绳索15控制顶板31下压，使土体一次压实成型。根据试件不同调节不同模腔深度和直径的凹模与对应的凸模，有利于进行多尺寸土体试件的相关试验，且实现了机械化制作，适宜制作大量的试件，操作简便，利于推广。

作为优选方式，本实施例中，小号凸模32、中号凸模33和大号凸模34均为圆柱形空心杆，且小号凸模32、中号凸模33和大号凸模34之间也可采用层层叠套的方式安装。比如，小号凸模32的直径为38mm，其通过内螺纹与顶板31连接，小号凸模32的顶部外周还设置有组装外螺纹；中号凸模33为外径为70mm的圆柱形空心杆，其内径等于小号凸模32的外径，内部设有螺纹，可旋转组装到小号凸模32顶部的组装外螺纹上，中号凸模33的顶部外周设有组装外螺纹供大号凸模34连接；大号凸模34为外径100mm的圆柱形空心杆(即空心圆柱)，其内径等于中号凸模33的外径，大号凸模34顶部内设螺纹，可旋转组装到中号凸模33上。小号凸模32、中号凸模33和大号凸模34上分别标有不同量程的刻度线18，小号凸模32优选为80mm、中号凸模33优选为140mm、大号凸模34优选为200mm；刻度线18的刻度最大值在加压杆(即凸模)最底端，其量程向上逐渐变小，加压时可实现实时读取被加压土体高度的效果。

进一步地，小号凹模21、中号凹模22和大号凹模23的模腔高度分别优选为80mm、140mm、200mm，使用时由大到小层层嵌套，大号凹模23嵌套在模具外包壳24内。

下面对采用上述用于多种尺寸规格土三轴试件成型的装置进行土三轴试件成型的方法做具体说明。主要包括如下步骤：

1)首先将成型模具2和加压装置3组装好，尺寸相匹配的第一半模26和底模25相互组合，不同尺寸凹模的第一半模26和第二半模27分别嵌套在一起，和模具外包壳24一起放入底座1中。选取和成型模具2中选定凹模尺寸相对应的凸模，将升降杆8通过自紧螺母9与顶板31固定在一起，升降杆8下部通过随动旋钮4与底座1固定在一起。

2)计算实验所需的土体总量，并将所需土体全部放入成型模具2中，将土体上表面抹平，然后通过手动旋转手动旋钮7，使加压装置3整体下降至凸模底端接触土体上表面时停止。

3)解除升降杆8上自紧螺母9的束缚，使顶板31可以相对于升降杆8做上下移动，然后启动驱动电机10，通过滑轮组和绳索的共同作用，使上部的顶板31对土体加压，注意凸模上刻度线18的移动及变化。

4)当凸模下降至所需土样高度时，停止驱动电机10，再将升降杆8上的自紧螺母9固定，通过转动手动旋钮7使顶板31随升降杆8同步上升，上升至凸模底端离开成型模具上表面(也是底座1的上表面)时停止。

5)取出模具外包壳24，完成试件脱模即可。

由此可见，本技术方案提出的用于多种尺寸规格土三轴试件成型的装置，结构新颖合理，设置的嵌套式成型模具，具有多个依次叠套设置的凹模，成型模具由内至外能够取出单层或多层凹模，以使用与待成型的土三轴试件尺寸适配的凹模进行土体成型，多套凹模和凸模可供选择，使用一套成型装置便可制备不同尺寸规格的试件，比如在试件为圆柱状时，便可根据选用凹模和凸模的不同，制备出不同半径和不同高度的试件，以满足试验需求。

本技术方案提出的用于多种尺寸规格土三轴试件成型的装置中，成型模具的层层嵌套式凹模可满足多种尺寸的土三轴试件制作，且可以精确控制试件直径高度，可高效应用于多种方案的室内试验中，本技术方案设计巧妙，方便组装和拆卸，使用方式简单，可重复利用，利于推广。

本技术方案提出的用于多种尺寸规格土三轴试件成型的装置，通过加压装置中的凸模压制凹模内的土体，可以实现试件一次挤压成型，不需要人工分批次成型试件，能够保证试件的均质程度。

本技术方案提出的用于多种尺寸规格土三轴试件成型的装置，采用机械电动形式给凸模施压，能够更快、更省力地实现试件成型。该用于多种尺寸规格土三轴试件成型的装置操作简便，制作试件尺寸精确，为土三轴试验方案提供了便利。

本技术方案提出的土三轴试件成型的方法，采用如上所述的用于多种尺寸规格土三轴试件成型的装置进行，工序简便，制作试件尺寸精确，为土三轴试验方案提供了便利。

实施例二

本实施采用实施例一的用于多种尺寸规格土三轴试件成型的装置100制作直径为38mm，高度为80mm的圆柱形的土三轴试件，具体过程为：

1)选取直径为38mm的底模25，然后在直径为38mm的底模25外侧依次套装直径为70mm、直径为100mm的凹模后，和模具外包壳24一起放入底座1中。选取和成型模具2中选定凹模尺寸相对应的凸模，将升降杆8通过自紧螺母9与顶板31固定在一起，升降杆8下部通过随动旋钮4与底座1固定在一起。

2)计算实验所需的土体总量，并将所需土体全部放入成型模具2中，将土体上表面抹平，然后通过手动旋转手动旋钮7，使加压装置3整体下降至凸模底端接触土体上表面时停止。

3)解除升降杆8上自紧螺母9的束缚，使顶板31可以相对于升降杆8做上下移动，然后启动驱动电机10，通过滑轮组和绳索的共同作用，使上部的顶板31对土体加压，注意凸模上刻度线18的移动及变化。

4)当凸模下降至所需土样高度时，停止驱动电机10，再将升降杆8上的自紧螺母9固定，通过转动手动旋钮7使顶板31随升降杆8同步上升，上升至凸模底端离开成型模具上表面(也是底座1的上表面)时停止。

5)取出模具外包壳24，完成试件脱模即可。

需要说明的是，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种用于多种尺寸规格土三轴试件成型的装置，其特征在于，包括：

底座；

成型模具，所述成型模具设置于所述底座上，其包括多个依次叠套设置的凹模，位于最内层的所述凹模内用于盛放待成型的土体；并且，所述成型模具由内至外能够取出单层或多层所述凹模，以使用与待成型的土三轴试件尺寸适配的所述凹模进行土体成型；

加压装置，所述加压装置包括顶板和多个分别适配不同所述凹模的凸模；所述顶板设置于所述成型模具的上方，所述顶板的下表面安装多个所述凸模中的一个；

加压驱动装置，所述加压驱动装置用于使所述底座和所述顶板相互靠近和相互远离，并在所述底座和所述顶板相互靠近的过程中，完成所述凸模对相适配的所述凹模内土体的挤压成型。

2.根据权利要求1所述的用于多种尺寸规格土三轴试件成型的装置，其特征在于，所述加压驱动装置包括手动驱动组件，所述手动驱动组件包括：

随动旋钮，所述随动旋钮活动嵌置于所述底座上，能够原位转动；所述随动旋钮设置有多个，且任意一所述随动旋钮的外周均套设一齿轮，多个所述齿轮通过闭环链条传动连接；

手动旋钮，所述手动旋钮设置于至少一个所述随动旋钮上，通过所述手动旋转驱动与之相连的所述随动旋钮原位转动，进而通过所述闭环链条实现多个所述随动旋钮的同向转动；

升降杆，所述升降杆设置有多根，任意一根所述升降杆的底端分别套设于一所述随动旋钮内，并与所述随动旋钮螺纹连接；任意一根所述升降杆的顶端均贯穿所述顶板设置；

自紧螺母，所述自紧螺母设置有多个，任意一所述升降杆的顶端均螺纹连接有一所述自紧螺母，且任意一所述自紧螺母均支承于所述顶板的下方。

3.根据权利要求2所述的用于多种尺寸规格土三轴试件成型的装置，其特征在于，所述加压驱动装置还包括电动驱动组件，所述电动驱动组件包括：

传动组件，所述传动组件与所述顶板相连；

驱动电机，所述驱动电机嵌置于所述底座内，所述驱动电机与所述传动组件相连，用于在所述凸模与所述凹模内的土体接触后，驱动所述顶板向靠近所述底座的方向移动。

4.根据权利要求3所述的用于多种尺寸规格土三轴试件成型的装置，其特征在于，所述传动组件包括：

第一定滑轮，所述第一定滑轮安装于所述底座的侧面，并与所述驱动电机相连；

第二定滑轮，所述第二定滑轮与所述第一定滑轮安装于所述底座的同一侧；

第三定滑轮，所述第三定滑轮与所述第一定滑轮安装于所述底座的同一侧，且所述第三定滑轮位于所述第一定滑轮的上方；

顶部动滑轮，所述顶部动滑轮安装于所述顶板的边缘；

绳索，所述绳索的一端卷绕于所述第一定滑轮上，另一端依次绕经所述第二定滑轮、所述顶部动滑轮之后卷绕于所述第三定滑轮上。

5.根据权利要求4所述的用于多种尺寸规格土三轴试件成型的装置，其特征在于，还包括联动齿轮组件，所述联动齿轮组件包括：

第一伞齿轮，所述第一伞齿轮套设于所述随动旋钮上，能够随所述随动旋钮同步转动；

第二伞齿轮，所述第二伞齿轮与所述第三定滑轮同轴连接，且所述第二伞齿轮与所述第一伞齿轮啮合，以在所述随动旋钮驱动所述升降杆下降时，所述第三定滑轮能够收卷所述绳索，所述随动旋钮驱动所述升降杆上升时，所述第三定滑轮能够展放所述绳索。

6.根据权利要求4或5所述的用于多种尺寸规格土三轴试件成型的装置，其特征在于，所述传动组件设置有两组，且两组所述传动组件对称设置在所述底座的两侧。

7.根据权利要求1～5任意一项所述的用于多种尺寸规格土三轴试件成型的装置，其特征在于，所述成型模具还包括模具外包壳，所述模具外包壳紧贴包覆于最外层所述凹模的外周；

其中，所述模具外包壳包括第一外包半壳和与所述第一外包半壳对接的第二外包半壳；

任意一所述凹模均包括底模、第一半模和与所述第一半模对接的第二半模，所述第一半模和所述第二半模包覆于所述底模的外周；

所述成型模具整体嵌置于所述底座的中心。

8.根据权利要求1～5任意一项所述的用于多种尺寸规格土三轴试件成型的装置，其特征在于，任意一所述凹模的内腔为棱柱状内腔或圆柱状内腔；且任意两所述凹模的高度相同；

当所述凹模的内腔为所述棱柱状内腔时，所述凸模为棱柱状凸模；

当所述凹模的内腔为所述圆柱状内腔时，所述凸模为圆柱状凸模。

9.根据权利要求1～5任意一项所述的用于多种尺寸规格土三轴试件成型的装置，其特征在于，任意一所述凸模的外壁上均设置有沿其轴向分布的刻度线，以度量所述土体的成型高度。

10.一种土三轴试件成型的方法，其特征在于，采用如权利要求3～5任意一项所述的用于多种尺寸规格土三轴试件成型的装置进行，包括步骤：

S1、根据待加工的土三轴试件的尺寸，选择相适配的所述凹模和所述凸模，并将选择好的所述凸模安装在所述顶板上；

S2、将加工土三轴试件所需的土体放入步骤S1中选择好的所述凹模内；

S3、通过所述手动旋钮驱动所述升降杆和所述顶板同步朝向所述底座移动，直至所述顶板上所述凸模的底端接触所述凹模内的土体；

S4、松开所述自紧螺母，并启动所述驱动电机，单独驱动所述顶板向靠近所述底座的方向移动，以使所述凸模向所述凹模内的土体加压，加载至所需试件高度后停止加压。

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