CN115219304A - 一种原状土三轴压缩试样制样装置及制样方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种原状土三轴压缩试样制样装置及制样方法，其中，一种原状土三轴压缩试样制样装置包括：固定架；切土刀，用于从土样上切割出圆柱状的试样，切土刀呈两端敞口的筒状，切土刀包括至少两个弧形板，弧形板可拆卸组装成切土刀，并可在试样切割成型后拆除，以使试样取出，切土刀的两端设有安装部和刀刃部，安装部安装于固定架上；土样抬升装置，对应刀刃部设置，用于抬升土样朝着刀刃部的方向直线移动，以使切土刀切割土样。本发明能通过驱动土样直线靠近切土刀，使得切土刀能相对于土样做直线式运动从土样中切割出用于常规三轴试验的试样，操作更简单，制作效率更高。而且通过切土刀的内腔直径能精准限定出试样的直径尺寸。
Description
技术领域
本发明涉及土工试验技术领域，特别是一种原状土三轴压缩试样制样装置及制样方法。
背景技术
原状土常规三轴压缩试样应力-应变关系曲线测量是研究土的力学特性，获取土的强度指标的最常用方法之一。试样的有效制备是基于上述常规三轴压缩试验准确获取土的力学特性的关键。试样形状不规则或实际尺寸偏离于预期值均可能影响试验结果。特别是原状土试样，其不仅要满足土工试验规范的相关制样要求，而且制样过程中扰动程度应尽可能的小。
根据土工试验规范(GBT50123-2019)，基于常规三轴试验的原状土试样为圆柱体形状，几何尺寸为：底面直径等于39.1mm、61.8mm或101.0mm，高度是底面直径的2.0～2.5倍。为了获取上述规格的原状土试样，土工试验规范给出了相应制样装置及其操作方法。其中，制样装置主要包括顶板、位于顶板下方的底板以及连接顶板和底板的支撑柱，底板面向顶面的一侧设有基座，基座面向顶板的侧面上设有定位槽，用于土样端部放入来定位土样。操作方法上，一般将土样定位于基座上，然后采用钢丝锯或削土刀手动切割土样，获得所需尺寸的试样。需要指出，基于上述制样装置切割试样时，需要不断手动调整试样在基座上的方位，即边旋转边切削试样。从实际操作看，这种试样制作方法存在效率偏低和尺寸不精准的问题。因此，需要提出一种新型的原状土常规三轴压缩试样制样装置及制样方法来解决上述问题。
发明内容
基于此，针对现有的技术问题，本发明提供一种原状土三轴压缩试样制样装置及制样方法，其操作更简单，制作效率高，且制作精度高。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种原状土三轴压缩试样制样装置，包括：
固定架；
切土刀，用于从土样上切割出圆柱状的试样，所述切土刀呈两端敞口的筒状，所述切土刀包括至少两个弧形板，所述弧形板可拆卸组装成所述切土刀，并可在试样切割成型后拆除，以使试样取出，所述切土刀的两端设有安装部和刀刃部，所述安装部安装于所述固定架上；
土样抬升装置，对应所述刀刃部设置，用于抬升土样朝着所述刀刃部的方向直线移动，以使所述切土刀切割土样。
本发明的一种原状土三轴压缩试样制样装置有益效果为：通过设置筒状的中空切土刀以及能驱动土样朝着切土刀方向移动的土样抬升装置，再设置切土刀由至少两个弧形板可拆卸组装而成，能实现直线式移动土样，便可使得切土刀能相对于土样直线式运动在土样上切割出指定直径尺寸的圆柱状试样，在切土刀切割完毕后，拆开切土刀将试样取出，再通过金属丝切削试样的两端，便可得到预定长度尺寸的用于常规三轴试验的最终试样。相对于传统的边旋转边切割得到指定直径尺寸的圆柱状试样的方式，本发明通过直线式移动土样实现筒状的切土刀从土样上切割出指定直径尺寸的试样，操作非常简单，制作效率更高，而且通过筒状的切土刀的内腔限定出试样的直径尺寸，得到的试样尺寸更精确。
在其中一实施例中，所述固定架包括顶板、底板以及连接所述顶板和所述底板的至少两根支撑柱；所述切土刀和所述土样抬升装置分别安装于所述顶板和所述底板上，并位于所述顶板和所述底板之间。该固定架的结构设置简单，易于制作。
在其中一实施例中，所述顶板面向所述土样抬升装置的一侧设有至少两个用于安装所述切土刀的环形壁，所述环形壁均同圆心设置，且朝着所述环形壁的半径方向间隔设置，各所述环形壁的内壁上设有内螺纹；所述切土刀的所述安装部伸入至相对应的所述环形壁内，并与相对应的所述环形壁的内螺纹配合。通过设置用于安装切土刀的环形壁数量为至少两个，且环形壁的尺寸均不一致，可以实现至少两个不同规格的切土刀的选择性安装，进而使得本发明的原状土三轴压缩试样制样装置能实现至少两种不同直径尺寸试样的切割成型。
在其中一实施例中，直径最小的所述环形壁所圈的所述顶板部位上布设有气孔。通过在直径最小的环形壁所圈的顶板部位上布设气孔，可以达到释放气体，削除切削过程中产生的气压差，减小切土刀内腔内的气体对切削产生的阻力。
在其中一实施例中，所述切土刀采用透明材料制成。可通过设置切土刀采用透明材料制作，便于实现观察土样进入至切土刀内的状态。
在其中一实施例中，所述土样抬升装置包括用于放置土样的基座以及安装于所述固定架上的抬升机构，所述抬升机构位于基座远离所述顶板的一侧。
在其中一实施例中，所述抬升机构包括两个连杆组件、螺杆以及驱动件，各所述连杆组件包括两个第一连杆、两个第二连杆及一滑块，各所述第一连杆的一端枢接基座，另一端枢接所述滑块，各所述第二连杆的一端枢接所述底板，另一端枢接所述滑块；所述螺杆螺纹连接两所述连杆组件的所述滑块，两所述滑块与所述螺杆配合的螺纹旋向相反；所述驱动件连接所述螺杆的一端。
一种原状土三轴压缩试样制样方法，基于如上所述的一种原状土三轴压缩试样制样装置，包括步骤：
组装与安装所述切土刀：将所需尺寸的所述弧形板组装成所需尺寸的所述切土刀，并将所述切土刀安装于固定架上；
装配与调试所述土样抬升装置：将所述土样抬升装置安装于固定架上，并在安装好后，调试所述土样抬升装置；
预处理和安放土样：提供待切土样，预切削所述土样至所述土样抬升装置容许放置的尺寸，形成预处理土样，将预处理土样放置于土样所述抬升装置上；
切削预处理土样：驱动所述土样抬升装置抬升土样，使所述切土刀切入至所述土样内，在所述切土刀进入至所述土样的过程中，削去没过所述切土刀外壁的所述土样部分，当所述切土刀进入所述土样至指定深度后，停止切削，拆开所述切土刀，得到所需直径尺寸的初成型试样；
初成型试样后处理：削除初成型试样的两端，得到预设长度的最终试样。
本发明的一种原状土三轴压缩试样制样方法有益效果为：通过土样抬升装置直线式驱动土样靠近筒状的切土刀，能够实现切土刀直线式从土样中切割出用于常规三轴试验的试样，并能通过切土刀的内腔直径精准限定出试样的横截面尺寸，不仅操作简单，制作效率高，且试样制作精度也高。
在其中一实施例中，在步骤所述装配与调试土样抬升装置之前，步骤所述切削预处理土样之后，还包括步骤：计算所述土样抬升装置能抬升的最大高度；
在所述第一连杆长度等于所述第二连杆长度的基础上，步骤所述计算土样抬升装置能抬升的高度，通过如下公式计算出所述土样抬升装置的最大高度：
其中，L为第一连杆(或第二连杆)的长度，b为相邻的两个第一连杆(或第二连杆)远离滑块的一端之间的水平距离，a为滑块的长度，h0为土样抬升装置的初始高度位置。
在其中一实施例中，所述驱动件为摇动手柄；所述弧形板之间通过榫接的方式连接；
步骤所述切削预处理土样，具体包括如下步骤：
摇动所述驱动件带动所述基座的上升，当土样与所述切土刀即将接触时放缓速度，使所述切土刀缓慢刺入土样；
观察切削的过程，并随时削去没过所述切土刀外壁的土样；
若所述切土刀的所述刀刃部与所述基座接触，或达到预定刻度时，则停止摇动所述驱动件，将没切割的所述土样剥离于所述基座，而后反向摇动驱动件，降下所述基座；
将所述切土刀从所述顶板上拆下，将其中一个所述弧形板沿卯榫接口的方向缓慢地平移推出，按照上述的办法依次拆下剩余的弧形板，得到直径尺寸符合预设直径尺寸的初成型试。
附图说明
图1是本发明的一实施例所述的一种原状土三轴压缩试样制样装置的结构正视图；
图2为图1中的顶板的仰视图；
图3为图1中的切土刀的俯视图；
图4为图1中的切土刀的立体结构示意图；
图5为图1中的土样抬升装置的正视图；
图6为去除掉基座后的土样抬升装置的俯视图；
图7为本发明的一种原状土三轴压缩试样制样装置的固定架在另一实施例中的结构示意图；
图8为本发明的一种原状土三轴压缩试样制样装置的由基座和插针组成的装配体在另一实施例中的结构示意图；
图9为去除基座后的土样抬升装置的左上部分的正视简化图；
图10为去除基座后的土样抬升装置的左上部分的俯视简化图；
图11为去除基座后的土样抬升装置的左上部分的侧视简化图；
图12为去掉基座后的土样抬升装置的后半部分的简视图。
图中：1、固定架；11、顶板；111、环形壁；112、气孔；113、第一安装筒；12、底板；121、第二安装筒；13、支撑柱；14、固定螺母；2、切土刀；21、弧形板；22、安装部；23、刀刃部；24、刻度；3、土样抬升装置；31、基座；311、第一板块；312、第二板块；32、连杆组件；321、第一连杆；322、第二连杆；323、滑块；33、螺杆；34、驱动件；35、插针；4、土样。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作详细的说明。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例一：
请参阅图1至图8，为本发明一实施例所述的一种原状土三轴压缩试样制样装置，包括固定架1、切土刀2及土样抬升装置3，切土刀2和土样抬升装置3均安装于固定架1上；切土刀2呈中空的两端敞口的筒状，切土刀2包括至少两个弧形板21，弧形板21可拆卸组成切土刀2，并可在试样切割成型后拆除，以使试样取出，切土刀2两端设有安装部22和刀刃部23，安装部22安装于固定架1上，刀刃部23用于从土样4上切割出用于常规三轴试验的圆柱状的试样；土样抬升装置3对应切土刀2的刀刃部23设置，位于刀刃部23远离安装部22的一侧，用于放置待切割的土样4，并驱动土样4朝着切土刀2的刀刃部23的方向移动，以使切土刀2切割土样4。
工作时，将待切割的土样4放置于土样抬升装置3上，土样抬升装置3驱动土样4朝着切土刀2的刀刃部23的方向直线移动，在土样4被抬升的过程中，切土刀2的刀刃部23靠近土样4，并切入至土样4内，对应切土刀2内腔的土样4部分进入至切土刀2的内腔内形成圆柱状的试样，同时，削除掉没过切土刀2外壁的土样4部分；当切土刀2进入至土样4内的深度达到指定深度时，土样抬升装置3停止驱动土样4移动；随后从基座31上剥离剩余的未切割的土样4部分，而后驱动土样抬升装置3返回至原来位置；在土样抬升装置3返回原来位置后，拆开切土刀2，将初成型的试样取出，最后切除掉试样的两端，使试样达到预定的长度尺寸，进而得到最终的可用于常规三轴试验的试样。
如图1所示，固定架1包括顶板11、底板12以及连接顶板11和底板12的至少两根支撑柱13。在本实施例中，支撑柱13的两端分别可拆卸连接顶板11和底板12。具体的，顶板11上对应各支撑柱13均设有固定螺母14，固定螺母14固定于顶板11上，并位于顶板11远离底板12的一侧，底板12上对应各支撑柱13设有螺纹孔，支撑柱13的一端与螺纹孔螺纹配合，并位于螺纹孔内，未伸出螺纹孔，另一端穿过顶板11后螺纹连接固定螺母14。
在其他实施例中，如图7所示，可将顶板11上的固定螺母14替换成第一安装筒113，底板12上的螺纹孔替换成第二安装筒121，即在顶板11上设置第一安装筒113，在底板12上设置第二安装筒121，第一安装筒113和第二安装筒121均位于顶板11和底板12之间，在第一安装筒113和第二安装筒121内分别设置第一内螺纹和第二内螺纹，第一内螺纹和第二内螺纹的螺纹旋向相反，支撑柱13的两端分别伸入至第一安装筒113和第二安装筒121内，且分别与第一内螺纹和第二内螺纹螺纹配合。因为第一内螺纹和第二内螺纹的螺纹旋向相反，故通过正反向旋转支撑柱13，便可实现顶板11和底板12之间的距离的调节，该设置可以起到根据土样抬升装置3的抬升高度以及切土刀2切割土样4的长度范围来调节顶板11和底板12之间的距离，以使切土刀2能完成从土样4上切割出指定长度范围内的圆柱状试样。
进一步的，如图2所示，顶板11面向土样抬升装置3的一侧设有至少两个用于安装切土刀2的环形壁111，环形壁111均同圆心设置，且朝着环形壁111的半径方向间隔设置，各环形壁111的内壁上设有内螺纹，切土刀2的安装部22伸入至相对应的环形壁111内，并与相对应的环形壁111的内螺纹配合。通过设置用于安装切土刀2的环形壁111数量为至少两个，且环形壁111的尺寸均不一致，可以实现至少两个不同规格的切土刀2的选择性安装，进而使得本发明的原状土三轴压缩试样制样装置能实现至少两种不同直径尺寸试样的切割成型。在本实施例中，环形壁111的数量为三个，三个环形壁111的内径分别为Φ1＝39.1mm、Φ2＝61.8mm和Φ3＝101.0mm，各环形壁111的厚度均选择为1mm-5mm，优选为3mm。
直径最小的环形壁111所圈的顶板11部位上布设有气孔112。在切土刀2切割土样4的过程中，切土刀2内腔内的气体随着土样4的逐渐增多而受到挤压，若不排放气体，会导致切土刀2内腔内的气体压力变大，增加切削过程中产生的阻力，通过在直径最小的环形壁111所圈的顶板11部位上布设气孔112，可以达到释放气体，消除切削过程中产生的气压差，减小切土刀2内腔内的气体对切削产生的阻力。在本实施例中，仅在最小的环形壁111所圈的顶板11部位上布设有气孔112，在其他实施例中，可在直径最小的环形壁111所圈的顶板11部位上布设气孔112的基础上，再在位于环形壁111之间的顶板11部位上设置气孔112。
在本实施例中，气孔112呈圆柱状，在其他实施例中，可将气孔112设置呈圆锥状，气孔112的直径朝着远离环形壁111的方向逐渐增大，气孔112的该形状设置，可以达到进一步快速释放气体的目的。
在本实施例中，如图3所示，切土刀2的弧形板21优选为三个，三个弧形板21的角度均为120°。弧形板21之间通过榫接方式连接。进一步的，如图4所示，切土刀2采用透明材料制成，且切土刀2的外壁上设置有刻度24。通过将切土刀2采用透明材料制成，并在切土刀2的外壁上设置刻度24，一方面可以实现观察土样4进入至切土刀2内的状态，另一方面可以实时读取土样4进入切土刀2腔内的深度。在本实施例中，切土刀2优选采用透明钢化玻璃制成。
如图5和图6所示，土样抬升装置3包括用于放置土样4的基座31以及安装于固定架1上的抬升机构，抬升机构位于基座31远离顶板11的一侧。在本实施例中，基座31优选呈方形，基座31的最短边长尺寸大于最大尺寸规格的圆柱体状的土样4直径尺寸。
为了防止放置在基座31上的土样4于边缘处塌落，基座31靠近顶板11的侧面上布设插针35，用于在土样4放置在基座31上时插入至土样4内以固定土样4。在本实施例中，插针35优先采用钢针。
在其他实施例中，如图8所示，为了便于插针35在变形后能更换，基座31包括第一板块311和第二板块312，第一板块311连接抬升机构，第二板块312位于第一板块311靠近切土刀2的一侧，第二板块312可拆卸连接第一板块311，插针35设于第二板块312靠近切土刀2的侧面上。通过设置插针35设于第二板块312上，并位于第二板块312靠近切土刀2的一侧，在插针35发生变形需要更换时，可以将第二板块312从第一板块311上拆下，更换成新的带有插针35的第二板块312安装于第一板块311即可。关于第一板块311和第二板块312的连接方式，可以通过卡接、螺钉、螺栓或者其他的方式连接。进一步的，当只有一根或者极少数的插针35发生弯曲需要更换或修理时，为了不更换整个带有插针35的第二板块312，可以设置每根插针35都通过卡接的方式固定于第二板块312上，这样只要将需更换或修理的插针35从第二板块312上拆下便可，关于插针35与第二板块312的卡接连接方式，具体的，第二板块312上对应各插针35分别设有插接孔，插针35的一端卡固于插接孔内。
抬升机构包括两个连杆组件32、螺杆33以及驱动件34，两个连杆组件32关于第一平面对称设置，第一平面垂直于基座31面向底板12的侧面，基座31的中心位于第一平面上，各连杆组件32包括两个第一连杆321、两个第二连杆322及一滑块323，两个第一连杆321和两个第二连杆322均关于第二平面对称，第二平面垂直于第一平面，且基座31的中心也位于第二平面上，各第一连杆321的一端枢接基座31，另一端枢接滑块323，各第二连杆322的一端枢接底板12，另一端枢接滑块323；螺杆33螺纹连接两连杆组件32的滑块323，两滑块323与螺杆33配合的螺纹旋向相反；驱动件34连接螺杆33的一端。通过驱动件34驱动螺杆33旋转使两滑块323靠近，缩短两滑块323之间的水平距离，可以达到抬升基座31，使土样4靠近切土刀2，并被切土刀2刺入，进而实现切土刀2从土样4上切割出用于常规三轴试验的试样的目的。
在本实施例中，第一连杆321的长度等于第二连杆322的长度，驱动件34为摇动手柄。
本发明通过设置筒状的中空的切土刀2以及能驱动土样4朝着切土刀2的方向移动的土样抬升装置3，再设置切土刀2由至少两个弧形板21可拆卸组装而成，使得切土刀2能相对于土样直线运动在土样4上切割出指定直径尺寸的圆柱状试样，在切土刀2切割完毕后，拆开切土刀2将试样取出，再通过金属丝切削试样的两端，便可得到预定长度尺寸的用于常规三轴试验的最终试样。相对于传统的手动边旋转边切割得到指定直径尺寸的圆柱状试样的方式，本发明通过直线式移动土样靠近切土刀2，便可实现筒状的切土刀2从土样4上切割出指定直径尺寸的试样，操作非常简单，制作效率更高，而且通过筒状的切土刀2的内腔限定出试样的直径尺寸，得到的试样尺寸更精确。
实施例二：
本发明还公开了一种原状土三轴压缩试样制样方法，基于实施例一所述的原状土三轴压缩试样制样装置，包括如下步骤：
S10、组装与安装切土刀2：将所需尺寸的弧形板21组装成所需尺寸的切土刀2，并将切土刀2安装于固定架1上。
具体的，根据预设的圆柱体试样的直径选定组成切土刀2的弧形板21，在弧形板21内壁上涂抹黄油或凡士林，减小切土刀2与土样4的接触面的摩擦力，保证切土刀2能顺利从土样4上切割出试样；涂抹完成后，将弧形板21榫接组装成筒状的切土刀2，再将切土刀2的安装部22螺纹连接于固定架1的顶板11上相对应尺寸的环形壁111上。
S20、装配与调试土样抬升装置3：将土样抬升装置3安装于固定架1上，并在安装好后，调试土样抬升装置3。
具体的，将螺杆33穿过两个滑块323，通过螺杆33与两滑块323内部的内螺纹的咬合，实现螺杆33与两滑块323的固定连接；将各第一连杆321的两端分别枢接用于放置土样4的基座31和相对应的滑块323，将各第二连杆322的两端分别枢接固定架1的底板12以及相对应的滑块323，最后将驱动件34安装于螺杆33的端部上，完成土样抬升装置3的安装。
在本实施例中，驱动件34优选为摇动手柄，在安装完成后，摇动驱动件34，进行调试，保证土样抬升装置3能顺利进行抬升土样4的工作。调试完成后，摇动驱动件34，将基座31的高度调节至合理的位置。
S30、计算土样抬升装置3能抬升的最大高度。
具体的，本实施例在第一连杆321的长度等于第二连杆322的长度的情形下对土样抬升装置3抬升土样4的最大高度进行计算，取去除基座31后的土样抬升装置3的左上部分，做简化三视图进行分析，图9为去除基座后的土样抬升装置的左上部分的正视简化图，图9中，L1为第一连杆321在正视竖直面(相当于三维图中的前视基准面)上的投影长度，h为第一连杆321在铅垂线上的投影长度，x为第一连杆321的两端之间的水平距离。
故由图9所示的简化图可得出：
L1 2＝x2+h2........................(1.1)；
图10为去除基座后的土样抬升装置3的左上部分的俯视简化图，图10中，L2为第一连杆321在水平面(相当于三维图中的下视基准面)上的投影长度，x为第一连杆321的两端之间的水平距离，b为两个第一连杆321远离滑块323的一端之间的水平距离。故由图10所示的俯视简化图可得出：
L2 2＝x2+(b/2-a/2)2........................(1.2)；
图11为去除基座后的土样抬升装置3的左上部分的侧视简化图，图11中，b为连杆组件32的两个第一连杆321远离滑块323的一端之间的水平距离，a为滑块323的长度，h为第一连杆321在铅垂线上的投影长度，L3为第一连杆321在右视竖直面(相当于三维图中的右视基准面)上的投影长度。从图11中可得：
L3 2＝h2+(b/2-a/2)2........................(1.3)；
易知第一连杆321长度L存在下列关系
L2＝(L1 2+L2 2+L3 2)/2........................(1.4)；
易知螺杆33在驱动件34作用下的位移ΔL为：
ΔL＝nd0........................(1.5)；
(n为驱动件34的转动圈数；d0为螺杆33的外螺纹螺距)
取去掉基座31后的土样抬升装置3的后半部分得到如图12所示的简视图：从图12可得:
假设土样抬升装置3初始抬升高度为h0，土样4被抬升后的土样抬升装置3在土样4抬升后的高度为h；
则去除基座31后的土样抬升装置3的上半部分抬升的高度Δh为：
Δh＝h-h0........................(1.7)；
联立上述方程式1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6，可得整个土样抬升装置3抬升的高度ΔH公式为：
故该土样抬升装置3的最大抬升高度ΔHmax为:
当nd0＝(L0-L0’)时，将其带入公式1.8得：
其中，L为第一连杆321的长度，b为相邻的两个第一连杆321远离滑块323的一端之间的水平距离，a为滑块323的长度，h0为土样抬升装置3的初始高度位置，即基座31的初始高度位置。
S40、预处理和安放土样4：提供待切土样4，预切削土样4至土样抬升装置3容许放置的尺寸，形成预处理土样4，将预处理土样4放置于土样4的基座31上。
具体的，提供的土样4需选择无明显扰动痕迹的土样4，采用金属丝预切削土样4至土样抬升装置3的基座31允许放置的尺寸，金属丝优选采用钢丝。在基座31靠近顶板11的侧面上设置插针35的情形下，在土样4放置于土样抬升装置3的基座31上时，需要轻按土样4，以使插针35插入至土样4内，达到固定土样4的目的。
S50、切削预处理土样4：驱动土样抬升装置3抬升土样4，使切土刀2切入至土样4内，在切土刀2进入至土样4的过程中，削去没过切土刀2外侧壁的土样4部分，当切土刀2进入土样4至指定深度后，停止切削，拆开切土刀2，得到所需直径尺寸的初成型试样。
具体的，步骤S40包括如下步骤：
(a)摇动驱动件34带动基座31的上升，当土样4与切土刀2即将接触时放缓速度，使切土刀2缓慢刺入土样4；
(b)观察切削的过程，并随时削去没过切土刀2外壁的土样4。
(c)若切土刀2的刀刃部23与基座31接触，或达到预定刻度24时，则停止摇动驱动件34，将没切割的土样4剥离于基座31，而后反向摇动驱动件34，降下基座31；
(d)转动切土刀2将其从顶板11的环形壁111中拆下，将其中一个弧形板21沿卯榫接口的方向缓慢地平移推出，按照上述的办法依次拆下剩余的弧形板21，得到直径尺寸符合预设直径尺寸的初成型试样。
S60、初成型试样后处理：削除初成型试样的两端，得到预设长度的最终试样，即可用于常规常规三轴试验的试样。
具体的，在步骤S60中，采用金属丝削除初成型试样的两端，在本实施例中，所采用的金属丝选用钢丝。
本发明的原状土三轴试样应力测量方法，通过土样抬升装置3直线式驱动土样4靠近筒状的切土刀2，能够实现切土刀2直线式从土样4中切割出用于常规三轴试验的试样，并能通过切土刀2的内腔直径精准限定出试样的横截面尺寸，不仅操作简单，制作效率高，且试样制作精度也高。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种原状土三轴压缩试样制样装置，其特征在于，包括：
固定架；
切土刀，用于从土样上切割出圆柱状的试样，所述切土刀呈两端敞口的筒状，所述切土刀包括至少两个弧形板，所述弧形板可拆卸组装成所述切土刀，并可在试样切割成型后拆除，以使试样取出，所述切土刀的两端设有安装部和刀刃部，所述安装部安装于所述固定架上；
土样抬升装置，对应所述刀刃部设置，用于抬升土样朝着所述刀刃部的方向直线移动，以使所述切土刀切割土样。
2.根据权利要求1所述的一种原状土三轴压缩试样制样装置，其特征在于，所述固定架包括顶板、底板以及连接所述顶板和所述底板的至少两根支撑柱；所述切土刀和所述土样抬升装置分别安装于所述顶板和所述底板上，并位于所述顶板和所述底板之间。
3.根据权利要求2所述的一种原状土三轴压缩试样制样装置，其特征在于，所述顶板面向所述土样抬升装置的一侧设有至少两个用于安装所述切土刀的环形壁，所述环形壁均同圆心设置，且朝着所述环形壁的半径方向间隔设置，各所述环形壁的内壁上设有内螺纹；所述切土刀的所述安装部伸入至相对应的所述环形壁内，并与相对应的所述环形壁的内螺纹配合。
4.根据权利要求3所述的一种原状土三轴压缩试样制样装置，其特征在于，直径最小的所述环形壁所圈的所述顶板部位上布设有气孔。
5.根据权利要求2所述的一种原状土三轴压缩试样制样装置，其特征在于，所述切土刀采用透明材料制成。
6.根据权利要求2所述的一种原状土三轴压缩试样制样装置，其特征在于，所述土样抬升装置包括用于放置土样的基座以及安装于所述固定架上的抬升机构，所述抬升机构位于基座远离所述顶板的一侧。
7.根据权利要求6所述的一种原状土三轴压缩试样制样装置，其特征在于，所述抬升机构包括两个连杆组件、螺杆以及驱动件，各所述连杆组件包括两个第一连杆、两个第二连杆及一滑块，各所述第一连杆的一端枢接基座，另一端枢接所述滑块，各所述第二连杆的一端枢接所述底板，另一端枢接所述滑块；所述螺杆螺纹连接两所述连杆组件的所述滑块，两所述滑块与所述螺杆配合的螺纹旋向相反；所述驱动件连接所述螺杆的一端。
8.一种原状土三轴压缩试样制样方法，基于权利要求7所述的一种原状土三轴压缩试样制样装置，其特征在于，包括步骤：
组装与安装所述切土刀：将所需尺寸的所述弧形板组装成所需尺寸的所述切土刀，并将所述切土刀安装于固定架上；
装配与调试所述土样抬升装置：将所述土样抬升装置安装于固定架上，并在安装好后，调试所述土样抬升装置；
预处理和安放土样：提供待切土样，预切削所述土样至所述土样抬升装置容许放置的尺寸，形成预处理土样，将预处理土样放置于土样所述抬升装置上；
切削预处理土样：驱动所述土样抬升装置抬升土样，使所述切土刀切入至所述土样内，在所述切土刀进入至所述土样的过程中，削去没过所述切土刀外壁的所述土样部分，当所述切土刀进入所述土样至指定深度后，停止切削，拆开所述切土刀，得到所需直径尺寸的初成型试样；
初成型试样后处理：削除初成型试样的两端，得到预设长度的最终试样。
9.根据权利要求8所述的一种原状土三轴压缩试样制样方法，其特征在于，在步骤所述装配与调试土样抬升装置之前，步骤所述切削预处理土样之后，还包括步骤：计算所述土样抬升装置能抬升的最大高度；
在所述第一连杆长度等于所述第二连杆长度的基础上，步骤所述计算所述土样抬升装置能抬升的高度中，通过如下公式计算出所述土样抬升装置的最大高度：
其中，L为第一连杆(或第二连杆)的长度，b为相邻的两个第一连杆(或第二连杆)远离滑块的一端之间的水平距离，a为滑块的长度，h0为土样抬升装置的初始高度位置。
10.根据权利要求8所述的一种原状土三轴压缩试样制样方法，其特征在于，所述驱动件为摇动手柄；所述弧形板之间通过榫接的方式连接；
步骤所述切削预处理土样，具体包括如下步骤：
摇动所述驱动件带动所述基座的上升，当土样与所述切土刀即将接触时放缓速度，使所述切土刀缓慢刺入土样；
观察切削的过程，并随时削去没过所述切土刀外壁的土样；
若所述切土刀的所述刀刃部与所述基座接触，或达到预定刻度时，则停止摇动所述驱动件，将没切割的所述土样剥离于所述基座，而后反向摇动驱动件，降下所述基座；
将所述切土刀从所述顶板上拆下，将其中一个所述弧形板沿卯榫接口的方向缓慢地平移推出，按照上述的办法依次拆下剩余的弧形板，得到直径尺寸符合预设直径尺寸的初成型试样。
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