CN115711783A - 结构化胶结堆石料三轴试样制备装置及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供的结构化胶结堆石料三轴试样制备装置及制备方法，装置包括：制样单元、测量单元、加载单元和试样转移单元，制样单元包括制样筒、击实组件和浇筑组件，试样转移单元包括平移组件和吊装组件；方法包括：采用制样单元进行胶结堆石料三轴试样制备，借助测量单元实现浇筑胶结前的堆石料基础结构量测和浇筑后形成的胶结堆石料胶结结构量测，通过平移、吊装组件实现大尺寸结构化胶结堆石料试样的平稳转移，减少制样和转移过程中对材料结构造成的扰动，从而实现大尺寸结构化胶结堆石料三轴试样一体化的原位制备、浇筑胶结、结构测量和转移吊装。本公开为开展结构化胶结堆石料三轴试验提供基础，促进材料性能和结构分析中关键问题的解决。

Description

结构化胶结堆石料三轴试样制备装置及其制备方法

技术领域

本公开涉及工程材料制备技术领域，特别涉及一种结构化胶结堆石料三轴试样制备装置及其制备方法。

背景技术

堆石混凝土(Rock-Filled Concrete，简称RFC)技术是由本申请人研发团队于2003年提出的一种新型大体积混凝土施工技术。基于堆石混凝土坝研发中自密实胶结材料在堆石空隙中的流动规律、堵塞机理、填充性能和沉积特征，本申请人进一步发展了基于自密实胶结材料的结构化胶结技术的概念。

结构化胶结堆石料是指采用结构化胶结技术，将自密实胶结材料自流浇筑于密实堆积的岩石骨料内部设定区域，使胶结材料附着于骨料接触点，填充部分骨料间的孔隙，实现设定范围的胶结。结构化胶结堆石料由松散堆石料与胶结颗粒料组成，是一种介于连续体与散粒体之间的新型复合材料，可以在材料的整体强度、变形模量、渗透性能和破坏延展性等方面达到相对的平衡，是一种新兴的水利水电与海洋工程等领域的环境友好型建筑材料。

由于结构化胶结堆石料是一种具有胶结体-散粒体复合结构的新材料，其特有的结构需要原位制样和浇筑胶结；而且由于其特有的非均匀复合结构，需要制备大尺寸试样，并辅助以试件转移和吊装机构进行转移和吊装，并尽量减少转移和吊装过程对材料结构的扰动；此外，还需要采用测量装备对浇筑胶结材料前的堆石料基础结构和浇筑后形成的胶结堆石料的胶结结构进行量测，而现有的制样装置无法实现上述功能。

发明内容

本公开旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。

为此，本公开第一方面实施例提供的一种结构化胶结堆石料三轴试样制备装置，可以实现大尺寸结构化胶结堆石体三轴试样一体化的原位制备、浇筑胶结、结构测量和转移吊装，为开展大量结构化胶结堆石料三轴试验研究提供保证。

为了实现上述目的，本公开第一方面实施例提供的结构化胶结堆石料三轴试样制备装置，包括：

制样单元，包括制样筒、击实组件和浇筑组件，所述制样筒内形成用于容纳堆石料和胶凝材料的空间，所述制样筒的底部设置有透浆底座，所述击实组件用于对容纳于所述制样筒内的所述堆石料进行分层击实，所述浇筑组件用于向所述制样筒内所述堆石料之间的接触点浇筑胶凝材料的浆体，浇筑过程中浆体能从所述透浆底座中流出所述制样筒；

测量单元，设置于所述制样筒内，用于测量完成击实操作的堆石料的结构参数以及浆体停止流动后由堆石料和胶结材料形成的胶结堆石料的结构参数，将所述制样筒连同所述透浆底座和完成结构参数测量的所述胶结堆石料组成第一结构；

加载单元，包括三轴仪和压力室，所述压力室包括压力室本体和底座；

试样转移单元，包括第一平移组件，第二平移组件和吊装组件，通过所述第一平移组件将所述第一结构转移至养护环境中进行养护，待养护完成后拆除所述第一结构中的所述制样筒形成第二结构，将所述第二结构转移至装配有所述底座的所述第二平移组件上，利用所述第二平移组件将所述第二结构和所述底座一同转移至被所述吊装组件吊起的所述压力室本体下方，并与所述压力室本体进行装配，通过所述三轴仪对所述压力室及其内的所述第二结构进行三轴加载试验。

在一些实施例中，所述制样筒的顶部和底部均为敞口端，所述制样筒的内侧壁上设有沿所述制样筒的筒深方向布设的膜，所述膜的顶部外翻于所述制样桶的顶部并由密封环与所述制样筒顶部固定，所述膜的底部由密封环固定于所述透浆底座上。

在一些实施例中，在所述制样筒的侧壁上设有抽气孔，所述抽气孔通过抽气导管与真空泵连接，用于抽取所述制样筒内侧壁与所述膜之间的空气，从而使所述膜紧紧依附于所述制样筒的内侧壁上。

在一些实施例中，所述击实组件包括与所述制样筒的内值径相匹配的击实垫板、固定于所述击实垫板上表面的导向杆和套设于所述导向杆上且可沿所述导向杆移动的击实锤，所述击实垫板可在所述制样筒的内部上下活动。

在一些实施例中，所述浇筑组件包括浇筑筒、浇筑板和浇筑底座，所述浇筑板上设置有多个上下贯通的透浆孔，所述浇筑板的顶部设有可将所述浇筑筒嵌入和抽出的凹槽，所述浇筑板的底部设置有用于插入所述制样桶顶部的凸起，所述浇筑底座固定在所述透浆底座的底部。

在一些实施例中，所述第一结构还包括试样顶板，待所述胶结堆石料完成结构参数测量后拆除所述浇筑组件，将所述试样顶板的底部插入所述制样筒顶部并与所述胶结堆石料的顶部接触，将所述膜的顶部与所述试样顶板固定，所述试样顶板的顶部作为加载端面。

在一些实施例中，所述第一平移组件包括第一水平转移机构和设有第一轨道的第一升降台，所述第一水平转移机构包括设有第一滚轮的第一架体，所述第一架体与所述制样筒底部的所述透浆底座具有装配位，所述第一滚轮可沿所述第一轨道移动；和/或

所述第二平移组件包括第二水平转移机构和设有第二轨道的第二升降台，所述第二水平转移机构包括设有第二滚轮的第二架体，所述第二架体与所述压力室的底座具有装配位，所述第二滚轮可沿所述第二轨道移动。

在一些实施例中，所述透浆底座和所述压力室的底座相对设置的一侧分别设有相互匹配的凹槽和凸起。

在一些实施例中，所述胶凝材料为高性能自密实水泥净浆，其扩展度为220mm～320mm且V漏斗值为1.5s～2.5s；或者

所述胶凝材料为高性能自密实水泥砂浆，其扩展度为220mm～320mm且V漏斗值为5s～12s；或者

所述胶凝材料为高性能自密实混凝土，其扩展度为550mm～750mm、浇筑塌落度为230mm～290mm且V漏斗值为8s～25s。

本公开第二方面实施例提供的利用上述任一项所述结构化胶结堆石料三轴试样制备装置的制备方法，包括：

S1、组装制样单元；

S2、称量所需堆石料，将所述堆石料分层装入所述制样筒内，并利用所述击实组件对所述堆石料进行分层击实，直至所述堆石料达到所述设定高度，拆除所述击实组件；

S3、利用所述测量单元对击实后的所述堆石料进行结构参数测量；

S4、配制满足流动性能要求的胶凝材料，安装所述浇筑组件，通过所述浇筑组件向所述制样筒内浇筑胶凝材料的浆体，并保证浆体能从所述透浆底座中流出所述制样筒；

S5、待浆体停止从所述制样筒中流出后，利用所述测量单元对所述制样筒内的胶结堆石料进行结构参数测量；

S6、拆除浇筑组件，所述将试样顶板放置于所述制样筒顶部，并将所述膜的顶部与所述试样顶板固定形成第一结构，将所述第一结构中的所述透浆底座与第一平移组件进行组装，以将所述第一结构平稳转移至养护环境中养护至所需龄期；

S7、将所述第一结构中的所述制样筒拆除得到第二结构，利用所述吊装组件将所述压力室本体吊起，将所述压力室的底座安装于所述第二平移组件上，利用所述第一平移组件将所述第二结构平稳转移至装配有所述底座的所述第二平移组件上，并将所述第二结构安装于所述底座上，利用所述第二平移组件将所述第二结构和所述底座平稳转移至所述压力室本体的下方，利用所述吊装组件使所述压力室本体下降后将所述压力室本体与所述底座进行装配，以将所述第二结构封装于压力室内，利用所述三轴仪对所述压力室及其内的所述第二结构进行三轴加载试验。

与现有制样装置相比，本公开具有以下特点及有益效果：

本公开实施例提供的结构化胶结堆石料三轴试样制备装置及其制备方法，采用制样单元，实现介于离散体和连续体材料之间的具有胶结体-散粒体复合结构的过渡型复合材料的试样制备，通过透水底座和压力室底座的双底座设计，进行胶结堆石料三轴试样制备，借助测量单元实现浇筑胶结前的堆石料基础结构量测和浇筑后形成的胶结堆石料胶结结构量测，并辅助以平移组件和吊装组件实现了大尺寸结构化胶结堆石料试样的转移，减少了制样和转移过程中对材料结构造成的扰动，从而实现了大尺寸结构化胶结堆石料三轴试样一体化的原位制备、浇筑胶结、结构测量和转移吊装。本发明为开展大量结构化胶结堆石料三轴试验研究奠定基础，促进结构化胶结堆石料材料性能和结构分析中关键问题的解决。

本申请的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

以下结合附图来对本申请进行详细的描述。然而应当理解，附图的提供仅为了更好地理解本申请，它们不应该理解成对本申请的限制。

图1是本公开一个实施例的制备装置的结构示意图；

图2是本公开一个实施例的堆石料的击实过程示意图；

图3为本公开一个实施例的结构化胶结堆石料试样的浇筑过程示意图；

图4为本公开一个实施例的结构化胶结堆石料试样的养护转移过程示意图；

图5为本公开一个实施例的第一水平转移机构和的第一水平转移机构的结构示意图；

图6为本公开一个实施例的压力室底座的结构示意图；

图7为本公开一个实施例的结构化胶结堆石料三轴试样的制备方法的流程图。

附图中的标记说明：

110、制样筒；111、透浆底座；111a、透浆孔；111b、凹槽；112、膜；112a、密封环；113、抽气导管；114、真空泵；115、堆石料；116、试样顶板；120、击实组件；121、导向杆；122、击实锤；123、击实垫板；130、浇筑组件；131、浇筑筒；132、浇筑板；133、浇筑底座；134、水泥基胶凝材料；

210、弹性波测量传感器；

310、三轴仪；321、压力室本体；322、压力室的底座；322a、凸起；

410、第一平移组件；411、第一水平转移机构；411a、第一滚轮；411b、第一架体；412、第一升降台；420、第二平移组件；421、第二水平转移机构；421a、第二滚轮；421b、第二架体；422、第二升降台；430、吊装组件；440、三轴仪前的平台。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本申请，并不用于限定本申请。

相反，本申请涵盖任何由权利要求定义的在本申请精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本申请有更好的了解，在下文对本申请的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本申请。

参见图1～图3，本公开第一方面实施例提供的结构化胶结堆石料三轴试样制备装置，包括：

制样单元，包括制样筒110、击实组件120和浇筑组件130，制样筒110内形成用于容纳堆石料115和胶凝材料134的空间，制样筒110的底部设置有透浆底座111，击实组件130用于对容纳于制样筒110内的堆石料115进行分层击实，浇筑组件130用于向制样筒110内堆石料115之间的接触点浇筑胶凝材料134的浆体，浇筑过程中浆体能从透浆底座111中流出制样筒110；

测量单元，设置于制样筒110内，用于测量完成击实操作的堆石料的结构参数以及浆体停止流动后由堆石料和胶结材料形成的胶结堆石料的结构参数，将制样筒110连同透浆底座111和完成结构参数测量的胶结堆石料组成第一结构；

加载单元，包括三轴仪310和压力室，压力室包括压力室本体321和底座322；

试样转移单元，包括第一平移组件410，第二平移组件420和吊装组件430，通过第一平移组件410将第一结构转移至养护环境中进行养护，待养护完成后拆除第一结构中的制样筒110形成第二结构，将第二结构转移至装配有底座322的第二平移组件420上，利用第二平移组件420将第二结构和底座322一同转移至被吊装组件430吊起的压力室本体321下方，并与压力室本体321进行装配，通过三轴仪310对压力室及其内的第二结构进行三轴加载试验。

在一些实施例中，参见图2～图4，制样单元用于实现结构化胶结堆石料试样的制备。

其中：

制样筒110采用对开模形式，制样筒110的顶部和底部均为敞口端，制样筒110的底部通过螺栓与透浆底座111固定，透浆底座111上开设有若干均匀分布的透浆孔111a，以供浆体从透浆孔111a中流出，从而仅在相邻两堆石之间的接触点处形成胶结体，而非使得堆石之间的所有空隙之间均被胶结材料填充，也即本公开实施例所制得的试样并非完全密实填充孔隙的类似于混凝土的材料，而是具有一定空隙的胶结结构。制样筒110的内侧壁上设有沿制样筒110筒深方向布设的膜112(可采用橡皮或其替代物制成的膜)，膜112的顶部外翻于制样桶110的顶部并由密封环112a与制样筒110顶部固定，膜112的底部由密封环112a固定于透浆底座111上，通过膜112将胶结堆石料与制样筒110的内侧壁隔离开，从而在进行后续三轴加载试验时，使结构化胶结堆石料试样与压力室加载用水隔离，保证结构化胶结堆石料试样在三轴加载过程中自由变形的同时，稳定地传递水压作为结构化胶结堆石料试样的围压，进而利于三轴试验的开展。在制样筒110的侧壁上设有抽气孔，该抽气孔通过抽气导管113与真空泵114连接，以抽取制样筒110内侧壁与膜112之间的空气，从而使膜112紧紧依附于制样筒110的内侧壁上。当向制样筒110内加装的堆石料115达到制样筒110顶部时，在制样筒110上安装浇筑组件130的，即可进行胶凝材料134的浇筑过程。

击实组件120包括与制样筒110的内值径相匹配的击实垫板123、固定于击实垫板123上表面的导向杆121、套设于导向杆121上的击实锤122，其中，击实垫板123可在制样筒110的内部上下活动，导向杆121的下端与击实垫板122相连接，击实锤122内设置有供导向杆121穿过的通孔，且击实锤132可在导向杆121上上下移动。通过反复上下移动击实锤122可使得堆石料115快速密实堆积，有利于后续均匀浇注制样，并提高结构化胶结堆石料试样的制样效率且降低试样的离散性。通过击实组件120对容纳于制样筒110内的堆石料115进行分层击实，保证每层堆石料115密实度的均匀性。

浇筑组件130包括浇筑筒131、浇筑板132和浇筑底座133，浇筑板132上设置有多个上下贯通的透浆孔，浇筑板132的顶部设有可将浇筑筒131嵌入和抽出的凹槽，浇筑板132的底部设置有一凸起，可以插入制样桶110的顶部内，浇筑底座133固定在透浆底座111的底部。本申请人在研究过程中发现，将堆石料115分层密实堆积之后，取下击实组件120，安装浇筑组件130，具体地，将浇筑板132底部的凸起嵌入制样桶110的顶部内，然后将浇筑筒131嵌入浇筑板132顶部的凹槽中，将浇筑底座133通过螺栓与透浆底座111的底部固定连接，然后再向浇筑筒131内倒入满足流动性能要求的高性能水泥基胶凝材料，浆体从浇筑板132的多个透浆孔流入制样筒110内堆石料115间相接触的空隙中，即可均匀地浇筑出结构化胶结堆石料试样，浇筑过程中，浆体从透浆底座111的透浆孔111a流出后由浇筑底座133收集，待浆体停止从透浆底座111的透浆孔111a流出后将浇筑底座133从透浆底座111底部拆除，将浇筑板132和浇筑筒131从制样筒110的顶部拆除。

在一些实施例中，参见图2、图3，测量单元包括若干均匀分布于制样筒110内侧壁上的弹性波测量传感器210，利用弹性波测量传感器210测量对分层击实后的堆石料115和养护前的胶结堆石料进行信号采集，对采集的信号进行数据处理(采用常见的数据处理方法，如滤波、降噪、数据增强等)后得到分层击实后堆石料115的结构参数以及养护前的胶结堆石料的结构参数，结构参数具体为弹性模量。胶结堆石料的强度主要受胶结堆石料结构所控制和影响，通过弹性波测量传感器210获得描述结构的参数，再通过三轴试验获得强度，就可以为进一步研究胶结堆石料强度和结构之间的关系奠定基础。

在一些实施例中，参见图1、图4～图6，试样转移单元中，第一平移组件410包括第一水平转移机构411和设有第一轨道(该第一轨道在图中未示意出)的第一升降台412，第一水平转移机构411包括设有第一滚轮411a的第一架体411b，第一架体411b与制样筒110底部的透浆底座111之间通过螺栓连接，第一滚轮411a可沿第一升降台412上的第一轨道移动。第二平移组件420包括第二水平转移机构421和设有第二轨道(该第二轨道在图中未示意出)的第二升降台422，第二水平转移机构421包括设有第二滚轮421a的第二架体421b，第二架体421b与压力室的底座322之间通过螺栓连接，第二滚轮421a可沿第二升降台422上的第二轨道移动。第一结构还包括设置在制样筒110顶部的试样顶板116，试样顶板116的底部设有插入制样筒110顶部并与胶结堆石料顶部相接触的凸起，试样顶板116的顶部作为顶部加载端面，便于向胶结堆石料的顶部传递压力。待浇筑完成后，拆除浇筑组件，将试样顶板116放置于制样筒110顶部，并将膜112的顶部由与制样筒110顶部固定改为通过密封环与试样顶板116固定。通过第一水平转移机构411将由制样筒110连同透浆底座111、完成结构参数测量的胶结堆石料和试样顶板116组成的第一结构平稳转移至标准养护室中进行养护至所需的龄期，将完成养护的第一结构中的制样筒110拆除得到第二结构，随后将第一水平转移机构411和第二结构一同转移至第一升降台412上，利用第一升降台412调节第二结构的高度，等待与装配有底座322的第二水平转移机构421对接，具体地，利用第一升降台412使第二结构的高度略高于第二水平转移机构421上底座322的高度，利用第二水平转移机构421将底座322平稳转移至第二结构中透浆底座111的正下方，透浆底座111与底座322相对设置的一侧分别设有相互匹配的凹槽111b和凸起322a，利用该凹槽111b和凸起322a将透浆底座111和底座322精确对中并契合，从而将第二结构与底座322组成第三结构，随后拆除第一水平转移机构411，利用第二水平转移机构421将第三结构平稳转移至压力室本体321的下方，利用吊装组件430使压力室本体321下降至第三结构的正上方后，将压力室的底座322与压力室本体321进行组装，从而完成结构化胶结堆石料三轴试样与压力室的组装。随后利用吊装组件将装配有结构化胶结堆石料三轴试样的压力室转移至三轴仪的加载头处，之后即可开展相应的三轴加载试验。

本公开第一方面实施例提供的制备装置的工作过程如下：

先将透浆底座111放于位于三轴仪310一侧的平台440上，将透浆底座111放于水平平面上，将膜112底部套至透浆底座111并用密封环112a将膜112底部固定于透浆底座111上，组合制样桶110，并将制样桶110用螺栓固定在透浆底座111上，将伸出制样桶110外部的膜112翻至制样桶110外壁并用密封环112a固定，利用抽气导管113和真空泵114抽取膜112与制样筒110之间的空气保证膜112与制样筒110内侧壁紧密贴合。随后将称量好的堆石料115分层放入制样筒110中，将导向杆121和击实垫片123的组合体放至堆石料115表面，将击实锤122套设在导向杆121上，对堆石料115进行分层击实操作。堆石料115分层击实操作完成后，进行堆石料115基础结构量测。量测过程完成后，在透浆底座111下方安装浇筑底座133，通过设置于制样筒110顶部的浇筑筒131和浇筑板132，向堆石料115中灌注事先准备好的水泥基胶凝材料134，并保证浆体能从透浆底座111中流出至浇筑底座133，待浆体流停后，进行胶结堆石料的胶结结构量测，随后拆除浇筑组件，将试样顶板116安装于制样筒110顶部，由制样筒110连同透浆底座111、完成结构参数测量的胶结堆石料和试样顶板116组成的第一结构。将第一水平转移机构411安装于透浆底座111上，然后将整个试样平稳转移至标准养护室中养护至所需的龄期；待养护至龄期后，将第一结构中的制样筒110拆除，得到第二结构，然后将第一水平转移机构411和其上的第二结构转移至平台440上，控制第一升降台412上升至最高处，使该第一升降台412的顶面与平台440的顶面齐平，然后将第一水平转移机构411和其上的第二结构移动至第一升降台412上；将压力室的底座322装配至第二水平转移机构421上，将两者移动至第二升降台422上，调整第二升降台422的高度，使第二升降台422的高度略低于第一升降台412的高度，使透浆底座111和压力室的底座322能精确对中并契合，组成第三结构，拆下第一水平转移机构411，升起第一升降台412使其复位；然后将第三结构利用第二水平转移机构421移动至吊装组件430正下方，将压力室本体311放下并与第三结构中的底座322组合，最后将装配有第三结构的压力室通过吊装组件430移动至三轴仪310的加载架下，进行三轴加载试验。

在本公开的另一个方面，提供的一种结构化胶结堆石料三轴试样的制备方法，参见图7，该制备方法包括以下步骤：

S1、制样单元组装。将透浆底座111放于平台440上，将膜112套至透浆底座111底部，利用密封环112a将膜112底部固定于透浆底座111上，组合对开模形成制样筒110，将制样筒110用螺栓固定在透浆底座111上，将伸出制样筒110外部的膜112翻至制样筒110外壁并用密封环112a固定，利用抽气导管113和真空泵114连接制样筒110侧壁的抽气孔，抽取空气使膜112紧紧依附于对制样筒110内壁。

S2、堆石料击实。测量堆石料115的基本物理参数，如密度、孔隙比、摩擦角等；计算所需堆石料115的质量；将称量好的堆石料115分层装入制样筒110内，放入导向杆121与击实垫板123组合体以及击实锤122，使用击实锤分层击实堆石料115。

S3、基础结构量测。堆石料击实步骤完成后，用内置于制样筒110内壁的弹性波测量传感器210测量堆石料115的弹性模量。

S4、试样浇筑。将浇筑底座133安装于制样筒的透浆底座111上，在堆石料115顶部放入浇筑板132并在浇筑板132上方设置浇筑筒131，停止抽真空；确定自密实水泥基胶凝材料134的流动性能和所需质量，将事先准备好的一定量的水泥基胶凝材料倒入浇筑筒131中，并保证浆体能从透浆底座111中流出至浇筑底座133中。

S5、胶结结构量测。待试样中浆体停止流动后，用内置于制样筒110内壁的弹性波测量传感器210测量浇筑胶结后的胶结堆石料的弹性模量。

S6、试样养护。取出浇筑筒131与浇筑板132，放入试样顶板116，取下制样筒110外部的密封环112a，并用密封环112a将膜112固定于试样顶板116上，将第一水平转移机构411与透浆底座111进行组装，然后将整个试样平稳转移至标准养护室中养护至所需的龄期。

S7、试样转移。待试样养护至规定龄期后拆除制样筒110，然后将试样转移至三轴仪310前的平台440上，将第一升降台412上升至最高处，使其与平台440高度齐平，然后将试样移动至第一升降台412上；将第二水平转移机构421与压力室的底座322进行组装，并将其置于第二升降平台422上，将压力室的底座322移动至透浆底座111的正下方；将第一升降台412的高度降至略高于第二升降平台422，此时缓慢下降第一升降台412，使透浆底座111和压力室底座322能精确对中并契合，拆下第一水平转移机构411，升起第一升降台412；然后将装配有试样的压力室底座322移动至压力室本体321的正下方，利用吊装组件430将压力室本体321放下并与压力室底座322组合，最后将整个装置移动至三轴仪310的加载架下，进行后续三轴加载试验。

进一步地，本公开实施例中的高性能水泥基胶凝材料为高性能自密实水泥净浆、高性能自密实水泥砂浆或高性能自密实混凝土。

进一步地，为了实现仅在相邻两堆石之间的接触点处形成胶结体，而非使得堆石之间的所有空隙之间均被胶结材料填充，本公开实施例中高性能自密实水泥净浆的扩展度为220mm～320mm且V漏斗值为1.5s～2.5s；高性能自密实水泥砂浆的扩展度为220mm～320mm且V漏斗值为5s～12s；高性能自密实混凝土的扩展度为550mm～750mm、浇筑塌落度为230mm～290mm且V漏斗值为8s～25s。

下面参考具体实施例，对本申请进行描述，需要说明的是，这些实施例仅是描述性的，而不以任何方式限制本申请。

实施例1

在该实施例中，使用高性能自密实净浆制备出强度较低的结构化胶结堆石料试样。堆石料粒径为5mm～10mm，分5次装料、击实，击实后的堆石料体积分数为60％；浇筑浆体为高性能自密实水泥净浆，净浆扩展度为290mm；浇筑后吸附于堆石表面和堆石孔隙内部的浆体体积，占试样总体积的体积分数为6％；在养护室中养护28天龄期后，于三轴试验机上加载，加载围压为1500kPa，测得峰值强度为10.2MPa。

实施例2

在该实施例中，使用高性能自密实净浆制备出强度较高的结构化胶结堆石料试样。堆石料粒径为5mm～10mm，分5次装料、击实，击实后的堆石料体积分数为60％；浇筑浆体为高性能自密实水泥净浆，净浆扩展度为220mm；浇筑后吸附于堆石表面和堆石孔隙内部的浆体体积，占试样总体积的体积分数为14％；在养护室中养护28天龄期后，于三轴试验机上加载，加载围压为1500kPa，测得峰值强度为14.3MPa。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“厚度”、“上”、“下”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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申请和简化描述，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，因此不能理解为对本申请的限制。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种结构化胶结堆石料三轴试样制备装置，其特征在于，包括：

制样单元，包括制样筒、击实组件和浇筑组件，所述制样筒内形成用于容纳堆石料和胶凝材料的空间，所述制样筒的底部设置有透浆底座，所述击实组件用于对容纳于所述制样筒内的所述堆石料进行分层击实，所述浇筑组件用于向所述制样筒内所述堆石料之间的接触点浇筑胶凝材料的浆体，浇筑过程中浆体能从所述透浆底座中流出所述制样筒；

测量单元，设置于所述制样筒内，用于测量完成击实操作的堆石料的结构参数以及浆体停止流动后由堆石料和胶结材料形成的胶结堆石料的结构参数，将所述制样筒连同所述透浆底座和完成结构参数测量的所述胶结堆石料组成第一结构；

加载单元，包括三轴仪和压力室，所述压力室包括压力室本体和底座；

试样转移单元，包括第一平移组件，第二平移组件和吊装组件，通过所述第一平移组件将所述第一结构转移至养护环境中进行养护，待养护完成后拆除所述第一结构中的所述制样筒形成第二结构，将所述第二结构转移至装配有所述底座的所述第二平移组件上，利用所述第二平移组件将所述第二结构和所述底座一同转移至被所述吊装组件吊起的所述压力室本体下方，并与所述压力室本体进行装配，通过所述三轴仪对所述压力室及其内的所述第二结构进行三轴加载试验。

2.根据权利要求1所述的结构化胶结堆石料三轴试样制备装置，其特征在于，所述制样筒的顶部和底部均为敞口端，所述制样筒的内侧壁上设有沿所述制样筒的筒深方向布设的膜，所述膜的顶部外翻于所述制样桶的顶部并由密封环与所述制样筒顶部固定，所述膜的底部由密封环固定于所述透浆底座上。

3.根据权利要求2所述的结构化胶结堆石料三轴试样制备装置，其特征在于，在所述制样筒的侧壁上设有抽气孔，所述抽气孔通过抽气导管与真空泵连接，用于抽取所述制样筒内侧壁与所述膜之间的空气，从而使所述膜紧紧依附于所述制样筒的内侧壁上。

4.根据权利要求1所述的结构化胶结堆石料三轴试样制备装置，其特征在于，所述击实组件包括与所述制样筒的内值径相匹配的击实垫板、固定于所述击实垫板上表面的导向杆和套设于所述导向杆上且可沿所述导向杆移动的击实锤，所述击实垫板可在所述制样筒的内部上下活动。

5.根据权利要求2所述的结构化胶结堆石料三轴试样制备装置，其特征在于，所述浇筑组件包括浇筑筒、浇筑板和浇筑底座，所述浇筑板上设置有多个上下贯通的透浆孔，所述浇筑板的顶部设有可将所述浇筑筒嵌入和抽出的凹槽，所述浇筑板的底部设置有用于插入所述制样桶顶部的凸起，所述浇筑底座固定在所述透浆底座的底部。

6.根据权利要求2所述的结构化胶结堆石料三轴试样制备装置，其特征在于，所述第一结构还包括试样顶板，待所述胶结堆石料完成结构参数测量后拆除所述浇筑组件，将所述试样顶板的底部插入所述制样筒顶部并与所述胶结堆石料的顶部接触，将所述膜的顶部与所述试样顶板固定，所述试样顶板的顶部作为加载端面。

7.根据权利要求1所述的结构化胶结堆石料三轴试样制备装置，其特征在于，所述第一平移组件包括第一水平转移机构和设有第一轨道的第一升降台，所述第一水平转移机构包括设有第一滚轮的第一架体，所述第一架体与所述制样筒底部的所述透浆底座具有装配位，所述第一滚轮可沿所述第一轨道移动；和/或

所述第二平移组件包括第二水平转移机构和设有第二轨道的第二升降台，所述第二水平转移机构包括设有第二滚轮的第二架体，所述第二架体与所述压力室的底座具有装配位，所述第二滚轮可沿所述第二轨道移动。

8.根据权利要求1所述的结构化胶结堆石料三轴试样制备装置，其特征在于，所述透浆底座和所述压力室的底座相对设置的一侧分别设有相互匹配的凹槽和凸起。

9.根据权利要求1所述的结构化胶结堆石料三轴试样制备装置，其特征在于，所述胶凝材料为高性能自密实水泥净浆，其扩展度为220mm～320mm且V漏斗值为1.5s～2.5s；或者

所述胶凝材料为高性能自密实水泥砂浆，其扩展度为220mm～320mm且V漏斗值为5s～12s；或者

所述胶凝材料为高性能自密实混凝土，其扩展度为550mm～750mm、浇筑塌落度为230mm～290mm且V漏斗值为8s～25s。

10.一种利用根据权利要求2～9中任一项所述结构化胶结堆石料三轴试样制备装置的制备方法，其特征在于，包括：

S1、组装制样单元；

S2、称量所需堆石料，将所述堆石料分层装入所述制样筒内，并利用所述击实组件对所述堆石料进行分层击实，直至所述堆石料达到所述设定高度，拆除所述击实组件；

S3、利用所述测量单元对击实后的所述堆石料进行结构参数测量；

S4、配制满足流动性能要求的胶凝材料，安装所述浇筑组件，通过所述浇筑组件向所述制样筒内浇筑胶凝材料的浆体，并保证浆体能从所述透浆底座中流出所述制样筒；

S5、待浆体停止从所述制样筒中流出后，利用所述测量单元对所述制样筒内的胶结堆石料进行结构参数测量；

S6、拆除浇筑组件，所述将试样顶板放置于所述制样筒顶部，并将所述膜的顶部与所述试样顶板固定形成第一结构，将所述第一结构中的所述透浆底座与第一平移组件进行组装，以将所述第一结构平稳转移至养护环境中养护至所需龄期；

S7、将所述第一结构中的所述制样筒拆除得到第二结构，利用所述吊装组件将所述压力室本体吊起，将所述压力室的底座安装于所述第二平移组件上，利用所述第一平移组件将所述第二结构平稳转移至装配有所述底座的所述第二平移组件上，并将所述第二结构安装于所述底座上，利用所述第二平移组件将所述第二结构和所述底座平稳转移至所述压力室本体的下方，利用所述吊装组件使所述压力室本体下降后将所述压力室本体与所述底座进行装配，以将所述第二结构封装于压力室内，利用所述三轴仪对所述压力室及其内的所述第二结构进行三轴加载试验。

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