CN206725316U - 一种环剪试验土样制备装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种环剪试验土样制备装置，包括T型支架、分别安装在T型支架上的中心钻头组件和外部钻头组件；T型支架由横杆和竖杆组成；所述中心钻头组件包括套装竖杆外的中心杆、安装在中心杆底部的钻刀组件和中心杆调节件，中心杆与竖杆为螺纹连接,钻刀组件由多个沿中心杆底面圆周方向均匀布设的钻刀组成；外部钻头组件包括外部钻头和外部钻头调节件，外部钻头与中心杆为螺纹连接，外部钻头为底端具有开口的圆柱结构，圆柱钻头包括第一半圆柱钻头与第一半圆柱钻头可拆卸连接的第二半圆柱钻头。本实用新型保证所钻取的环状土样内圆的圆心和外圆的圆心重合，提高了试验值的精确度，同时钻取土样所消耗的时间较短，避免水分的过多流失。

Description

一种环剪试验土样制备装置

技术领域

本实用新型属于环剪试验技术领域，具体涉及一种环剪试验土样制备装置。

背景技术

因自然和人工开挖形成的岩土边坡广泛分布于江河库岸、水利水电和交通等工程中，其中大部分边坡不可避免受降水、雨雪等气候的影响，导致边坡岩土体发生局部或大范围的变形破坏，进而导致滑坡地质灾害的发生，危及工程建设和人类生命财产的安全。

随着水化学环境的不断变化，边坡在变形演化过程中，其土体的物理力学参数也在处于不断变化的状态，如弹性模量、抗剪强度等。为研究土样的物理力学性能，一系列土工试验仪器不断的被开发研究，其中，环剪仪在实验室测定土体的抗剪强度和残余剪切参数方面具有剪切面恒定不变而且位移保持连续的特点，具有能精确测定长距离移动条件下土体强度参数变化规律的特点，再具体试验时，还需要与环剪仪配套的土样制备模具，一般土样制备模具是将从野外采取的土块或者重塑样进行钻取为所需形状的土样，所钻取的土样为圆环形结构。目前环剪试验土样制备装置存在以下缺点：1.在钻取圆环形土样时，无法保证环形土样的内圆和外圆是同心圆；2.在钻取圆环形土样时所需要的时间较长，这样不可避免的使土样中的水分流失，最终导致土样的含水率无法达到试验土样的目标含水率。上述缺点容易导致试验所测得的抗剪强度和残余剪切等参数存在误差，影响试验值的精确度。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种环剪试验土样制备装置。该环剪试验土样制备装置的多个所述钻刀沿中心杆底面圆周方向均匀布设，这样保证了多个钻刀所形成的圆的中心轴与中心杆的中心轴在同一条直线上，以及外部钻头套装在中心杆上，这样有效保证所钻取的环状土样内圆的圆心和外圆的圆心重合，提高了试验值的精确度，同时钻取圆环形土样所消耗的时间较短，避免水分的过多流失。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是一种环剪试验土样制备装置，其特征在于：包括T型支架和安装在T型支架上的中心钻头组件和外部钻头组件，所述T型支架由横杆和安装在横杆下方的竖杆组成；

所述中心钻头组件包括螺纹套装在所述竖杆外的中心杆、安装在中心杆底部的钻刀组件和用于调节中心杆沿所述竖杆上下移动的中心杆调节件，所述钻刀组件由多个沿中心杆底面的圆周方向均匀布设的钻刀组成；

所述外部钻头组件包括螺纹套装在所述中心杆外的外部钻头和用于调节外部钻头沿所述中心杆上下移动的外部钻头调节件，所述外部钻头为底端具有开口的圆柱钻头，所述圆柱钻头由第一半圆柱钻头和与第一半圆柱钻头可拆卸连接的第二半圆柱钻头组成。

上述一种环剪试验土样制备装置，其特征在于：所述中心杆和所述钻刀之间设置有支撑件，所述支撑件为矩形支撑件或圆柱支撑件。

上述一种环剪试验土样制备装置，其特征在于：所述第一半圆柱钻头和第二半圆柱钻头通过固定环固定，所述固定环套设在所述第一半圆柱钻头和第二半圆柱钻头的外壁上。

上述一种环剪试验土样制备装置，其特征在于：所述钻刀为直角三角形结构。

上述一种环剪试验土样制备装置，其特征在于：所述第一半圆柱钻头和第二半圆柱钻头上均具有刻度。

上述一种环剪试验土样制备装置，其特征在于：所述横杆外包裹有防滑套。

上述一种环剪试验土样制备装置，其特征在于：所述外部钻头的底端具有切口，所述切口沿外部钻头的圆周方向开设。

上述一种环剪试验土样制备装置，其特征在于：所述钻刀的数量为三个。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点：

1.本实用新型通过将多个钻刀沿中心杆底面圆周方向均匀布设，这样所述钻刀所形成的圆的中心轴与所述中心杆的中心轴在同一条直线上，同时外部钻头安装套装在中心杆外部，这样即可实现所述钻刀所形成的圆的中心轴与外部钻头的中心轴重合，这样保证了所钻取的环形土样的内圆的圆心和外圆的圆心重合，有效提高在使用环剪仪测试时所测得抗剪强度、残余剪切力等参数的精确度。

2.本实用新型中心杆通过螺纹连接套装在竖杆上，通过中心杆调节件使中心杆沿竖杆上下移动，从而带动钻刀的上下移动，同时所述外部钻头通过螺纹连接套装在所述中心杆外部，同理，通过外部钻头调节件使所述外部钻头沿中心杆上下移动，通过钻刀和外部钻头的上下移动实现对土样的钻取，结构简单，调节方便。

3.本实用新型的外部钻头由相对设置且可拆卸的第一半圆柱钻头和第二半圆柱钻头组成，通过可拆卸设计，可方便将所钻取的土样取出。

综上所述，本实用新型设计的环剪试验土样制备装置的多个所述钻刀所形成的圆的中心轴与中心杆的中心轴在同一条直线上，以及外部钻头套装在中心杆上，这样有效保证所钻取的环状土样内圆的圆心和外圆的圆心重合，提高了试验值的精确度，同时钻取土样所消耗的时间较短，避免水分的过多流失。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型中心杆、支撑柱和钻刀的安装关系示意图。

图3为本实用新型外部钻头的结构示意图。

图4为本实用新型固定环的结构示意图。

图5为本实用新型三个钻刀和支撑件的位置关系示意图。

附图标记说明:

1—T型支架； 1-1—横杆； 1-2—竖杆；

2—中心杆调节件； 3—中心杆； 4—外部钻头；

5—外部钻头调节件； 6—固定环； 7—支撑件；

8—钻刀； 9-1—第一半圆柱钻头； 9-2—第二半圆柱钻头；

10—刻度； 11—切口； 12—调节手柄。

具体实施方式

如图1、图2、图3和图4所示的一种环剪试验土样制备装置，包括T型支架1和安装在T型支架1上的中心钻头组件和外部钻头组件，所述T型支架1由横杆1-1和安装在横杆1-1下方的竖杆1-2组成。

本实施例中，所述中心钻头组件包括螺纹套装在所述竖杆1-2外的中心杆3、安装在中心杆3底部的钻刀组件和用于调节中心杆3沿所述竖杆1-2上下移动的中心杆调节件2，所述钻刀组件由多个沿中心杆3底面的圆周方向均匀布设的钻刀8组成。

本实施例中，所述外部钻头组件包括螺纹套装在所述中心杆3外的外部钻头4和用于调节外部钻头4沿所述中心杆3上下移动的外部钻头调节件5，所述外部钻头4为底端具有开口的圆柱钻头，所述圆柱钻头由第一半圆柱钻头9-1和与第一半圆柱钻头9-1可拆卸连接的第二半圆柱钻头9-2组成。

如图5所示，本实施例中，所述钻刀8的数量为三个，相邻两个所述钻刀8之间的夹角α为120°。

具体实施时，所述中心杆3通过螺纹连接套装在所述竖杆1-2外部，所述竖杆1-2外壁上具有外螺纹，所述中心杆3内壁上具有与所述竖杆1-2外螺纹配合的内螺纹，通过中心杆调节件2能够将中心杆3沿着竖杆1-2上下移动，由于三个所述钻刀8安装在所述中心杆3底端，所以可通过中心杆3的上下移动带动钻刀8的上下移动，从而切割出土样的内圆；所述外部钻头4通过螺纹连接套装在所述中心杆3外部，所述中心杆3的外壁具有外螺纹，所述外部钻头4与中心杆3贴合的位置处具有与所述中心杆3外螺纹配合的内螺纹，通过外部钻头调节件5能够将外部钻头4沿着中心杆3上下移动，这样就可以切割出土样的外圆。

具体实施时，所述三个所述钻刀8安装在所述中心杆3底端，三个所述钻刀8所形成的圆的中心轴与所述中心杆3的中心轴在同一条直线上，且底端具有开口的圆柱钻头安装在中心杆3上，这样保证了三个所述钻刀8所形成的圆环中心轴和圆柱钻头的中心轴同轴，最终保证所切割的圆环状土样的内圆的圆心和外圆的圆心重合，这样能够提高试验数据的精确度。

本实施例中，所述圆柱钻头由相对设置且可拆卸的第一半圆柱钻头9-1和第二半圆柱钻头9-2组成，具体实施时，当钻刀8对土样内圆切割完成后，将第一半圆柱钻头9-1和第二半圆柱钻头9-2安装在中心杆3上，实现对土样外圆的切割，切割后可通过拆卸第一半圆柱钻头9-1和第二半圆柱钻头9-2将所钻取的土样方便取出。

具体实施时，中心杆调节件2和外部钻头调节件5为固定在相应中心杆3上端和外部钻头4上端的固定块，所述固定块侧面安装有调节手柄12，通过调节手柄12可方便调节中心杆3和外部钻头4的上下移动。

本实施例中，所述中心杆3和所述钻刀8之间设置有支撑件7，所述支撑件7为矩形支撑件或圆柱支撑件，这样设计的好处是：当钻刀8完成内圆的钻取后，采用外部钻头4对外圆钻取时，矩形支撑件或圆柱支撑件可对切割形成的圆进行支撑，保证外部钻头4顺利的对外圆进行切割，提高整个环剪试验土样制备装置的稳定性及安全性。

本实施例中，所述第一半圆柱钻头9-1和第二半圆柱钻头9-2通过固定环6固定，所述固定环6套设在所述第一半圆柱钻头9-1和第二半圆柱钻头9-2的外壁上，所述固定环6为圆环结构，结构简单，拆装方便。

本实施例中，所述外部钻头4的底端具有切口11，所述切口11沿外部钻头4的圆周方向开设，所述切口11能够提高切割效率，避免土样中水分的过多流失。

本实施例中，所述钻刀8为直角三角形结构，所述直角三角形结构的直角边固定在支撑件7底端。

本实施例中，所述第一半圆柱钻头9-1和第二半圆柱钻头9-2上均设置有刻度10，便于读取所钻土样的深度。

本实施例中，所述横杆1-1外设置有防滑套，防滑套能够防止在钻取时手滑而导致所切割的圆环状土样的内圆的圆心和外圆的圆心不重合，从而影响试验数据的精确度。

本实施例中，所述中心杆调节件2和外部钻头调节件5均设置有调节手柄12。

利用本实用新型对土样进行制样的方法通过实施例1和实施例2进行详细描述：

实施例1：

采用本实用新型对颗粒状原土样进行制样的方法，包括以下步骤：

步骤一、颗粒状原土样烘干、碾碎和过筛：首先，将颗粒状原土样进行烘干，并将烘干后的原土样进行碾碎，最后，将碾碎后的原土样通过筛子网进行筛选，得到试验土样，其中，所述碾碎后的土样粒径为0.5mm～2.5mm，所述筛子网的网孔的孔径不大于2mm；

步骤二、试验土样的加湿：取步骤1所得到的试验土样加蒸馏水，得到具有最优含水率为w％的湿润土样，具体操作过程如下：

步骤201、试验土样和蒸馏水的称取：首先，从步骤一中得到的试验土样中称取质量为m的待湿润土样；再称取质量为m_水的蒸馏水，其中所加蒸馏水质量的计算公式如下；

m_水＝m×w％

式中：m_水—蒸馏水的质量，单位为g；

m—待湿润土样的质量，单位为g；

w％—湿润土样的最优含水率；

步骤202、待湿润土样与蒸馏水的混合并搅拌：将质量为m_水的蒸馏水加入待湿润土样中并搅拌均匀，搅拌均匀之后并在常温下密封保存22h～24h后，得到具有最优含水率为w％的湿润土样；

步骤三、饼状土样的成型：采用击实仪将步骤202中得到的湿润土样挤压，形成饼状土样；

步骤四、圆环状土样的钻取：对步骤三得到的饼状土样进行钻取制得圆环状土样，具体操作过程如下：

步骤401、饼状土样的一次切割：将步骤三得到的饼状土样置于钻头8的正下方，操作者紧握横杆1-1，并旋钮中心杆调节件2使中心杆3向下移动，中心杆3的向下移动带动钻刀8对所述饼状土样进行一次切割，直至钻刀8的底部穿出所述饼状土样；

步骤402、饼状土样的二次切割：将外部钻头4安装在中心杆3上，操作者紧握横杆1-1，并旋钮外部钻头调节件5使外部钻头4向下移动，外部钻头4对所述饼状土样进行二次切割，直至外部钻头4的底部穿出所述饼状土样，形成圆环状土样；

步骤403、圆环状土样的拆卸：步骤402中圆环状土样形成后，操作者反向旋扭中心杆调节件2使中心杆3向上移动，中心杆3的向上移动带动钻刀8和外部钻头4向上移动，得到圆环状土样；

步骤五、圆环状土样的质量的和含水率的测量：测量步骤403得到的圆环状土样的质量m′，并测量所述圆环状土样的含水率w₀％，将所述圆环状土样的含水率w₀％与目标含水率w₁％进行比较，当w₀％≤w₁％时，执行步骤六，当w₀％>w₁％时，执行步骤七；

步骤六、圆环状土样的再次湿润：称取蒸馏水并将所称取的蒸馏水喷洒在步骤五测量后的圆环状土样上，具体操作过程如下；

步骤601、蒸馏水的称取：根据下列公式计算所加蒸馏水的质量m′_水并进行称取，计算公式如下：

式中：m′_水—蒸馏水的质量，单位为g；

w₁％—试验土样的目标含水率；

w₀％—圆环状土样的含水率；

m′—圆环状土样的质量，单位为g；

步骤602、蒸馏水的喷洒：将所称取的蒸馏水均匀的喷洒在步骤五测量后的圆环状土样上，直至蒸馏水被完全吸收，最终制得具有目标含水率为w₁％的圆环状试验土样；

步骤七、圆环状土样的风干：将步骤五测量后的圆环状土样在常温下进行风干，直至圆环状土样的含水率等于试验土样的目标含水率w₁％，最终制得具有目标含水率为w₁％的圆环状试验土样。

其中，步骤一所述烘干的温度为105℃～120℃，所述烘干的时间为7.5h～8.5h。

具体实施时，首先将颗粒状原土样烘干、碾碎和过筛，烘干可使土样的含水率接近于零，这样方便后续所加蒸馏水的计算，过筛可保证土样的土质密度均匀，更适合试验要求，再对颗粒状土样进行加湿，初始以土样的最优含水率w％对颗粒状土样进行加湿，这样便于饼状土样的成型，使所钻取的圆环状土样土质均匀密实，避免因土质过于密实或松散而导致钻取时环剪试验土样制备装置被损坏或者圆环状土样不成型的现象，其次通过三个钻刀对土样的内圆进行切割以及外部钻头对土样的外圆进行切割，由于三个所述钻刀所形成的圆环中心轴与中心杆的中心轴在同一条直线上，以及外部钻头套装在中心杆上，这样有效保证所钻取的环状土样内圆的圆心和外圆的圆心重合，有效提高了试验数据的精确度，最后测量圆环状土样的含水率，根据所测得的含水率与试样土样的目标含水率的大小来决定是否需要对圆环状土样进行湿润，最终完成环剪试验土样的制备。

实施例2：

采用本实用新型对块状原土样进行制样的方法，包括以下步骤：

步骤一、块状原土样的切割：将块状原土样切割成圆柱状，制得圆柱状土样；

步骤二、圆环状土样的钻取：对步骤一切割的圆柱状土样进行钻取制得圆环状土样，具体操作过程如下：

步骤201、圆柱状土样的一次切割：将步骤一得到的圆柱状土样置于钻头8的正下方，操作者紧握横杆1-1，并旋钮中心杆调节件2使中心杆3向下移动，中心杆3的向下移动带动钻刀8对所述圆柱状土样进行一次切割，直至钻刀8的底部穿出所述圆柱状土样；

步骤202、圆柱状土样的二次切割：将外部钻头4安装在中心杆3上，操作者紧握横杆1-1，并旋钮外部钻头调节件5使外部钻头4向下移动，外部钻头4对所述圆柱状土样进行二次切割，直至外部钻头4的底部穿出所述圆柱状土样，形成圆环状土样；

步骤203、圆环状土样的拆卸：步骤202中圆环状土样形成后，操作者反向旋扭中心杆调节件2使中心杆3向上移动，中心杆3的向上移动带动钻刀8和外部钻头4向上移动，得到圆环状土样；

步骤三、圆环状土样的质量的和含水率的测量：测量步骤203得到的圆环状土样的质量m′，并测取圆环状土样的含水率w₀％，将所述圆环状土样的含水率w₀％与目标含水率w₁％进行比较，当w₀％≤w₁％时，执行步骤四，当w₀％>w₁％时，执行步骤五；

步骤四、圆环状土样的湿润：称取蒸馏水并将所称取的蒸馏水喷洒在步骤三测量后的圆环状土样上，具体操作过程如下；

步骤401、蒸馏水的称取：根据下列公式计算所加蒸馏水的质量m′_水并进行称取，计算公式如下：

式中：m′_水—蒸馏水的质量，单位为g；

w₁％—试验土样的目标含水率；

w₀％—圆环状土样的含水率；

m′—圆环状土样的质量，单位为g；

步骤402、蒸馏水的喷洒：将所称取的蒸馏水均匀的喷洒在步骤三测量后的圆环状土样上，直至蒸馏水被完全吸收，最终制得具有目标含水率为w₁％的圆环状试验土样；

步骤五、圆环状土样的风干：将步骤二钻取的圆环状土样在常温下进行风干，直至圆环状土样的含水率等于试验土样的目标含水率w₁％，最终制得具有目标含水率为w₁％的圆环状试验土样。

具体实施时，所述环剪试验土样制备装置不仅能够对颗粒状成型呈饼状的试样进行钻取还可对从野外获得的块状原土样进行钻取，适用范围广。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。

Claims (8)

1.一种环剪试验土样制备装置，其特征在于：包括T型支架(1)和安装在T型支架(1)上的中心钻头组件和外部钻头组件，所述T型支架(1)由横杆(1-1)和安装在横杆(1-1)下方的竖杆(1-2)组成；

所述中心钻头组件包括螺纹套装在所述竖杆(1-2)外的中心杆(3)、安装在中心杆(3)底部的钻刀组件和用于调节中心杆(3)沿所述竖杆(1-2)上下移动的中心杆调节件(2)，所述钻刀组件由多个沿中心杆(3)底面的圆周方向均匀布设的钻刀(8)组成；

所述外部钻头组件包括螺纹套装在所述中心杆(3)外的外部钻头(4)和用于调节外部钻头(4)沿所述中心杆(3)上下移动的外部钻头调节件(5)，所述外部钻头(4)为底端具有开口的圆柱钻头，所述圆柱钻头由第一半圆柱钻头(9-1)和与第一半圆柱钻头(9-1)可拆卸连接的第二半圆柱钻头(9-2)组成。

2.根据权利要求1所述的一种环剪试验土样制备装置，其特征在于：所述中心杆(3)和所述钻刀(8)之间设置有支撑件(7)，所述支撑件(7)为矩形支撑件或圆柱支撑件。

3.根据权利要求1或2所述的一种环剪试验土样制备装置，其特征在于：所述第一半圆柱钻头(9-1)和第二半圆柱钻头(9-2)通过固定环(6)固定，所述固定环(6)套设在所述第一半圆柱钻头(9-1)和第二半圆柱钻头(9-2)的外壁上。

4.根据权利要求1或2所述的一种环剪试验土样制备装置，其特征在于：所述钻刀(8)为直角三角形结构。

5.根据权利要求1或2所述的一种环剪试验土样制备装置，其特征在于：所述第一半圆柱钻头(9-1)和第二半圆柱钻头(9-2)上均具有刻度(10)。

6.根据权利要求1或2所述的一种环剪试验土样制备装置，其特征在于：所述横杆(1-1)外设置有防滑套。

7.根据权利要求1或2所述的一种环剪试验土样制备装置，其特征在于：所述外部钻头(4)的底端具有切口(11)，所述切口(11)沿外部钻头(4)的圆周方向开设。

8.根据权利要求1或2所述的一种环剪试验土样制备装置，其特征在于：所述钻刀(8)的数量为三个。