CN210375917U - 一种三轴重塑试样批量快速制备装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种三轴重塑试样批量快速制备装置，涉及土工试验领域，包括支撑框架、取样装置、盛样装置、加压装置、承压板和取样垫板，加压装置安装于支撑框架的上端，盛样装置设置于支撑框架的底端，取样装置包括固定板和多个取样器，取样器可拆卸地安装于固定板的下表面，固定板的上表面能够与加压装置连接，承压板能够与加压装置连接，加压装置能够驱动取样装置或承压板在竖直方向上往复运动，取样垫板用于取样时覆盖于试验土体上表面，取样垫板上设置有多个通孔，一个取样器穿过一个通孔进行取样，该制备装置加压均匀稳定，误差小，实现批量快速制样，适用性广，试样状态趋近于原状土，能够获取更好的试验结果。

Description

一种三轴重塑试样批量快速制备装置

技术领域

本实用新型涉及土工试验领域，特别是涉及一种三轴重塑试样批量快速制备装置。

背景技术

根据《土工试验方法标准》(GBT50123-1999)，土的三轴试验制样仪器主要包括击样器、饱和器切土盘、切土器、原状土分样器、承膜筒及对开圆模。常规三轴重塑试样的制备，通常采用分层击实的方法来实现，即将试验土体通过一定的控制方法配制后，向击样器内分层(通常为三层)装土并击实，击实后脱模即形成试样。这种方法操作简单，制样方便，在土力学试样中广泛使用。

但是这种常规制备方法存在以下问题：(1)制备速度慢，试样需要逐个进行制备，过多地耗费人力，对于大量的实验室用样，很难满足要求；(2)制备过程中，人工击实往往会发生用力不均，试样的击实效果并不一定理想，试样中可能存在局部松散或过于密实的现象，影响试样的质量，对实验的结果会产生很大的影响；(3)制样过程中不能考虑试样的固结状态。

鉴于常规重塑试样制备方法制备的试样质量欠缺、速度慢、不能批量制备，不能考虑土的固结状态，开展批量快速制备试样技术是十分必要的，一方面可以考虑试样的应力历史，另一方面可满足例如教学实验等对试样在数量上的需求。

实用新型内容

为解决以上技术问题，本实用新型提供一种三轴重塑试样批量快速制备装置，加压均匀稳定，误差小，实现批量快速制样，适用性广，试样状态趋近于原状土，能够获取更好的试验结果。

为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：

本实用新型提供一种三轴重塑试样批量快速制备装置，包括支撑框架、取样装置、盛样装置、加压装置、承压板和取样垫板，所述加压装置安装于所述支撑框架的上端，所述盛样装置设置于所述支撑框架的底端，所述取样装置包括固定板和多个取样器，所述取样器可拆卸地安装于所述固定板的下表面，所述固定板的上表面能够与所述加压装置连接，所述承压板能够与所述加压装置连接，所述加压装置能够驱动所述取样装置或所述承压板在竖直方向上往复运动，所述盛样装置用于盛放试验土体，所述加压装置用于向试验土体加压以及在取样过程中施加推力，所述取样垫板用于取样时覆盖于试验土体上表面，所述取样垫板上设置有多个通孔，一个所述取样器穿过一个所述通孔进行取样。

优选地，所述支撑框架包括长方体框架、支撑顶板、支撑底板和多个支撑杆，所述支撑顶板固定于所述长方体框架的顶端，所述支撑底板固定于所述长方体框架的中部，且所述支撑顶板和所述支撑底板均水平设置，所述支撑底板的中部设置有安装孔，所述支撑杆安装于所述长方体框架的侧面。

优选地，所述加压装置包括液压式千斤顶和千斤顶加压泵，所述液压式千斤顶的上端固定于所述支撑顶板上，所述液压式千斤顶的下端固定于所述安装孔中，所述液压式千斤顶的伸缩杆下端设置有螺纹，所述固定板和所述承压板能够螺纹连接于所述液压式千斤顶的伸缩杆的下端，所述千斤顶加压泵与所述液压式千斤顶连接。

优选地，所述固定板的下表面设置有多个凹槽，各所述凹槽的中心均设置有排气孔，各所述凹槽的内壁均设置有螺纹，一个取样器能够螺纹连接于一个所述凹槽中，所述凹槽与所述通孔一一对应。

优选地，还包括盛样固定环，所述盛样装置包括底板、两个固定侧板和两个活动侧板，两个固定侧板固定于所述底板的两侧，两个所述活动侧板安装于所述底板的另两侧，一个所述活动侧板的一端与一个所述固定侧板铰接，所述盛样固定环用于套设于两个所述固定侧板和两个所述活动侧板外部，一个所述固定板的下部开设有排水孔。

优选地，还包括透水混凝土板，所述透水混凝土板放置于所述盛样装置的所述底板上。

优选地，还包括量测装置，所述量测装置安装于所述支撑框架的下部，所述量测装置用于测量所述取样装置下落的高度。

优选地，还包括防护垫板，所述防护垫板放置于所述盛样装置的下端。

本实用新型相对于现有技术取得了以下技术效果：

本实用新型提供的三轴重塑试样批量快速制备装置，通过设置加压装置能够根据测试土样的天然应力状态施加不同的荷载以达到更接近原始状态的目的，测试结果更加准确，克服了人工击实的荷载不均一性、击实效果差的缺点，制备的试样质量好，误差小，适用性广；并且本实用新型中的制备装置能够快速而又精确地制取多个实验样本，进而更好地满足各大工程对土体测试或各高校对三轴试验教学测试试样的需求，克服了人工制样耗时长、制样慢的弊端；同时本实用新型中的制备装置结构简单，操作方便。此外，取样装置灵活可变，即取样器可自由取下，可以根据不同的需求安装或卸下取样器。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，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为本实用新型提供的三轴重塑试样批量快速制备装置的结构示意图；

图2为本实用新型中支撑框架的结构示意图；

图3为本实用新型中加压装置和固定板的连接示意图；

图4为本实用新型中取样器的结构示意图；

图5为本实用新型中盛样装置的结构示意图；

图6为本实用新型中取样垫板的结构示意图；

图7为本实用新型中承压板的结构示意图；

图8为本实用新型中集水瓶的结构示意图。

附图标记说明：1、长方体框架；2、液压式千斤顶；3、支撑底板；4、支撑顶板；5、支撑杆；6、固定板；7、盛样装置；8、排水孔；9、刻度尺；10、集水瓶；11、取样器；12、千斤顶加压泵；13、排气孔；14、透水混凝土板；15、盛样固定环；16、取样垫板；17、承压板；18、防护垫板。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型的目的是提供一种三轴重塑试样批量快速制备装置，加压均匀稳定，误差小，实现批量快速制样，适用性广，试样状态趋近于原状土，能够获取更好的试验结果。

为使本实用新型的上述目的、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实用新型作进一步详细的说明。

如图1-8所示，本实施例提供一种三轴重塑试样批量快速制备装置，包括支撑框架、取样装置、盛样装置7、加压装置、承压板17和取样垫板16，加压装置安装于支撑框架的上端，盛样装置7设置于支撑框架的底端，取样装置包括固定板6和多个取样器11，取样器11可拆卸地安装于固定板6的下表面，固定板6的上表面能够与加压装置连接，承压板17能够与加压装置连接，加压装置能够驱动取样装置或承压板17在竖直方向上往复运动，承压板17使得加载过程中压力分布更均匀，盛样装置7用于盛放试验土体，加压装置用于向试验土体加压以及在取样过程中施加推力，取样垫板16用于取样时覆盖于试验土体上表面，进而防止土体受到扰动，取样垫板16上设置有多个通孔，一个取样器11穿过一个通孔进行取样。

如图2所示，支撑框架包括长方体框架1、支撑顶板4、支撑底板3和多个支撑杆5，支撑顶板4固定于长方体框架1的顶端，支撑底板3固定于长方体框架1的中部，且支撑顶板4和支撑底板3均水平设置，支撑底板3的中部设置有安装孔，支撑杆5安装于长方体框架1的侧面。具体地，支撑杆5设置为四个，分为对称的两组，各组中的两个支撑杆5交叉设置，且支撑杆5的上下两端分别与支撑顶板4和支撑底板3连接。通过在吃力部位增加了支撑顶板4、支撑底板3和多个支撑杆5，有效地提高了整个装置的整体稳定性，规避了安全隐患。

于本具体实施例中，长方体框架1采用角铁或合金搭接而成，其尺寸可根据具体情况选择，具体地，长方体框架1的长*宽*高的尺寸为502*402*715mm，角铁型号为30*30*3mm。用于固定液压式千斤顶2的支撑顶板4和支撑底板3的尺寸可根据液压式千斤顶2及长方体框架1的尺寸进行调整，支撑顶板4和支撑底板3的厚度为30mm。

如图3所示，加压装置包括液压式千斤顶2和千斤顶加压泵12，液压式千斤顶2加压稳定，有利于对土体施加压力和试样的制备，液压式千斤顶2的上端固定于支撑顶板4上，液压式千斤顶2的下端固定于安装孔中，液压式千斤顶2的伸缩杆下端设置有螺纹，固定板6和承压板17能够螺纹连接于液压式千斤顶2的伸缩杆的下端，千斤顶加压泵12与液压式千斤顶2连接，液压式千斤顶2连接缸体油箱。液压式千斤顶2固定在支撑底板3与支撑顶板4之间，一方面起固定作用，另一方面支撑顶板4可以在加压的过程中提供反力。

于本具体实施例中，采用加长型150mm行程的FCY-20150型号的液压式千斤顶，本体高215mm，活塞直径50mm，油缸外径84mm，其下端定制M50*1.0的螺纹。

如图3-4所示，固定板6的下表面设置有多个凹槽，各凹槽的中心均设置有排气孔13，通过设置排气孔13避免取样时由于取样器11内压力过大无法取样，各凹槽的内壁均设置有螺纹，一个取样器11能够螺纹连接于一个凹槽中，凹槽与取样垫板16上的通孔一一对应，使用时可根据需要制备的试样数量安装相应数量的取样器11。固定板6的上表面设置有连接凹槽，连接凹槽内壁上设置有螺纹，液压式千斤顶2的伸缩杆能够安装于连接凹槽中。

于本具体实施例中，固定板6的尺寸500*400*30mm，固定板6上设有8*10个深度为5mm的凹槽；取样器11高度为100mm，内径为39.1mm，外径为39.6mm，一端设有5mm的螺纹用于与固定板6的凹槽组合；排气孔13的直径为1mm。

如图5所示，本实施例中还包括盛样固定环15，盛样装置7包括底板、两个固定侧板和两个活动侧板，两个固定侧板固定于底板的两侧，两个活动侧板安装于底板的另两侧，一个活动侧板的一端与一个固定侧板铰接，具体地，采用合页实现铰接，通过设置活动侧板使得盛样装置7方便打开，便于清洗；盛样固定环15用于套设于两个固定侧板和两个活动侧板外部，进而使得活动侧板与固定侧板实现相对固定。于本具体实施例中，固定侧板和活动侧板采用厚度5mm的合金板制作，底板采用厚度为10mm的合金板制作。

一个固定板6的下部开设有排水孔8，排水孔8用于排出固结过程中多余的水分，如图8所示，还包括集水瓶10，排水管与排水孔8连接并将固结过程中排出的水引入集水瓶10中。本实施例中还包括透水混凝土板14，透水混凝土板14放置于盛样装置7的底板上，便于水的排出，并有一定的抗压强度。于本具体实施例中，透水混凝土板14由C30透水混凝土铺设于底板上形成，其厚度10-20mm；排水孔8的直径为3mm。

本实施例还包括量测装置，量测装置安装于支撑框架的下部，量测装置用于测量取样装置下落的高度。具体地，量测装置为刻度尺9或位移传感器。

本实施例中还包括防护垫板18，防护垫板18放置于盛样装置7的下端，可以防止加压过程中压力过大破坏实验室地板。

本实施例还提供一种采用三轴重塑试样批量快速制备装置的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：按照规范配置土样，进行土样的含水率、密度等物理指标的测定，确定实验所需的土样，得到试验土样；

步骤二：将准备好的试验土样分层放入盛样装置7中，放入第一层试验土样之后用刮板或铲子轻轻将其磨平，将承压板17安装于加压装置下端，启动加压装置带动承压板17向下运动，直至与第一层试验土样的土面接触，考虑到土体受力历史的因素，根据试验土样所处的地层埋深所对应的应力状态，施加相应的所需荷载，每层土加压4～6次，每次加压1～3分钟，然后将土体表面刮粗，填入第二层试验土样再重复上述步骤；

步骤三：将试验土样击实后，在室温条件下密封养护至少20h；

步骤四：养护结束后，卸下承压板17，将取样装置安装于加压装置下端，根据实际需要安装相应数量的取样器11；

步骤五：将取样垫板16放到盛样装置7上，加压装置带动取样装置向下运动，直至取出试样；

步骤六：用推子将试样从取样器11中取出，此时试样高为100mm，用削刀削去多余部分，表面若有因为大颗粒而形成缺陷时，可用削去的土或者盛样装置7内剩余的土体补充完整；

步骤七：至此取样结束，对使用到的仪器进行清洗。

本实施例提供的三轴重塑试样批量快速制备装置，能够根据测试土样的天然应力状态施加不同的荷载以达到更接近原始状态的目的，测试结果更加准确，克服了人工击实的荷载不均一性、击实效果差的缺点，制备的试样质量好，误差小，适用性广；并且本实施例中的制备装置能够快速而又精确的制取多个实验样本，进而更好地满足各大工程对土体测试或各高校对三轴试验教学测试试样的需求，克服了人工制样耗时长、制样慢的弊端；同时，本实施例中的制备装置结构简单，操作方便，安全高效。

本说明书中应用了具体个例对本实用新型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实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，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实用新型的限制。

Claims (8)

1.一种三轴重塑试样批量快速制备装置，其特征在于，包括支撑框架、取样装置、盛样装置、加压装置、承压板和取样垫板，所述加压装置安装于所述支撑框架的上端，所述盛样装置设置于所述支撑框架的底端，所述取样装置包括固定板和多个取样器，所述取样器可拆卸地安装于所述固定板的下表面，所述固定板的上表面能够与所述加压装置连接，所述承压板能够与所述加压装置连接，所述加压装置能够驱动所述取样装置或所述承压板在竖直方向上往复运动，所述盛样装置用于盛放试验土体，所述加压装置用于向试验土体加压以及在取样过程中施加推力，所述取样垫板用于取样时覆盖于试验土体上表面，所述取样垫板上设置有多个通孔，一个所述取样器穿过一个所述通孔进行取样。

2.根据权利要求1所述的三轴重塑试样批量快速制备装置，其特征在于，所述支撑框架包括长方体框架、支撑顶板、支撑底板和多个支撑杆，所述支撑顶板固定于所述长方体框架的顶端，所述支撑底板固定于所述长方体框架的中部，且所述支撑顶板和所述支撑底板均水平设置，所述支撑底板的中部设置有安装孔，所述支撑杆安装于所述长方体框架的侧面。

3.根据权利要求2所述的三轴重塑试样批量快速制备装置，其特征在于，所述加压装置包括液压式千斤顶和千斤顶加压泵，所述液压式千斤顶的上端固定于所述支撑顶板上，所述液压式千斤顶的下端固定于所述安装孔中，所述液压式千斤顶的伸缩杆下端设置有螺纹，所述固定板和所述承压板能够螺纹连接于所述液压式千斤顶的伸缩杆的下端，所述千斤顶加压泵与所述液压式千斤顶连接。

4.根据权利要求1所述的三轴重塑试样批量快速制备装置，其特征在于，所述固定板的下表面设置有多个凹槽，各所述凹槽的中心均设置有排气孔，各所述凹槽的内壁均设置有螺纹，一个取样器能够螺纹连接于一个所述凹槽中，所述凹槽与所述通孔一一对应。

5.根据权利要求1所述的三轴重塑试样批量快速制备装置，其特征在于，还包括盛样固定环，所述盛样装置包括底板、两个固定侧板和两个活动侧板，两个固定侧板固定于所述底板的两侧，两个所述活动侧板安装于所述底板的另两侧，一个所述活动侧板的一端与一个所述固定侧板铰接，所述盛样固定环用于套设于两个所述固定侧板和两个所述活动侧板外部，一个所述固定板的下部开设有排水孔。

6.根据权利要求5所述的三轴重塑试样批量快速制备装置，其特征在于，还包括透水混凝土板，所述透水混凝土板放置于所述盛样装置的所述底板上。

7.根据权利要求1所述的三轴重塑试样批量快速制备装置，其特征在于，还包括量测装置，所述量测装置安装于所述支撑框架的下部，所述量测装置用于测量所述取样装置下落的高度。

8.根据权利要求1所述的三轴重塑试样批量快速制备装置，其特征在于，还包括防护垫板，所述防护垫板放置于所述盛样装置的下端。

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