CN210923213U - 一种松砂制样设备 - Google Patents

Abstract

一种松砂制样设备，包括三轴仪的试样顶帽、带通气内纹三瓣膜和试样底座，带通气内纹三瓣膜内壁放置乳胶膜，带通气内纹三瓣膜外壁贴一层保鲜膜，压力室圆筒的通气内纹通过可拆卸地方式连接到真空泵，抽真空之后乳胶膜与带通气内纹三瓣膜内壁完全贴合形成制样仓；试样顶帽和试样底座与试样之间均依次放置滤纸和透水石，乳胶膜上下端分别固定在试样顶帽和试样底座上；试样顶帽带有多个孔隙通道都连接到一个可联通式密封堵头的侧部通道；试样底座内部有两个L型孔隙通道，其侧壁的孔隙通道出口分别接可联通式密封堵头和球阀。本实用新型能够制备指定尺寸与相对密度的砂类土重塑样，尤其对制备松散状态的砂类土试样有明显优势。

Description

一种松砂制样设备

技术领域

本实用新型涉及一种松砂制样设备，属于土木工程土工试验领域。

背景技术

三轴仪是现有土工试验中研究砂性土力学特性最常用的试验仪器，能够较真实的反应土的实际力学特性，可在各种条件下研究土样的力学特性。在三轴试验过程中砂性土试样的制备是用传统的对开模或者承膜筒装在压力室上制备砂性土样。

但是，采用上述传统的砂样制备装置和方法制备的砂土试样，特别是当砂土是松砂、粉土、砂粉、粉质细砂、砂砾土等多种无粘性土时，往往需要再对试样进行其他的处理或修正方可保证试样制备(尤其可保证松散密实状态无粘性土试样)径向尺寸的一致性，进而保证试样在试验过程中受力的均匀性，目前松散状态无粘性土试样存在不能成型且不能达到指定密实状态问题。

现有常规制样方法为《土工试验规程》(SL237-017-1999)所述制样方法，具体流程如下：

(1)在GDS循环三轴仪试样底座两侧的孔隙通道出口分别接可联通式密封堵头和球阀，球阀阀门关闭；在试样顶帽侧壁孔隙通道出口接接可联通式密封堵头；然后将透水石放置在试样底座上，放上滤纸。

(2)乳胶膜通过O型圈固定试样底座上；将不带带通气内纹三瓣膜(现市场所量产的三瓣膜不带通气内纹，且没有V型卡槽，也没有联通通气内纹和外壁的通道)直接与GDS循环三轴仪的试样底座拼装。

(3)利用喉箍将带常规三瓣膜箍紧，将乳胶膜超出常规三瓣膜的部分外翻在不带通气内纹三瓣膜外壁上部，然后在制样仓内装样。

上述现有方法的缺点是：乳胶膜与常规三瓣膜不能完全贴合，不能形成标准的圆柱型制样仓。且不赋予负压，制备试样不能达到制定试样尺寸和密实状态，且直径从上至下变化显著，使得试样受力不均，严重影响试验结果。

发明内容

为了克服现有技术的上述不足，本实用新型提供一种松砂制样设备，不仅能够保证试样直径上下的一致，还能保证制备松散状态试样的均匀性。

本实用新型解决其技术问题采用的技术方案是：

一种松砂制样设备，包括三轴仪的试样顶帽、带通气内纹三瓣膜和试样底座，三者自上而下组配在一起；带通气内纹三瓣膜内壁放置乳胶膜，带通气内纹三瓣膜外壁贴一层保鲜膜，带通气内纹三瓣膜的通气内纹通过可拆卸地方式连接到真空泵，抽真空之后乳胶膜与带通气内纹三瓣膜内壁完全贴合形成制样仓；带通气内纹三瓣膜外壁贴一层保鲜膜；试样顶帽和试样底座与试样之间均依次放置滤纸和透水石，乳胶膜上下两端分别通过O型圈Ⅰ和O型圈Ⅱ固定在试样顶帽和试样底座上；试样顶帽带有多个孔隙通道，且都连接到一个可联通式密封堵头Ⅰ的侧部通道；试样底座内部有两个L型孔隙通道，试样底座侧壁的孔隙通道出口分别接可联通式密封堵头Ⅱ和球阀。

相比现有技术，本实用新型的一种松砂制样设备，可制备多尺寸的实心试样，且该设备可以直接在各种三轴试验平台制备具有不同尺寸和密实状态的砂类土试样，无需对试样进行其他的处理或修正。保证了试样制备(尤其可保证松散状态砂类土试样)径向尺寸的一致性，从而保证试样在试验过程中受力的均匀性。解决了目前松散状态砂类土试样不能成型且不能达到指定相对密度问题，提高了室内三轴试验试样制备技术。该设备除带通气内纹三瓣膜需依据不同试验平台试样底座尺寸进行改进加工，其余均为市场通用部件，可直接采购获得，从而降低了该设备的制造成本，利于推广应用。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1是本实用新型一个实施例的结构示意图。

图2-A是本实用新型实施例中带通气内纹三瓣膜的立体透视图。

图2-B是本实用新型实施例中带通气内纹三瓣膜的剖视图。

图2-C是本实用新型实施例中带通气内纹三瓣膜的俯视图。

图3-A是本实用新型实施例中试样底座的立体透视图。

图3-B是本实用新型实施例中试样底座的剖视图。

图3-C是本实用新型实施例中试样底座的俯视图。

图4-A是本实用新型实施例中试样顶帽的立体透视图。

图4-B是本实用新型实施例中试样顶帽的剖视图。

图4-C是本实用新型实施例中试样顶帽的俯视图。

图中，1、试样顶帽，1-1、侧部通道，1-2、孔隙通道，2、喉箍，3、带通气内纹三瓣膜，3-1、竖向通气内纹，3-2、孔洞，3-3、V型卡口，3-4、径向通气内纹，4、试样底座，4-1、L型孔隙通道，5、快插螺纹直Ⅰ，6、可联通式密封堵头Ⅱ，7、PU气管，8、快插螺纹直Ⅱ，9、真空泵，10、乳胶膜， 11、透水石Ⅰ，12、滤纸Ⅰ，13、O型圈Ⅰ，14、O型圈Ⅱ，15、滤纸Ⅱ，16、透水石Ⅱ。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，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，都属于本实用新型的保护范围。

图1至4示出了本实用新型一个较佳的实施例的结构示意图，图1中的一种松砂制样设备，包括三轴仪的试样顶帽1、带通气内纹三瓣膜3的压力室圆筒和试样底座4，三者自上而下组配在一起；带通气内纹三瓣膜3内壁放置乳胶膜10，带通气内纹三瓣膜3外壁贴一层保鲜膜，带通气内纹三瓣膜3的通气内纹通过可拆卸地方式连接到真空泵9，抽真空之后乳胶膜10与带通气内纹三瓣膜3内壁完全贴合形成制样仓；带通气内纹三瓣膜3外壁贴一层保鲜膜；试样顶帽1和试样底座4与试样之间均依次放置滤纸和透水石，乳胶膜10上下两端分别通过O型圈Ⅰ13和O型圈Ⅱ14固定在试样顶帽1和试样底座4上；试样顶帽1带有多个孔隙通道1-2，且都连接到一个可联通式密封堵头Ⅰ的侧部通道1-1；试样底座4内部有两个L型孔隙通道4-1，试样底座4侧壁的孔隙通道出口分别接可联通式密封堵头Ⅱ和球阀。

参见图2-A、2-B、2-C、图3-A、3-B、3-C以及图4-A、4-B、4-C，作为本实施例的优选及进一步优化设计方案如下：所述的带通气内纹三瓣膜3由三个相同的120°变径圆环瓣片通过V型卡口3-3拼装成整体并利用喉箍2箍紧。每一片三瓣膜一侧为内凹V型卡口，另一侧为外凸V型卡口。带通气内纹三瓣膜3内壁有联通的五条径向通气内纹3-4，其中每一个片三瓣膜有一条竖向通气内纹3-1，连同五条径向通气内纹3-4，竖向通气内纹3-1中有一个孔洞3-2 从内壁联通到外壁，用于连接真空泵9。所述的带通气内纹三瓣膜3和真空泵 9上均设有快插螺纹直通，快插螺纹直通Ⅰ5接带通气内纹三瓣膜3侧壁孔洞 3-2外部，快插螺纹直通Ⅱ8接真空泵9，然后用PU管将两个快插螺纹直通连接。所述的快插螺纹直Ⅰ5和快插螺纹直通Ⅱ8通规格为PC6-01，其尺寸与市场标准尺寸一致；PU气管内径为4mm，外径为6mm。所述的带通气内纹三瓣膜3的内径略大于试样底座4上部的外径和试样顶帽外径；试样底座4上部外径与试样顶帽1外径一致；透水石Ⅰ11、滤纸Ⅰ12外径与试样顶帽1一致；所述O型圈Ⅰ13内径略小于试样顶帽1外径；乳胶膜10长度为带内纹三瓣膜的长度与试样顶帽1长度总和；乳胶膜10内径与带内纹三瓣膜内径一致。所述的可联通式密封堵头Ⅰ和可联通式密封堵头Ⅱ均由双向外牙联通与内牙密封盖组成。

为验证该砂类土制样设备制备松散状态试样的有效性，以福建标准砂为例，利用该套设备在GDS循环三轴仪上制备相对密度为30％的试样，试样为 50×100mm实心圆柱样。具体流程如下：

(1)在GDS循环三轴仪试样底座4两侧的孔隙通道出口分别接可联通式密封堵头Ⅱ和球阀，球阀球阀关闭。在试样顶帽1侧壁孔隙通道出口接接可联通式密封堵头Ⅱ。然后将透水石Ⅱ16放置在试样底座4上，放上滤纸Ⅱ15。

(2)乳胶膜10通过O型圈Ⅱ14固定试样底座4上。将带通气内纹三瓣膜 3与GDS循环三轴仪的试样底座4拼装，在带通气内纹三瓣膜3外壁均匀的喷上水，然后在带通气内纹三瓣膜3外壁贴一层保鲜膜。

(3)利用喉箍2将带通气内纹三瓣膜3箍紧，使得三个V型卡口3-3尽可能贴合。将乳胶膜10超出带通气内纹三瓣膜3的部分外翻在带通气内纹三瓣膜3外壁上部。快插螺纹直通Ⅰ5接三瓣膜侧壁的孔洞3-2外部，快插螺纹直通Ⅱ8接真空泵9，然后用PU管将两个快插螺纹直通连接。

(4)打开真空泵9，抽出带通气内纹三瓣膜3内壁通气内纹中的空气，使得乳胶膜10与带通气内纹三瓣膜3内壁完全贴合，形成指定试样尺寸的制样仓。

(5)将称好的312g福建标准砂均匀的装入制样仓内，利用湿击法制备圆柱形福建标准砂试样。在试样上表面依次放置滤纸Ⅰ12、透水石Ⅰ11和GDS循环三轴仪试样顶帽1。将外翻在带通气内纹三瓣膜3外壁上部的乳胶膜10上翻至试样顶帽1外侧，利用O型圈Ⅰ13将乳胶膜10上部与试样顶帽1固定。

(6)打开试样底座4联通的球阀，利用洗耳球对准球阀吸负压，使得试样内部具有一定负压，以维持当时试样密实状态，关闭球阀。关闭真空泵9，按顺序拆除喉箍2，保鲜膜和带通气内纹三瓣膜3，完成试样制备。

本实用新型的实施例，当利用真空泵9抽出带通气内纹三瓣膜3内壁与乳胶膜10之间的空气后，乳胶膜10可与三瓣膜完全贴合，从而形成一个标准的 50×100mm的制样仓，利用本章提出的砂类土制样设备及方法制备的试样尺寸为49.8×100.2mm，与目标尺寸基本一致，且实际试样相对密度为30.1％，与目标相对密度30％仅相差0.1％，此外，该方法制备的试样直径从上至下几乎一致，保证了制备松散状态试样的均匀性。

相比之下，当使用常规方法制备松散状态的试样时，乳胶膜10上部与三瓣膜完全完全分离，形成了一个上小下大的圆锥台式制样仓，且由常规方法制备的试样尺寸为50.4×95.3mm，与目标尺寸相差较大，从而导致试样的实际相对密度远大于目标相对密度，此外，试样直径从上至下变化明显，在外荷载作用下，试样受力不均，从而不能真实反应土体的力学特性。

综上所述，本实用新型实施例的砂类土制样设备及方法可制备指定尺寸与相对密度的砂类土重塑样，尤其对制备松散状态的砂类土试样有明显优势。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型做任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质，对以上实施例所做出任何简单修改和同等变化，均落入本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种松砂制样设备，包括三轴仪的试样顶帽(1)、压力室圆筒和试样底座(4)，三者自上而下组配在一起；其特征是：

所述的压力室圆筒为带通气内纹三瓣膜(3)，带通气内纹三瓣膜(3)内壁放置乳胶膜(10)，带通气内纹三瓣膜(3)外壁贴一层保鲜膜，带通气内纹三瓣膜(3)的通气内纹通过可拆卸地方式连接到真空泵(9)，抽真空之后乳胶膜(10)与带通气内纹三瓣膜(3)内壁完全贴合形成制样仓；

试样顶帽(1)和试样底座(4)与试样之间均依次放置滤纸和透水石，乳胶膜(10)上下两端分别通过O型圈Ⅰ(13)和O型圈Ⅱ(14)固定在试样顶帽(1)和试样底座(4)上；

试样顶帽(1)带有多个孔隙通道(1-2)，且都连接到一个可联通式密封堵头Ⅰ的侧部通道(1-1)；

试样底座(4)内部有两个L型孔隙通道(4-1)，试样底座(4)侧壁的孔隙通道出口分别接可联通式密封堵头Ⅱ和球阀。

2.根据权利要求1所述的一种松砂制样设备，其特征是：所述的带通气内纹三瓣膜(3)由三个相同的120°变径圆环瓣片通过V型卡口(3-3)拼装成整体并利用喉箍(2)箍紧。

3.根据权利要求1或2所述的一种松砂制样设备，其特征是：所述的带通气内纹三瓣膜(3)内壁有联通的五条径向通气内纹(3-4)，其中每一个片三瓣膜有一条竖向通气内纹(3-1)，连同五条径向通气内纹(3-4)，竖向通气内纹(3-1)中有一个孔洞(3-2)从内壁联通到外壁，用于连接真空泵(9)。

4.根据权利要求3所述的一种松砂制样设备，其特征是：所述的带通气内纹三瓣膜(3)和真空泵(9)上均设有快插螺纹直通，快插螺纹直通Ⅰ(5)接带通气内纹三瓣膜(3)侧壁的孔洞(3-2)外部，快插螺纹直通Ⅱ(8)接真空泵(9)，然后用PU管将两个快插螺纹直通连接。

5.根据权利要求4所述的一种松砂制样设备，其特征是：所述带通气内纹三瓣膜(3)和真空泵(9)上的快插螺纹直通规格都为PC6-01，其尺寸与市场标准尺寸一致；PU气管内径为4mm，外径为6mm。

6.根据权利要求1或2所述的一种松砂制样设备，其特征是：所述的带通气内纹三瓣膜(3)的内径略大于试样底座(4)上部的外径和试样顶帽(1)外径；试样底座(4)上部外径与试样顶帽(1)外径一致；透水石Ⅰ(11)、滤纸Ⅰ(12)外径与试样顶帽(1)一致；所述O型圈Ⅰ(13)内径略小于试样顶帽(1)外径；乳胶膜(10)长度为带内纹三瓣膜的长度与试样顶帽(1)长度总和；乳胶膜(10)内径与带内纹三瓣膜内径一致。

7.根据权利要求1或2所述的一种松砂制样设备，其特征是：所述试样顶帽(1)和试样底座(4)上的可联通式密封堵头均由双向外牙联通与内牙密封盖组成。

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